一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法

摘要

本发明涉及斜井挑顶领域，具体为一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，解决现有现有斜井挑顶施工，采用小导洞挑顶存在诸多问题，在斜井与正洞交叉口设曲线过渡，使斜井口与正洞正交，；交叉口设门型钢架支撑，正洞钢拱架与门型钢架连接牢固；紧邻正洞斜井段落设套拱支护，底板增设工字钢横撑；正洞范围内利用上弧导挑顶，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐；按正洞断面扩挖，施作正洞上导初期支护；反向逐榀拆除上弧导钢拱架临时支撑，施作另一侧正洞上导初期支护；正洞范围正常施工，挑顶完成。提高了工效、加快了施工进展、降低了安全风险，安全、快速、优质、高效地完成了斜井挑顶施工，取得了良好的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及斜井挑顶施工领域，具体为一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法。

背景技术

斜井挑顶施工，通常采用小导洞挑顶方法：设钢拱架棚洞临时支护，上导范围内小导洞开挖及临时支护完成后，安装钢拱架，之后拆除钢拱架棚洞临时支护，向两侧扩挖，施工正洞上导初期支护。对于软弱破碎岩层斜交式斜井，以上方法具有一定的局限性，主要表现在：小导洞设钢拱架棚洞临时支护，棚洞断面为梯形，若遇软弱破碎岩层极易坍塌，不利安全；因小导洞断面较小，一般采用人工开挖方法，工效极低；小导洞通视条件差，测量放样复杂，施工精度不易控制；斜井与正洞斜交，交叉口位置跨度过长，不利受力，安全风险大。

发明内容

本发明为了解决现有对于软弱破碎岩层斜交式斜井挑顶施工，通常采用小导洞挑顶方法存在诸多问题，提供一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，包括以下步骤：（1）斜井开挖及支护；（2）在距正洞与斜井交叉口位置10～20m开始，设曲线过渡，使斜井口与正洞正交；（3）交叉口段加强支护：在斜井与正洞交叉口处架立至少3榀并排设置的门型钢架，外侧设型钢钢架支撑柱及落脚横梁，正洞钢拱架与门型钢架横梁之间焊接牢固，在与正洞交叉口相接9~11m范围设套拱加固，底板混凝土增设工字钢横撑，与已施工完的初期支护形成整体受力；（4）上弧导挑顶支护：正洞范围内采用上弧导挑顶，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐，挑顶段上弧导临时支护采用钢拱架，开挖断面同斜井上导，开挖每循环进尺1.0～1.5m，施作超前小导管；（5）正洞扩挖支护：上弧导挑顶到位后，继续向前开挖，开挖断面同正洞尺寸，在上弧导临时支撑的基础上进行扩挖，扩挖第一榀间距不超过60cm，扩挖到位后及时喷射混凝土封闭，快速安装钢拱架；（6） 正洞上导挑顶段初期支护：在正洞上导扩挖长度达到3～6m后，反向施作另一侧正洞上导初期支护，每拆除一榀上弧导临时支撑，及时安装上导钢拱架，钢拱架间距不超过0.6m；（7）斜井挑顶段上导施工完成后，继续进行正洞上导开挖及支护，及时施作仰拱及二衬，正洞范围开始正常施工，挑顶完成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过在交叉口附近设曲线过渡，使斜井口与正洞正交，不仅优化了受力结构，同时缩短了斜井长度，节约了投资，此外斜井口与正洞正交，为上弧导挑顶施工提供了作业条件，方便施工；

2、 与正洞交叉口相邻段斜井采用套拱加固，相对于二衬混凝土加固等工艺而言，简化了施工工艺，缩短了加固周期，加快了施工进展，同时节约了费用；

3、采用上弧导挑顶，为大型机械设备提供了作业空间、提高了工效，缩短了挑顶施工时间，减少施工成本，经济效益显著；

4、上弧导挑顶，开挖断面为拱形，充分利用围岩的自稳能力，有效避免拱部掉块、坍塌；上弧导挑顶至正洞位置后，在上弧导的保护下，进行正洞扩挖，保证了施工安全；

5、上弧导临时支护体系，相对于小导洞挑顶棚洞支护体系而言，空间相对较大，降低了粉尘污染及噪音污染，作业环境得到改善；

总之，对于软弱破碎岩层斜交斜井挑顶施工，提高了工效、加快了施工进展、降低了安全风险，安全、快速、优质、高效地完成了斜井挑顶施工，取得了良好的效果，为软弱破碎岩层挑顶施工积累了宝贵的经验。

附图说明

图1为本发明斜井挑顶段平面示意图；

图2为本发明斜井挑顶纵断面示意图；

图3为本发明所述门型钢架结构示意图；

图4为本发明所述套拱断面结构示意图；

图中：1-斜井；2-正洞；3-门型钢架；4-套拱；5-隧道左中线；6-隧洞右中线；7-隧道中线；8-平坡段；9-斜井底板；10-正洞混凝土底板；11-纵坡段。

具体实施方式

一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，其特征是包括以下步骤：

1）斜井1开挖及支护：斜井断面小，一般采用上下台阶法施工，台阶长度控制在3～5m，有利于施工设备作业，加快施工进展，施工中，遵循“弱爆破、短进尺”原则，以挖机辅以人工开挖为主。按照设计参数施作，超前小导管、锁脚锚管等施作到位，若遇围岩较差时，加密超前小导管及缩脚锚管数量。底板混凝土紧跟，底板混凝土距掌子面距离不超过35m。底板两侧设排水沟，以避免拱脚位置积水。

2）在距正洞2与斜井交叉口位置10～20m开始，设曲线过渡，使斜井口与正洞正交，具体根据斜井斜交角度及断面尺寸确定，以方便施工车辆行驶并满足测量通视为原则。曲线半径R=100～150m，曲线地段斜井断面相应加大，与正常断面间顺接过渡，曲线内侧与斜井一边平齐，曲线外侧钢架呈扇形支护，过渡段支护相应加强，采用I20以上工字钢支护。正洞与斜井交叉口向斜井方向不小于10m长度范围设为平坡段8，斜井底板9标高与正洞混凝土底板10相同，并与斜井范围底板混凝土面顺接。斜井挑顶段平面图如图1，斜井挑顶纵断面图如图2。

3）交叉口段加强支护

在斜井与正洞交叉口处架立至少3榀并排设置的门型钢架3，外侧设型钢钢架支撑柱及落脚横梁，门型钢架采用工字钢不小于Ⅰ20，采用φ22钢筋纵向连接、焊接牢固，喷射混凝土封闭。喷射混凝土前，门型钢架顶梁位置用彩条布或其他材料包裹，在安装挑顶段正洞钢拱架时扯掉彩条布即可，正洞钢拱架与门型钢架横梁之间焊接牢固。在与正洞交叉口相接9~11m范围设套拱加固，套拱钢拱架工字钢不小于Ⅰ16，底板混凝土增设工字钢横撑，与已施工完的初期支护形成整体受力，确保安全。门型钢架如图3，套拱断面如图4。

4）上弧导挑顶支护

正洞范围内采用上弧导挑顶，平面位置及标高逐渐过渡，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐，可提前设曲线进行理论计算或通过CAD模拟画图，根据理论数据进行现场放样。挑顶段上弧导临时支护采用钢拱架，开挖断面同斜井上导，开挖每循环进尺1.0～1.5m，施作超前小导管，小导管间距控制在30cm左右，拱脚部位设3.5m长φ42锁脚锚管，钢架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固，喷C25混凝土封闭。

5）正洞扩挖支护

上弧导挑顶到位后，继续向前开挖，开挖断面同正洞尺寸，在上弧导临时支撑的基础上进行扩挖，扩挖第一榀间距不超过60cm，扩挖到位后及时喷射混凝土封闭，快速安装钢拱架，钢拱架规格同设计，拱脚部位设φ42锁脚锚管，锁脚锚管可根据围岩情况适当加强，钢架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固，喷C25混凝土封闭。

6） 正洞上导挑顶段初期支护

在正洞上导扩挖长度达到3～6m后，反向施作另一侧正洞上导初期支护，每拆除一榀上弧导临时支撑，及时安装上导钢拱架，钢拱架间距不超过0.6m，钢拱架一侧位于上台阶拱脚处，采用28槽钢支垫，拱脚部位设φ42锁脚锚管，锁脚锚管可根据围岩情况适当加强，钢架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固；另一侧与门型钢架横梁连接牢固，并周边焊接加强，喷射混凝土封闭。挑顶段预留沉落量按不小于30cm设置。

7）斜井挑顶段上导施工完成后，继续进行正洞上导开挖及支护，当掌子面围岩松散、自稳能力差时，采用弱爆破方式，上导预留核心土开挖；当施工空间具备中、下导施工条件时，及时接中、下导施工，按照三台阶七步开挖法施工。挑顶段每侧10m范围支护参数比设计适当加强，钢拱架规格不小于Ⅰ20，钢架间距不大于0.6m，上、中、下导位置施作φ42锁脚锚管，锁脚锚管加倍设置，钢拱架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固。锁脚锚管下倾30～45°；钢架应架设在坚实的基岩面上，当岩层软弱时，应在拱脚处加垫槽钢或木板；台阶长度为3～5m，左右相错开挖，相错量为2榀以上拱架间距。

及时施作正洞仰拱、二衬混凝土，保证结构安全，正洞段开始正常施工，挑顶结束。

工程实例：

山西中南部铁路通道武家岭隧道全隧以砂岩、泥质砂岩、泥岩为主，强风化～弱风化，节理裂隙发育，岩体破碎、结构松散，1号斜井与正洞相交处富含水，拱顶易掉块、坍塌，属软弱破碎岩层，斜井与正洞斜交。设计为小导洞挑顶方案，设棚洞临时支护。

经分析：挑顶段围岩结构复杂、岩体破碎、富含水，安全风险极高。若采用设计挑顶方案，存在的主要问题为:小导洞钢拱架棚洞临时支护断面为梯形，在软弱破碎岩层地段极易坍塌，不利安全；小导洞断面较小，一般采用人工开挖方法，工效极低；斜井与正洞斜交，交叉口位置跨度过长，不利受力，安全风险大。为有效解决以上问题，经过反复论证必选后，优化了设计方案，施工中采用了本发明所述的上弧导挑顶施工，提高了工效、加快了施工进展、降低了安全风险，取得了良好的效果。斜井缩短32m，节约投资50万元；与正洞交叉口相邻段斜井采用套拱加固，相对于二衬混凝土加固等工艺而言，节约了施工成本，加固段按共30m考虑，每米节约投资1.5万元，合计节约45万元；采用本发明所述方法，施工效率高，施工进展大大加快，提前10天左右完成挑顶施工，节约成本20万元，合计节约费用115万元，经济效益显著。

进一步推广该方法，在武家岭隧道2号斜井挑顶施工中再次得到成功应用，安全、快速、优质、高效地完成了斜井挑顶施工，取得了良好的效果，得到了各方的较高评价，取得了良好的社会效益。