1 工程概况

　　汶马高速公路狮子坪隧道全长13.156km，由汶马高速公路C14～C16合同段共同施工，其中C15合同段承担隧道中部4.952km施工任务，主要通过2号通风横洞进洞施工，2号通风横洞左线长1 458m，右线长1 462m，设置地下风机房及联络风道，掌子面围岩水平倾角90°，围岩走向与隧道轴向夹角约45°，掌子面岩性主要是薄片状板岩，千枚岩较少，节理发育少，但存在部分碎裂结构，地下水以滴水状为主(见图1)。

　　

　　图1 狮子坪隧道通风横洞洞口  

　　 

　　2 号通风横洞地下风机房及联络风道位于狮子坪隧道中部，围岩级别为Ⅳ级，左线起点桩号为PZK0+025，终点桩号为PZK1+483;右线起点桩号为PK0+028，终点桩号为PK1+490。2号通风横洞地下风机房及联络风道共设交叉口14个(考虑施工方便及施工期间通风，比设计增加2个)，联络风道6条，运输通道1条，人行通道2条，设备房1处(见图2)。

　　

　　图2 地下风机房及联络风道示意  

　　 

　　2 主要解决问题

　　狮子坪隧道地下风机房及联络风道交叉口较多，主要包括由小断面进入大断面交叉口施工、由大断面进入小断面交叉口施工，由于洞室较多，围岩应力分布较复杂，而且各交叉口均为异形断面，开挖过程中，测量人员要提前根据不同位置的断面放样，施工难度极大。为了解决狮子坪隧道2号通风横洞地下风机房及联络风道交叉口的施工技术难题，对狮子坪隧道地下风机房及联络风道交叉口进行了深入研究和总结，加强施工前期技术交底和施工过程管控，辅以监控量测的施工原则，以“管超前、短进尺、少扰动、严注浆、强支护、早封闭、勤量测”为指导思想进行施工。

　　3 施工原则

　　明确狮子坪隧道地下风机房及联络风道交叉口的施工作业要点，确保隧道施工安全，加强对地下风机房及联络风道的施工过程管理，从施工技术、质量、工期、安全、环境保护等各方面考虑，根据狮子坪隧道地下风机房及联络风道的布置、施工断面大小等情况，确定各洞室的施工顺序。

　　4 施工方法及工艺

　　4.1 地下风机房洞身开挖及初期支护施工

　　4.1.1 地下风机房开挖方法

　　根据2号通风横洞地下风机房相对位置、布置形式、工程地质条件和施工工期要求等实际情况，考虑到风机房内部交叉通道多且断面较大，由送、排风联络通道进入风机房为小断面突变大断面，施工中当到达风机房位置时，以10号交叉口的通风横洞右侧中部边墙作为掘进面，采取先开挖斜向上中心导坑，导坑开挖断面4m×4.5m，为保证安全施工(见图3)，施工时短进尺、弱爆破，以减少对围岩的扰动，具体施工顺序如下。

　　1)先将10号交叉口的2号通风横洞贯通，作为施工过程通风和出渣通道。

　　2)从通风横洞右侧中部边墙以20°斜坡开挖导洞至地下风机房顶部，并做好临时初期支护，中心导坑采取安装临时16钢拱架，并挂网喷射混凝土作为临时支护:8钢筋网片，25cm×25cm，22药卷锚杆(长2.5m),C20喷射混凝土22cm。

　　

　　图3 地下风机房斜导洞法施工示意  

　　 

　　3)当导洞开挖至地下风机房顶部时，先做好导洞的临时支护，然后再开挖横向导洞，到达边墙位置，形成拱部半幅开挖，在此范围内施作地下风机房的第1台阶永久性的初期支护。

　　4)继续进行第1台阶的开挖，并按地下风机房图纸设计和规范要求做好超前和初期支护施工，进尺10m后依次进行第2台阶、第3台阶、第4台阶的开挖和初期支护施工，同时，利用反挑和台阶法依次进行地下风机房左侧的开挖和初期支护施工，做好施工过程中交叉口处理，直至完成地下风机房施工(见图4)。

　　

　　图4 地下风机房斜导洞台阶法施工立面  

　　 

　　4.1.2 开挖过程中注意事项

　　施工过程中加强监控量测频率和超前地质预报，在开挖斜向中心导坑时，按5m一个断面及时布置监控量测点，并对其进行监测，确保施工安全。同时，利用超前地质雷达及6m钻杆每循环施作超前探孔，及时对前方围岩进行探测，判断前方岩性和出水状态，用于指导施工，确保前方出现不良地质条件时能及时有效应对。

　　4.2 联络风道交叉口的初期支护施工

　　交叉口施工主要包括2号通风横洞14个交叉口施工，本文主要以2号通风横洞难度系数较高的交叉口为例进行详细说明，根据交叉口的断面大小及类型共分为以下3大类。

　　1)与通风横洞相连交叉口(T字形交叉口)主要包括2号通风横洞11号交叉口、12号交叉口、4号交叉口3个交叉口，因交叉口断面大小及支护类型基本一致，施工工艺也基本一致，本次主要以难度系数较高的2号通风横洞11号交叉口为例进行详细说明。

　　2)与狮子坪隧道主线相连交叉口(十字形交叉口)主要包括2号通风横洞1～4号交叉口、5号交叉口、13号交叉口、14号交叉口7个交叉口，因交叉口断面大小及支护类型基本一致，施工工艺也基本一致，本次主要以难度系数较高的4号交叉口为例，结合横洞进入主洞施工工艺进行详细说明。

　　3)与地下风机房相连交叉口(特大断面交叉口)主要包括2号通风横洞6～10号交叉口5个交叉口，因交叉口断面大小及支护类型基本一致，施工工艺也基本一致，本次主要以难度系数较高的2号通风横洞10号交叉口为例，结合地下风机房施工工艺进行详细说明。

　　4.3 交叉口的初期支护施工

　　4.3.1 11号交叉口的初期支护施工

　　11号交叉口为2号通风横洞(右线)与联络风道的相交部位，2号通风横洞开挖高度为8.63m，联络风道开挖高度为7.02m，两者相差1.61m，由于是大断面进入小断面，施工较简便，主要注意大纵坡段联络风道的开挖及初期支护施工(见图5)。

　　

　　图5 2号通风横洞11号交叉口(单位:cm) 

　　 

　　为保证施工过程安全，确保2号通风横洞初期支护可靠，特增加钢拱架托梁施工(见图6)，先施作2号通风横洞左、右两侧钢拱架立柱，立柱采用2榀焊接牢靠的I32钢拱架，并锚喷加固，在立柱上端安装I32a作为托梁并焊接牢靠，然后将2号通风横洞顶部拱架焊接在横梁上，同时，在钢拱架焊接左、右两侧各施工2根锁脚锚管，锁脚锚管采用长3m42×4注浆小导管，随后进行锚喷加固，直至完成11号交叉口的初期支护施工(见图7)。

　　

　　图6 钢拱架支护示意(单位:cm)  

　　 

　　4.3.2 4号交叉口的初期支护施工

　　狮子坪隧道主洞开挖高度为9.75m,2号通风横洞开挖高度为8m，相差高度不大，采用悬挑法施工至主洞拱顶处，并按“三台阶法”进行施工。

　　

　　图7 11号交叉口后期支护处理效果示意  

　　 

　　测量放样时，按预先计算确定的开挖方案进行放样，开挖轮廓在拱顶90°范围放大开挖线，开挖后立即对裸洞的围岩进行初喷处理，并在拱顶设置监控点，注意观察拱顶的下沉及变化趋势。开挖每循环进尺控制在2～3m，开挖后及时支护，该段支护过程采取拱顶不回填形式，在钢拱架支护完毕后在拱顶的拱架外敷设1层铁丝网，再进行喷射混凝土支护(见图8,9)。

　　

　　图8 2号通风横洞4号交叉口(单位:cm)  

　　 

　　

　　图9 4号交叉口段主洞钢拱架支护示意(单位:cm)  

　　 

　　由于交叉口部位受力复杂，处理不当极易发生安全事故，为保证进入主洞后应力分布均匀、初期支护可靠，特增加钢拱架托梁施工，先施作主洞左、右两侧钢拱架立柱，立柱采用2榀焊接牢靠的I32钢拱架，并锚喷加固，在立柱上端安装I32a作为托梁并焊接牢靠，然后将主洞顶部拱架焊接在横梁上，同时，在钢拱架焊接左、右两侧各施工2根锁脚锚管，锁脚锚管采用长3m42×4注浆小导管，随后进行锚喷加固，直至完成4号交叉口的初期支护施工(见图10)。

　　4.3.3 10号交叉口的初期支护施工

　　地下风机房开挖高度为16.18m,2号通风横洞开挖高度为8.63m，两者相差7.55m，先进行10号交叉口通风横洞施工，施工至狮子坪隧道主线右洞，然后由专业施工队以10号交叉口的通风横洞右侧中部边墙作为掘进面，采取先开挖斜向上中心导坑，利用反挑和“四台阶法”完成整个地下风机房施工(见图11,12)。

　　

　　图1 0 4号交叉口后期支护处理效果示意  

　　 

　　

　　图1 1 2号通风横洞10号交叉口(单位:cm)  

　　 

　　

　　图1 2 10号交叉口段地下风机房钢拱架支护示意(单位:cm)  

　　 

　　为保证2号通风横洞10号交叉口初期支护有效性和施工过程的安全性，在10号交叉口初期支护施工过程中，必须严格按以下工艺进行施工，具体施工顺序为:(1)2号通风横洞10号交叉口左、右两侧各采用1榀I32a钢拱架作为立柱，并与相邻侧已支护好的地下风机房下导I20b钢拱架利用I18横撑焊接牢靠;(2)将I32a托梁焊接在地下风机房左、右两侧立柱上，由于托梁两端钢支撑受力较大，为了提高钢支撑的整体受力能力，在托梁与立柱间焊接斜撑，构成10号交叉口处地下风机房钢拱架支撑系统;(3)将地下风机房上部钢拱架焊接在I32a托梁上，然后在每榀钢拱架两侧各安装2根锁脚锚管，锁脚锚管采用长3m42×4注浆小导管;(4)钢拱架焊接左、右两侧各施工2根锁脚锚管，锁脚锚管采用长3m42×4注浆小导管，随后进行锚喷加固，直至完成10号交叉口的初期支护施工;(5)补喷10号交叉口处地下风机房及通风横洞开挖轮廓线以外的喷射混凝土，覆盖、包裹钢拱架立柱、托梁及斜撑进行加固，直至完成10号交叉口的初期支护施工。

　　施工过程中必须注意42×4锁脚锚管、超前小导管、纵向连接钢筋的施工质量，10号交叉口施工完成后，根据地下风机房施工进尺情况，按上述10号交叉口初期支护工艺，依次进行9号、8号、7号、6号交叉口施工，直至完成地下风机房及所有交叉口施工，由于各交叉口均为异形断面，开挖过程中，测量人员要提前根据不同位置的断面计算放样数据。

　　5 施工过程中重点管控事项

　　5.1 隧道开挖爆破

　　隧道开挖采用光面爆破开挖技术，严格遵守GB 6722—2014《爆破安全规程》的有关要求和规定，按爆破设计进行施工，合理调整周边眼间距和光爆层厚度，采用轴向间断不耦合装药结构，严格控制炸药单孔耗量，尤其是联络风道交叉口等其他应力集中部位，确保爆破成型质量，尽量减少对围岩及已施工洞室的扰动。

　　5.2 现场监控量测

　　为确保施工安全和工程质量，必须加强施工过程现场监控量测，通过监控量测结果及时判断施工过程中出现的不良地质和开挖后围岩的稳定性，预判围岩应力的变化状态，及时改善装药结构，合理调整炸药用量，减少开挖过程中对围岩的扰动，保持围岩整体性，同时，根据围岩强度、整体情况及地下水发育程度，合理调整衬砌支护参数并采取相应的施工措施，确保施工过程安全;主要监测项目为:隧道初支表面观察、拱顶下沉、周边收敛及锚杆的抗拔拉力。

　　5.3 交叉口施工

　　由于狮子坪隧道地下风机房及联络风道断面类型多、空间跨度较大、洞室较高、洞室间距较小且交叉口较多、结构复杂、群洞效应明显，施工难度大，施工风险高;交叉口处应力较复杂，初期支护必须及时、规范施工，由小断面进入大断面挑顶施工时，必须施工超前锚杆、系统锚杆、锁脚锚管、钢筋网、喷射混凝土等临时支护，必要时要采取钢支撑等加强支护措施。

　　5.4 地下风机房施工

　　由于狮子坪隧道2号通风横洞地下风机房施工断面较大，洞室较高且交叉口较多，地下风机房的初期支护必须及时、规范施工，尤其是交叉口部位，安装托梁的速度要快，42×4锁脚锚管必须安装到位，尽快完成支护结构应力转换，严禁钢支撑拱脚悬空时间过长;工字钢托梁、立柱、斜撑、横撑之间必须焊接牢靠，这样才能保证地下风机房初期支护结构有效受力。

　　6 效益分析

　　6.1 经济效益

　　地下风机房及联络风道交叉口施工方法特别适用于狮子坪隧道施工，该施工技术简单高效，减少了大型机械设备的使用，大大降低了施工难度，能在保证安全、质量的前提下，快速高效地完成隧道联络风道交叉口施工，比传统施工方法缩短工期26d，节约成本约164.5万元，具有良好的技术经济效益。

　　6.2 技术安全效益

　　通过采用狮子坪隧道地下风机房及联络风道交叉口施工技术方法，快速高效完成了隧道联络风道交叉口施工，此种施工技术简单高效，大大降低了施工难度，且支护可靠，经监控量测数据统计，有效防止了交叉口应力集中部位及地下风机房大断面处可能产生的滑塌、拱顶下沉及周边收敛等问题，确保施工过程中的安全和质量，为后期运营提供了安全保障。

　　6.3 社会效益

　　狮子坪隧道为汶马高速公路关键性工程，为了尽快进行隧道主洞施工，狮子坪隧道联络风道交叉口施工是关键性控制工程，采用该施工技术很好地解决了问题，为隧道主洞施工奠定了良好基础，受到业主、监理单位的一致认可，取得良好社会效益。

　　7 结语

　　通过深入研究和总结狮子坪隧道地下风机房及联络风道交叉口施工关键工程技术，快速高效完成隧道联络风道交叉口施工，本施工技术简单高效，无须采用大型机械设备，大大降低施工难度，在保证安全、质量的前提下，比传统施工方法缩短工期26d。