隧道漸變段施工技術(shù)應(yīng)用

王興哲

（寧夏六盤山鐵路有限公司，固原 756000）

隧道漸變段施工技術(shù)應(yīng)用

王興哲

（寧夏六盤山鐵路有限公司，固原 756000）

羊橋壩隧道左線在施工過程中遇一大型溶腔，無法正常通過，經(jīng)過專家組多次考察論證，采取在原有隧道洞內(nèi)進(jìn)行繞線方案，繞過現(xiàn)有大型溶腔。繞線隧道漸變段施工是施工中的重點(diǎn)控制對象，為解決漸變段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全問題，對漸變段處原有隧道初期支護(hù)、襯砌混凝土拆除及繞線隧道初期支護(hù)施工技術(shù)的確定十分重要，進(jìn)而達(dá)到迅速封閉圍巖，避免風(fēng)化、水化、確保隧道漸變段施工安全和施工質(zhì)量的目的，本文結(jié)合工程實(shí)例對隧道漸變段施工技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)。

隧道 漸變段 初期支護(hù)

隧道初期支護(hù)是指隧道開挖后，在圍巖穩(wěn)定能力不足時必須加以支護(hù)才能使其進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的一種結(jié)構(gòu)。

初期支護(hù)是隧道施工中重要的安全穩(wěn)定措施，一般由錨桿和噴射混凝土來支護(hù)圍巖，必要時采用鋼纖維噴射混凝土或配合使用鋼筋網(wǎng)、鋼架或采用輔助施工措施（如超前錨桿、超前鋼管、管棚、地面砂漿錨桿、超前小導(dǎo)管注漿等）和錨噴支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)。

羊橋壩隧道漸變段主要由原有隧道襯砌混凝土及初期支護(hù)拆除、繞線隧道初期支護(hù)兩個重要部分組成，隧道漸變段施工主要以加固原有隧道與繞線隧道鋼架為基本原理，通過對漸變段處原有隧道襯砌混凝土拆除，對原有隧道與繞線隧道交界線處初期支護(hù)中噴射混凝土實(shí)施開槽，將原有隧道鋼架切割，使拆除段與未拆除段完全分離，將未拆除段鋼架進(jìn)行加固，確保繞線隧道掘進(jìn)過程中其自身的穩(wěn)定性。

隧道漸變段為斷面加寬段，且原有隧道與繞線隧道共同組成不規(guī)則的斷面形式（見圖1），原有隧道與繞線隧道受力均發(fā)生變化，破壞了原有的受力平衡狀態(tài)，極易引起隧道的垮塌。采取原有隧道與繞線隧道鋼架的有效連接原理，通過支架的合理布置，對繞線隧道鋼架的有效加固，使原有隧道與繞線隧道鋼架形成整體，處于新的受力平衡狀態(tài)，有效避免了隧道漸變段的垮塌，為漸變段施工提供

了安全保障，保證了隧道漸變段的正常施工。

圖1

1 原有隧道漸變段襯砌混凝土及初期支護(hù)拆除

1.1 原有隧道與繞線隧道交界線測量放樣

測量放樣是對原有隧道襯砌混凝土及初期支護(hù)拆除控制的前提條件，通過原有隧道設(shè)計線與繞線隧道設(shè)計線位置及高程的準(zhǔn)確計算，確定出原有隧道與繞線隧道襯砌混凝土及初期支護(hù)交界線處各點(diǎn)坐標(biāo)，通過全站儀進(jìn)行坐標(biāo)放樣，確定出交界線位置并進(jìn)行畫線標(biāo)記。

1.2 原有隧道襯砌混凝土拆除

原有隧道二次襯砌混凝土拆除是拱架拆除的前提條件，采用混凝土切割機(jī)按照交界線進(jìn)行切割，每次切割長度與每次拆除長度保持一致，使拆除段與未拆除段二次襯砌混凝土完全分離，減小拆除時對未拆除段二次襯砌混凝土擾動。原有隧道每板二次襯砌混凝土長度為12m，每次切割長度小于1.5m，仍能保證未拆除段二次襯砌混凝土穩(wěn)定性。二次襯砌混凝土的拆除采用弱爆破的原則進(jìn)行，遵循先拱后墻爆破方式，局部采用機(jī)械破碎或風(fēng)鎬清理，鉆孔深度為二次襯砌混凝土厚度的2/3，炮眼間距為40cm梅花形布置，采用Φ25乳化炸藥，單孔裝藥量為40～50g，裝藥完畢后堵孔，增強(qiáng)爆破效果。

1.3 原有隧道未拆除拱架加固

原有隧道拱架爆破拆除前，在交界線處將原有隧道未拆除拱架實(shí)行加固措施，對每榀拱架加設(shè)2根Φ42鎖腳鋼管，鋼管采用注漿加固，2根鋼管之間采用1.5cm厚鋼板連接，鋼管周圍與鋼板之間采用滿焊，拱架與鋼板之間進(jìn)行點(diǎn)焊，將拱架包裹加固，加固后進(jìn)行原有隧道初期支護(hù)拆除與繞線隧道掌子面開挖（見圖2）。

圖2

2 繞線隧道洞身開挖、監(jiān)控量測及原有隧道拱架拆除

2.1 繞線隧道洞身開挖及監(jiān)控量測

隧道漸變段開挖前建立地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，做好超前地質(zhì)預(yù)報獲取詳實(shí)可靠的地質(zhì)信息，提前掌握圍巖級別，破碎帶位置、溶洞位置、性質(zhì)、規(guī)模，涌水量的大小，突水突泥信息，塌方掉塊范圍，有害氣體等，進(jìn)行信息反饋，為正確選擇施工方法提供依據(jù)指導(dǎo)施工。施工中采用TSP203進(jìn)行較遠(yuǎn)距離（200m）較宏觀長期預(yù)報，用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行近距離（40m）微觀近期預(yù)報，根據(jù)宏觀、微觀預(yù)報確定是否采用超前鉆孔進(jìn)行地質(zhì)探測。通過探測預(yù)報，起到補(bǔ)充勘探、提高勘探程度、防災(zāi)減災(zāi)的作用。漸變段施工中主要應(yīng)用以下超前地質(zhì)預(yù)報的方法：

（1）地質(zhì)素描

進(jìn)行隧道地質(zhì)素描，每次開挖后，詳細(xì)記錄開挖情況、圍巖類別、巖層狀況、水文情況，通過分析和推測，對前方地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測。

（2）TSP超前地質(zhì)預(yù)報

利用TSP隧道地震波超前預(yù)報地質(zhì)系統(tǒng)，預(yù)報掌子面前方未開挖地段200m以內(nèi)的地質(zhì)情況，為施工安排做超前考慮。

（3）地質(zhì)雷達(dá)

利用地質(zhì)雷達(dá)探測方法，探明隧道開挖前方、四周、隧底隱伏巖溶情況，并及時報業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計單位，做出處理方案后加以實(shí)施。

（4）超前探孔

對采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報可能存在巖溶、煤線等不良地質(zhì)，提前5m利用地質(zhì)鉆機(jī)打φ90mm超前探孔，探明工程地質(zhì)情況，從而確定出合理的處理方案，確保施工安全。繞線隧道漸變段進(jìn)行全斷面開挖，開挖長度與原有隧道初期支護(hù)拆除長度保持一致，繞線隧道漸變段開挖及原有隧道初期支護(hù)拆除同時進(jìn)行。

隧道漸變段施工過程中，對圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，為初期支護(hù)的參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，掌握圍巖動態(tài)，進(jìn)行隧道日常的施工管理。經(jīng)量測數(shù)據(jù)的分析處理與必要的計算和判斷后，進(jìn)行預(yù)測和反饋以保證施工安全和隧道工程巖體穩(wěn)定。在開挖的工作面區(qū)域段布點(diǎn)觀察，開挖工作面每開挖一循環(huán)進(jìn)行一次，對巖質(zhì)種類和分布狀態(tài)，界面位置和狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育程度和方向性，節(jié)理裂隙填充物的性質(zhì)和狀態(tài)，開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，拱頂有無剝落現(xiàn)象，是否有涌水，涌水量的大小、位置和壓力等進(jìn)行監(jiān)控。

2.2 原有隧道拱架拆除

原有隧道二次襯砌混凝土拆除完畢后，進(jìn)行原有隧道拱架拆除，其拆除長度與二次襯砌混凝土拆除長度保持一致。拆除采用拆留分離措施，首先將原有隧道與繞線隧道初期支護(hù)交界線進(jìn)行開槽處理，開槽采用風(fēng)鎬將交界線處噴射混凝土鑿開，對拱架、連接筋及其所有固定構(gòu)件進(jìn)行切割處理，使其拆除初期支護(hù)與未拆除初期支護(hù)斷開，避免爆破拆除時對相鄰鋼架及二次襯砌混凝土的擾動，嚴(yán)格控制爆破影響范圍，初期支護(hù)的爆破拆除與繞線隧道掌子面的開挖同時進(jìn)行，統(tǒng)一控制。

3 繞線隧道漸變段初期支護(hù)

3.1 繞線隧道清理巖面及初噴混凝土

繞線隧道掌子面開挖后，對開挖面區(qū)域內(nèi)圍巖進(jìn)行清理排危，清除區(qū)域內(nèi)危巖，確保施工安全。清除危巖后進(jìn)行初噴混凝土施工封閉圍巖，初噴厚度控制在2～3cm，通過初噴避免了滲水對圍巖的沖刷和圍巖風(fēng)化而引起的垮塌。

3.2 繞線隧道施作系統(tǒng)錨桿，掛鋼筋網(wǎng)

3.2.1 繞線隧道系統(tǒng)錨桿

繞線隧道漸變段初噴后通過測量對錨桿位置進(jìn)行標(biāo)定，采用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，砂漿錨桿鉆孔時，鉆孔直徑為錨桿直徑的1.5-2.0倍，控制孔位偏差±5cm，孔深誤差±5cm，鉆孔后檢查孔洞是否合格，不合格孔洞進(jìn)行補(bǔ)鉆直至合格。錨桿的鉆孔應(yīng)圓直，孔口巖面應(yīng)平整，鉆孔應(yīng)與巖面垂直。在孔中錨定錨桿后，將錨桿伸至規(guī)定的軸向荷載，每根錨桿的拉拔力不得低于設(shè)計規(guī)定并不應(yīng)低于50kN，每300根錨桿必須抽樣一組進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，每組不少于3根并符合規(guī)范規(guī)定。

錨桿注漿安裝前先做好材料、機(jī)具、腳手平臺和場地準(zhǔn)備工作，用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)積水、粉渣等雜物，錨桿桿體應(yīng)調(diào)直、除銹、清除油污。注漿用砂采用1.5mm的方孔篩過篩，采用專業(yè)高壓注漿設(shè)備注漿，為確保注漿密實(shí)，按照先注漿后插入錨桿的原則，將注漿管插至錨桿孔底，將泵蓋壓緊密封，一切就位后，慢慢打開閥門開始注漿，將砂漿不斷壓入孔底，注漿管跟著緩緩?fù)顺鲅劭?，并始終保持注漿管口埋在砂漿內(nèi)，以免漿中出現(xiàn)空洞，將注漿管全部抽出后，立即把錨桿插入眼孔，然后將孔堵塞，防止砂漿流出，砂漿應(yīng)隨用隨拌，在初凝前全部用完，錨注完成后，及時清洗注漿用具。

3.2.2 繞線隧道鋼筋網(wǎng)

錨桿施作完畢后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)敷設(shè)，鋼筋網(wǎng)采用φ6mmI級鋼筋，所用鋼筋使用前清除銹蝕，鋼筋網(wǎng)隨混凝土初噴面起伏敷設(shè)，緊貼壁面，與巖面間隙不大于3cm，鋪設(shè)時，鋼筋網(wǎng)與錨桿焊接牢固，在噴射混凝土?xí)r不得晃動，縱向及環(huán)向鋼筋網(wǎng)搭接不小于一個網(wǎng)眼尺寸即設(shè)計網(wǎng)孔尺寸20 cm×20cm。

3.3 繞線隧道拱架安裝

拱架分五段洞外加工，洞外試拼合格后進(jìn)洞組裝，組裝時兩節(jié)拱架采用1.5cm厚鋼板螺栓連接牢固不扭動變形，拱架要按設(shè)計位置準(zhǔn)確架設(shè)，為保證拱架置于穩(wěn)固的地基上，在拱架基腳部位預(yù)留0.2m原地基，采用人工挖槽就位，鋼架采用Φ20縱向連接筋焊接固定。架設(shè)拱架應(yīng)垂直于隧道中線，其傾斜度不大于2°，拱架的任何部位偏離掌子面應(yīng)符合施工規(guī)范，為了使拱架架設(shè)準(zhǔn)確，架設(shè)前在開挖面的拱架位置預(yù)先標(biāo)好定位筋，定位筋用砂漿錨固，拱架焊在定位筋上。鋼架與初噴砼必須緊密接觸，空隙處用墊塊楔緊，每榀墊塊不少于14處。

3.4 繞線隧道與原有隧道拱架連接

繞線隧道漸變段拱架安裝后，在原有隧道與繞線隧道拱架交界線處，對原有隧道拱架采用10號槽鋼進(jìn)行縱向焊接，將縱向焊接的槽鋼與繞線隧道拱架進(jìn)行逐一焊接，使原有隧道拱架與繞線隧道拱架形成整體，增強(qiáng)拱架的整體穩(wěn)定性（見圖3）。

3.5 繞線隧道拱架支架安裝

圖3

當(dāng)繞線隧道拱架位于原有隧道內(nèi)，拱架外部無任何支撐物支撐，此時拱架完全處于偏壓狀態(tài)之下，拱架因受力不均極易引起失穩(wěn)導(dǎo)致隧道垮塌，為了保證拱架受力合理，位于原有隧道內(nèi)的拱架采取支護(hù)加強(qiáng)，支護(hù)按照“撐拉結(jié)合”原則進(jìn)行考慮布置。橫向采用I10工字鋼，步距為1.2m，縱向間距與繞線隧道拱架縱向間距保持一致，一端與繞線隧道拱架進(jìn)行焊接，另外一端將原有隧道未拆除二次襯砌混凝土表面上安裝鋼板，采用高強(qiáng)膨脹螺栓與鋼板焊接固定，再將I10工字鋼與鋼板進(jìn)行焊接固定，對繞線隧道拱架實(shí)現(xiàn)撐拉結(jié)合。豎向、縱向均采用Φ42鋼管，間距均為1m，與橫向I10工字鋼交叉點(diǎn)采用焊接連接，將繞線隧道拱架進(jìn)行二次臨時固定，使其受力均勻合理，確保繞線隧道拱架的整體穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

羊橋壩原有隧道襯砌混凝土、初期支護(hù)拆除以及繞線隧道初期支護(hù)技術(shù)的成功應(yīng)用，有效避免了漸變段施工中的垮塌，保證了隧道漸變段施工的安全、質(zhì)量和進(jìn)度，為今后類似工程積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

U445

B

1007-6344（2015）04-0186-02