淺埋黃土隧道換拱施工技術(shù)

摘要：寶蘭客專喬家營三號隧道為雙線隧道，屬于淺埋隧道。文章以寶蘭客專喬家營三號隧道為背景，介紹了淺埋黃土隧道初支侵限后的換拱施工方法、人員組織、安全質(zhì)量保證措施等，為以后類似工程施工提供了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：黃土隧道；換拱施工技術(shù)；隧道工程；淺埋隧道；工程施工 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2017）05-0176-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.085

1 工程概況

寶蘭客專喬家營三號隧道全長241.6m，為雙線隧道，隧道工程范圍內(nèi)濕陷性黃土主要為風(fēng)積黃土，壁立性強(qiáng)，大孔隙發(fā)育，具Ⅳ級自重濕陷性黃土，濕陷性土層厚為30～40m。濕陷性黃土對工程有一定影響。隧道屬于淺埋隧道，洞身最大埋深40m。隧道洞身通過的地層主要是第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土。

隧道洞身穿越范圍內(nèi)為V級圍巖，斷面支護(hù)形式Ve，隧道出口DK1012+230.1～DK1012+242，初支侵限長度11.9m，最大侵限近40cm。處于隧道出口處，也是隧道進(jìn)洞洞口，隧道進(jìn)洞超前支護(hù)采用拱部Φ108管棚+Φ42超前小導(dǎo)管，設(shè)計襯砌厚度60cm，除侵限部分外其余地段二次襯砌全部施工完成，隧道初支侵限斷面如圖1所示：

2 侵限原因分析

（1）該段隧道位于洞口處，埋設(shè)較淺，最大埋深為12m；（2）圍巖本身具有濕陷性，洞頂土質(zhì)較疏松，自身承載力較差，加大了拱架的外力作用；（3）洞口導(dǎo)向墻處地基承載力較小，導(dǎo)致進(jìn)洞開挖時導(dǎo)向墻沉降；（4）預(yù)留沉降量預(yù)判存在偏差，圍巖本身沉降量超出了預(yù)留沉降量范圍，造成侵限。

3 人員機(jī)械組織

施工班長1名，技術(shù)人員1名，安全人員1名，施工人員10人，參與施工的所有人員應(yīng)是從事隧道開挖的人員，有隧道施工經(jīng)驗。開工前準(zhǔn)備好挖機(jī)1臺（帶破碎頭）、風(fēng)槍2把、風(fēng)鎬10把、裝載機(jī)1臺、自卸車1臺、電焊機(jī)2臺及小型機(jī)具若干。作業(yè)平臺采用原隧道開挖過程中的防水板臺車，作業(yè)前確保防水板臺車結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，焊點(diǎn)牢靠。

4 換拱施工

4.1 總體思路

先在原有的導(dǎo)向墻外側(cè)施工第一環(huán)超前小導(dǎo)管，長度5m，小導(dǎo)管一端支撐于現(xiàn)有的導(dǎo)向墻上，另一端打入后位于已經(jīng)施工的初支結(jié)構(gòu)上方，超前小導(dǎo)管的環(huán)向范圍為環(huán)向換拱范圍即原上臺階范圍。

第一環(huán)的超前施工完成后，開始由導(dǎo)向墻處內(nèi)側(cè)（保留導(dǎo)向墻）向洞內(nèi)逐榀拆除侵限段的拱架，采用挖機(jī)帶破碎頭拆除，人工持風(fēng)鎬輔助拆除。拆除時，應(yīng)拆除一榀支護(hù)一榀，其余超前支護(hù)及支護(hù)參數(shù)同原設(shè)計。環(huán)向拆除范圍為原上臺階全部拱架。拱架拆除前后，在地表布點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測。

4.2 施工準(zhǔn)備

在侵限處理施工前組織技術(shù)人員、現(xiàn)場施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，班前下發(fā)“技術(shù)交底書”，進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底培訓(xùn)，保證每一位施工人員熟悉施工方案內(nèi)容、施工流程及安全注意事項。

拆換作業(yè)前三天，必須進(jìn)行監(jiān)控量測。地表和洞內(nèi)同時觀測，量測斷面布設(shè)間距不得大于5m，量測頻率不得少于3次/天，量測數(shù)據(jù)及時上傳圍巖監(jiān)控量測信息化平臺。及時對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，確定圍巖和初支穩(wěn)定的情況下，才能進(jìn)行作業(yè)。在臨近二襯布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，并及時上傳數(shù)據(jù)，嚴(yán)密監(jiān)控臨近二襯變形情況。

4.3 超前小導(dǎo)管施工

在原有的導(dǎo)向墻外側(cè)施工第一環(huán)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用Φ42鋼管，長度5m，間距0.3m，超前小導(dǎo)管的環(huán)向范圍為環(huán)向換拱范圍即原隧道開挖上臺階范圍。其余超前小導(dǎo)管施工同原設(shè)計參數(shù)。小導(dǎo)管施工平臺利用現(xiàn)有的鋪掛防水板臺車組建而成。

4.4 原拱架拆除

路線縱向范圍拆除順序由洞口往洞內(nèi)進(jìn)行逐榀拆除，單個型鋼骨架先拆除原上臺階三節(jié)拱架的中間一節(jié)，再拆除兩側(cè)另外兩節(jié)的拱架。拆除采用挖機(jī)破碎頭加風(fēng)鎬施工，首先由挖機(jī)破碎頭將需要換拱的拱架周圍的初噴混凝土及鋼筋網(wǎng)片慢慢鑿除掉，不適宜用挖機(jī)破碎頭的由人工采用風(fēng)鎬配合鑿除，露出型鋼骨架。此時用裝載機(jī)將鑿下的混凝土及鋼筋廢渣統(tǒng)一由洞內(nèi)推到洞外，保證地面平坦，然后將防水板臺車移至拱架下方，由人工將原開挖上下臺階拱架之間連接的螺栓拆除，型鋼拆除按照自上而下的原則，逐節(jié)將型鋼拆卸至平臺上，通過挖機(jī)將拆下的型鋼吊裝至地面。拆除時應(yīng)保護(hù)好原中臺階拱架連接板，以便換新拱架時順利連接。部分型鋼可能由于變形導(dǎo)致型鋼連接螺栓無法拆除的現(xiàn)象，此時可以采用氧氣、乙炔對型鋼進(jìn)行切割。需要注意的時，在型鋼螺栓拆除及切割過程中一定要有相關(guān)輔助措施保證型鋼臨時固定。人員拆除時要站在型鋼旁邊，不要站在型鋼下面進(jìn)行拆除，確保施工作業(yè)安全。

原拱架拆除完成后，需要對土體進(jìn)行開挖，此時由人工采用風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，開挖的深度通過前后拱架的侵限范圍來確定，施工中首先通過前后拱架侵限深度，通過拉線方式初步確定土體開挖的深度，然后對土體進(jìn)行開挖到要求輪廓線。

4.5 新拱架的安裝

侵限拱架每榀拆除后立刻換立新拱架，新拱架按照原設(shè)計參數(shù)加工，拱架分三節(jié)，新拱架連接于每環(huán)未拆除的原中臺階拱架上，采用墊板螺栓連接，每節(jié)長度按照實際情況確定。新的拱架由挖機(jī)吊裝到作業(yè)平臺，再采用人工直接進(jìn)行安裝，安裝過程中采用鋼管等物體對型鋼進(jìn)行臨時固定。如果未拆除的原中臺階型鋼螺栓連接板在拆除過程中因變形而無法安裝螺栓進(jìn)行固定時，應(yīng)對原螺栓連接板和新的螺栓連接板進(jìn)行滿焊固定，間隙過大不能直接滿焊的要采取加塞鋼筋等措施來實現(xiàn)滿焊，保證新舊型鋼骨架連接穩(wěn)固。新拱架按照設(shè)計采用間距100cm的Φ22螺紋鋼與相鄰鋼架焊接牢固。拱架安裝完成后，利用已安裝好的拱架，及時施做超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管打入角度5°～10°，相鄰兩排超前小導(dǎo)管的水平搭接長度不小于100cm。每榀拱架安裝完成后及時按要求施做。

4.6 噴射混凝土施工

型鋼安裝完成后及時掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，防止掉頂；立即進(jìn)行初期支護(hù)。噴射時使噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為1.5～2.0m；噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動，一圈壓半圈；若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度太小，會形成混凝土物料在受噴面上的滾動，產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質(zhì)量。噴射混凝土終凝2小時后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。初噴混凝土等待強(qiáng)度同時，可組織人員進(jìn)行對另外相鄰拱架或另側(cè)拱架的拆除作業(yè)。

5 施工技術(shù)要求

拱架拆換要連續(xù)施工，逐榀拆除與換拱，按照自上而下，每次一榀逐段處理，嚴(yán)禁大跨度連續(xù)拆除。換立新拱架，左右兩側(cè)拱架測量放點(diǎn)必須對稱，避免鋼拱架扭曲和拱部錯臺。新拱架要與原拱架連接牢固，有錯臺的可用法蘭鋼板或短工字鋼連接。拱架拆換完成后，在適當(dāng)位置布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)（拱頂、邊墻與仰拱填充面），量測斷面間距3m，量測頻率3次/天，嚴(yán)密監(jiān)控鄰近二襯的變形與沉降情況，對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，及時將數(shù)據(jù)上傳圍巖監(jiān)控量測信息化平臺。

6 安全措施

（1）加強(qiáng)洞內(nèi)、地表圍巖監(jiān)控量測工作。根據(jù)量測結(jié)果，及時調(diào)整換拱方法及支護(hù)參數(shù)，確保隧道安全；（2）在拆除作業(yè)前，在拆除施工段安放各不小于24m的逃生管道，滿足要求后，方可進(jìn)行拆除作業(yè)；（3）技術(shù)員、安全員跟班作業(yè)。在隧道換拱全過程中專職安全員、技術(shù)人員進(jìn)行跟班作業(yè)，隨時查看圍巖變化情況，遇到緊急情況及時撤走人員。技術(shù)人員對工人施工作業(yè)隨時進(jìn)行指導(dǎo)，確保型鋼骨架安裝滿足要求；（4）施工中設(shè)置安全警戒區(qū)域，禁止無關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場；（5）加強(qiáng)監(jiān)控量測工作。成立監(jiān)控量測隊，每次換工前及換拱過程中動態(tài)進(jìn)行圍巖變形的監(jiān)控量測，若發(fā)生異常變化時立即停止施工，并確保換拱位置一次成功；（6）建立并完善換拱應(yīng)急救援預(yù)案，落實各級職責(zé)，并對應(yīng)急救援預(yù)案進(jìn)行演練，在出現(xiàn)特殊情況時將損失減少到最小。

7 結(jié)語

隧道在施工過程中，難免會因為施工控制不到位、地基沉降等原因造成初支侵限的情況出現(xiàn)，而對于侵限初支的處理又是項極其危險的工作，如何保證換拱過程的快捷、安全成了我們施工方案主要解決的問題。通過以上換拱施工方案在黃土隧道中的應(yīng)用，一天可以組織人員進(jìn)行3榀拱架的拆換，拆換速度快，能保證施工安全。在以上項目的應(yīng)用中一次換拱成功，沒有出現(xiàn)任何安全質(zhì)量事故。

參考文獻(xiàn)

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[3] 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南（鐵建設(shè)[2010]241號）[S].

作者簡介：徐仁華（1983-），男，中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司工程師。

（責(zé)任編輯：小 燕）