隧道浅埋段侵限拱架置换技术探讨

2020-05-09虎入林

理论与创新 2020年4期

关键词：稳定性

虎入林

【摘要】阐述穿越一级公路地段，隧道浅埋段位置侵限后，为了保证侵限后围岩的稳定，不再持续侵限，在侵限位置增加钢支撑，确保围岩稳定，施工此段仰拱和衬砌时再进行更换拱架钢支撑，施工过程确保作业范围的稳定和施工安全。

【关键词】侵限;钢支撑;更换;稳定性

引言

此论文中大方隧道进口D1K392+400～D1K392+424加强初期支护后仍存在侵限现象。

（1）本隧所在区域年降雨量时空上分布不均匀，雨季为4月到10月，降水量达到834.76mm，是全年降水量的87.42%，干旱季节在11月到3月份，降水量达到120.13mm，为全年降水量的12.58%。

（2）地质概况是灰岩、白云质灰岩，垂直节理发育，原地面存在岩溶洼地、岩溶沟槽，水孔发育。地表有村落。开挖揭示左侧和中部掌子面围岩为全充填黏土，黄褐色，土呈软塑状，含水量较高。

1.侵限拱架置换工程背景

（1）D1K392+406～D1K392+424原设计为Ⅴb型复合式衬砌，全环I20b型钢拱架0.8m/榀，开挖显示左边和中间掌子面岩体呈现填充黏土，黄褐色，土为软塑状，水含量较大，占据掌子面的2/3，并向中台阶下方延伸，钎探深度大于5.0m;右侧掌子面为块石夹黏土，泥质含量较高，黄褐色，土呈软塑状，含水量较高;经钎探开挖轮廓线左侧5m和拱部以上5m为黏土，右侧开挖轮廓线以外5.0m为土夹石。

（2）D1K392+400～D1K392+424段由Ⅴb型复合式衬砌调整为Ⅴc型复合式衬砌，全环I20b型钢钢架由0.8m/榀调整为0.6cm/榀，拱部由原设计Φ42超前小导管支护调整为Φ76中管棚超前支护+套打Φ42小导管进行超前支护，每环布设38根Φ76中管棚，纵向间距为6.0m，单根长9.0m，小导管2.4m/环，每环38根，每根长4.0m。

随后经过监控量测数据对比仍然侵限，为防止该段持续侵限对其进行加强套拱施作，套拱采用拱墙I20b型钢钢架，0.5m/榀，拱架纵向连接筋环向加密到0.5m，钢架接头2根Φ76锁脚锚管，每根长6.0m，系统锚杆注浆被系统锚管替代，每根长5.0m。

2.侵限情况简介及原因分析

大方隧道进口D1K392+400～D1K392+424处初期支护完成后，其沉降收敛监控量测多次报警，发现其变形收敛较大。经扫描断面发现，D1K392+400～D1K392+424处侵限达20～30cm，要进行钢架更换。根据现场情况分析侵限原因如下：

D1K392+400～D1K392+424段右侧边墙至拱部为一溶槽，填充物是粘土，水含量大，左侧边墙到拱部是泥夹石，稳定能力差，由于降水下渗影响，最后沉降变形过大导致初期支护侵限。拱顶到右侧拱脚均为粘土，左侧破碎灰岩，右侧稳定能力差，由于降水下渗影响，最后沉降变形过大导致初期支护侵限。

3.拱架置换技术措施

更换钢架必须考虑作业安全，换拱遵循安全锚锁加固，钢架更换先边墙后拱部、隔榀更换的原则进行处理;其次，处理后，对欠挖处理一次到位，充分预留变形量预防更换完成后出现二次侵限。

（1）为了保证施工安全，首先对换拱段前后各施作一模二次衬砌（达到锁口效果）并达到强度后再进行换拱处理，保证换拱段前后结构稳定。为保证隧道安全施工，必须将拱段仰拱及仰拱填充施工完毕，隧道结构受力条件得以改善。

（2）D1K392+400～D1K392+424段根据要求已施作护拱，需先拆除护拱再进行换拱，拆除护拱超前隔榀换拱一榀，即拆除一榀护拱后停止拆除，再进行换拱，循环进行。

（3）由于地质条件差，换拱出可能出现突泥坍塌等突发状况，换拱前该两段都需进行补注浆处理，单榀钢架之间环向间距80cm打设4mφ42注浆管待注浆完毕固结后再进行换拱。

（4）为减少对换拱段初期支护及背后土体、岩体的扰动，拆除及换拱采用非爆破方式，全采用人工方式进行。加强洞内监控量测的频率，发现异常，即刻停止换拱，施作临时横撑和竖撑，并打设锁脚锚管，保证洞内安全。

（5）首先要开挖隧底、施作仰拱和填充。初支闭合成环，施作仰拱和填充对隧底周边围岩形成反压。对换拱段前后进行二次衬砌，等二衬砼达到龄期后，再次进行换拱段拱架更换。

（6）紧前工作完成后，依据扫描断面结果，由外向内进行更换。更换分为全环钢架更换和局部钢架更换，更换时，要按照从一侧边墙到拱部再到另一侧边墙依次拆换，避免拱部出现滑塌现象。

①全环拱架置换方法。a.在更换钢架单元的两侧20厘米处，用风镐人工凿出20厘米宽凹槽，连接钢筋和钢筋网片用氧气焊切割，保证更换钢架单元与支护结构分离。从边墙到拱部拆换前，对上部一节单元进行4根锁脚加固，预防掉拱。b.人工手持风镐凿除两端连接板处砼，拆除连接螺栓，待拱架拆除后，凿除其余喷砼。c.单元钢架更换并处理欠挖后，及时进行初支封闭。然后将要更换的钢架进行安装，钢架上部打设4mφ42锁脚锚管3组6根，下部打设锁脚锚管2组4根并注浆;拆除时，如果地质条件差，拆除一个整体单元风险较大，需进行2米一节局部更换，同样进行锁脚加固。更换时测量人员全程测量，预防再次侵限;该单元置换完畢后及时喷砼封闭。对下步单元进行钢架拆除及安装重复以上步骤。d. 安装钢架时，测量人员必须对钢架进行定位，技术人员根据规范检查钢架的中线偏位及垂直度，必须控制超欠挖，坚决避免再次换拱。e. 钢架安装按照技术交底施工，安装完成后，测量人员重复进行复测断面，确保超欠挖符合规范要求，保证二衬砌的厚度。

②局部拱架置换方法a.由下至上更换单元钢架，首先在应拆除钢架相邻钢架进行安装锁脚锚管固定。锁脚锚管长度，L=4m， φ42无缝钢管，并进行注浆，U形卡，满焊固定。（上部拱架单元打设3组6根，间距1米，下部拱架单元打设2组4根，间距1.5米）在拆除拱架单元的两侧10厘米处，人工用风镐凿出25厘米宽凹槽，连接钢筋和钢筋网片用氧气焊切割，保证拆除钢架单元与初支结构分离。b.采用风镐人工凿除连接板两端处砼，拆除连接螺栓。c.其余欠挖砼人工凿除。d. 拆除单元钢架后，及时进行初喷封闭，再进行钢架更换，然后支护封闭。对下步单元进行拱架拆除、安装重复以上步骤。f. 拆除钢架后，对断面重新进行扫描断面，一旦欠挖，必须进行欠挖处理，才能安设钢架。g.拱架安装时，测量人员必须对钢架进行定位，技术人员根据规范检查钢架的中线偏位及垂直度，必须控制超欠挖，坚决避免再次换拱。h. 安装完成后，测量人员重复进行复测断面，确保超欠挖符合规范要求，保证二衬砌的厚度。

4.施工注意事项

（1）严格按隧道施工规范加强量测，确保立钢架和拆除钢架施工过程中初期支护结构的安全。

（2）风镐凿除喷射混凝土之前，测量标示开槽的宽度及长度，开槽宽度按一个榀拱架的宽度加20cm宽度为准。

（3）注意新更换拱架的锁脚锚管的注浆，避免再次处理侵限。

（4）杜绝初期支护大面积拆除，严防塌方等现象。

（5）更换钢架应由里边往外方向单榀单榀的自下向上采用风镐开挖、拆除侵限钢架，杜绝采用爆破作业方式开挖侵限初期支护面。

（6）每次开槽处理单榀钢拱架，不得一次多榀钢架。

（7）施工过程加强岩体的监控量测，若出现岩体收敛、拱顶下沉突变等立即停止钢架更换作业，进行分析原因制定处理措施。

（8）在换拱段前后二次衬砌混凝土达到强度后才可以开始拆除施工。

（9）待所有换拱完成后及时施作二次衬砌

5.结束语

综上所述，对于浅埋隧道侵限套拱拆换地段要进行地质核对，进行勤测量、勤分析。钢拱架拆换过程中要做到，严格按照拆除顺序进行拆除，边拆除变测量，严控拆换过程中围岩变形量，拆除完成后持续测量围岩变形，确定围岩稳定后方可结束监测，拱架拆换完成。