浅谈新仪张隧道初期支护侵限段换拱处理施工技术

秦云

（中铁开发投资集团有限公司 云南昆明 650000）

1 工程概况

新仪张隧道位于山西省运城市闻喜县新仪张村，设计为单洞双线隧道，线间距为5m，隧道进口里程（原为DK601+063，进口处短路基变成明洞接长后为）DK601+010，出口里程DK601+502，全长492m，隧道进口、出口及洞身均位于直线上，纵坡为11.5‰下坡，隧道最大埋深39.15m，为V级围岩（湿陷性黄土）隧道。

超前支护参数：拱部140°范围内设置φ42mm超前小导管，小导管长3.5m，t=3.5mm，环向间距30cm；初期支护设计参数为：I25a型钢拱架、纵向间距 60cm；φ8mm钢筋网、网格尺寸20×20cm；边墙部位设长3.5mφ22mm砂浆锚杆、间距（环×纵）1.2×1.0m；C25喷射混凝土厚度35cm。

2 施工情况

本隧道为中途接手进场施工，进场时原施工单位隧道已完成情况如表1所示。

表1 新仪张隧道已完情况统计表

通过对初期支护断面复测发现新仪张隧道已施工段落大部分存在初期支护变形侵限情况：（出口端约191榀，进口端41榀，合计232榀）进口段：初期支护在改DK601+100～改DK601+102线路右侧、改DK601+106～改DK601+108线路左侧、改DK601+120线路右侧、改DK601+124～改DK601+126线路左侧、改DK601+128～改DK601+136边墙两侧侵入二次衬砌断面，侵入处大部分位于边墙拱架连接处，侵入最大弧长6.2m，侵入最大尺寸0.376m。

出口段：初期支护在改DK601+376处线路左右侧边墙、改DK601+385左右侧边墙、改DK601+386线路右侧边墙、改DK601+397线路左右侧边墙处局部侵入二次衬砌断面，侵入处大部分位于边墙的拱架连接处，侵入值均＜10cm，侵入处弧长最大处为6.7m，其余处弧长均＜4m。

3 事故原因分析

（1）隧道开挖断面及钢拱架加工没有严格按照设计的预留沉降量（15～20cm）进行控制，仅考虑了5cm的预留沉降量。

（2）钢拱架加工时连接板没有严格按法线进行控制，并且钢拱架加工制作好后没有进行试拼便运至现场进行安装，致使拱架连接板处不顺直，造成侵限。

（3）现场喷射混凝土施作不规范，在喷射混凝土前没有在开挖断面上设置混凝土厚度检验钢筋条，致使在混凝土喷射时随意性很大，表面不平整，局部厚度侵入二次衬砌断面。

（4）本隧道地质为失陷性黄土Vb，初期支护施作后与后续二次衬砌间隔时间过长，导致初期支护下沉。

4 侵限处理方法

换拱处理方案流程具体如下：确定换拱部位→围岩加固→凿除初支喷射混凝土→施作保留初支端锁脚锚管→开挖新增初支空间→初喷5cm混凝土→测量放样→安装新钢架→复喷混凝土至设计厚度→处理下一榀[1]。

4.1 拱部初支侵限处理方法

拱顶换拱前先在侵限拱部前后两端增设套拱，然后再侵限范围设好拱顶沉降及收敛监测点，对洞内的变形情况要进行严密的监控，在换拱过程中要仔细观察洞内初支，一旦发现变化要马上停止施工。

拱部换拱施工步骤主要如下：

（1）注浆加固围岩、加强初支与围岩的连接，在换拱部位打设φ42mm注浆导管，导管长4m，壁厚3.5mm，间距0.5～1.0m，梅花型布置，注水泥浆，注浆压力0.2～1.0MPa。在不用置换初期支护的部位焊接小导管与初期支护中的工字钢架；其他需置换工字钢的部位等置换后，焊接工字钢与小导管。

（2）根据断面的测量结果，对侵限喷射混凝土进行凿除，凿除时采用人工手持风镐，每榀分段地进行，每榀分段长度控制在1.0m以内，凿除方向从拱部向下顺序进行。喷射混凝土凿除时，钢架切割处需多凿除50～60cm。换拱前要提前切割每榀钢架位置下方的50cm处，同时各打设2根锁脚锚管，在每处的左右两侧，锁脚锚管采用φ42mm，长度为3.5m，以保证施工过程的安全。

（3）在钢架上确定侵限范围，量好切割拱架内弦长（即两点直线长度），沿半径方向切割钢架。

（4）先按Ⅴb级围岩钢架设计要求制作好I25a钢拱架，计算好下料长度，沿半径方向裁制已做好的钢架，备好焊接用连接钢板。

（5）初喷5cm厚混凝土作为保护层。

（6）把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。

（7）换上的钢架与原钢架进行对接焊好后再分别在工字钢腹板和翼板上贴板加强焊接，焊缝高度8mm，接头采用螺栓连接。

（8）在钢架与围岩的空隙处要加设混凝土垫块，以楔紧钢架。（9）按设计要求焊纵向连接筋，喷射混凝土至设计厚度。

4.2 边墙初支侵限处理方法

（1）测量组对已施工的初期支护按纵向2m间距进行断面测量，并根据隧道初支实测断面，用红油漆在初支表面标识出侵限范围。

（2）采用人工手持风镐在侵限分界线1m以上部位沿需更换钢拱架横向之间掏槽，掏槽宽度≥40cm，深度根据现场实际侵限厚度+30cm确定。如果需要更换的钢拱架纵向连续较多时，采取跳孔掏槽的形式进行。

（3）根据现场需更换钢拱架间的实际间距在钢筋加工场内制作定型I25a横向连接工字钢，运至现场进行横向焊接，工字钢与钢拱架焊接处必须采取1cm厚加劲板进行补强。

（4）在横向连接工字钢与钢拱架焊接处底部打设φ42mm×3.5m锁脚锚管。

（5）横向连接工字钢焊接好后，采用风镐沿两钢拱架中间竖向进行掏槽，掏槽宽度≥20cm，掏槽深度根据现场实际情况进行确定。

（6）槽口凿好后，加设竖项支撑（I25a），并与两拱架间的横向工字钢焊接牢固，为保证竖向支撑的受力，在工字钢拱脚底部以上30cm处分别采用1cm厚钢板设置牛腿，以便于安装时利用千斤顶给工字钢施加一竖向预应力。竖向支撑底部纵向通长设置25的槽钢。

（7）凿除需要更换钢拱架间的喷射混凝土和钢筋网片。

（8）切除侵限的钢拱架，初喷5cm混凝土作为保护层，更换新的钢拱架，钢拱架接头部位采取1cm厚钢板进行补强焊接。焊接后打设4根φ42mm×3.5m锁脚锚管，钢拱架之间挂设钢筋网片，最后喷射混凝土至设计厚度进行封闭。

5 结束语

综上所述，新仪张隧道出口DK601+304～DK601+398段初期支护拱腰部位变形严重，侵入二衬较多，变形段累计长度达94m。处理过程中干扰比较大，围岩稳定控制难度大，经过开挖支护方案的精选、检测数据及时采集和分析，过程中支护方案的及时调整等施工手段的实施，最终完成了新仪张隧道初期支护变形侵限段换拱处理，值得参考。