隧道工程斜井進正洞加強支護方法分析

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摘要：為了維持井內的安全作業環境，在施工期間，工作人員必須對洞頂進行強化與加固。該文以隧道工程施工過程中斜井進正洞方式的施工方案、技術要點和工藝流程為主要研究對象，圍繞施工中的安全措施、操作原則進行詳細的分析和探討。結合筆者在山西中南部鐵路通道（瓦日鐵路）項目西鐵城2號隧道施工中的實際經驗，將斜井進正洞的挑頂加強支護操作逐一細化分解，明確施工期間的注意事項和關鍵技術指標。

關鍵詞：隧道工程；支護施工；斜井進正洞；挑頂加固

引言

改革開放以來，我國的城市發展進程顯著加快。城市邊緣的外擴和人口數量的增加給基礎設施建設等諸多領域帶來了巨大的挑戰。為了追求更高的生活質量，除了關注市場經濟的活躍程度外，還應該在工業、制造業和交通運輸等方面持續增加投入，有利于高新技術的研發與推廣。近年來，實現立體式交通網絡建設已經成為國家和政府的主要發展目標。在公路和鐵路建設過程中都會經常涉及隧道的開挖，隧道施工需要保證安全和施工效率。而選擇合適的施工方案能夠有效地保證施工過程的安全。利用斜井施工作業法可以增加工作面，以較低的開發成本獲得更高的時間效益，整體提升隧道施工的效率。此外，在隧道完成建設并交付使用后，施工期間產生的斜井還可以作為緊急出口，用于完善隧道的安全疏散系統，充分發揮其應急儲備作用。

1隧道工程與地質條件

應用斜井進正洞方式開挖的隧道工程必須符合一定的條件限制，其中主要起決定性作用的是項目所在地的地質條件。具體包括開挖隧道的整體走向，隧道與水平面的夾角大小以及開發過程中是否存在曲線變化等情況，并根據綜合開發過程的坡度變化規律及斜井與正洞間的進入坡度設置合理的施工方案。在確定相關參數和變量時，要參照洞內的圍巖等級及完整程度采取相應的支護加強方式。西鐵車2號隧道斜井與正洞在DK1080+356處相交，洞內圍巖類型主要為弱風化頁巖，節理裂隙發育，圍巖較破碎，可觀察其結構的完整性和一體性。在斜井開挖過程中通常采取雙車道輔助坑道完成運輸，按照施工規模的大小及隧道的總長度確定凈空尺寸[1]。在斜井與正洞的交叉口處應單獨設置用于排出地下水的水溝，以此確保開挖期間施工現場的干燥。當開展斜井與正洞交叉處的圍巖支護工序時，應該按照圍巖等級制定對應的支護方案，確定支護總體長度。支護時應綜合應用格柵鋼架、錨噴支護等方式加固圍巖強度。施工開始后還需注意洞口附近的原始地形地貌變化，并及時觀測地下水位的變化規律。一般的斜井進正洞開挖方式需要在井口邊仰坡邊緣線5m以外的位置設置截水溝，并預留具有一定傾斜角度的反坡，防止洞外的水倒灌入內。除了按照圖紙施工外，在隧道開挖推進過程中還要注意根據實際情況及時調整支護方案及采取的施工工藝，以安全施工為首要原則[2]。

2施工方案與支護加強方式

2.1漸變段的施工與支護

在隧道開挖施工開始一段時間后，進入斜井轉正洞階段時，考慮到需將斜井作為永久保留的救援通道，應將斜井的相關參數和指標與救援通道的硬性規定對比求同。其中，漸變段路面的標高與電纜槽頂面的標高應保持一致。這樣既可以為施工車輛的通行提供便利，還可以在施工開挖線部分提升其準確率。斜井的拱頂高度應按照預先實地考察的結果和施工工藝確定合理數值，一般參照原始坡度進行小幅調整。在斜井與正洞開挖輪廓線交匯處可以適當增加拱頂的高程，并讓交匯點的開挖斷面處于便于施工的合適面積段，從而保證后續斜井與正洞交叉點附近的邊墻能夠采用合適的支護方案。在實際的支護施工過程中，除了使用特定規格型鋼制作的加強門架外，還可以設置單根中空錨桿進一步加固。需要注意的是錨桿周圍必須采用4根以上的鎖腳錨管鎖定門架。經過以上操作，才可以噴射混凝土，將門架兩側與掩體之間形成的空隙回填密實，保證支護結構的整體牢固程度。

2.2斜井轉正洞施工與支護方案

進入施工階段，根據已按照圍巖類型、等級制定的支護方案按步驟施工。具體來說，應參照隧道開挖方案中制定的開挖斷面尺寸選擇恰當的開發方法。例如，當開挖斷面的高度小于10m、寬度小于15m時可以采用三臺階法開挖施工。即通過設置上、中、下3個位置的高差臺階，采用不同的開發方法共同完成施工任務。其中，上臺階的開挖支護選用經由斜井內的門架頂端交匯處向正洞延伸，在正洞中線位置附近設計預先制定好的標高。此處應預留約15cm的預沉降空間[3]。然后在正洞交叉口的位置采用異型拱架支護的方式，通過指定規格的異型拱架，在正洞中線左側附近完成支護，而另一端靠近門架的位置則直接焊接在門架上，構成一體化的加強結構。此時，正洞一側的鋼架接頭可選擇4根以上的鎖腳錨管固定好，同時加固中空錨桿，使正洞內部的拱架整體保持穩定。具體的斷面開挖施工操作可結合項目的實際需求及現場的實際情況做出適當優化和調整。完成以上一系列操作后，可沿垂直方向繼續向正洞方向施工，開始右側上導坑的支護作業，同樣選用豎向鋼架支撐加固。這里特別需要強調的是如果施工初始階段正洞支護時采用的是短進尺的開挖方式，應該通過后期加強支護和定期測量的方式彌補其設計的不足。一般的開挖進尺幅度控制在2m左右為宜，完成開挖后應及時用混凝土密封施工作業面，還可以借助臨時錨桿起到輔助的固定作用。當開挖進行到正洞右側輪廓線附近時，可以拆除臨時設置的豎向鋼架支撐，并依次向深處繼續開挖。隨著開挖位置的深入，應該及時安裝輔助的異型拱架，確保施工全過程的圍巖穩定性[4]。進入正洞施工階段以后，分階段對垂直高度上的三處臺階開展支護施工。等臺階的支護完成后，繼續沿著隧道終點方向對上臺階再次擴挖，建立平臺作業面。另一方面，從斜井進入正洞并向隧道起點方向開挖，拓展工作面大小。在雙向上臺階部分各進行約20m的支護后，才可以開始正洞下臺階的開挖。從整體來說，必須先完成各部分臺階段的施工，逐步構建起隧道主體掘進施工的理想環境和條件。鑒于實際施工中可能受地質條件影響而無法采用仰拱進行支撐，為了在穩定圍巖的同時保持巖面的完整性，需要額外增加用于橫向支撐的型鋼構件，再噴射混凝土進行密封處理，使圍巖的整體結構受力均勻。

2.3斜井進正洞的支護加固施工

在隧道工程的建設過程中，如果采用斜井進正洞的施工方式，則需要用型鋼門架對支護施工面進行有效加固。當斜井的開挖到達門架附近時，應在斜井與正洞相交處開挖出足夠的工作空間，需要采用多根并聯型鋼門架做支撐，同時在其上部焊接固定型鋼橫梁和立柱，這是為了給正洞掘進所需要的鋼架提供落腳固定點，構成穩定的三維受力結構。臨時仰拱需要在斜井門檻鋼架的基礎上用混凝土構筑。

2.4施工工序及關鍵點

當斜井施工進行到與正洞相交的位置時，應在斜井地面的基礎上逐步降低并形成一定的坡度，完成2個部分的系統銜接。在開挖路程附近增設鋼架拱腳，并繼續掘進斜井達到正洞開挖輪廓線附近后，要在這一位置安裝結構加強環，還需一并對操作面進行封閉支撐。在斜井與正洞的交匯處，考慮到頂部圍巖和頂板支護穩定性等相關因素，應采取棚洞加固等保守的方式。進入正洞施工后，首先開始對上部臺階進行施工，按照先上，后中、下的順序。上層臺階高度可設置在3.5m左右。當上層臺階初期支護完畢后方可進行中部和下部臺階的開挖施工[5]。在掘進過程中選用的開挖方式和支護施工的技術要求要參照以往的施工經驗做保守的預估，使上部、中部和下部的臺階在結構應力等方面一致，保證整個掘進面的結構穩固。

2.5施工過程的注意事項

在施工前，首先要確定項目所在地的地質環境是否允許采用斜井進正洞的施工方案。如果圍巖的質地較軟或有特殊的軟土圍巖層，則需另外制定專項方案進行施工。斜井進正洞中的斜井內部架設的門架不僅可對斜井部分的掘進起到支護作用，還能夠在其與正洞的交匯處建立更加穩定的力學結構模型，同步傳遞正洞鋼架所承受的荷載。相應的門架施工過程也應保證其具有足夠的剛度和強度。另外，在圍巖測量階段，需要根據隧道開發的進度實時對洞頂設置的地表監測點進行沉降數據的收集與分析，避免地下大幅度的開挖活動對當地的地質環境造成較大的改變，進而帶來施工風險。斜井頂部的開槽寬度應根據施工方案設定的斜井寬度設置，通常設定在2m~3m。當上臺階的拱架安裝完畢后才可以轉向為后續的開挖工作，如果轉換點的位置較低，還需要注意相應的排水問題[6]。當正洞開挖施工到位后，先確定好交叉口內部長里程的方向，在距交叉口約5m的位置于線路中心設置蓄水井，用于臨時容納和收集斜井口的抽排水。此外，為了防止意外滲水透水事故，需要提前制定好排水應急預案，同時排水供電系統應該采取雙路供電方案，提高特殊情況下的處理能力。在上下臺階的位置轉換點方面，正洞開挖的上臺階距小里程方向需要大于20m的極限值，完成上下臺階轉換后方可開始下臺階的挖掘施工。當下臺階的施工拱架落地后，要及時停止掌子面的掘進并轉變為仰拱的搭建施工。這樣能夠有效保護整個支護面的結構強度，通過環狀結構分擔壓力，保持支護面的穩定性。最后，在開挖支護完畢后的二襯臺車拼裝過程中，應盡量使用挖機配合模板來起吊，襯砌臺車安裝選用移動臺車骨架作為支撐。拼裝后，需要在隧道兩側拱腰以上設置錨桿予以固定，輔以錨固劑加強錨桿與隧道側壁連接處的結合強度。另外，在錨桿尾部可統一制作彎鉤，便于后續施工中鋼模板二襯臺車的吊裝和拼接。

3結語

在隧道工程項目的施工建設中，采用斜井進正洞的施工方法不但能夠完成隧道的開挖目標，還能同步實現安全疏散通道的建設。施工過程中的安全問題與保證進度的高效施工方法一直是相關領域技術人員孜孜以求的技術突破點。該文通過對斜井進正洞挑頂施工作業流程中的主要技術要點及操作步驟進行詳細分析與解讀，為類似工程的施工建設提供了一些可供參考的依據。在挑頂施工時應該加強圍巖的支護并保證作業面的結構強度，可以通過提前預防和使用型鋼支護等方式，避免施工期間潛在的危險因素。同時也能夠對于隧道項目的施工質量有所幫助，為后續的隧道主體正洞施工與開挖掘進奠定了堅實的施工基礎。

參考文獻

[1]陳文萍.長大隧道無斜井洞內開辟第三工作面經驗探討[J].工程建設與設計，2019（12）：111-113.

[2]李明.橫嶺隧道1號斜井大型設備快速挑頂技術[J].城市道橋與防洪，2018（8）：256-258，27-28.

[3]楊延勇.軟弱圍巖隧道斜井轉正洞設計與施工技術[J].鐵道標準設計，2013（1）：90-93.

[4]李海軍.門架導洞在斜井進主洞施工中的應用[J].黑龍江科技信息，2017（3）：238-239.

[5]駱偉偉.楊林隧道斜井轉正洞導坑挑頂施工技術[J].江西建材，2016（7）：144-145.

[6]楊佑權.高速鐵路隧道斜井八字口進正洞快速施工技術[J].工程技術（引文版），2019（1）：327-328.

作者：沈登科 單位：中鐵二十局集團第四工程有限公司