隧道初支侵限换拱施工技术

柴吉祥

【摘要】为保证工程质量及施工安全，采用洞内径向注浆对围岩进行加固，然后拆除原初期支护，采用新钢架进行置换，重新施做初期支护，以确保隧道二衬厚度。下面就将本人从事隧道施工经历的换拱施工过程做一介绍，望该方案对类似大断面隧道施工有一定的指导和借鉴意义。

【关键词】隧道；初支；换拱；技术

1、工程概况

沪昆铁路客运专线炮台岭隧道出口DK196+085～DK196+127段处于洞口偏压段，设计围岩为V级，初期支护厚度30cm，二衬厚度50cm，隧道半径6.65m，净空断面面积100㎡，地质情况为上覆第四系上更新统坡残积层粉质粘土、粘土及粗角砾土，下伏石灰岩，节理裂隙发育，岩溶发育等级为中等，岩溶裂隙水丰富。在施工过程中根据监控量测数据显示，在该段中导、下导及仰拱开挖过程拱顶均出现不同程度的沉降，仰拱施做完成后沉降已稳定。该段拱顶预留沉降量为15cm，平均沉浆量20～35cm， DK196+097拱顶处单点累计最大沉降量为46.22cm，该段拱顶90°范围出现不同程度初支侵限，绝大部分平均侵限5～20cm，个别单点最大侵限值为31.22cm。为确保施工质量及作业安全，我们对DK196+118～DK196+082段36m仰拱以上部分先进行径向注浆加固，再对拱顶侵限部分进行换拱处理。

2、洞内径向注浆

本隧道注浆范围为DK196+118～DK196+082总计36m，根据现场实际情况，该段属于偏压段，换拱之前对该段进行洞内径向注浆加固，注浆加固范围为开挖轮廓线外3m，注浆孔按浆液扩散半径2m设计。

2.1、孔口管的制作

孔口管采用Φ50mm，壁厚3.5mm，长1.0m的热轧无缝钢管制作，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。

2.2、孔位布置

孔口环向间距200cm，孔底环向间距280cm，注浆孔纵向间距200cm，呈梅花形布置。

2.3、钻孔、扫孔

采用风钻进行开孔，孔径为52mm、孔深为3m，并钻完全部注浆孔后，进行清孔。

2.4、安管、注浆

用錘子把钢管打入孔内，并安装好止浆塞。注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得注浆施工经验，注浆完后，用M5水泥砂浆填塞。

2.4.1采用的注浆参数

2.4.1.1水泥浆液水灰比：1：1.

2.4.1.2注浆压力1～1.5MPa，终压1.5MPa，并稳压15分钟。

2.4.2单孔注浆结束的条件为：注浆达到设计终压并稳定10min，且注浆量不小于设计注浆量的80%，进浆速度为开始进浆速度的1/4.

2.4.3注浆结束

注浆在达到结束的条件后，应利用止浆阀或木塞将注浆孔口堵塞，以保持孔内压力，直至浆液完全凝固。

3、换拱处理

在洞内注浆完成后，在拱部150°范围做好超前注浆小导管，长4m，环向间距30cm，每2.4m施作一环，其纵向搭接长度不小于1.0m，钢管采用Φ42mm，壁厚5mm，小导管注浆施作完成后方可进行换拱施工，同时将衬砌台车推移至此段附近，提前准备，以便尽快完成该段混凝土衬砌施工，以确保换拱一次成功并确保安全。

3.1、开挖及钢架拆除

开挖前要将制作好的I22a钢架及钢筋网、锚杆及锁脚锚管运至现场，调试好喷浆机等机械设备，按设计开挖轮廓线采用人工配合风镐凿除欠挖部分围岩土，尽量减少对围岩的扰动。开槽后割除钢筋网片、连接筋，切除原注浆导管和影响施工的锚杆，开挖采用先拱后墙顺序开挖，且每次只能开槽一榀，逐节拆除，封闭后方能进行下一榀开槽施工，开挖预留变形量初步定为30cm，在施工过程中可根据监控量测数据进行调整。

3.2、钢架置换

钢架置换之前必须先施做锚杆、挂设钢筋网，随后换上新加工的钢架并采用锁脚锚管锁死拱脚，同时利用注浆小导管和锚杆端头将钢架与钢筋网焊接固定，完成后立即进行喷砼作业，待喷砼强度达到设计强度后方可进行下一循环开挖。

3.3、监控量测

在隧道换拱的全过程中到二衬施工前，要求连续对地表下沉、拱顶下沉、水平净空收敛进行量测，以判断围岩动态进而指导换拱作业。施工前，在该段初支布置监控量测点（深入基岩30cm以上），拱顶下沉及净空收敛观测点按每5米一个断面进行布设，以观测围岩及初期支护结构的变化。在相对应的洞顶地表，每5米一个断面布设地表下沉观测点，点位间距2米，以观测地表沉降。从隧道换拱施工开始进行量测，采用精密水准仪与全站仪进行观测，频率为每天两次（必要时增加一次），直至二衬完成后为止。

3.4、施工安全措施

3.4.1侵限段换拱处理，容易产生大变形，甚至垮塌，换拱前对前后上下相临拱架进行了支撑加固，拱架按顺序逐节拆换，施工时换好一节钢架后，立即按要求进行喷混凝土支护，严禁多节、多榀同时拆换和逐榀连续拆换。

3.4.2喷射砼时，喷嘴前方不得站人，处理管路堵塞时，要防止喷头摆动，喷射伤人，关风排压后方可进行拆卸与维修。

3.4.3加强量测工作，每天量测应不少于2次，每日量测结果必须及时反馈，并及时根据量测的数据来调整施工安排。

3.4.4施工前对所有现场人员进行全员安全教育，并进行安全技术交底。建立换拱专项安全领导

4、结语

本次隧道围岩注浆加固、换拱施工是针对洞口偏压、裂隙富水导致初支侵入二衬的处理方案，为确保洞内安全，在注浆加固、换拱施工时加强监控量测且对量测数据及时进行分析，进而指导现场施工。随着公路、铁路行业的飞速发展，不良地质地貌条件下修建大断面隧道已是大势所趋，但在有些复杂地质条件下初支结构沉降量可能远远超过预计的沉降变形量，于是隧道初期支护侵限导致换拱处理将是工程施工人员需要研究的永恒课题。

参考文献

⑴《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设【2010】241号；

⑵《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）；

⑶《隧道工程现场施工技术》周爱国主编.人民交通出版社.2004.3

⑷《高速铁路施工技术与管理》岳祖润主编.中国铁道出版社.2010.9。