2 施工方案
2.1 总体方案
端西隧道斜井与正洞交叉段围岩为前震旦系建瓯群(AnZjn)云母石英片岩W2,浅灰色,变余结构,片状构造,岩体较完整,局部节理发育。地下水为基岩裂隙水,不发育,为弱富水区。
端西隧道斜井施工至与正洞开挖交界后,以一定坡度斜向上开挖至正洞拱顶高程,随后继续沿龙岩方向扩挖,严格控制炮眼深度直至形成正洞上台阶标准断面,并继续开挖正洞龙岩方向,支护上台阶10m形成作业空间后,反方向施工正洞上台阶。至斜井口后,再由斜井口开始完成南平方向下台阶开挖支护。下台阶进尺20m后,再采用台阶法开始龙岩方向正洞开挖,从而完成交叉口段挑顶[2]施工。
2.2 施工工艺
2.2.1 超前地质预报
端西隧道斜井进正洞前,监控量测[3]组应依照设计图纸对端西隧道斜井与正洞交叉段采用加深炮孔、地质素描超前地质预报,探明端西隧道斜井及交叉段正洞地质、水文概况,以便施工中提前采取措施。
2.2.2 开挖工艺
端西隧道斜井与正洞交叉口处为Ⅱ级围岩,正洞岔口段衬砌类型为Ⅳa型复合式衬砌,斜井岔口段衬砌类型为无轨运输双车道Ⅳ级围岩复合式衬砌。斜井施工至交叉口处时,通过设置型钢钢架,为正洞钢架提供落脚平台[4]。
2.2.2.1 拱腰及边墙开挖
当施工到隧道中线时,由技术人员现场测量放线确定斜井掌子面与隧道正洞的开挖轮廓线间距,进行上台阶开挖,严格控制开挖层高及每循环进尺。上台阶开挖完成后开始下台阶施工。
当上台阶掌子面开挖至距正洞左线外轮廓2.5~3.0m时,开始调整炮眼钻孔方向,以喇叭口形式分别向南平和龙岩钻爆开挖[5],待开挖边线达到设计要求后再将残留的三角体挖除。施作钻爆孔前,应由测量放出各个炮孔的位置及深度,使得正洞洞身线左侧开挖时不会形成大的超挖或欠挖,见图1。
图1 正洞开挖侧视图(单位:cm)
2.2.2.2 顶拱及仰拱开挖
交叉段拱部和仰拱围岩与边墙的开挖方式相同,分别向南平和龙岩方向以喇叭口形式开挖,待开挖边线达到拱顶设计要求时,再将残留的三角体挖除[6],见图2、图3。
图2 交叉段正洞顶拱及仰拱开挖立面示意图(单位:cm)
图3 交叉段斜井开挖平面示意图
为方便施工,交叉段斜井开挖时,底部按一定坡度顺接至仰拱填充顶面,待斜井完成正洞施工后,斜井底部超挖部分采用混凝土回填至设计坑底标高。
2.2.3 支护工艺
(1)斜井施工至交叉口处时,通过钢架支撑,完成由钢架垂直于斜井中线过渡到平行于正洞中线[7]。
(2)由于正洞开挖断面较大,为保证进正洞挑顶施工安全,在斜井与正洞交接处紧贴正洞开挖轮廓线处,架立型钢钢架(密贴),钢架与正洞中线平行(图4),在此型钢钢架基础上焊接型钢横梁,横梁端部设置钢架立柱支撑,并采用连接板、螺栓连接横梁与立柱钢架,横梁、立柱、斜井钢架间设置斜撑,横梁需加强系统锚杆和锁脚锚杆设置,并为正洞钢架提供落脚平台(图5)。
(3)斜井施工至交叉口处,做好交叉口处横梁、立柱支撑、斜井加强钢架等工作后,以一定坡度向正洞方向垂直掘进,采用正洞交叉口支护方式进行中线右侧上导坑支护,靠近正洞一侧钢架接头采用锁脚锚管固定,同时做好系统锚杆,做好正洞钢架的固定。
(4)继续向垂直正洞方向完成左侧上导坑支护工作,并设置竖向钢支撑加强支护。
图4 交叉口处加强拱架立面示意图(单位:cm)
图5 交叉段支护加强立面图
(5)正洞上导坑开挖支护全部完成后,拆除竖向临时钢支撑,上导坑开始向正洞双向掘进,待单侧掘进长度大于10m后,开始下导坑的开挖支护工作。
2.2.4 围岩监控量测
交叉口段施工时及时设置监控测点,量测断面按5m间距布设。测点安装在距开挖工作面2m以内,且在开挖后12h内完成,并在下一循环开挖前测取初次读数。量测频率不少于2次/d。如有异常,应立即采取加固措施。钢架不得置于虚砟和松动围岩上,并加强锁脚,锁脚钢管与钢架焊接牢固,确保钢架稳定。斜井与正洞掌子面施工时,应设专人值班,随时监测和观察围岩及支护状态的稳定性[8]。通过围岩监控量测采集数据分析,端西隧道斜井与正洞交叉口段开挖过程中围岩基本稳定,隧道拱顶沉降及周边收敛数据均控制在允许范围内。
2.2.5 二次衬砌
2.2.5.1 斜井衬砌支护参数
斜井与正洞连接段设35m长衬砌结构加强段,采用复合式衬砌,其参数见表1。
表1 无轨运输双车道Ⅳ级围岩复合式衬砌参数表
注 斜井施工开挖时,交叉口处衬砌加强段须预留变形量5~8cm。
2.2.5.2 正洞衬砌支护参数
斜井与正洞交叉口处为Ⅱ级围岩,衬砌类型为Ⅳb。初期支护参数如下:
喷射混凝土:拱墙部位喷射C30混凝土23cm,仰拱部位喷射C25混凝土23cm。
钢筋网片:拱部设置ϕ6钢筋网片(HPB300),布置间距20cm×20cm。
锚杆:拱部采用ϕ22组合中空锚杆,长3.5m,布置间距1.5m×1.5m(环向×纵向),边墙采用ϕ22砂浆锚杆,长3.5m,布置间距1.5m×1.2m(环向×纵向),锚杆尾端均应配垫板、螺母。
钢架:全环采用18型钢,布置间距0.8~1.0m,相邻钢架间采用22钢筋连接,环向间距1.0m。
二次衬砌时,隧道拱墙和仰拱均采用C30混凝土,其中拱墙浇筑厚度40cm,仰拱浇筑厚度45cm。浇筑完毕后采用C20混凝土对仰拱进行填充。
在斜井顶部180°设置钢筋加强,范围为斜井与正洞交叉部位5m。
2.2.6 防排水措施
端西隧道斜井洞内通长设置单侧排水沟,排水沟结合永久排水沟设置,斜井路面向侧沟方向横向设置1%的横坡,为防止端西隧道斜井地下水流下正洞,在斜井井底气闸间缓坡段设置一道横向截水盲沟,盲沟开挖尺寸为70cm×80cm(宽×高)。斜井与隧道交叉段前适当的位置设置集水井一座,斜井内侧沟与截水盲沟水均汇向集水井,采用水泵及时将集水井内积水抽排出洞外。集水井在交叉段正洞下台阶开挖完成前设置在斜井,正洞下台阶开挖完成后将集水井移至正洞与斜井交叉处靠南平侧;浇筑交叉段地板混凝土时在盲沟底部设置5根ϕ150PVC排水管,将斜井地下水引排至正洞中心水沟。