第３Ｏ卷第３期 隧道建设 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖ０１．３０ Ｎｏ．３ ２０１０年６月 Ｊｕｎｅ ２０１０ 包家山隧道大断面斜井进正洞挑顶技术 史振宇 （中铁十二局集团二公司，太原０３００３２） 摘要：结合包家山隧道１ 斜井与正洞交叉口处的施工实例，介绍大断面斜井（横断面８４．３１５ｍ ）进正洞的挑顶施工技术。在充分 了解地质条件的基础上，制定了“超前支护、分部开挖、加强支护、随挖随护、及时封闭、加强监测”的施工方案。重点阐述接头部位 的施工方法，对施工经验进行了总结，可供同类工程参考。 关键词：隧道；大断面；斜井；挑顶 中图分类号：Ｕ ４５５．４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１０）０３—０３１３—０４ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｒｏｏｆ Ｒｉｐｐｉｎｇ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｌａｒｇｅ Ｃｒｏｓｓ－Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｓｈａｆｔ ａｎｄ Ｍａｉｎ Ｔｕｎｎｅｌ：Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂａｏｊｉｓｈａｎ Ｔｕｎｎｅｌａ ｓＨＩ Ｚｈｅｎｙｕ （Ｔｈｅ ２ｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １２ｔｈ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒｏｏｆ ｒｉｐｐｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ（ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｅａ ｒｅａｃ— ｈｉｎｇ ８４．３ １５ｍ ）ａｎｄ ｍａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｉｒｐｐｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｎｏ．１ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｍａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｂａｏｊｉａｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ， ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｐｒｉｍａｒｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ａｆｔｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｔｉｍｅｌｙ ｒｉｎｇ ｃｌｏｓｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｍｏｎｉ－ ｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｆｕｌｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｏｎｎｅｅ— ｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｒｖｅｄ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏ— ｊｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ；ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ；ｒｏｏｆ ｒｉｐｐｉｎｇ ０ 引言 目前国内特长隧道施工大多采用长隧短打的方 式，相应的设置斜井开辟工作面也成了长大隧道施工 长隧道１ 斜井进正洞挑顶过程中总结出来的一些方 法和体会，进行简单介绍。 ｌ 工程概况 包家山特长隧道全长１１．２２ ｋｍ，是小河至安康高 速公路的控制性工程，也是当时全国第３长高速公路 隧道。１ 斜井全长７４６ ｍ，开挖高８．０３ ｍ、宽１０．５ ｍ，坡 度为１１．６７％，运营时作为通风道使用。１ 斜井与正 洞交叉口围岩以粉砂质绢云母千枚岩为主，围岩破 经常采用的方法¨ 。斜井与正洞交叉地段围岩受力 复杂，安全隐患大，斜井向正洞施工转换往往是施工中 的难点。包家山特长隧道工程地质以千枚岩为主，地 下水丰富，其１ 斜井承担正洞施工任务４ ２００ ｍ，是各 方瞩目的焦点。目前国内铁路、公路隧道常见的斜井 断面大多为３０ ｍ 左右，施工技术研究多以小断面斜井 挑顶技术为主。包家山特长隧道１ 斜井高８．０３ ｍ，宽 ｌ０．５ ｍ，横断面面积为８４．３１５ ｍ ，与常见的隧道斜井 断面相比，属于大断面斜井。斜井断面越大，斜井与正 碎，节理裂隙发育，有地下水渗出。斜井担负着本工区 ４ ２００ｍ正洞的开挖任务，是工程的关键，如何快速、安 全实现斜井向正洞的转化，早日开辟正洞工作面对项 目意义重大。 洞交叉口围岩受力就越复杂，相应的挑顶难度就越大。 包家山特长隧道１ 斜井挑顶处围岩破碎，地下水丰 富，而且在斜井对面有一车行横洞，这就意味着挑顶处 ２ 施工方案 斜井与正洞在左线相交，交角为８３。２ ４７ ，大角度 位于一“十”字处，施工难度非常大。本文就包家山特 收稿日期：２０１０—０１—０６；修回日期：２０１０—０２—２４ 相交能保证交叉处岩柱的厚度，有利于交叉口围岩的 自稳能力，增加交叉口洞室结构的稳定性 。由于 作者简介：史振宇（１９７８一），男，２００１年毕业于石家庄铁道学院土木工程（隧道与地下工程）专业，本科，工程师，主要从事隧道与地下工程的施工技 术工作。 ３ｌ４ 隧道建设 第３Ｏ卷 项目工期紧张，为尽早进入右线施工，在交叉口增加 一架无法与斜井拱架搭接，且交叉口围岩破碎，受力复 反向车行横洞，同时将主洞断面扩大为紧急停车 杂，施工难度很大。根据斜井揭示的交叉口处围岩 状况及监控量测结果，制定交叉口挑顶施工方案为 “超前支护、分部开挖、加强支护、随挖随护、及时封 闭、加强监测”。 带断面，以方便会车。交叉口平面布置如图１所示。 包家山隧道１ 斜井开挖高度为８．０３ ｍ，正洞拱顶比 斜井拱顶高１．４６１ ｍ，在交叉口正洞轮廓内，正洞拱 一…一…～…一…一一 磊一…一一 图１ 斜井与正洞交叉口平面布置示意图 Ｆｉｇ．１ Ｐｌａｎ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｌｃｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｍａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ３ 施工方法 拱顶坡度），过渡导坑高度为３ ｍ，宽度５ ｍ。 ３．１ 交叉口处斜井加强段施工 由于交叉处围岩受力复杂，施工时要尽量减少对 ｆ耋 围岩的扰动，支护措施要加强。施工中，从斜井与正洞 边墙相交处起８ｍ范围采用短台阶法施工，上台阶高３ ｍ，台阶长３ｍ。支护措施： ２５超前锚杆，Ｌ＝５ｍ，环 向间距４０ｃｎｌ；Ｉ ｌ６工字钢架，间距１ｔｌｌ；全断面挂设 ８ 钢筋网；喷射Ｃ２５钢纤维混凝土２２ ｃｍ。 ３．２挑顶施工 斜井与正洞交叉地段围岩以绢云母千枚岩为主， 碎块状镶嵌结构，节理裂隙发育，地下水丰富，该段围 岩为Ｖ级加强段，开挖后围岩易变形、坍塌；因此，挑 顶施工要坚持“超前探、短进尺、强支护、勤量测”的原 则，确保施工安全。 ３．２．１过渡坑道施工 ３．２．１．１开挖 图２ ＺＫ１５４＋３６０断面斜并与正洞交叉口挑顶工序示意图（单 位：ｃｍ） Ｆｉｇ．２ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｒｏｏｆ ｒｉｐｐｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｍａｉｎ ｔｕｎ－ ｎｅｌ（ｃｍ） 斜井上台阶施工至正洞隧道边墙位置时，开始挑 顶施工，挑顶采用过渡导坑，逐步从斜井上台阶过渡到 正洞上台阶（如图２所示，图中阴影部分即为过渡导 ３．２．１．２支护 过渡导坑超前支护采用西５０×５超前小导管， ＝ ３．５ ｍ，间距４０（３１１１；注水泥一水玻璃浆液。初期支护采 用间距１ ｍ的Ｉ １６门形钢架 ｊ、西２２砂浆锚杆、 ８ 坑，采用高３ｍ、宽５ｍ的矩形断面）。由于斜井拱顶较 高，由图２可以看出，正洞拱架在图示阴影范围内无法 与斜井拱架搭接，经计算，在挑顶进去水平距离５８４．０８ ｃｍ位置，过渡导坑顶部连线（ＢＯ）与正洞拱架相切。 正洞拱架从相切点０点用直拱架与斜井拱架相连。过 渡导坑开挖按照２１．４４％上坡控制（即图２示阴影部分 钢筋网（仅顶部铺设）、喷射Ｃ２５钢纤维混凝土２２ ｃｍ （拱部喷满，边墙喷成“排骨”形式）。 ３．２．１．３注意事项 １）架立钢架时，矩形钢架的拱部内缘标高要高于 直拱架的外缘标高至少５ ｃｍ。 第３期 史振宇： 包家山隧道大断面斜井进正洞挑顶技术 ２）每一个开挖循环都要用５ ｍ长钻杆钻孔，探明 掌子面前方地下水情况，以便采取相应措施。 ３）过渡导坑施工的同时，斜井下导要同步施工， 过渡导坑施工至图２所示０点时，斜井下导应施工完 毕。 ３．２．２正洞上台阶施工 过渡导坑开挖至Ｏ点后，导坑断面已经全部进人 正洞断面，继续采用矩形断面向前掘进。由于围岩破 碎，支护仍采用过渡导坑支护形式，当施工至图２所示 点后，开始架立正洞拱架中间单元和直拱架部分，与 斜井拱架搭接。在 点下方设置门形钢架，支撑正洞 拱架。 ３．２．２．１直拱架与斜井拱架的搭接 当正洞上台阶断面施工至Ａ点后，在斜井与正洞 边墙交界部位并排架立两榀斜井钢架，其拱顶设纵向 工字钢托梁，见图３。托梁与斜井钢架间距应与正洞 初期支护钢架间距（７５ ｃｍ）对应，设置工字钢立柱，焊 接牢固，喷射混凝土回填密实。正洞直拱架座于立柱 上方相应的托梁位置，焊接牢固，并在直拱架（ＢＯ段） 两侧打设间距１ ｍ、长３ ｍ的径向锚杆。 Ｉ ２０工字钢托粱 图３ 工字钢托梁示意图 Ｆｉｇ．３ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｂｅａｍ ｍａｄｅ ｏｆ Ｉ－ｓｈａｐｅｄ ｓｔｅｅｌ ３．２．２．２ 正洞上台阶施工 在矩形坑道５ ｍ宽度范围内按７５ ｅＩｌｌ间距施工完 毕直拱架（ＢＯ段）后，用上台阶中间拱架单元（ＯＡ 段）连接于 点支撑门形钢架，同直拱架段一样打设 径向锚杆，挂设 ８钢筋网，喷Ｃ２５钢纤维混凝土２６ ｅｌＴｌ。ＢＡ段支护完毕后，继续向前掘进，但不用再做门 形钢架支护，根据围岩条件素喷或挂网喷锚即可，当开 挖至Ｃ点后，立即安装上台阶拱架单元ＡＣ段，挂网喷 锚。 ３．３ 正洞工作面的开辟 正洞上台阶断面形成后，拆除门形钢架的直腿部 分，向大、小里程方向间隔循环施工，跨过斜井断面３ ｍ后，从斜井向正洞开辟中台阶工作面，开始中台阶施 工。中台阶达到５ ｍ时，开始正洞下台阶施工。下台 阶施工１０ ｍ左右时立即进行仰拱施工，以及时封闭支 护体系，开始正洞的正常施工［ 。。。 ４ 监控量测 交叉口围岩受力复杂，且围岩本身十分破碎，施工 中监控量测尤为重要。每３ ｍ设置拱顶下沉和围岩收 敛监控量测测点，每天量测３次。 ４．１ 量测项目 见表１。 表１ 监控量测项目 Ｔａｂｌｅ Ｉ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｔｅｍｓ ４．２量测断面布置 斜井与正洞交叉口（斜井前后各３０ ｍ）每个量测 断面各布置１个拱顶下沉测点和２条水平净空收敛量 测基线，测点布置见图４。 拱顶下沉量测 ／起拱线 主 ．一 ＼ 爿 一 图４ 围岩测点布置 Ｆｉｇ．４ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ 量测结果每天现场总结１次，每２ ｄ报项目总工 程师１次，以根据量测结果及时调整施工方法和支 护参数。施工中，根据量测结果，将拱架的预留变形 量由２５ ｃｍ降到了１５ ｃｍ，既保证了安全，又节约了投 资。 ５ 施工效果 包家山特长隧道Ｉ 斜井从２００７年２月１６日开始 挑顶，采用上述方法，历时２２ｄ，于２００７年３月９日顺 利开辟了从斜井两侧墙向正洞大、小里程各１５ ｍ的工 作面，使正洞施工形成生产能力，期间没有发生一起安 ３ｌ６ 隧道建设 第３Ｏ卷 全、质量事故，说明此挑顶技术在包家山隧道１ 斜井 进正洞施工中是成功的。 参考文献： ６ 结论 斜井挑顶涉及到斜井与正洞２个构造物，挑顶处 围岩受力复杂；因此，制定挑顶施工方案时，一定要以 孙福军，周晓然．石太客运专线南梁隧道３ 辅助斜井 挑顶施工方法［Ｊ］．科技情报开发与经济，２００６，１６ （８）：２—４． ［２］ 李本．大断面黄土隧道斜井进入正洞的挑顶施工技术 “稳”为主，超前支护、初期支护宁强勿弱，开挖尽量采 ［Ｊ］．铁道建筑技术，２００８（３）：３４—３７． ［３］ 付国宏．７号斜井进正洞挑顶施工技术［Ｊ］．铁道标准设 用弱爆破或不爆破，在确保安全的前提下再追求进度。 通过包家山隧道１ 斜井挑顶施工实践，对于断面７０ Ｍ 左右的斜井，“超前支护、分部开挖、加强支护、随挖随 护、及时封闭、加强监测”的挑顶施工方案是合理的， 特别是过渡坑道的开挖和支护方式给软弱围岩隧道的 斜井挑顶施工提供了新的思路。但是应该看到，本文 计，２０ｏ５（９）：７７—７９． ［４］ 赵东荣．浅谈大断面黄土隧道斜井三岔口地段挑顶施工 ［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（１２）：２６４—２６５． ［５］ 周爱国．现代隧道工程现场施工技术［Ｍ］．北京：人民交 通出版社，２００４． ［６］ 张金锋．张茅隧道１号斜井进正洞挑顶施工技术［Ｊ］，山 西建筑，２００６（８）：１２８—１３０． 总结的挑顶方法，有其特定的工程地质、斜井断面、围 岩受力状况等条件，其指导意义有一定的局限性。对 于同等或更大断面斜井挑顶遭遇涌水、流砂、断层破碎 带以及岩溶等地质状况的施工技术还需要广大同行在 不断实践中总结、提炼，相信对此类技术的不断研究， 将大力提升隧道领域的施工能力，对推动我国隧道施 工技术的发展具有重要意义。 ［７］ 孙佳英．吕粱山隧道４ 斜井挑顶施工技术方案［Ｊ］．西铁 科技，２００８（３）：４０—４１． ］ ］ ］ ］ ［８］ 龙蛟．石板山隧道斜井与正洞交叉段施工方法与技术 ［Ｊ］．国防交通工程与技术，２０１０，８（１）：５０—５３． 难点分析及质量保证措 ［９］ 吴小娟．大断面黄土隧道施工重、施［Ｊ］．甘肃科技，２００９，１３（２５）：１５１—１５３． ［１０］ 郭学平．大断面隧道施工方法研究［Ｊ］．山西建筑，２００６， ３２（１０）：１１４一¨５． （上接２９７页） 的应用分析和工艺研究［Ｊ］．天津科技建设，２００７，１７ （２）：５０—５２． 故采用双侧冻结模式，在实际开挖构筑施工时，通道内 部土体已完全冻死，实际冻结帷幕厚度３ Ｉｌｌ，远大于设 计要求２ ｍ的厚度，施工安全性能大大提高。虽然双 侧冻结模式技术可行、在安全方面优势明显，但此模式 工程资源投，工程造价高。 张丹青．土力学与地基基础［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００８：１５２—１５９． 方江华，张景钰．上海地铁隧道旁通道水平冻结法施工 ［Ｊ］．建井技术，２００６，２７（６）：３７—３９． 沈季良，崔云龙，王介峰，等．建井工程手册［Ｍ］．第４卷． 北京：煤炭工业出版社，１９８６：５３—５４． 上海申通轨道交通研究咨询有限公司．ＤＧ／ＴＪ ０８～９０２— 在施工过程中准确推算冻结帷幕扩展速度以及冻 结帷幕厚度直接关系到工程工期以及工程成本控制， 但目前对冻结帷幕形成方面更多的是凭借施工经验， 相关实验模型及参数建立的研究较为欠缺，有待进一 步摸索和探讨。 ２００６旁通道冻结法技术规程［Ｓ］．上海：上海市新闻出版 局，２００６：８—１０． 王书伟．冻结法在深圳地铁中的应用［Ｊ］．山西建筑， ２００５，３１（１３）：１１４—１１５． 李荣智．南京地铁联络通道冷冻法施工技术［Ｊ］．隧道建 参考文献： 设，２００４（２）：３３～３５． 王胜利，李宁，赵玉明．复杂地层地铁旁通道冻结孔施 工技术［Ｊ］．现代隧道技术，２００９，４６（４）：８９—９３． ［１］ 白桂呈，吴晓古，范峥．冻结法联络通道施工技术在天津
