摘要：本文结合贵阳枢纽白龙铁路大对门隧道这一工程实例,就大跨软岩隧道横洞与正洞交叉口段施工方案进行探讨,并对横洞与正洞交接处的加强措施和两种进正洞各自施工方法的转化、施工技术措施等进行阐述,通过工程实例验证得出采用方案一比较适合，为类似软岩隧道横洞进正洞施工提供参考。
关键词：大对门隧道；横洞进正洞；交叉口；施工方案
0 引言
近年来,随着我国中长期铁路网发展规划的逐步实施,一些地质复杂、施工难度大的长大隧道陆续投资修建。为了缩短工期,往往采用各种辅助坑道增加工作面,实现“长隧短打”［1］的目标。可是,由于隧道围岩地质情况复杂多变,加之辅助坑道相对隧道正洞而言,断面较小,如何从小断面安全地过渡到大断面,交叉口段施工尤为重要。本文结合贵阳枢纽白龙铁路大对门隧道横洞进入正洞施工实例,就在软岩地质条件下,对横洞与正洞交叉口段施工方案进行探讨,并将施工中采取的技术措施和实施效果进行分析。
1 工程概况
贵阳枢纽白云至龙里铁路大对门隧道 ( DIK18+556~ DIK22+604) 位于贵州省贵阳市乌当区南明河右岸中低山区， 隧道穿越山脉呈南北走向，地形起伏大，沟壑密布，地表植被发育，自然坡度一般为20°~ 45°，局部形成陡崖， 隧道最大埋深205m，最浅埋深20m。隧道全长4048m, 按双线单洞设计, 其中1908m设计为V级围岩，1750m为IV级围岩。隧道洞身涉及地质地层为第三系、泥盆系中上统、志留系中下统、奥陶系中上统，岩土特征主要为页岩夹砂岩、泥岩夹砂岩、白云岩、灰岩。隧道可能出现涌水地段主要位于构造裂隙发育的断层带，局部地段会出现充填式溶洞。大对门隧道横洞与正洞相交里程为DIK20+616，横洞长185m，与正洞的夹角为90°，大对门隧道横洞处地层以页岩夹砂岩、泥岩夹砂岩为主, 岩体极为破碎稳定性差。
2 施工方案介绍
2.1 横洞进主洞施工方案一
大对门隧道横洞施工至HK0+007.24时即采用此方案进入主洞。大对门隧道横洞施工至HK0+007.24时, 掘进方向逐步转向大里程方向，转向段起讫里程DIK20+616~ +628.04，转向段长7.24m，转向角度90°，转向完成后在4.8m过渡段内,开挖断面逐步扩大,直至开挖断面中心线与主洞中心线重合,开挖断面扩大至正洞开挖断面。之后以正洞开挖断面继续向大里程方向掘进30m, 封闭掌子面并完成初期支护, 随即转向大对门隧道小里程方向完成过渡段和转向段的正洞开挖及初期支护, 至此完成横洞进正洞施工。施工过程初期支护紧跟, 以防止开挖断面变化引起的围岩应力集中［2］，对施工造成不利影响。图1为横洞进入正洞位置关系平面图。
2.2 横洞进主洞施工方案二
第1步：大对门隧道横洞施工至HK0+007.24时，改变横洞原支护参数，加强支护以保证横洞与正洞交界处施工安全。横洞与正洞交界处钢拱架上设I36横梁以形成门架式结构, 确保主洞钢架能够安全的支撑到I36横梁上。该步施工以下简称为横洞加强段施工，其横洞交界处门架结构见图 2。
第2步：大对门隧道横洞与正洞交接后, 采用净宽5.6m的小导洞沿正洞法线方向继续掘进至正洞右边界，小导洞底标高按20%坡度提升。小导洞拱脚处高于该截面正洞钢拱架0.1m，拱顶高于该截面正洞钢拱架0.6m，以便后续施工，净高随与正洞相交各截面变化。该步施工以下简称为小导洞施工。图 3为小导洞进入正洞正面图，图4为小导洞与正洞钢架位置关系图。
。
3 施工方案比选
3.1 方案一
横洞施工至与正洞交界后，以圆曲线形式转体进人正洞，同时上坡开挖至正洞拱顶高程，随后继续沿相同方向扩挖临时支护达到正洞标准断面，并掘进一定距离，形成作业空间后，转向相反方向施工, 直至跨过横洞与正洞交叉口段一定距离，然后进行其他分部开挖，完成施工转换，进人正洞正常施工状态。
优点：对横洞结构影响小，不需要大范围改变横洞施工结构；正洞初期支护结构可以一次成型；仅需拆除转向段小断面的初支，对围岩二次扰动小；在转向段施工前横洞加强段施工已经完成，能够为后续工序提供整体、稳定、可靠的支撑基础，施工安全系数较高；转向段施工精度要求较低，能够快速完成过渡施工，形成正洞施工能力。
缺点：反向过渡段开挖时正洞钢架架立高度较大，需要搭设临时作业平台辅助施工。
3.2 方案二
在横洞接近与正洞相交里程时，采用净宽5.6m的小导洞沿正洞法线方向继续掘进至正洞右边界，小导洞底标高按20%坡度提升。小导洞拱脚处高于该截面正洞钢拱架0 .1m，拱顶高于该截面正洞钢拱架0. 6 m。施工中应预留变形沉降量和初期支护厚度。小导洞施工完成后可向一端进行正洞上台阶施工。
优点：临时工程数量较少，过渡段距离短，可以在很短范围内形成正洞双向施工能力。
缺点：小导洞施工完后进正洞施工作业面小；在小导洞施工时需将小导洞底部及顶部突然抬高，小导洞顶部要高于正洞顶部 60 cm；且在正洞施工时，小导洞初期支护结构需要2次架、拆才能完成，对围岩扰动较大；测量精度要求高。
3.3 方案确定
综合以上分析，充分考虑各种施工因素的影响，本着安全第一、经济适用的原则，确定方案一作为大对门隧道横洞进正洞的首选方案。
4 方案的实施
4. 1 转向段施工
大对门隧道横洞施工至HK0+007.24时，局部加强横洞与正洞交界处的初期支护，掘进方向向大对门隧道大里程方向逐步转向并以42.6%的坡度抬高横洞拱顶至正洞拱顶。转向段长度7.24m，过渡段长度4.8m，转向角度90°，横洞拱顶与正洞拱顶绝对高差4.84m。
横洞与正洞交接处在保证横洞净空不被侵占的前提下，本着对交接处初期支护加厚、加宽、加强的原则施作初期支护。
1)型钢钢架。横洞与正洞交接处的第1榀钢架采用3榀I20b钢架品字形连接而成。3榀钢架之间可靠焊
接达到加厚钢架的目的。图6为加强段品字形钢架示意图。
2)钢架纵向连接。加厚钢架架立完毕后即进行钢架纵向连接。采用I 16型钢连接加强钢架与已喷锚支护好的横洞初期支护钢架，环向间距1. 0m布置，可靠焊接。 22连接筋及钢筋网片依初期支护参数施作。
3)施作锚杆。钢架纵向连接完毕后即施作锁脚锚杆。锁脚锚杆采用42无缝钢管制作，L =4.0m，与水平方向成45°下插角打设［3］，环向锚杆采用Φ22钢筋，环向间距 1.0m，L = 4. 5m 打设，拱部与水平方向成45°上插角打设。
4)仰拱钢架连接。横洞距横洞与正洞交接处5m范围内的5榀横洞钢架仰拱处采用I 20b型钢各自封闭成环。
5)浇注混凝土。钢架及锚杆施作完毕后即对10m长的加强段浇注C25混凝土50cm， 提高加强段的承载力。
经过16个施工循环后完成转向。完成转向时横洞开挖轮廓线拱顶与正洞开挖轮廓线拱顶重合。
4 .2 过渡段施工.
转向段施工完成后即可进行过渡段施工。每循环开挖进尺0.6m。开挖过渡段时横洞开挖轮廓线与正洞开挖轮廓线拱顶重合，横洞开挖轮廓线横向距主洞开挖轮廓线3.74m，每个工作循环开挖断面横向左右两侧各相应扩大47cm，经过8个施工循环后断面扩大至正洞开挖断面。过渡段共分8个工作循环完成，开挖方式采用台阶法开挖［4］。图7为横洞扩挖至正洞立面图。
4. 3 正洞开挖
过渡段施工完成后，正洞继续向前沿大里程方向掘进30. 0m，封闭掌子面，并完成初期支护，以保证开挖断面围岩的稳定，为开挖过渡段和转向段提供必要的工作空间。
4 .4 反向开挖过渡段.
正洞向前掘进30. 0m完成后，即向小里程方向开挖过渡段。由于过渡段中心已开挖并完成初期支护，其开挖方式类似于中洞法开挖。施工方法为：将开挖断面分为上、下及底部 3个部分逐级掘进施工。为方便机械作业，上台阶开挖高度控制在5m 左右，下台阶高度控制在4m 左右，底部台阶控制在3m左右，反向开挖过渡段共分8个工作循环完成，1~ 4个工作循环开挖方式采用全断面法开挖，5~ 8个工作循环开挖方式采用台阶法开挖。
4．5 监控量测
因大对门隧道为90%为IV、V级软弱围岩，围岩自稳能力低、含水量变化大、交叉口应力集中点多、结构受力复杂，为了更好地掌握围岩变形情况，施工监控量测方案和现场实施尤为重要。在横洞进正洞转换施工过程中，尤其注重监控量测工作，量测数据及时反馈，用于指导施工该段施工过程，拱顶沉降量测采用贴反射膜片配合全站仪无尺量测工艺［5］，水平收敛采用数显收敛仪进行量测。该段施工量测结果隧道拱顶沉降累计最大值为72mm， 水平收敛累计最大值为34mm，设计预留变形量为150mm。整个施工过程处于稳定可控状态。
5 结论
通过贵阳枢纽白龙铁路大对门隧道横洞进正洞施工方案的成功实施，证明方案一是可行的，并且能够确保施工安全和加快施工速度，此方法进人正洞后，开挖断面可一次形成，施工安全得到了保证，临时支护数量较小采用爬坡进入正洞顶部、形成正台阶施工断面后反向挑顶扩大形成隧道正式断面的施工方案，在软岩隧道横洞进正洞施工中有其独特的优越性。但采用此种方法在施工反向过渡段开挖时正洞钢架架立高度较大，且要对转向段钢架进行一定程度的拆除。随着地质条件复杂的长大隧道的不断投资建设，软弱围岩隧道横洞进正洞交叉口段施工方案的优劣，直接关系到隧道工程施工的安全性和经济性, 更好、更安全的横洞进正洞的施工方法有待进一步研究和探讨。
参考文献:
［1］宋秀清，刘杰. 隧道施工[M]. 北京:人民交通出版社, 2009.
［2］中铁一局集团有限公司. TZ204-2008铁路隧道工程施工技术指南[M]. 北京: 铁道部经济规划研究院, 2008.
［4］王毅才. 隧道工程[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005.
［5］铁建设[2008]105号.铁路隧道超前地质预报技术指南[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2008. |
