高坡隧道软岩变形段拆换施工方案

曹 学

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概况

高坡隧道全长7944m，隧道最大埋深约445m，为高瓦斯隧道，采用” 2 横洞+主副斜井+洞身平导+1 通风竖井”辅助坑道方案组织施工，平导位于正洞右侧，长4928.54m。DK342+060 ～DK343+202.4 段穿越二叠系龙潭组(P2l)煤系地层，长1109m，岩性主要为砂岩、泥岩、炭质页岩、铝土岩夹煤层，薄层状为主，岩层产状平缓，岩体节理裂隙发育，破碎至较破碎，埋深约300 ～445m。

2 总体方案

采用机械拆除、扩挖。整体拆换施工全部采用大型专用施工设备，保证拆换施工安全、质量。

高坡隧道软岩大变形段拆换施工区间为D3K342+745.0～D3K343+202.4 段共457.4m，分四个工作面进行施工第一层初期支护，施工采用门架开挖、拱架架立，湿喷机械手湿喷砼；仰拱不设填充，采用大块钢筋砼整体浇筑，中心水沟采用砼过水涵管来保证仰拱整体性，其余不拆换地段中心水沟涂刷防水层； 二次衬砌设两个工作面、两部衬砌台车进行施工。

隧道施工投入满足隧道施工的人员、机械设备及检测仪器，组成注浆、瓦斯监控、监控量测、拆、换、锚、运、衬等作业线。施工准备期内完成平导对应段落加固以及正洞地下水引排，专用机械设备选型和调配，通风及瓦检系统调试，施工风、水、电布设，机械设备防爆改装，高瓦斯隧道开工条件验收等；拆换施工时，先行完成拆换段径向注浆加固工程，再进行拆换施工，加强围岩监控量测和结构应力监测工作，及时调整施工方法和支护参数以策安全，确保工程质量和进度；一支初期支护紧跟，尽早形成闭合环；根据监控量测结果适时施作二支闭合环，仰拱超前，根据监控量测结果适时施作二次衬砌；水沟电缆槽则适时安排，与二衬平行作业；整个煤系地层段落预留有砟道床条件。

3 拆换原则及条件

3.1 拆换施工顺序

拆换施工顺序为先加固，后拆换；先上部，后下部。

拆换前对变形段首先进行加固，一方面对围岩进一步变形进行约束，另方面减小拆除过程的安全风险。洞身围岩的加固方式为径向注浆。围岩注浆加固后，待其量测变形趋于基本稳定方可开始对原初支结构进行拆换。对整个断面初支拆换的顺序要求从上至下进行，完成同一断面的拆换后才能开始下榀钢拱架的拆除工作。

3.2 第二层初支施作条件

第二层初支施作的前提条件为：第一层初期支护变形基本趋于稳定、第一层初期支护变形量达到1/2 预留变形量或有钢架扭曲现象时。

3.3 二次衬砌施作条件

收敛速率≤0.2mm/d,拱顶沉降速率≤0.15mm/d 时。

4 拆换施工

4.1 拱墙第一层初期支护施工

4.1.1 注浆预加固

变形段拱墙范围采用径向注浆方式，注浆孔采用三臂凿岩台车开孔，开孔直径75mm，孔深5m，孔口管采用φ50×3.5mm 钢花管，管长1～2m，布置间距1.2m×1.2m(环×纵)，按照梅花形布置，其间距可根据围岩情况进行适当调整。浆液材料采用采用普通水泥浆，注浆压力为3.0Mpa ～5.0Mpa，水灰比为0.8：1。注浆过程中加强注浆范围前后初期支护的监控量测，避免由于前方注浆压力上升后初支喷射砼开裂，从而造成隐患。

4.1.2 原拱墙支护结构拆除

(1)仰拱矮边墙拆除，二衬混凝土、衬砌钢筋拆除

二衬混凝土、仰拱矮边墙采用破碎锤挖掘机进行凿除，钢筋可采用氧割或切割机分段进行拆除。注意对于已施作衬砌地段，衬砌一次拆除6m，即施作一次径向注浆。

(2)拱墙初期支护拆除

待注浆水泥浆液强度达到要求后方可对喷射混凝土破除，利用门架全环拆除。一次拆除2 榀，遇围岩较差且初支表面渗水地段一次1 榀。

在拆除初期支护前，同样需要严格执行“动火审批制度”，同时保证拆除工作面前后20m 范围内瓦斯浓度不大于0.4%。拆换门架上应安设局扇，防止局部出现瓦斯超限。施工过程中瓦检员必须全程跟班作业，随时检测瓦斯浓度。

4.1.3 围岩扩挖

根据设计图纸，双层支护体系+圆形衬砌结构，需在原支护结构拆除后进行围岩扩挖(扩挖深度0.4～1.6m)。围岩扩挖采用机械开挖，并采用逐榀扩挖。为确保安全，拆除扩挖前，先利用支撑台架对未拆换部分进行支撑。首次扩挖宽度按1m 控制，形成作业面开槽宽度保证第一榀钢拱架安装位置即可，然后逐步扩大作业面。

为保证超欠挖控制良好，进行扩挖前， 测量班进行测量放样，用红漆标出开挖轮廓线。然后根据开挖轮廓线进行扩挖作业。

4.1.4 拱墙一支钢架安装

扩挖完成后，应及时施作拱墙第一层初期支护，以控制围岩变形，防止坍塌。

(1)混凝土初喷以及钢筋网片挂设

围岩扩挖到位后及时初喷4cm 厚混凝土封闭岩面，同时为后续钢拱架、钢筋网片提供外侧保护层。初喷砼为C30 气密性砼，采用五新CHP25B 湿喷机械手施工。根据每次开挖的宽度、长度来决定加工钢筋网片的尺寸，网片与预留钢筋接头采用搭接焊或绑扎，其尽量紧贴初喷混凝土面。钢筋网片规格为：φ8，网片尺寸：20cm×20cm，网片预留及搭接1～2 个网格。

(2)钢架安装

第一层支护钢架采用HW200 型钢钢架，钢架间距为0.6m，在洞外加工，洞内组装。拱部144°范围(长约20.5m，分三个单元)采用专用拱架安装台架一次安装，边墙(长约5.8m，两边各一个单元)采用3t 专用汽车吊安装。架立前必须对钢架的线路中线位置、法线方向测量放样，然后靠初喷混凝土面架立，钢架间距需满足设计要求。钢架安设完毕后，施作纵向连接筋、纵向连接钢架、锁脚锚管，拱架和锁脚锚管通过“L”型钢筋帮焊进行有效固定。

(3)混凝土复喷

安装完钢筋网和钢拱架后进行混凝土复喷，混凝土表面平整度需满足设计和规范要求。复喷砼同样采用C30 气密性喷射混凝土，湿喷工艺，厚度不小于24cm。

(4)拱墙系统锚杆施作

拱墙系统锚杆施作采用中国铁建重工三臂凿岩台车通过钎尾连接杆将自进式锚杆钻进施工，系统锚杆施作滞后第一层初期支护12m，并与初期支护平行作业。锚杆采用G32 自进式锚杆，拱部锚杆长度12m/根；边墙锚杆8m/根，布设间距为：1.2m×1.2m(环×纵)。

系统锚杆施作完成后，及时进行注浆作业。

4.2 仰拱初期支护施工

4.2.1 原仰拱及仰拱填充砼、仰拱初支拆除

第一层拱墙初期支护施作完成50m，开始拆除原仰拱及其填充砼、仰拱初期支护，拆除方式采用机械破碎锤挖机破除，分次长度为3.0m，考虑到圆形断面仰拱开挖深度大(4.85m)的特点，需放坡破除，出渣车仰拱装渣平台坡度不大于10%。

4.2.2 仰拱扩挖

拆除作业完成后，利用仰拱栈桥，继续按照设计开挖尺寸分次对仰拱进行扩挖，分次长度为3.0m/次。

4.2.3 仰拱一支钢架安装

仰拱钢架采用HW200 型钢钢架，钢架间距为0.6m，(长约17.8m，分三个单元)采用3t 专用汽车吊安装。

4.2.4 仰拱系统锚杆施作

仰拱一支拱架安装完成喷锚后打设仰拱系统锚杆，锚杆采用φ32 自进式锚杆，隧底锚杆长度12m/根；布设间距为：1.2m×1.2m(环×纵)，注水泥浆。采用阿特拉斯三臂凿岩台车施作锚杆。

4.2.5 仰拱二支钢架安装

仰拱二支钢架采用HW175 型钢，间距0.6m/榀，采用3t专用汽车吊安装，预留与拱墙钢架连接板，施工时必须注意拱架安装质量。

4.2.6 仰拱洞渣回填

根据试验段监控量测结果。若一支变形大或存在钢架扭曲变形现象，则仰拱回填洞渣作为施工平台和行走通道，及时施作二支拱墙初期支护，使二支封闭成环，监测稳定后施作仰拱整体砼；若一支初期支护变形不大，待仰拱初期支护完成12m后，根据监控量测情况同步施作仰拱及填充整体混凝土，仰拱及其填充砼采用大块钢筋砼整体浇筑，中心水沟采用砼过水涵管来保证仰拱整体性，其余不拆换地段中心水沟涂刷防水层，仰拱一次浇筑12m。

4.3 拱墙二支初期支护施工

为控制变形，当一支初期支护变形量达到1/2 预留变形量或有钢架扭曲现象时，及时施作二支初期支护。

二支钢架拱部144°范围采用专用拱架安装台架一次安装，边墙采用3t 专用汽车吊安装。

拱墙第二层初期支护施工步骤同拱墙第一层初期支护。

4.4 仰拱整体钢筋混凝土浇筑

仰拱采用大块钢筋砼整体浇筑，中心水沟采用砼过水涵管来保证仰拱整体性，其余不拆换地段中心水沟涂刷防水层。仰拱一次浇筑12m。

4.5 二次衬砌施工

二次衬砌施工设置两个工作面，配置两部台车施工。

二衬施作时机需待初支变形稳定后予以实施，拱部沉降速率小于0.15mm/d，收敛速率小于0.2mm/d 才能施作。

5 拆换施工注意事项

施工工程中对于质量方面应该严格把控，拆换区域作为施工重点，处理段位于煤系地层段，必须严格按照高瓦斯工区管理，实行24 小时不间断通风。施工中应加强通风，并加强瓦斯等有害气体检测、监测，确保隧道内任何地点瓦斯浓度不大于0.4%，并按规范、规定组织施工。