论文部分内容阅读
摘要：本文结合某隧道的施工实践重点探讨了国内几种常用的交叉口挑顶施工方法，并对各种方法的优缺点进行了论述，指出了各自适用的范围，不妥之处希望批评指正。
关键词：隧道斜井正洞交叉口施工
1隧道发展状况
我国公路隧道修筑技术已有长足的发展，对围岩动态量测反馈分析技术，组合式通风技术，运营交通简易监控技术，新型防水、排水、堵水技术，围岩稳定技术，支护及衬砌结构技术等都有许多成功实例，其中大部分成果已处于国内领先水平，还有一些成果已达到国际先进水平。重视隧道设计前的水文地质调查、勘测的预设计（初步设计）工作，必须进行施工中的地质超前预提及变位量测工作，及时进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态管理是符合地下工程不确定性客观规律的，是克服施工中不确定性因素的重要手段，是确保安全、可靠、适用、优质建成工程的关键。
2斜井的重要意义
一般隧道的长度越大，工期越紧，若单独从两头掘进，必然受只有2个掌子面的施工场面的限制而无法完成任务。假设一条10KM的隧道，采用两头掘进的方式施工，工期假定3年（现在一般工程的工期3年的也很少了）。而一个掌子面的施工进度按130米/月算，36个月后只能完成4680米，而且还有后续的仰拱、填充、二衬、电缆沟、路面、附属等工序，必然无法在规定工期内完成施工任务。若在隧道中部增加1个斜井，掌子面将增加2个,工期将接近减短1/2,即能轻松完成任务。这就是斜井的重要意义。
3交叉口施工方法的重要意义
（1）交叉口施工有以下特点：与正洞交接处跨度大；形状不规则；断面小；比较危险；施工时间较长，进度慢。
（2）根据以上特点，我们首先要控制的是施工安全，如果安全上除了问题，就有可能造成人员的伤亡、企业的损失、工期的耽误、成本的增加等不可避免的麻烦。如果在保证安全的前提下，我们主要任务的就是加快施工的进度了。
（3）如果采取合理的施工方案，能加快交叉口的施工进度，就可以早日进入正洞，快速形成2个掌子面，原来制约我们的掌子面少、工期压力大的问题就迎刃而解了。这就是交叉口施工方法的重要意义。下面介绍几种国内常用的交叉口施工方法。
4几种交叉口的施工方案
4.1直接挑顶法
（1）主洞上导挑顶
以斜井方向开挖进入正洞5m后，利用爆破松碴作为作业平台，双向以45°斜角挑出正洞拱部（上导），斜井顶部与主洞拱顶高差3.54m，开挖5m长即可到主洞拱顶。上导两侧也同时以斜角开挖至设计轮廓线位置。
（2）压顶
斜井与主洞交汇处，拱顶在两侧扩拱时残留部分在上弧导开挖到轮廓线位置后回头压顶，使交汇处15m范围内主洞拱部先成型，同时予以支护。
（3）三台阶施工作业
上导开挖成型后，双向同时推进，中导和下导分别滞后6m及5m相应跟进，初步形成双向开挖作业能力。
（4）组装台架
三台阶双向开挖相距60m后，大里程方向上导停止开挖，中、下导向前开挖形成全断面，在掌子面附近组装小里程方向掘进和支护台架。同时，小里程方向以三台阶法继续开挖，台车组装成型后，小里程方向上导停止，中、下导跟进，形成全断面，利用组装好的台架全断面作业。此时，大里程方向掌子面继续加工副攻方向掘进和支护台架，加工好后进行全断面作业，从而形成双向全断面正常作业。
4.2转体扩挖法
（1）施工方法
斜井施工至与正洞交界后，以圆曲线形式转体进入正洞，同时上坡开挖至正洞拱顶高程，并继续沿相同方向掘进一定距离；形成作业空间后，转向相反方向施工，扩挖临时支护达到正洞标准断面。斜井进入正洞平面、立面关系。
（2）施工步骤
①根据斜井与正洞相交角度，以间距1.0m间距安装异型钢架，完成由垂直于斜井中线到平行于正洞中線的过渡。
②斜井与正洞交叉口段以0.6m间距架立I25a异型钢钢架，保证相交地段三维受力状态围岩的稳定。
在此型钢钢架上焊接Ⅰ25a型钢横梁，并在横梁两端螺栓连接Ⅰ25a型钢立柱，为正洞钢架提供落脚平台，以后在此处安装正洞钢架时，用Ⅰ25a型钢斜梁代替正洞的N2钢架，用Ⅰ25a型钢立柱代替正洞的N2、N3钢架。
（3）斜井进入正洞内的导洞施工
①导洞设计净宽9m。支护参数为：HW125型钢钢架，间距1榀/m，Φ22锚杆，长度3.0m，间距1.0×1.0m，梅花型布置；φ6钢筋网，网格间距0.2×0.2m；喷射C20砼，厚度18cm。支护施工中要严格按施工指南操作，保证锁脚锚杆和纵向连接筋的施工质量。
②爬坡道的坡度设计，应根据土质情况及机械施工需要进行调整，以加快爬坡导坑施工。
③完成爬坡后，按照线路设计坡度向西安方向按Ⅳ级围岩开挖方法、支护参数继续进行弧行导坑掘进，施工10米后，喷砼封闭西安方向掌子面，反向向郑州方向开挖正洞，每循环先开挖上部，立上部钢架后，再拆除导洞钢架。
④反向开挖支护反向开挖按正洞Ⅳ级围岩上部弧形导坑的高度进行，先开挖顶部，再开挖两侧，开挖时仅对有影响的导洞钢架进行拆除，按正洞设计要求间距进行钢架施工，相应完善其他支护。
⑤正洞落底后要及时进行正洞仰拱施工，以便初期支护与仰拱尽早成环，确保施工安全。
4.3导洞棚架法
（1）施工方法
在斜井接近与正洞相交里程时，逐渐抬高斜井拱顶高程，接长钢架长度。于正洞与斜井相交里程起，采用小导坑进入正洞洞身开挖，于正洞中线处达到正洞拱顶高程，施工中应预留变形沉落量和临时支护厚度。然后再逐步扩挖至正洞标准断面。
（2）施工步骤
①根据斜井与正洞设计相交角度及拱顶高差，确定斜井扩挖起始里程HK0+L1，其拱顶抬高坡度控制在30%左右，同时并对该段斜井初期支护应进行加强，确保下步正洞跨越横洞提供支护保障。进入正洞范围后其开挖及初期支护需比正洞拱部相应设计标高加大，以预留临时支护厚度。
②考虑横洞到正洞上导拱架落脚位置的牢固性，横洞拱架必须提供一个牢固的落脚平台。
在正洞右侧边墙与横洞交界里程HK0+L2处时，沿正洞方向设置拱顶纵向托梁，托梁采用Ⅰ25a型钢，牢固焊接于横洞钢架拱顶，托梁与横洞钢架间空隙设置Ⅰ25竖向立柱,立柱与正洞拱架位置相对应，牢固焊接并喷射C25砼回填密实。
③横洞施工至正洞右侧边墙即L2时，采用人工开挖掏小洞（2m×2m）的施工方法，棚架临时支护及时跟进；与正洞走向垂直上坡到拱顶中线位置后，再逐步扩大施工断面，直至正洞的标准断面。
（3）施工要点
正洞与横洞相交地段处于复杂的三维受力状态，为保证正洞安全挑顶施工的完成，正洞初期支护必须座落于一个牢固的落脚平台，同时应加强该段正洞初期支护的锁脚锚杆施工，防止拱架下沉。
①斜井变断面段施工，应加强初期支护，设计参数应比正常断面相应提高。
②交叉处加强环设置由于正洞开挖断面较大，为确保扩顶段正洞施工安全，在横洞与正洞交接处设置一加强环，加强环由3榀Ⅰ25a型钢钢架组成，钢架间采用φ22钢筋连接，喷35cm厚混凝土覆盖钢架。并应及早施作斜井二次衬砌。
③设置托梁，为正洞拱架提供落脚平台在正洞与横洞拱顶交界里程处，沿正洞方向设置拱顶纵向托梁，托梁采用Ⅰ25a型钢，牢固焊接于横洞钢架拱顶，托梁与横洞钢架间空隙设置Ⅰ25a型钢竖向立柱，立柱应与正洞拱架位置相对应，牢固焊接并喷射C25砼回填密实。
④加密设置正洞初期支护锁脚锚杆，每榀钢架单侧不少于4根锁脚锚管，锚管长4.0m，注水泥砂浆，锁脚锚管与钢架牢固焊接，防止拱架下沉，。
⑤正洞扩顶开挖，顶部支撑Ⅰ18临时棚架，棚架间距依据围岩稳定状态采用0.6～1.0m，棚架间采用φ22钢筋焊接为整体，挂设钢筋网后复喷C25砼20～25cm，形成临时支护体系。
（4）施工注重事项：
①施工中必须加强围岩量测，根据量测结果及时反馈支护信息，确保支护措施安全合理。②交叉口段斜井衬砌应及早施作，挡头板沿正洞线路方向安设。
③斜井与正洞掌子面施工时，应设专人值班，随时观察围岩及支护状态的的稳定性。
④制定挑顶施工的安全应急预案，做好应急材料、物资的储备。
参考文献：
[1]JTGF60-2009，公路隧道施工技术规范。
[2]JTG/TF60-200，公路隧道施工技术细则。
[3]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准。
[4]关宝树，隧道工程施工要点集[M]，北京：人民交通出版社，2003。
关键词：隧道斜井正洞交叉口施工
1隧道发展状况
我国公路隧道修筑技术已有长足的发展，对围岩动态量测反馈分析技术，组合式通风技术，运营交通简易监控技术，新型防水、排水、堵水技术，围岩稳定技术，支护及衬砌结构技术等都有许多成功实例，其中大部分成果已处于国内领先水平，还有一些成果已达到国际先进水平。重视隧道设计前的水文地质调查、勘测的预设计（初步设计）工作，必须进行施工中的地质超前预提及变位量测工作，及时进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态管理是符合地下工程不确定性客观规律的，是克服施工中不确定性因素的重要手段，是确保安全、可靠、适用、优质建成工程的关键。
2斜井的重要意义
一般隧道的长度越大，工期越紧，若单独从两头掘进，必然受只有2个掌子面的施工场面的限制而无法完成任务。假设一条10KM的隧道，采用两头掘进的方式施工，工期假定3年（现在一般工程的工期3年的也很少了）。而一个掌子面的施工进度按130米/月算，36个月后只能完成4680米，而且还有后续的仰拱、填充、二衬、电缆沟、路面、附属等工序，必然无法在规定工期内完成施工任务。若在隧道中部增加1个斜井，掌子面将增加2个,工期将接近减短1/2,即能轻松完成任务。这就是斜井的重要意义。
3交叉口施工方法的重要意义
（1）交叉口施工有以下特点：与正洞交接处跨度大；形状不规则；断面小；比较危险；施工时间较长，进度慢。
（2）根据以上特点，我们首先要控制的是施工安全，如果安全上除了问题，就有可能造成人员的伤亡、企业的损失、工期的耽误、成本的增加等不可避免的麻烦。如果在保证安全的前提下，我们主要任务的就是加快施工的进度了。
（3）如果采取合理的施工方案，能加快交叉口的施工进度，就可以早日进入正洞，快速形成2个掌子面，原来制约我们的掌子面少、工期压力大的问题就迎刃而解了。这就是交叉口施工方法的重要意义。下面介绍几种国内常用的交叉口施工方法。
4几种交叉口的施工方案
4.1直接挑顶法
（1）主洞上导挑顶
以斜井方向开挖进入正洞5m后，利用爆破松碴作为作业平台，双向以45°斜角挑出正洞拱部（上导），斜井顶部与主洞拱顶高差3.54m，开挖5m长即可到主洞拱顶。上导两侧也同时以斜角开挖至设计轮廓线位置。
（2）压顶
斜井与主洞交汇处，拱顶在两侧扩拱时残留部分在上弧导开挖到轮廓线位置后回头压顶，使交汇处15m范围内主洞拱部先成型，同时予以支护。
（3）三台阶施工作业
上导开挖成型后，双向同时推进，中导和下导分别滞后6m及5m相应跟进，初步形成双向开挖作业能力。
（4）组装台架
三台阶双向开挖相距60m后，大里程方向上导停止开挖，中、下导向前开挖形成全断面，在掌子面附近组装小里程方向掘进和支护台架。同时，小里程方向以三台阶法继续开挖，台车组装成型后，小里程方向上导停止，中、下导跟进，形成全断面，利用组装好的台架全断面作业。此时，大里程方向掌子面继续加工副攻方向掘进和支护台架，加工好后进行全断面作业，从而形成双向全断面正常作业。
4.2转体扩挖法
（1）施工方法
斜井施工至与正洞交界后，以圆曲线形式转体进入正洞，同时上坡开挖至正洞拱顶高程，并继续沿相同方向掘进一定距离；形成作业空间后，转向相反方向施工，扩挖临时支护达到正洞标准断面。斜井进入正洞平面、立面关系。
（2）施工步骤
①根据斜井与正洞相交角度，以间距1.0m间距安装异型钢架，完成由垂直于斜井中线到平行于正洞中線的过渡。
②斜井与正洞交叉口段以0.6m间距架立I25a异型钢钢架，保证相交地段三维受力状态围岩的稳定。
在此型钢钢架上焊接Ⅰ25a型钢横梁，并在横梁两端螺栓连接Ⅰ25a型钢立柱，为正洞钢架提供落脚平台，以后在此处安装正洞钢架时，用Ⅰ25a型钢斜梁代替正洞的N2钢架，用Ⅰ25a型钢立柱代替正洞的N2、N3钢架。
（3）斜井进入正洞内的导洞施工
①导洞设计净宽9m。支护参数为：HW125型钢钢架，间距1榀/m，Φ22锚杆，长度3.0m，间距1.0×1.0m，梅花型布置；φ6钢筋网，网格间距0.2×0.2m；喷射C20砼，厚度18cm。支护施工中要严格按施工指南操作，保证锁脚锚杆和纵向连接筋的施工质量。
②爬坡道的坡度设计，应根据土质情况及机械施工需要进行调整，以加快爬坡导坑施工。
③完成爬坡后，按照线路设计坡度向西安方向按Ⅳ级围岩开挖方法、支护参数继续进行弧行导坑掘进，施工10米后，喷砼封闭西安方向掌子面，反向向郑州方向开挖正洞，每循环先开挖上部，立上部钢架后，再拆除导洞钢架。
④反向开挖支护反向开挖按正洞Ⅳ级围岩上部弧形导坑的高度进行，先开挖顶部，再开挖两侧，开挖时仅对有影响的导洞钢架进行拆除，按正洞设计要求间距进行钢架施工，相应完善其他支护。
⑤正洞落底后要及时进行正洞仰拱施工，以便初期支护与仰拱尽早成环，确保施工安全。
4.3导洞棚架法
（1）施工方法
在斜井接近与正洞相交里程时，逐渐抬高斜井拱顶高程，接长钢架长度。于正洞与斜井相交里程起，采用小导坑进入正洞洞身开挖，于正洞中线处达到正洞拱顶高程，施工中应预留变形沉落量和临时支护厚度。然后再逐步扩挖至正洞标准断面。
（2）施工步骤
①根据斜井与正洞设计相交角度及拱顶高差，确定斜井扩挖起始里程HK0+L1，其拱顶抬高坡度控制在30%左右，同时并对该段斜井初期支护应进行加强，确保下步正洞跨越横洞提供支护保障。进入正洞范围后其开挖及初期支护需比正洞拱部相应设计标高加大，以预留临时支护厚度。
②考虑横洞到正洞上导拱架落脚位置的牢固性，横洞拱架必须提供一个牢固的落脚平台。
在正洞右侧边墙与横洞交界里程HK0+L2处时，沿正洞方向设置拱顶纵向托梁，托梁采用Ⅰ25a型钢，牢固焊接于横洞钢架拱顶，托梁与横洞钢架间空隙设置Ⅰ25竖向立柱,立柱与正洞拱架位置相对应，牢固焊接并喷射C25砼回填密实。
③横洞施工至正洞右侧边墙即L2时，采用人工开挖掏小洞（2m×2m）的施工方法，棚架临时支护及时跟进；与正洞走向垂直上坡到拱顶中线位置后，再逐步扩大施工断面，直至正洞的标准断面。
（3）施工要点
正洞与横洞相交地段处于复杂的三维受力状态，为保证正洞安全挑顶施工的完成，正洞初期支护必须座落于一个牢固的落脚平台，同时应加强该段正洞初期支护的锁脚锚杆施工，防止拱架下沉。
①斜井变断面段施工，应加强初期支护，设计参数应比正常断面相应提高。
②交叉处加强环设置由于正洞开挖断面较大，为确保扩顶段正洞施工安全，在横洞与正洞交接处设置一加强环，加强环由3榀Ⅰ25a型钢钢架组成，钢架间采用φ22钢筋连接，喷35cm厚混凝土覆盖钢架。并应及早施作斜井二次衬砌。
③设置托梁，为正洞拱架提供落脚平台在正洞与横洞拱顶交界里程处，沿正洞方向设置拱顶纵向托梁，托梁采用Ⅰ25a型钢，牢固焊接于横洞钢架拱顶，托梁与横洞钢架间空隙设置Ⅰ25a型钢竖向立柱，立柱应与正洞拱架位置相对应，牢固焊接并喷射C25砼回填密实。
④加密设置正洞初期支护锁脚锚杆，每榀钢架单侧不少于4根锁脚锚管，锚管长4.0m，注水泥砂浆，锁脚锚管与钢架牢固焊接，防止拱架下沉，。
⑤正洞扩顶开挖，顶部支撑Ⅰ18临时棚架，棚架间距依据围岩稳定状态采用0.6～1.0m，棚架间采用φ22钢筋焊接为整体，挂设钢筋网后复喷C25砼20～25cm，形成临时支护体系。
（4）施工注重事项：
①施工中必须加强围岩量测，根据量测结果及时反馈支护信息，确保支护措施安全合理。②交叉口段斜井衬砌应及早施作，挡头板沿正洞线路方向安设。
③斜井与正洞掌子面施工时，应设专人值班，随时观察围岩及支护状态的的稳定性。
④制定挑顶施工的安全应急预案，做好应急材料、物资的储备。
参考文献：
[1]JTGF60-2009，公路隧道施工技术规范。
[2]JTG/TF60-200，公路隧道施工技术细则。
[3]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准。
[4]关宝树，隧道工程施工要点集[M]，北京：人民交通出版社，2003。