钻爆隧洞初期支护后变形处理措施

刘传信

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆某工程支洞采用钻爆法施工，隧洞全长2 047.247 m，断面净尺寸8.5 m×6.8 m（宽×高），综合坡度为11.84%，均为城门洞型。洞身段岩性多为粉砂岩、泥质粉砂岩，围岩类别主要为Ⅳ、Ⅴ类围岩。

2 变形段地质条件及处理方案

发生大变形洞段位于桩号K0+800～K0+941段。该段岩性多为泥质粉砂岩，有少量裂隙渗水。泥质粉砂岩节理裂隙较发育，多呈薄层状，节理面多具有擦痕及泥质光亮面，相互间结合力较差，局部有小型断裂分布，岩体破碎，易掉块造成局部有垮塌现象，稳定性较差，围岩类别为Ⅴ类。初期支护为16工字钢（每榀8根锁脚锚杆，L=3.0 m）、3.0 m砂浆锚杆（间排距1.5 m），ΦC20 联系筋（间距1.0 m），挂网钢筋（A8@200 mm×200 mm）。

针对此段进行现场收敛变形观测，据观测数据分析，变形速率最大值为25.28 mm/d，变化速率平均值为10.89 mm/d；累计收敛平均值为204.61 mm，累积收敛最大值为690 mm。发生急剧变形后，参建各方召开专题研讨会，确定处理方案：为确保工程的施工安全和TBM 大件运输，桩号K0+800～K0+930段隧洞在保证净断面尺寸的前提下，凿除一次支护后，置换扩挖、支护，并进行钢筋混凝土衬砌。

3 变形段置换扩挖、支护施工方法

3.1 底板水平支撑施工

（1）水平及竖向工字钢支撑施工。在实施底板水平工字钢支撑前，为了确保置换过程安全，将每榀施工完成的工字钢采用16 工字钢在起拱部位焊接水平工字钢支撑，同时竖向安装2 根工字钢与水平工字钢连接加固成整体（见图1）。过程中变形较大部位也可以采用水平和竖向工字钢支撑，确保安全。同时，根据现场实际变形情况，在变形严重部位增加随机砂浆锚杆（L=4.5 m）进行加固处理。

图1 水平和竖向工字钢支撑

（2）测量放线。由测量人员采用全站仪，测放底板高程，并标记出要下挖的尺寸，并用钢筋桩做好标记，开挖过程中及时进行校核检查。

（3）工字钢安装。首先底板高程由测量人员检查符合要求后，再安装水平工字钢，为将水平工字钢连接固定，其间需布置3～5 道纵向工字钢相连。由于侧墙需要置换扩挖，扩挖完成后，一次支护工字钢安装到位，及时将水平工字钢与一次支护工字钢立柱之间补焊工字钢，确保水平工字钢顶紧侧墙工字钢立柱。

（4）浇筑混凝土。混凝土按照设计配合比进行拌制后，由运输罐车运至工作面，现场采取人工提桶法进行浇筑，每仓浇筑必须进行人工平仓及振捣，最后用抹子对其进行收面。

3.2 置换扩挖施工方法

根据现场实际情况，采取先易后难的方法，将桩号K0+800～K0+930 段分为三区（见图2）进行置换开挖，先进行Ⅰ区（主要是变形较小、相对较稳定段），再进行Ⅱ区（主要是Ⅰ区施工完成中间段），最后进行Ⅲ区（主要是发生塌方、变形严重段）施工[1]。

图2 开挖分区示意图

对扩挖段进行测量放样，在分序扩挖段内分段跳榀进行扩挖（见图3），扩挖顺序为①②③④⑤⑥。变形严重段，采取“隔二挖一”，完成后再将中间二榀分别进行拆除扩挖的方法。变形特别严重地段及目前不稳定地段，采取“割除工字钢拱架中间联系筋→风镐（人工）撬挖原拱架中间部分→支撑新工字钢拱架→锁脚及系统锚杆→拆除原拱架→施工连接筋→喷砼施工”的顺序施工，确保施工安全。

图3 扩挖顺序

3.3 支护施工

3.3.1 素喷

为确保后续钢拱架安装安全，在置换开挖后，立即采用C25砼对其进行素喷，厚度控制在5～8 cm。

3.3.2 拱架施工

在设计砼衬砌断面以外安装工字钢拱架，其位置在原拱架中间，现场采用16工字钢拱架拼接成型进行支护。

3.3.3 安装钢筋网

钢筋网采用A8@200 mm×200 mm。

3.3.4 砂浆锚杆施工

注浆后插锚杆施工流程见图4。

图4 插锚杆施工流程

3.3.5 固结灌浆

为确保现场施工安全，对现场严重变形段及塌方洞段进行固结灌浆加固处理措施。

（1）插管制作。小导管采用Φ42无缝钢管，长度4.5 m。先在综合加工厂按照尺寸进行切割下料，然后在管壁上按梅花型布设泄浆孔，孔径6～8 mm，间距30～50 cm；插管端部加工成尖头，以便钻孔后插入。

（2）钻孔。根据现场实际情况进行孔位布置。然后采用YT-28气腿式风钻进行钻孔，孔径50 mm，孔深4.5 m。钻孔完成后，采用高压风枪吹孔，将孔中积渣吹出，保证孔内干净。

（3）插管。钻孔及清孔完成后，将插管插入孔内，并采用砂浆将小导管与孔壁空隙封堵，然后在小导管尾部焊接闸阀连接，将注浆管通过变径管连接牢固。

（4）注浆。①根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL 62-2014），采用纯压式灌浆，采用全孔一次灌浆法；②灌浆压力取0.5～0.8 MPa，应严格控制灌浆压力，防止灌浆压力过大造成围岩开裂或抬动；③固结灌浆的浆液水灰比为1.5∶1～0.5∶1，主要采用（1.5∶1、1.2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1）5级，开灌采用水灰比1.5∶1；④灌浆的水泥浆采用JS750拌合机按照配合比拌制，采用10 m3罐车运至现场或者采用0.3 m3砂浆搅拌机现场拌制，采用BW-150 型泥浆泵灌浆；⑤灌浆结束标准，当灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min，可结束灌浆，并将孔口封堵，以免浆液流出。

3.3.6 喷混凝土施工

喷射混凝土施工流程见图5。

图5 喷砼施工流程

4 衬砌混凝土施工方法

4.1 施工分块

现场混凝土采取分段施工，一般情况按6 m 分段法，特殊部位可调至2～3 m 一段，其底板与边顶拱分段需一致。施工顺序按照三序进行施工，整体顺序从大桩号向小桩号依次施工，先进行Ⅰ序施工，再进行Ⅱ序施工，最后进行Ⅲ序施工。先一次浇筑边顶拱，再进行底板浇筑。施工顺序示意图见图6。

图6 施工顺序示意图

4.2 模板规划

⑴边顶拱混凝土。顶拱与侧墙需一次浇筑成型，现场采用一套钢筋台车及一套边顶拱移动台车（长均为6 m）进行浇筑及安装钢筋。在边顶拱移动式台车上安装间排距1.5 m 附着式震动器，用来保证砼的浇筑质量。

⑵底板混凝土。现场采用30 cm×150 cm 及60 cm×150 cm 进行底板混凝土模板拼装，拼装后需对模板采用加固措施。底板以上60 cm为侧墙浇筑高度，后续需与侧模搭接10 cm。为保证洞内交通正常，在浇筑底板混凝土时，现场制作栈桥2 个，栈桥采用I30工字钢焊接。

按上述方案对变形段做加强处理后，进行收敛变形观测，该段变形速率降到0.01 mm/d，变形已经得到有效遏制。

5 结语

本文采用凿除一次支护后，置换扩挖、支护，并进行钢筋混凝土衬砌方案，对新疆某工程支洞桩号K0+800～K0+930 变形段进行加强处理后，进行收敛变形观测，该段变形速率降到0.01 mm/d，变形已经得到有效遏制。表明处理措施得当，为洞内安全施工提供了保障。