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下穿村莊強風化圍巖隧道挑頂施工技術應用

文檔作者：于維林文檔來源：中交疏浚（天津）投資有限公司		更新日期： 2026年05月19日	點擊數：
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·54· | 工程技術與應用 | Engineering Technology and Application 2020 年第 23 期
下穿村莊強風化圍巖隧道挑頂施工技術應用
于維林
（中交疏浚（天津）投資有限公司，天津 301900）
摘 要：長大隧道施工中，通過斜井增加工作面可加快施工進度，但在斜井進主洞挑頂階段對技術和安全提出了極高挑戰，
同時下穿村莊對該階段安全施工也提出了較高的要求。為此，文章主要介紹了下穿施工與挑頂交匯共存時的施工技術，
研究成果可為相關研究人員提供參考。
關鍵詞：強風化圍巖；隧道；挑頂施工
中圖分類號：U455.4 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789（2020）23-0054-02
作者簡介：于維林，男，本科，工程師，研究方向為路橋與
地下工程。
1 工程概況
東北某客運專線長大隧道全長8860m，埋深43 ～
269m，斜井長605m，與正洞左線相交夾角為39°。交
匯區域設計圍巖級別為Ⅲ級，凝灰巖強風化，巖石節理
裂隙較發育，巖體較破碎或較完整，呈塊石狀鑲嵌結構。
施工區段下穿村莊及鄉村道路，采用鉆爆法施工會對地
上建（構）筑物造成一定擾動，并對村民生活及生產造
成一定影響。該施工區段地下水主要為基巖裂隙水和構
造裂隙水，巖體破碎透水性較好，施工段日正常涌水量
為1300m3，日最大涌水量達5379m3。區段分布有斷層，
層間斷層泥多為薄層，工程物理力學性質較差。斷層上
盤巖性較破碎，斷層下盤較穩定，巖層完整性較好。
2 指導原則
（1）下穿村莊及鄉村道路施工區段爆破開挖施工應
遵循的基本原則是“短進尺、弱爆破、多循環、強支護”。
（2）盡量減小對居民生產和生活用水的影響，做好超前
周邊注漿，必要時調整為止水帷幕注漿。（3）先加固后
開挖。從工程地質反映情況來看，斜井與正洞交匯區域
的初期支護需加強，襯砌需為模筑混凝土。（4）斜井
與正洞相交處的門洞采用加強環，挑頂前進趨勢應從外
向內漸進式擴大。（5）斜井與正洞交匯區段圍巖需滿
足大跨度臨空受力要求，因此在圍巖級別應比實際下調
一級，襯砌結構強度等級提高一級。（6）為防止不均
勻沉降引起相交區段正洞一側襯砌開裂，交匯區段斜井
開挖斷面寬度兩側的沉降縫應在二次襯砌施作時預設，
位置選擇在其斷面寬度開挖輪廓線外。
3 超前地質預報
斜井進入主洞挑頂施工主要采用加長炮孔和利用工
作面地質素描的方法進行超前地質預報，需準確預報掌
子面前方3 ～ 5m 范圍穿越地層的洞身地層地質構造（巖
性、節理）以及水文地質情況。
4 超前周邊注漿
下穿段地下水多為裂隙水，為不影響當地居民生活
用水，必須進行超前周邊注漿或止水帷幕，防止地下水
位下降。注漿孔直徑以110mm 為宜，長度為3.5m；單
孔有效擴散半徑為3m；注漿有效覆蓋范圍應在隧道設
計開挖輪廓線外4 ～ 5m；注漿壓力控制區間以靜水壓
力以上0.5 ～ 1.5MPa 為宜。每循環開挖長度為25m，
配合環向注漿范圍30m，止漿巖盤長度5m；每循環注
漿孔3 ～ 4 環，共56 ～ 68 孔；注漿管直徑為108mm，
壁厚5mm，長度為3.5m，孔口管埋置于孔內，固定牢靠，
止漿功能可靠。注漿順序為先內后外，先無水后有水，
同一環隔孔加注，巖層破碎伴有坍孔隱患時須優先進行
前進式注漿，反之則采用后進式注漿。根據設計要求，
斷層段需增設止水帷幕注漿。從實際情況來看，通過村
莊區段水位下降的可能性極大，建議該段將超前周邊注
漿調整為止水帷幕注漿。
5 超前支護與系統錨桿
超前小導管外插角度須符合設計要求，鉆孔完成后，
將小導管頂入孔內，導管末端外露長度滿足注漿要求，
導管末端焊接在鋼架上，同時以鋼架作為注漿支撐點，
鋼架緊貼圍巖架立，注漿后的鋼管與鋼架（格柵）形成
管架（柵）一體化結構，整體支護能力增強。
風鉆鉆孔完成后，砂漿錨桿沿專用測斜儀控制的錨
桿孔道傾角插設，專用注漿泵及時壓漿。錨桿末端外露
長度不短于鋼架或格柵主筋凈距，錨桿外插角須滿足設
計要求，錨桿末端與鋼架幫條焊接在一起。風鉆鉆孔完
成后，液壓平臺配合人工安裝組合中空錨桿，專用高壓
注漿泵及時注漿。
6 挑頂技術
斜井與正洞交匯區段圍巖級別為Ⅲ級，以橫向爬坡
棚架法挑頂進洞。以正洞開挖輪廓線為界，開挖至分界
線斜井一側14.6m 處時，逐步提高斜井拱頂高程，鋼架
尺寸隨拱部寬度逐步加長，進洞坡度斜向上30°。在斜
井與正洞相交處施作加強環和預埋柱頭，施作完畢后運
送石渣壓實成型構成下臺階，然后按設計棚架尺寸開挖
進正洞，棚洞成型后開挖正洞。棚洞沿拱頂曲線，斜向
上橫向開挖至正洞中線處，按坡度30°爬坡，達到正洞
拱頂高程后再以平坡沿拱頂曲線橫向開挖至正洞開挖輪
廓線外側上臺階拱腳處。棚洞開挖輪廓線需控制在正洞
開挖輪廓線外一定距離，成形后不得侵入限界，套拱位
于棚洞橫梁下部，套拱結束后再沿主線大小里程分臺階
開挖正洞。
7 挑頂工序
7.1 斜井與正洞交匯區域
按照斜井與正洞之間的設計高差計算，需在距正洞
開挖輪廓線14.6m 處開始擴挖斜井拱頂，按30% 坡度抬
高開挖進洞。交匯處斜井一側設置3 榀寬度為0.6m 的
2020 年第 23 期 Engineering Technology and Application| 工程技術與應用 | ·55·
I25a 型鋼鋼架加強環，沿拱部環向120°范圍內預埋一
圈I20a 工字鋼柱頭，設置間隔0.6m，長度為0.8m，埋
入長度為0.6m，外露長度為0.2m，鋼柱頭頭部與斜井
鋼架焊接。
在靠近正洞斜井一側設置7 榀I18 型鋼鋼架，相同
位置處設置同等數量仰拱鋼架，且正洞仰拱鋼架須焊接
在斜井加強環最外側的仰拱鋼架上，形成整體受力結構，
以使正洞和斜井交匯口處的連接更為牢固可靠。鋼架間
以縱向連接筋焊接，間隔1m，梅花形分布。
7.2 棚洞開挖
斜井進洞后，沿垂直正洞中線方向以棚洞方式開挖，
開挖斷面尺寸為5m×4.2m（頂部凈寬3m），按30°斜
向上爬坡開挖到正洞拱頂中線位置處，再以平坡橫向開
挖至正洞開挖輪廓線外側上導坑拱腳位置處，棚洞以型
鋼鋼架作為臨時支護。
棚洞鋼架選用I18 型鋼，間距60cm，鋼架整體構
成臨時封閉環，封閉環頂部為橫梁、兩側為斜柱、底部
為橫撐，兩側底腳設置鎖腳錨桿4 根，直徑為50mm。
根據開挖面圍巖情況，決定是否需要在橫梁兩側增加豎
向支撐，提高棚架強度，并沿環向設置鋼架網，直徑為
8mm，網格橫豎向間距為20cm；間隔1m，梅花形布置
系統錨桿，直徑為22mm，長度為3.5m。為使支護厚度、
預留變形量和凈空滿足要求，棚洞拱頂高程實際開挖輪
廓線須超出正洞設計開挖線，使棚洞鋼架橫梁實際位于
正洞初期支護外，考慮安全因素，以減少圍巖擾動，做
正洞初支時不再取出，與初支形成整體復合支護結構。
7.3 套拱施工
棚洞施作完成后，在鋼架內側沿拱頂環向2m 范
圍內施作套拱。套拱鋼架選用I20a 工字鋼，棚洞內每
60cm 設置1 榀，共4 榀。棚洞外兩側（4 ～ 6m 范圍）
各設置6 榀伸長套拱剛架，間隔80cm。鋼架兩側分別
焊接于斜井加強環I20a 工字鋼柱頭上和正洞上臺階拱腳
處，拱腳外緣與正洞輪廓線距離60cm。相鄰鋼架間以
縱向鋼筋（直徑為22mm）焊接為整體，環向梅花形布置，
間距80cm。每榀鋼架拱腳處打設2 根鎖腳錨管。鋼架
支立完畢后噴射28cm 厚的C25 混凝土。
套拱施作完成后，緊跟設置正洞初期支護鋼架，交
錯布置在套拱鋼架間。鋼架一端焊接于斜井與正洞設置
的門形加強環橫梁上，另一端焊接于混凝土墊塊預埋鋼
板上，每榀鋼架在分節和拱腳處各打設2 根鎖腳錨管。
7.4 挑頂區段正洞施工
激光斷面儀應按設計要求控制隧道開挖輪廓線，交
匯區段人工使用機械較為頻繁，洞內的導線樁、中線樁
和水準點需加密復測頻率，其設置也必須牢固可靠。
（1）優先開挖與支護大里程方向，然后開挖及支
護小里程方向，在斜井與正洞交匯區段正洞初支施工完
畢時停止正洞上導開挖。（2）開挖及支護大里程方向
1 號區段上導，并同時開挖及支護1 號區段中導，上、
中導開挖進尺不大于2m，上導與中導跟進距離不大于
5m。初期支護完成后封閉大里程方向的上中導掌子面。
此段完成后，便可在上臺階大里程一側拼裝焊接開挖臺
車。（3）開挖及支護小里程方向1 號區段上導，并同
時開挖及支護1 號區段中導，上、中導開挖進尺不大于
2m，上導與中導跟進距離不大于5m。初期支護完成后
封閉大里程方向的上中導掌子面。此段完成后，為方便
組裝二襯臺車，需在支護噴混前注意在該區段預埋鋼板
或吊環。（4）開挖及支護大里程方向2 號區段上導，并
同時開挖及支護2 號區段中導，1 號區段下導緊隨其后
開挖及支護，上、中、下導開挖進尺不大于2m。開挖
中、下導時避免交叉施工，馬口錯開寬度宜大于3m。
支護完后大里程開挖隨即暫停。（5）開挖及支護小里
程方向2 號區段上導，并同時開挖及支護2 號區段中導，
1 號區段下導緊跟開挖，上、中、下導開挖進尺不大于
2m。開挖中、下導時避免交叉施工，馬口錯開寬度宜大
于3m。在兩端上導相距50m 時可同時開挖及支護。
7.5 鋼筋網
鋼筋網貼近圍巖表面布置并預留足夠保護層，與錨
桿和鋼架焊接牢固，形成整體。噴混凝土時需控制好噴
頭與受噴面距離并控制風壓，將施工產生的振動減至較
低水平減少回彈。
7.6 型鋼鋼架
掌子面初次噴射完成后，應立即進行鋼架安裝。鋼
架底腳必須支撐于堅實的基礎上，基礎表面須平整干凈。
鋼架拱頂段須以完整單元方式架立，將系統錨桿作為定
位鋼筋，并于拱、墻角位置每側打設2 根鎖腳錨管。
8 過程控制要點
（1）交匯區段圍巖監測斷面選擇。交匯口斜井一側
20m、交匯點正洞大小里程各30m 內，按每5m 設置1
個，尤其是交匯口處需設置1 個監控量測斷面，在設計
及規范要求的頻率范圍內，及時對圍巖周邊水平位移和
凈空變化、拱頂下沉等展開監測，通過識別位移變化速
度和位移時的曲線形態，判別圍巖狀態，及時調整施工
狀態，保障安全質量受控。（2）嚴格控制棚洞鋼架體
系施工質量和鎖腳錨管與鋼架連接質量。（3）加強環
為正洞支護體系的支撐點，確保施工精度，使其與正洞
初期支護連成整體。（4）正洞仰拱、二次襯砌緊跟開挖，
盡早閉合成環，降低因交匯口段受力復雜導致的圍巖不
穩定性，確保安全。（5）交匯段內斷面結構變化較大，
通風不暢，尤其棚洞施工空間較窄，溫度集聚效應大，
必須加強通風和作業面降溫。（6）動態掌握地質變化
情況。開挖面應盡量為超前地質預報提供空間，根據反
饋的地質條件及時調整開挖和支護條件，或適時調整挑
頂方案。
9 結束語
超前技術為施工構建了安全的作業環境，動態調整
與檢測手段極大地提高了挑頂的安全系數，為橫向爬坡
棚架快速進洞方案實施提供了安全基礎。此次挑頂施工
得到了設計方的全方位指導，施工單位在超前檢測、交
匯加強、正洞施工階段獲得了完整的技術參數，積累了
難得的經驗，為后續復雜地下空間斜交挑頂順利施工奠
定了工藝基礎。
參考文獻：
[1] 周志強. 軟弱圍巖隧道斜井進入正洞挑頂施工技術[J]. 工
程技術研究,2020,5(8):103-104.
[2] 張永安. 客運專線黃土隧道三臺階七步開挖技術及沉降控
制[J]. 工程技術研究,2016,1(7):77-78.

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