潼洛川隧道斜井进正洞挑顶施工技术

摘要：潼洛川隧道全长3817m，为双线黄土隧道，在DK343+100处线路右侧设一斜井。在斜井进正洞的过渡段采用了先爬坡进正洞顶，在形成作业空间后，转向相反方向施工，扩挖临时支护部分断面达到正洞标准断面的施工工艺，保证了过渡段的施工安全，并快速形成正洞施工作业面。

关键词：潼洛川隧道斜井进正洞 挑顶技术

1.工程概况

潼洛川隧道位于陕西省潼关县，隧道进口位于潼关县潼沟河下游苏家村附近，出口端位于黄土塬边。隧道北临西潼高速，并有便道相连，交通较为便利。

隧道位于潼关I级黄土台塬区，塬面地形平坦，高程545～555m；进口位于潼沟河左岸，岸坡地形较陡，相对高差20～70m，冲沟发育；出口端位于黄土塬边，地形起伏，冲沟发育，相对高差15～50m。塬顶为农田，多有村庄、道路分布。

隧道起讫里程DK341+303～DK345+120，长度3817m，为双线黄土隧道，除出口段位于R-8000m的曲线地段外，其余洞身位于直线上。洞身进口段纵坡为+6.5‰，出口段纵坡为-2‰。

综合地形、地质及隧道施工工期等多种因素，布置一座斜井――港口镇斜井： DK343+100处线路右侧，平面夹角90°，纵坡10%，长288m。

2.工程地质与水文地质

隧道范围内地层岩性相对简单，黄土台塬区表层为第四系上更新统风积砂质黄土，中部为第四系中更新统风积砂质黄土、下部为第四系下更新统风积砂质黄土、黏质黄土，底部为第四系下更新统冰湖积粉土、卵石土和砾砂等。潼沟河一级阶地主要为冲积砂质黄土。

潼洛川隧道洞身位于下更新统粉质粘土层中，下部为冰湖积相富含地下水的承压水层，承压含水层顶部隔水顶板为粘质黄土，层底高程介于350～370m。实测区域内地下水露头及钻探测试后水位高程在340m左右，黄土台塬周边冲沟无常年流水。据陕西省第二水文地质队有关资料，隧址区地下水位的最大变幅不超过2.1m，因而隧道在开挖时产生大面积涌水的可能性不大，但不排除粉质黏土层中存在砂砾石透镜体、隔水顶板存在“天窗”的可能性。

隧道洞身属贫水区，地下水位位于隧道开挖断面底部以下约10m左右，隧道产生长大段落涌水的可能性较小，但不排除隧道遭遇含水透镜体及底部砂砾石承压水隔水顶板存在通过“天窗”突水。地下水补给以大气降水补给为主，地下水属HCO3-（Na＋K）•Ca型水。

3.设计参数

斜井断面满足无轨运输设备CQ3240TF19型汽车（761.7×250×306.6cm长×宽×高，载重12T）及CA5321GJB型混凝土搅拌运输车（908×249×378.3cm长×宽×高，罐体容积14.27m3）的通行要求，路面宽4.8m，同时满足水沟、两根φ1.3m施工通风管及其它管线的布设要求。斜井安排双向施工。

斜井除井身Ⅳ级围岩地段采用喷锚支护，底部设置底板外，其余段落均采用曲墙带仰拱的封闭结构。斜井井底交叉口地段采用钢筋混凝土结构。斜井支护参数见“潼洛川隧道斜井衬砌支护参数表”。

斜井在施工期间担负正洞施工，确保工期。竣工后斜井井口及交叉口均设一道甲级防火门。

4.施工方法及工艺

4.1正洞挑顶施工方案

①自XK0+15～+9.84逐步抬高斜井拱顶高程（累计抬高1.1m，拱架底腿接长，斜井仰拱砼回填的顶面高程不变），XK0+10.28～+9.84段在斜井初期支护外部增设3榀I25a门型钢架对初期支护进行整体加强，并作为正洞支护右侧落脚支撑点；XK0+15～+9.84段初期支护7榀拱架增设HW125仰拱钢架，临时仰拱喷射C20砼20cm，以后的正洞仰拱拱架落脚焊连于斜井加强段最外侧的临时仰拱拱架上，正洞仰拱钢筋则与斜井仰拱砼中预埋连接筋焊连，确保交叉口处的斜井宽度范围内的正洞右侧仰拱落脚于斜井底部砼中的预埋钢筋和型钢上。

斜井进行仰拱和仰拱回填施工后，施做钢筋砼二衬，并按照正洞初期支护拱架间距和位置在拱顶上部预埋I20a型钢接头，接头采用钢板连接；斜井XK0+15～+9.84段二衬保持设计拱顶高程不变，二衬厚度增大。

正洞二次衬砌在7m交叉口段套拱两侧各设置1道伸缩缝，防止不均匀沉降，引起交叉口处正洞砼衬砌开裂。

②，斜井二衬完成后，垂直正洞走向，采用4.0m×4.2m导洞（顶部净宽2.0m）进行正洞洞身开挖，导洞拱顶高程超出正洞设计开挖线40cm；过正洞中轴线后，再向前平坡开挖5m，使最后一榀导洞钢架的底脚落在正洞初期支护的起拱线高程位置（即N2、N3接头处）。导洞拱架采用I20a型钢，钢架间距0.6m，周边挂网锚喷C20砼20cm厚度，底部设I20a型钢横撑，上部覆盖30cm厚度黄土。

③导洞钢架内侧施做套拱（宽2.0m），然后向该段两侧延伸套拱，各增加2.5m，即7m长套拱，以确保斜井范围均有套拱保护；套拱的右侧落脚于斜井加强段门型钢架的横梁上，左侧落脚于正洞起拱线处叠合的双I25a托梁上，托梁下设置4.7m深C25钢筋砼柱桩4根，间距1.6m（柱桩断面尺寸0.6×0.5m，柱桩底部与仰拱底部平）。

套拱内设有I20a钢拱架4榀，间距50cm；Ф22连接筋，间距80cm；C20喷砼20cm；套拱的钢拱架与加强段I25a横梁焊连成一体。

④架设正洞Ⅳ级围岩初期支护I20a钢拱架（4榀，60cm间距，与套拱拱架错开设置），右侧落脚于斜井二衬砼中的预埋钢桩上，左侧底脚垫设砼垫块，对钢拱架的连接处和底脚施做锁脚锚管；该处2延米正洞初期支护完成3日后，拆除导洞的侧面临时支护，按照Ⅴ级围岩的CRD施工方法向两侧人工开挖和支护5m，然后按照Ⅳ级围岩施工方法进行掘进，人工配合挖掘机进行正洞开挖。CRD法初期支护参数同Ⅴ级围岩，临时支护钢架采用I20a型钢钢架，间距同初期支护，临时支护厚度为26cm。

4.2施工步骤

①在斜井XK0+10.28、+10.06、+9.84处初期支护钢拱架外侧增设三榀I25a门型钢架，三榀钢架与斜井拱架联为一体，沿正洞方向设置的门架横梁牢固焊接于拱架顶部；第二榀门架横梁上设置有供正洞套拱钢架落脚的长为30cm的钢桩头10个；门架横梁长度L=7.3m，门架与斜井钢拱架间隙设置Ⅰ25a竖向短撑（间距50cm），两侧对称设置，牢固焊连,并喷射C20砼回填密实。

加强段门架底脚处设HW125纵向托梁，采取扩大拱脚，每侧增设φ42锁脚锚管6根和φ22系统锚杆，为施做正洞初期支护提供安全保证；同时避免下步正洞跨越横洞时，因应力集中导致斜井交叉口处支护及衬砌变形开裂，为交叉口段正洞扩挖施工提供安全保障。考虑交叉口段正洞套拱拱架落脚稳固性，故以斜井加强段门架上作为落脚平台，并在第二榀横梁上预先焊接I25a钢桩头，以便使套拱钢架右侧底脚与斜井门型钢架焊连牢固。

②斜井施工至正洞右侧边墙即XK0+9.84时，采用预留核心土的环形开挖施工方法，人工配合挖掘机掘进。导洞截面4.0m×4.2m，与正洞走向垂直，上坡开挖到拱顶中线位置，然后再向前平坡开挖至主洞左线上导坑拱脚位置处，导洞钢架临时支护及时跟进，完后及时施做套拱。

根据交叉口处斜井与正洞设计拱顶高差，其拱顶抬高坡度为35%。进入正洞洞身范围后，导坑开挖的拱部高程需比正洞开挖设计拱顶高程值相应增大约45cm，以满足临时支护厚度和预留15cm变形量需要。

在拱顶抬高过程中，导洞拱顶120°范围采取φ42超前小导管支护（L=3.5m,@30cm,），防止开挖中上部土体掉块坍塌；施工中按60cm/榀施作导洞钢架，采用I20a型钢横向支撑形成临时封闭，必要时导洞钢架横梁两端加设临时竖向木（钢）支撑，导洞改为全部人工开挖。临时支护参数：网片φ8@20cm×20cm；φ22系统锚杆L=3m@1m×1m,梅花型布置；C20喷射砼35cm厚；锁脚锚管，Ф42，L=3.0m，每个连接处两根，底脚两根。

施工中，导洞临时支护体系中的顶部钢架横梁位于正洞初期支护外，后期施做套拱和进行正洞初期支护时不再取出。

③正洞初期支护拱架安设前，完成交叉口段钢筋砼衬砌。交叉口段斜井二次衬砌完成后，再进行导洞开挖支护，按上述支护参数对本段导洞进行立拱、挂网锚喷砼支护；完成初期支护后拆除导洞钢架的竖向支撑，向西安方向以CRD方法开挖5m, 再按照隧道正洞Ⅳ级围岩开挖方法进入正常施工，同时，拆除郑州方向导洞侧面支护，以CRD方法开挖5m，再按照隧道正洞Ⅳ级围岩开挖方法进入正常施工。

4.3施工要点

①正洞与斜井相交地段处于复杂的三维受力状态，为保证正洞挑顶施工的安全完成，正洞初期支护的落脚平台必须牢固，同时应加强该段正洞初期支护的锁脚锚管施工，打好系统锚杆，防止拱架下沉，造成侵限。

交叉口段斜井应加快仰拱施工，进主洞前完成钢筋砼二次衬砌施工，确保正洞立设Ⅳ级拱架前，衬砌砼强度达到设计的100％；同时，增设20cm临时仰拱，增大二次衬砌厚度，以确保有足够强度承受正洞支护传递的荷载，控制主洞的沉降和变形。

②交叉处加强环设置

由于正洞开挖断面较大，为确保扩顶段正洞施工安全，在斜井与正洞交接处设置了0.6m加强环段，加强环段由3榀Ⅰ25a门型钢架相连组成，钢架间采用φ22钢筋连接，满喷混凝土覆盖钢架。

斜井交叉口设置钢架托梁，为正洞套拱、初期支护提供支撑点。在正洞与斜井拱顶交界里程处，沿正洞方向在斜井拱架顶部设置拱顶纵向托梁，托梁采用Ⅰ25a型钢，牢固焊接于斜井钢架拱顶，托梁与横洞钢架间空隙设置Ⅰ25a型钢竖向立柱支撑，牢固焊接并喷射C25砼回填密实。

③正洞扩顶开挖，顶部支撑I20a临时棚架，棚架间距采用0.6m/榀，施工中可依据围岩稳定状态进行调整；相邻棚架采用φ22钢筋焊接为整体，挂设钢筋网后复喷C20混凝土，形成临时支护体系，并增设临时横撑。

④加密设置正洞套拱、初期支护锁脚锚杆，每榀钢架单侧设置4～6根Ф42锁脚锚管，锚管长3.0m，锁脚锚管与钢架牢固焊接，底脚垫实，以控制拱架下沉。

5.结论与体会

①通过施工验证了该斜井进正洞挑顶施工技术在黄土大断面隧道中的应用是成功的，施工中初支变形较小，快速完成了潼洛川隧道斜井进正洞的过渡段施工，总施工工期为20天。

②施工中全部采用的是常规施工机械设备，分部开挖断面较小，施工人员在钢架和初支的保护下进行施工，保证了施工安全。

参考文献：

[1]铁道第一勘察设计院.郑西客运专线新建工程施工图-潼洛川隧道设计图

[2]《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）

[3]《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》铁建设[2005]160号