隧道工程斜井进正洞加强支护方法分析

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摘要：为了维持井内的安全作业环境，在施工期间，工作人员必须对洞顶进行强化与加固。该文以隧道工程施工过程中斜井进正洞方式的施工方案、技术要点和工艺流程为主要研究对象，围绕施工中的安全措施、操作原则进行详细的分析和探讨。结合笔者在山西中南部铁路通道（瓦日铁路）项目西铁城2号隧道施工中的实际经验，将斜井进正洞的挑顶加强支护操作逐一细化分解，明确施工期间的注意事项和关键技术指标。

关键词：隧道工程；支护施工；斜井进正洞；挑顶加固

引言

改革开放以来，我国的城市发展进程显著加快。城市边缘的外扩和人口数量的增加给基础设施建设等诸多领域带来了巨大的挑战。为了追求更高的生活质量，除了关注市场经济的活跃程度外，还应该在工业、制造业和交通运输等方面持续增加投入，有利于高新技术的研发与推广。近年来，实现立体式交通网络建设已经成为国家和政府的主要发展目标。在公路和铁路建设过程中都会经常涉及隧道的开挖，隧道施工需要保证安全和施工效率。而选择合适的施工方案能够有效地保证施工过程的安全。利用斜井施工作业法可以增加工作面，以较低的开发成本获得更高的时间效益，整体提升隧道施工的效率。此外，在隧道完成建设并交付使用后，施工期间产生的斜井还可以作为紧急出口，用于完善隧道的安全疏散系统，充分发挥其应急储备作用。

1隧道工程与地质条件

应用斜井进正洞方式开挖的隧道工程必须符合一定的条件限制，其中主要起决定性作用的是项目所在地的地质条件。具体包括开挖隧道的整体走向，隧道与水平面的夹角大小以及开发过程中是否存在曲线变化等情况，并根据综合开发过程的坡度变化规律及斜井与正洞间的进入坡度设置合理的施工方案。在确定相关参数和变量时，要参照洞内的围岩等级及完整程度采取相应的支护加强方式。西铁车2号隧道斜井与正洞在DK1080+356处相交，洞内围岩类型主要为弱风化页岩，节理裂隙发育，围岩较破碎，可观察其结构的完整性和一体性。在斜井开挖过程中通常采取双车道辅助坑道完成运输，按照施工规模的大小及隧道的总长度确定净空尺寸[1]。在斜井与正洞的交叉口处应单独设置用于排出地下水的水沟，以此确保开挖期间施工现场的干燥。当开展斜井与正洞交叉处的围岩支护工序时，应该按照围岩等级制定对应的支护方案，确定支护总体长度。支护时应综合应用格栅钢架、锚喷支护等方式加固围岩强度。施工开始后还需注意洞口附近的原始地形地貌变化，并及时观测地下水位的变化规律。一般的斜井进正洞开挖方式需要在井口边仰坡边缘线5m以外的位置设置截水沟，并预留具有一定倾斜角度的反坡，防止洞外的水倒灌入内。除了按照图纸施工外，在隧道开挖推进过程中还要注意根据实际情况及时调整支护方案及采取的施工工艺，以安全施工为首要原则[2]。

2施工方案与支护加强方式

2.1渐变段的施工与支护

在隧道开挖施工开始一段时间后，进入斜井转正洞阶段时，考虑到需将斜井作为永久保留的救援通道，应将斜井的相关参数和指标与救援通道的硬性规定对比求同。其中，渐变段路面的标高与电缆槽顶面的标高应保持一致。这样既可以为施工车辆的通行提供便利，还可以在施工开挖线部分提升其准确率。斜井的拱顶高度应按照预先实地考察的结果和施工工艺确定合理数值，一般参照原始坡度进行小幅调整。在斜井与正洞开挖轮廓线交汇处可以适当增加拱顶的高程，并让交汇点的开挖断面处于便于施工的合适面积段，从而保证后续斜井与正洞交叉点附近的边墙能够采用合适的支护方案。在实际的支护施工过程中，除了使用特定规格型钢制作的加强门架外，还可以设置单根中空锚杆进一步加固。需要注意的是锚杆周围必须采用4根以上的锁脚锚管锁定门架。经过以上操作，才可以喷射混凝土，将门架两侧与掩体之间形成的空隙回填密实，保证支护结构的整体牢固程度。

2.2斜井转正洞施工与支护方案

进入施工阶段，根据已按照围岩类型、等级制定的支护方案按步骤施工。具体来说，应参照隧道开挖方案中制定的开挖断面尺寸选择恰当的开发方法。例如，当开挖断面的高度小于10m、宽度小于15m时可以采用三台阶法开挖施工。即通过设置上、中、下3个位置的高差台阶，采用不同的开发方法共同完成施工任务。其中，上台阶的开挖支护选用经由斜井内的门架顶端交汇处向正洞延伸，在正洞中线位置附近设计预先制定好的标高。此处应预留约15cm的预沉降空间[3]。然后在正洞交叉口的位置采用异型拱架支护的方式，通过指定规格的异型拱架，在正洞中线左侧附近完成支护，而另一端靠近门架的位置则直接焊接在门架上，构成一体化的加强结构。此时，正洞一侧的钢架接头可选择4根以上的锁脚锚管固定好，同时加固中空锚杆，使正洞内部的拱架整体保持稳定。具体的断面开挖施工操作可结合项目的实际需求及现场的实际情况做出适当优化和调整。完成以上一系列操作后，可沿垂直方向继续向正洞方向施工，开始右侧上导坑的支护作业，同样选用竖向钢架支撑加固。这里特别需要强调的是如果施工初始阶段正洞支护时采用的是短进尺的开挖方式，应该通过后期加强支护和定期测量的方式弥补其设计的不足。一般的开挖进尺幅度控制在2m左右为宜，完成开挖后应及时用混凝土密封施工作业面，还可以借助临时锚杆起到辅助的固定作用。当开挖进行到正洞右侧轮廓线附近时，可以拆除临时设置的竖向钢架支撑，并依次向深处继续开挖。随着开挖位置的深入，应该及时安装辅助的异型拱架，确保施工全过程的围岩稳定性[4]。进入正洞施工阶段以后，分阶段对垂直高度上的三处台阶开展支护施工。等台阶的支护完成后，继续沿着隧道终点方向对上台阶再次扩挖，建立平台作业面。另一方面，从斜井进入正洞并向隧道起点方向开挖，拓展工作面大小。在双向上台阶部分各进行约20m的支护后，才可以开始正洞下台阶的开挖。从整体来说，必须先完成各部分台阶段的施工，逐步构建起隧道主体掘进施工的理想环境和条件。鉴于实际施工中可能受地质条件影响而无法采用仰拱进行支撑，为了在稳定围岩的同时保持岩面的完整性，需要额外增加用于横向支撑的型钢构件，再喷射混凝土进行密封处理，使围岩的整体结构受力均匀。

2.3斜井进正洞的支护加固施工

在隧道工程的建设过程中，如果采用斜井进正洞的施工方式，则需要用型钢门架对支护施工面进行有效加固。当斜井的开挖到达门架附近时，应在斜井与正洞相交处开挖出足够的工作空间，需要采用多根并联型钢门架做支撑，同时在其上部焊接固定型钢横梁和立柱，这是为了给正洞掘进所需要的钢架提供落脚固定点，构成稳定的三维受力结构。临时仰拱需要在斜井门槛钢架的基础上用混凝土构筑。

2.4施工工序及关键点

当斜井施工进行到与正洞相交的位置时，应在斜井地面的基础上逐步降低并形成一定的坡度，完成2个部分的系统衔接。在开挖路程附近增设钢架拱脚，并继续掘进斜井达到正洞开挖轮廓线附近后，要在这一位置安装结构加强环，还需一并对操作面进行封闭支撑。在斜井与正洞的交汇处，考虑到顶部围岩和顶板支护稳定性等相关因素，应采取棚洞加固等保守的方式。进入正洞施工后，首先开始对上部台阶进行施工，按照先上，后中、下的顺序。上层台阶高度可设置在3.5m左右。当上层台阶初期支护完毕后方可进行中部和下部台阶的开挖施工[5]。在掘进过程中选用的开挖方式和支护施工的技术要求要参照以往的施工经验做保守的预估，使上部、中部和下部的台阶在结构应力等方面一致，保证整个掘进面的结构稳固。

2.5施工过程的注意事项

在施工前，首先要确定项目所在地的地质环境是否允许采用斜井进正洞的施工方案。如果围岩的质地较软或有特殊的软土围岩层，则需另外制定专项方案进行施工。斜井进正洞中的斜井内部架设的门架不仅可对斜井部分的掘进起到支护作用，还能够在其与正洞的交汇处建立更加稳定的力学结构模型，同步传递正洞钢架所承受的荷载。相应的门架施工过程也应保证其具有足够的刚度和强度。另外，在围岩测量阶段，需要根据隧道开发的进度实时对洞顶设置的地表监测点进行沉降数据的收集与分析，避免地下大幅度的开挖活动对当地的地质环境造成较大的改变，进而带来施工风险。斜井顶部的开槽宽度应根据施工方案设定的斜井宽度设置，通常设定在2m~3m。当上台阶的拱架安装完毕后才可以转向为后续的开挖工作，如果转换点的位置较低，还需要注意相应的排水问题[6]。当正洞开挖施工到位后，先确定好交叉口内部长里程的方向，在距交叉口约5m的位置于线路中心设置蓄水井，用于临时容纳和收集斜井口的抽排水。此外，为了防止意外渗水透水事故，需要提前制定好排水应急预案，同时排水供电系统应该采取双路供电方案，提高特殊情况下的处理能力。在上下台阶的位置转换点方面，正洞开挖的上台阶距小里程方向需要大于20m的极限值，完成上下台阶转换后方可开始下台阶的挖掘施工。当下台阶的施工拱架落地后，要及时停止掌子面的掘进并转变为仰拱的搭建施工。这样能够有效保护整个支护面的结构强度，通过环状结构分担压力，保持支护面的稳定性。最后，在开挖支护完毕后的二衬台车拼装过程中，应尽量使用挖机配合模板来起吊，衬砌台车安装选用移动台车骨架作为支撑。拼装后，需要在隧道两侧拱腰以上设置锚杆予以固定，辅以锚固剂加强锚杆与隧道侧壁连接处的结合强度。另外，在锚杆尾部可统一制作弯钩，便于后续施工中钢模板二衬台车的吊装和拼接。

3结语

在隧道工程项目的施工建设中，采用斜井进正洞的施工方法不但能够完成隧道的开挖目标，还能同步实现安全疏散通道的建设。施工过程中的安全问题与保证进度的高效施工方法一直是相关领域技术人员孜孜以求的技术突破点。该文通过对斜井进正洞挑顶施工作业流程中的主要技术要点及操作步骤进行详细分析与解读，为类似工程的施工建设提供了一些可供参考的依据。在挑顶施工时应该加强围岩的支护并保证作业面的结构强度，可以通过提前预防和使用型钢支护等方式，避免施工期间潜在的危险因素。同时也能够对于隧道项目的施工质量有所帮助，为后续的隧道主体正洞施工与开挖掘进奠定了坚实的施工基础。

参考文献

[1]陈文萍.长大隧道无斜井洞内开辟第三工作面经验探讨[J].工程建设与设计，2019（12）：111-113.

[2]李明.横岭隧道1号斜井大型设备快速挑顶技术[J].城市道桥与防洪，2018（8）：256-258，27-28.

[3]杨延勇.软弱围岩隧道斜井转正洞设计与施工技术[J].铁道标准设计，2013（1）：90-93.

[4]李海军.门架导洞在斜井进主洞施工中的应用[J].黑龙江科技信息，2017（3）：238-239.

[5]骆伟伟.杨林隧道斜井转正洞导坑挑顶施工技术[J].江西建材，2016（7）：144-145.

[6]杨佑权.高速铁路隧道斜井八字口进正洞快速施工技术[J].工程技术（引文版），2019（1）：327-328.

作者：沈登科 单位：中铁二十局集团第四工程有限公司