同马山隧道设计与施工浅析

同马山隧道设计与施工浅析摘要：新建贵阳至广州快速铁路GGTJ-2标同马山隧道2#斜井长1222米，纵坡11%，斜井与正洞平面交角10°18′57″，井底设计为90°垂直进洞；并且2#斜井洞口场地狭小，斜井断面小，非常不利于隧道通风排水。本文将结合该隧道的特点探讨设计及施工，仅供参考。一、概述同马山隧道设计进口里程DK172+100～DK186+029，隧道全长13929m。我部承担隧道中间段DK177+400～DK181+000（3.6km）及2#斜井施工任务。同马山隧道DK177+400～DK181+000为直线段，隧道净空12.2m(宽)×8.68m（高），线间距4.8m,复合式衬砌结构，隧道防水等级不小于P8。2#斜井长度1222m，纵坡11%，直墙断面型式，单车道无轨运输出碴；设计斜井净空断面4.7m(宽)×6m（高）。同马山隧道2#斜井与正洞相交于DK180+400，作为DK177+400～DK181+000段唯一的施工通道。二、优化设计首先，设计的斜井口位置较为偏远，往往施工便道比较长，且洞口场地相对狭小；其次，斜井设计为单车道无轨运输，净空宽度尺寸无法实现装载机与汽车并排装碴，运输、出碴效率不高，开挖支护循环时间增长；另外，净空高度对交通运输有限制，在设计中的断面上布置一条通风软管（加上停风状态下的通风软管下坠量）显得车辆行走空间不足，容易造成交通障碍和安全隐患。一般斜井优化方向：1、斜井换侧如果另侧单独斜井临建困难，可考虑将斜井换侧，调整到与其它斜井处于同侧同一条沟内，可减少便道和临建投入，同时便于管理。2、斜井取消或合并通过采取措施能够加快进度确保工期，可考虑取消个别斜井；如果斜井洞口地形困难或地质差，可考虑合并进洞。即从一个斜井进去，再分叉开挖另一个斜井。3、斜井条件优化3.1斜井洞口平面位置及标高调整（考虑洞口地形、地质、地面标高、汛期灌水等）；3.2坡度、交角优化；3.3斜井断面尺寸优化（净空及净高必须满足作业机械及运输车辆界限）；3.4其它调整（错车道间距、交叉口的加宽等）。针对实际情况，有必要对原设计进行优化。以Ⅲ级围岩断面为例，1、斜井衬砌后净空宽度B=30+235+50+300+30=650cm。其中30cm为机械距离边墙的预留工作空间；235cm为汽车宽度；50cm为装载机装碴时与汽车并排的工作预留空间（经现场用装载机和汽车并排模拟装碴，50cm正好满足并排装碴条件）；300cm为装载宽度。如果考虑装载机从汽车尾部装碴，则装载机倾卸碴只能达到汽车料斗1/3～2/3长度；如果采取扩挖装碴车道，则又回到原设计断面采取的装碴措施方式上了，更不经济。2、斜井衬砌后净空高度H=20+385+30+180+30=645cm其中20cm为底板厚度385cm为混凝土罐车的高度；30cm为风管距离拱顶的高度；180cm为风管直径；30cm为风管下坠时距离罐车顶部的预留空间。三、交叉口施工方案根据优化过的设计施工方案，更为便于正洞施工，拟将斜井与正洞平面交叉角度设为60°。进正洞前200m先对隧道对洞外平面、高程控制网，洞内平面控制网进行复测，以确保洞内施工放样的准确性。进正洞前100m，请地质预报单位进行超前地质预报，以探明前方围岩情况，以采取安全可靠的进洞方案。以下按Ⅲ、Ⅳ两种围岩情况确定进洞方案。进洞的支护方案按降低一级围岩级别进行考虑。（一）Ⅲ级围岩进洞处理方案1、当超前地质预报探明前方为Ⅲ级围岩时，按照降低一级围岩级别支护的原则，交叉口处斜井井身10m范围按Ⅳ级围岩进行支护，并辅以工字钢拱架加强支护。原斜井Ⅳ级围岩单车道扩大断面支护型式为：拱墙范围打设L=3m@1.2m×1.2m的水泥砂浆锚杆，梅花型布设；拱墙挂设φ8@200mm×200mm的钢筋网；喷射25cm厚的C25混凝土。2、当超前地质预报探明前方为Ⅲ级围岩时，按照降低一级围岩级别支护的原则，正洞交叉口前后11m范围按照Ⅳ级围岩进行支护（参考图贵广贰隧参04-10-01-02Ⅳ级围岩A型复合式衬砌断面及参考图贵广贰隧参04-22-01-03Ⅳ级围岩I型加强复合式衬砌I18型钢钢架设计图）。设计Ⅳ级围岩正洞支护参数为：拱墙范围打设L=4.0m@1.2×1.0m的锚杆，拱部为组合中空锚杆，边墙为水泥砂浆锚杆；I20b型钢钢架间距1m,拱墙挂设φ8@200mm×200mm的钢筋网；喷射28cm厚的C25混凝土。3、斜井交叉口缓坡段段10m范围采用间距为1m/榀的Ⅰ16工字钢拱架加强支护以确保结构稳定（详细支护见图4）。交叉口架立3榀Ⅰ20b工字钢拱架并排加强支护。喷射混凝土厚度22cm，Ф22水泥砂浆锚杆长度3m，挂设单层φ6钢筋网，网眼间距250×250mm。4、施工步骤为：斜井按13.52%坡度上坡，开挖出中导洞平台后，中导洞往贵阳方向按13%的上坡掘进11m至正洞拱顶高程；按正洞设计坡度将正洞扩挖至上断面设计开挖宽度，然后再按正洞上断面开挖往前6m，以满足反向挑顶的操作空间，然后反向挑顶和扩挖边墙至设计断面。按照上述施工步骤往广州方向开挖中导洞及往贵阳反向挑顶及扩挖至设计断面。开挖支护步骤如图3所示。5、中导洞和挑顶和掘进过程中，要随开挖随支护，中导洞支护见图6。中导洞开挖找顶后，开打设L=2.5m@1.2m×1.2m梅花型布设的Ф22水泥砂浆锚杆，安装垫块。挂设φ6@25cm×25cm钢筋网，喷射8cm厚度的C25混凝土。6、中导洞顶部开挖至正洞拱顶高程后，要进行扩挖，扩挖过程中可采取一些与中导洞相同的支护措施，待扩挖至正洞上台阶尺寸后，立即按照正洞Ⅳ级围岩进行支护。即架立1m/榀的Ⅰ18工字钢拱架，打设L=3.5m的Ф22锁脚锚杆及L=3.0m的Ф22系统锚杆。系统锚杆间距1.2m×1.2m梅花型布设。挂设@20cm×20cmφ8钢筋网，喷射25cm的C25混凝土进行封闭。7、挑顶过程中，当拱部遇到水平岩层时，采用3.5m长的Ф25超前锚杆加固后，再进行开挖。当围岩较破碎时，采用Ф50超前注浆小导管代替超前锚杆。8、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。（二）Ⅳ级围岩进洞处理方案当超前地质预报显示前方为Ⅳ级围岩时，斜井交叉口处10m范围内和交叉口处正洞前后11m按Ⅴ级围岩进行支护（参考图贵广贰隧参04-14-01-02Ⅴ级围岩复合式衬砌断面及参考图贵广贰隧参04-26-01-04Ⅴ级围岩、Ⅴ级I型加强复合式衬砌I18型钢钢架设计图），只是将格栅钢架改为I20b工字钢拱架。Ⅳ级围岩进洞处理施工步骤与Ⅲ级围岩类似。如图2所示：图2Ⅳ级围岩斜井进入正洞剖单位：m