隧道渐变段施工技术应用

2015-06-28王兴哲

四川水泥 2015年4期

关键词：绕线拱架钢架

王兴哲

（宁夏六盘山铁路有限公司，固原 756000）

隧道渐变段施工技术应用

王兴哲

（宁夏六盘山铁路有限公司，固原 756000）

羊桥坝隧道左线在施工过程中遇一大型溶腔，无法正常通过，经过专家组多次考察论证，采取在原有隧道洞内进行绕线方案，绕过现有大型溶腔。绕线隧道渐变段施工是施工中的重点控制对象，为解决渐变段结构稳定和安全问题，对渐变段处原有隧道初期支护、衬砌混凝土拆除及绕线隧道初期支护施工技术的确定十分重要，进而达到迅速封闭围岩，避免风化、水化、确保隧道渐变段施工安全和施工质量的目的，本文结合工程实例对隧道渐变段施工技术进行分析总结。

隧道渐变段初期支护

隧道初期支护是指隧道开挖后，在围岩稳定能力不足时必须加以支护才能使其进入稳定状态的一种结构。

初期支护是隧道施工中重要的安全稳定措施，一般由锚杆和喷射混凝土来支护围岩，必要时采用钢纤维喷射混凝土或配合使用钢筋网、钢架或采用辅助施工措施（如超前锚杆、超前钢管、管棚、地面砂浆锚杆、超前小导管注浆等）和锚喷支护相结合的支护。

羊桥坝隧道渐变段主要由原有隧道衬砌混凝土及初期支护拆除、绕线隧道初期支护两个重要部分组成，隧道渐变段施工主要以加固原有隧道与绕线隧道钢架为基本原理，通过对渐变段处原有隧道衬砌混凝土拆除，对原有隧道与绕线隧道交界线处初期支护中喷射混凝土实施开槽，将原有隧道钢架切割，使拆除段与未拆除段完全分离，将未拆除段钢架进行加固，确保绕线隧道掘进过程中其自身的稳定性。

隧道渐变段为断面加宽段，且原有隧道与绕线隧道共同组成不规则的断面形式（见图1），原有隧道与绕线隧道受力均发生变化，破坏了原有的受力平衡状态，极易引起隧道的垮塌。采取原有隧道与绕线隧道钢架的有效连接原理，通过支架的合理布置，对绕线隧道钢架的有效加固，使原有隧道与绕线隧道钢架形成整体，处于新的受力平衡状态，有效避免了隧道渐变段的垮塌，为渐变段施工提供

了安全保障，保证了隧道渐变段的正常施工。

图1

1 原有隧道渐变段衬砌混凝土及初期支护拆除

1.1 原有隧道与绕线隧道交界线测量放样

测量放样是对原有隧道衬砌混凝土及初期支护拆除控制的前提条件，通过原有隧道设计线与绕线隧道设计线位置及高程的准确计算，确定出原有隧道与绕线隧道衬砌混凝土及初期支护交界线处各点坐标，通过全站仪进行坐标放样，确定出交界线位置并进行画线标记。

1.2 原有隧道衬砌混凝土拆除

原有隧道二次衬砌混凝土拆除是拱架拆除的前提条件，采用混凝土切割机按照交界线进行切割，每次切割长度与每次拆除长度保持一致，使拆除段与未拆除段二次衬砌混凝土完全分离，减小拆除时对未拆除段二次衬砌混凝土扰动。原有隧道每板二次衬砌混凝土长度为12m，每次切割长度小于1.5m，仍能保证未拆除段二次衬砌混凝土稳定性。二次衬砌混凝土的拆除采用弱爆破的原则进行，遵循先拱后墙爆破方式，局部采用机械破碎或风镐清理，钻孔深度为二次衬砌混凝土厚度的2/3，炮眼间距为40cm梅花形布置，采用Φ25乳化炸药，单孔装药量为40～50g，装药完毕后堵孔，增强爆破效果。

1.3 原有隧道未拆除拱架加固

原有隧道拱架爆破拆除前，在交界线处将原有隧道未拆除拱架实行加固措施，对每榀拱架加设2根Φ42锁脚钢管，钢管采用注浆加固，2根钢管之间采用1.5cm厚钢板连接，钢管周围与钢板之间采用满焊，拱架与钢板之间进行点焊，将拱架包裹加固，加固后进行原有隧道初期支护拆除与绕线隧道掌子面开挖（见图2）。

图2

2 绕线隧道洞身开挖、监控量测及原有隧道拱架拆除

2.1 绕线隧道洞身开挖及监控量测

隧道渐变段开挖前建立地质预报系统，做好超前地质预报获取详实可靠的地质信息，提前掌握围岩级别，破碎带位置、溶洞位置、性质、规模，涌水量的大小，突水突泥信息，塌方掉块范围，有害气体等，进行信息反馈，为正确选择施工方法提供依据指导施工。施工中采用TSP203进行较远距离（200m）较宏观长期预报，用地质雷达进行近距离（40m）微观近期预报，根据宏观、微观预报确定是否采用超前钻孔进行地质探测。通过探测预报，起到补充勘探、提高勘探程度、防灾减灾的作用。渐变段施工中主要应用以下超前地质预报的方法：

（1）地质素描

进行隧道地质素描，每次开挖后，详细记录开挖情况、围岩类别、岩层状况、水文情况，通过分析和推测，对前方地质情况进行预测。

（2）TSP超前地质预报

利用TSP隧道地震波超前预报地质系统，预报掌子面前方未开挖地段200m以内的地质情况，为施工安排做超前考虑。

（3）地质雷达

利用地质雷达探测方法，探明隧道开挖前方、四周、隧底隐伏岩溶情况，并及时报业主、监理、设计单位，做出处理方案后加以实施。

（4）超前探孔

对采用TSP超前地质预报可能存在岩溶、煤线等不良地质，提前5m利用地质钻机打φ90mm超前探孔，探明工程地质情况，从而确定出合理的处理方案，确保施工安全。绕线隧道渐变段进行全断面开挖，开挖长度与原有隧道初期支护拆除长度保持一致，绕线隧道渐变段开挖及原有隧道初期支护拆除同时进行。

隧道渐变段施工过程中，对围岩的稳定状态进行监测，为初期支护的参数调整提供依据，掌握围岩动态，进行隧道日常的施工管理。经量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈以保证施工安全和隧道工程岩体稳定。在开挖的工作面区域段布点观察，开挖工作面每开挖一循环进行一次，对岩质种类和分布状态，界面位置和状态，节理裂隙发育程度和方向性，节理裂隙填充物的性质和状态，开挖工作面的稳定状态，拱顶有无剥落现象，是否有涌水，涌水量的大小、位置和压力等进行监控。

2.2 原有隧道拱架拆除

原有隧道二次衬砌混凝土拆除完毕后，进行原有隧道拱架拆除，其拆除长度与二次衬砌混凝土拆除长度保持一致。拆除采用拆留分离措施，首先将原有隧道与绕线隧道初期支护交界线进行开槽处理，开槽采用风镐将交界线处喷射混凝土凿开，对拱架、连接筋及其所有固定构件进行切割处理，使其拆除初期支护与未拆除初期支护断开，避免爆破拆除时对相邻钢架及二次衬砌混凝土的扰动，严格控制爆破影响范围，初期支护的爆破拆除与绕线隧道掌子面的开挖同时进行，统一控制。

3 绕线隧道渐变段初期支护

3.1 绕线隧道清理岩面及初喷混凝土

绕线隧道掌子面开挖后，对开挖面区域内围岩进行清理排危，清除区域内危岩，确保施工安全。清除危岩后进行初喷混凝土施工封闭围岩，初喷厚度控制在2～3cm，通过初喷避免了渗水对围岩的冲刷和围岩风化而引起的垮塌。

3.2 绕线隧道施作系统锚杆，挂钢筋网

3.2.1 绕线隧道系统锚杆

绕线隧道渐变段初喷后通过测量对锚杆位置进行标定，采用风钻进行钻孔，砂浆锚杆钻孔时，钻孔直径为锚杆直径的1.5-2.0倍，控制孔位偏差±5cm，孔深误差±5cm，钻孔后检查孔洞是否合格，不合格孔洞进行补钻直至合格。锚杆的钻孔应圆直，孔口岩面应平整，钻孔应与岩面垂直。在孔中锚定锚杆后，将锚杆伸至规定的轴向荷载，每根锚杆的拉拔力不得低于设计规定并不应低于50kN，每300根锚杆必须抽样一组进行抗拔试验，每组不少于3根并符合规范规定。

锚杆注浆安装前先做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，用高压风清除孔内积水、粉渣等杂物，锚杆杆体应调直、除锈、清除油污。注浆用砂采用1.5mm的方孔筛过筛，采用专业高压注浆设备注浆，为确保注浆密实，按照先注浆后插入锚杆的原则，将注浆管插至锚杆孔底，将泵盖压紧密封，一切就位后，慢慢打开阀门开始注浆，将砂浆不断压入孔底，注浆管跟着缓缓退出眼孔，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞，将注浆管全部抽出后，立即把锚杆插入眼孔，然后将孔堵塞，防止砂浆流出，砂浆应随用随拌，在初凝前全部用完，锚注完成后，及时清洗注浆用具。

3.2.2 绕线隧道钢筋网

锚杆施作完毕后进行钢筋网敷设，钢筋网采用φ6mmI级钢筋，所用钢筋使用前清除锈蚀，钢筋网随混凝土初喷面起伏敷设，紧贴壁面，与岩面间隙不大于3cm，铺设时，钢筋网与锚杆焊接牢固，在喷射混凝土时不得晃动，纵向及环向钢筋网搭接不小于一个网眼尺寸即设计网孔尺寸20 cm×20cm。

3.3 绕线隧道拱架安装

拱架分五段洞外加工，洞外试拼合格后进洞组装，组装时两节拱架采用1.5cm厚钢板螺栓连接牢固不扭动变形，拱架要按设计位置准确架设，为保证拱架置于稳固的地基上，在拱架基脚部位预留0.2m原地基，采用人工挖槽就位，钢架采用Φ20纵向连接筋焊接固定。架设拱架应垂直于隧道中线，其倾斜度不大于2°，拱架的任何部位偏离掌子面应符合施工规范，为了使拱架架设准确，架设前在开挖面的拱架位置预先标好定位筋，定位筋用砂浆锚固，拱架焊在定位筋上。钢架与初喷砼必须紧密接触，空隙处用垫块楔紧，每榀垫块不少于14处。

3.4 绕线隧道与原有隧道拱架连接

绕线隧道渐变段拱架安装后，在原有隧道与绕线隧道拱架交界线处，对原有隧道拱架采用10号槽钢进行纵向焊接，将纵向焊接的槽钢与绕线隧道拱架进行逐一焊接，使原有隧道拱架与绕线隧道拱架形成整体，增强拱架的整体稳定性（见图3）。

3.5 绕线隧道拱架支架安装

图3

当绕线隧道拱架位于原有隧道内，拱架外部无任何支撑物支撑，此时拱架完全处于偏压状态之下，拱架因受力不均极易引起失稳导致隧道垮塌，为了保证拱架受力合理，位于原有隧道内的拱架采取支护加强，支护按照“撑拉结合”原则进行考虑布置。横向采用I10工字钢，步距为1.2m，纵向间距与绕线隧道拱架纵向间距保持一致，一端与绕线隧道拱架进行焊接，另外一端将原有隧道未拆除二次衬砌混凝土表面上安装钢板，采用高强膨胀螺栓与钢板焊接固定，再将I10工字钢与钢板进行焊接固定，对绕线隧道拱架实现撑拉结合。竖向、纵向均采用Φ42钢管，间距均为1m，与横向I10工字钢交叉点采用焊接连接，将绕线隧道拱架进行二次临时固定，使其受力均匀合理，确保绕线隧道拱架的整体稳定性。