淺談隧道破碎圍巖加固及換拱施工監(jiān)控

周瓊

摘 要：漢（武漢）十（十堰）高速鐵路楊家山隧道圍巖破碎，存在淺埋、及拱頂左側(cè)山體外有一魚(yú)塘等現(xiàn)象，施工過(guò)程中圍巖滲水嚴(yán)重，開(kāi)挖支護(hù)完成后，因圍巖的不穩(wěn)定造成初支侵入二襯斷面。為確保隧道施工的質(zhì)量和安全，現(xiàn)場(chǎng)在施工此段過(guò)程中，采取了邊墻打孔引排水、側(cè)面管棚注漿加固形式，待圍巖無(wú)收斂沉降變化后，拆除原初支鋼架進(jìn)行擴(kuò)拱安裝鋼架，該方案既能確保安全質(zhì)量，又能加快施工進(jìn)度，對(duì)類似工程有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高速鐵路隧道;換拱;圍巖加固;施工監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0105-03

1 工程概況

楊家山隧道全長(zhǎng)2370m。隧道均位于直線段上，隧道縱坡設(shè)置為9.5‰的單面下坡。隧道洞身均為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，初支侵限共計(jì)3處，最大侵限厚度80cm。

DK322+905.5～DK322+928.5均為局部換拱，主要集中在隧道中心線以左，最大侵限40cm。侵限主要原因：左側(cè)山體外一魚(yú)塘，施工過(guò)程中圍巖滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)在施工過(guò)程中，采取了引排水、側(cè)面管棚注漿加固，穩(wěn)定后換拱處理措施。

DK323+208.5～DK323+225.5段為局部換拱，最大侵限值33cm。此區(qū)間原設(shè)計(jì)為IV級(jí)圍巖，圍巖軟弱，變更為V級(jí)圍巖，施工過(guò)程中，出現(xiàn)拱頂沉降開(kāi)裂，造成初支侵入二襯斷面，現(xiàn)場(chǎng)采取了注漿處理+“換拱”處理措施。

DK323+751～DK323+795段為整環(huán)換拱+局部換拱。此區(qū)間為淺埋段，覆蓋層較薄，圍巖自穩(wěn)能力差;施工過(guò)程中長(zhǎng)期陰雨，地表層滲水，致使圍巖軟化;導(dǎo)致初期支護(hù)侵限。此區(qū)間最大侵限值80cm。采取了地表注漿、圍巖注漿加固及換拱措施。

侵限處圍巖統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

2 施工前準(zhǔn)備及施工過(guò)程監(jiān)控

2.1 地表及洞內(nèi)排水監(jiān)控

（1）首先對(duì)地表附著物進(jìn)行清理后檢查;

（2）洞頂坡面不平順處的回填，碾壓見(jiàn)證抽查，使坡面平順，不積水;

（3）要求接長(zhǎng)洞頂截水天溝，使排水系統(tǒng)順暢，避免對(duì)洞口附屬進(jìn)行沖刷;

（4）對(duì)洞壁施工徑向?qū)Ч茏{封堵水系，若局部還有滲水現(xiàn)象，要求增設(shè)盲管將水排出，引入隧道中心水溝將水排出隧道。

2.2 監(jiān)測(cè)后對(duì)侵限鋼架標(biāo)識(shí)

經(jīng)測(cè)量專監(jiān)與施工單位聯(lián)測(cè)，對(duì)需要換拱的拱架進(jìn)行噴漆標(biāo)識(shí)。若為局部換拱，對(duì)需換拱拱架長(zhǎng)度的兩側(cè)端頭進(jìn)行噴漆標(biāo)識(shí)。

2.3 對(duì)換拱臺(tái)架驗(yàn)收

經(jīng)驗(yàn)收，采用掛布臺(tái)車進(jìn)行換拱施工，在掛布臺(tái)車上用I18工字鋼設(shè)置臨時(shí)支撐，其主要作用是依靠專用臺(tái)車臨時(shí)支撐與變形初支建立臨時(shí)連接，限制初支劇烈變形，避免壓漿或置換過(guò)程中原初支鋼架失穩(wěn)，對(duì)換拱部位兩側(cè)的初支形成保護(hù)，維持其穩(wěn)定。另外專用臺(tái)車也同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全提供了保障。

整環(huán)換拱時(shí)：每榀拱架設(shè)置5道臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐面緊貼初支面，臨時(shí)支撐之間采用直徑22mm鋼筋焊接連接。

當(dāng)為局部換拱且環(huán)向長(zhǎng)度小于5m時(shí)，在換拱區(qū)域的兩邊端頭設(shè)置臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐緊貼無(wú)需換拱的初支面。當(dāng)局部換拱長(zhǎng)度大于5m時(shí)，除在換拱區(qū)域的兩邊端頭設(shè)置臨時(shí)支撐外，中間需加密進(jìn)行臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐環(huán)向間距不大于5m。

施工過(guò)程中要求專人進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，除了圍巖監(jiān)控外對(duì)臨時(shí)支撐位置也需進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，分別在混凝土鑿除前、后、拱架切割前、后進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，數(shù)據(jù)一旦顯示臨時(shí)支撐變化較大，要求立即停止作業(yè)，并分析原因制定方案，確保換拱施工安全。

2.4 按設(shè)計(jì)要求盯控徑向注漿

根據(jù)漢十施圖（隧）參04“3m圍巖徑向注漿設(shè)計(jì)圖”，首先對(duì)侵限段進(jìn)行注漿處理。

初期支護(hù)打設(shè)L=3m、Φ50mm注漿小導(dǎo)管，沿隧道拱墻周壁進(jìn)行圍巖徑向注漿加固。注漿鋼管間距為1.2m（環(huán)向）×1.7m（縱向）。

注漿孔采用風(fēng)機(jī)鉆開(kāi)孔，孔徑52mm?？卓诠懿捎忙?0mm，壁厚3.5mm，鋼管長(zhǎng)1m的熱軋無(wú)縫鋼管，采用球形止?jié){措施。

注漿采用1：1水泥漿（遇水時(shí)，水泥漿摻水玻璃，水泥漿與水玻璃比例1：1進(jìn)行配置），注漿壓力1～1.5MPa，具體注漿壓力根據(jù)施工過(guò)程中圍巖變化、注漿情況、帷幕范圍適當(dāng)調(diào)整。

注漿前對(duì)注漿設(shè)備及壓力表進(jìn)行檢驗(yàn)，每次注漿前要確保壓力表歸零，安排專人觀察注漿壓力值。

注漿效果檢查：注漿完成后，每延米隧道涌水量≯2m3/24h，則判斷注漿達(dá)到效果，否則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注漿。

2.5 鎖腳錨管施工監(jiān)控

整環(huán)換拱時(shí)，按設(shè)計(jì)拱架單元節(jié)點(diǎn)處緊貼拱架設(shè)置4根直徑50mm，長(zhǎng)度5m的鎖腳錨管（每側(cè)兩根）。

鎖腳錨管施工要求：

鉆孔：鉆孔前先標(biāo)識(shí)鉆孔的位置，孔角為45°進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度大于錨管錨固長(zhǎng)度的95%，但超長(zhǎng)值不大于10cm。

錨管制作及安裝：采用Φ50壁厚3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，安裝時(shí)用鑿巖機(jī)直接將鋼管打入孔中。

U型卡筋焊接固定：工字鋼兩側(cè)鎖腳錨管與工字鋼采用直徑22mm“U”型鋼筋連接，鋼筋與鎖腳錨管采用雙面焊，鋼筋、鎖腳錨管、鋼架三者相互焊接牢固，焊縫飽滿，無(wú)焊渣。

注漿：鎖腳錨管注1：1水泥漿，注漿壓力為0.6-2MPa。注漿需飽滿。

2.6 混凝土切割及拱架置換監(jiān)控

混凝土切割要求安排專業(yè)切割隊(duì)伍采用專用鋸片切割機(jī)（WS-450H/HAG-12.2）進(jìn)行切割。

2.6.1 機(jī)具選擇

充分利用換拱臺(tái)車長(zhǎng)度，采用逐榀置換法對(duì)鋼架初支面進(jìn)行鑿除，由于此隧道尚未貫通，要求換拱工期短，現(xiàn)場(chǎng)污染小、噪音小，不能影響周圍結(jié)構(gòu)。為此切割采用金剛石鋸片，結(jié)合混凝土鉆孔機(jī)和人工破除的方式進(jìn)行混凝土與鋼架拆除，鋸片切割系統(tǒng)具有輕便、高效、無(wú)粉塵、噪音低的特點(diǎn)，能適應(yīng)各種不同環(huán)境的切割施工，靈活性大，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

2.6.2 切割流程

采用盤鋸切割方式，在初支上采用手持沖擊鉆鉆孔，然后打入M12膨脹錨栓長(zhǎng)度200mm用以固定軌座，盤踞懸掛在軌座上行走作業(yè)切割。具體操作如下：

（1）在需切割的鋼架之間的混凝土上劃分分塊切割錢。

（2）切割端部截止位置用鉆石鉆孔機(jī)在切割線交界處鉆直徑不小于65mm排孔，深度根據(jù)要求切割深度，用于切割截止位置。

（3）將切割機(jī)器放在合適位置并連接好電源，水源。

（4）在切割路線的一側(cè)，間隔139mm處畫上軌座對(duì)齊線。并在同一側(cè)標(biāo)識(shí)安卡錨栓固定點(diǎn)。

（5）用電鉆鉆孔，再放入M12內(nèi)牙安卡，固定牢固。

（6）勻速、均勻的切割，觀察切割設(shè)備的安裝情況，并檢查確定固定牢固。

（7）切割施工進(jìn)行時(shí)，防止卡住。在安裝切割機(jī)具時(shí)，保證切割面要有一定的傾斜度防止卡住的發(fā)生.刀片上安裝防護(hù)罩，避免刀片飛處傷人。

（8）換拱順序按照從大里程往小里程方向逐榀進(jìn)行換拱，即換拱順序?yàn)?號(hào)鋼架→2號(hào)鋼架→……→最后一榀鋼架。

（9）以Vb型襯砌類型為例流程如下：1）每個(gè)鋼架之間中心間隔60mm，鋼架尺寸：高220*寬110mm，鋼架之間混凝土結(jié)構(gòu)凈尺寸490mm;2）從1#鋼架開(kāi)始，鋼架之間的混凝土結(jié)構(gòu)分成三部分切割，共計(jì)切割4刀，切割深度：280mm，切割每條的寬度約160mm;3）從1#鋼架開(kāi)始拆除，需要切割7刀，從2#鋼架開(kāi)始拆除，需要切割4刀，從3#鋼架至69#鋼架拆除，依次需要切割4刀，每個(gè)縱向長(zhǎng)度0.6米;4）鋼架切割完成后，采用人工破除的方式將兩個(gè)鋼架支架以及兩側(cè)的混凝土鑿除;鑿除時(shí)，人工站在臺(tái)車上程45°角采用風(fēng)鎬向斜上方鑿除，避免掉塊傷人。人工鑿除尺寸為20cm* 20cm*20cm。單塊重量為19kg;5）拆除原有的鋼架，清理工作面部位交于下道工序施工;6）依次拆除下道鋼架之間的混凝土、人工破碎混凝土、拆除鋼架。

（10）現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中均留有至少20cm預(yù)留沉降量，故混凝土厚度至少大于35cm。切割過(guò)程中切割深度28cm，并未將混凝土切除下，采用人工風(fēng)鎬鑿除的方法進(jìn)行鑿除。

2.7 鋼架置換監(jiān)控

整環(huán)換拱時(shí)：

（1）鑿出1號(hào)節(jié)—— 鑿出1號(hào)節(jié)跟2號(hào)節(jié)連接鋼板處噴射混凝土—— 1號(hào)節(jié)與2號(hào)節(jié)接頭處對(duì)2號(hào)節(jié)打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行加固—— 鑿出1號(hào)節(jié)跟3號(hào)節(jié)連接鋼板處噴射混凝土——1號(hào)節(jié)跟3號(hào)節(jié)連接處對(duì)3號(hào)節(jié)打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行加固。

（2）鑿出2號(hào)節(jié)—— 鑿出2號(hào)節(jié)跟4號(hào)節(jié)連接鋼板處噴射混凝土—— 2號(hào)節(jié)與4號(hào)節(jié)接頭處對(duì)4號(hào)節(jié)打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行加固。

（3）鑿出3號(hào)節(jié)——鑿出3號(hào)節(jié)跟5號(hào)節(jié)連接鋼板處噴射混凝土——3號(hào)節(jié)與5號(hào)節(jié)接頭處對(duì)5號(hào)節(jié)打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行加固。

（4）鑿出4號(hào)節(jié)——鑿出4號(hào)節(jié)跟6號(hào)節(jié)連接鋼板處噴射混凝土——4號(hào)節(jié)與6號(hào)節(jié)接頭處對(duì)6號(hào)節(jié)打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行加固。

（5）鑿出5號(hào)節(jié)——鑿出5號(hào)節(jié)跟7號(hào)節(jié)連接鋼板處噴射混凝土——5號(hào)節(jié)與7號(hào)節(jié)接頭處對(duì)7號(hào)節(jié)打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行加固。

（6）第6、7節(jié)鋼架初支面混凝土鑿除時(shí)，鑿至矮邊墻頂部，并截?cái)噤摴凹埽匦潞附舆B接鋼板。

（7）割除既有鋼筋網(wǎng)及連接鋼筋，拆除拱架節(jié)段連接板處的連接螺栓，并擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)輪廓線（開(kāi)挖半徑758cm，含預(yù)留沉降變行量10cm），初噴封閉圍巖后再進(jìn)行初期支護(hù)施工。

鋼架階段編號(hào)見(jiàn)圖1。

局部換拱時(shí)：按照全環(huán)換拱的步驟進(jìn)行整單元換拱，當(dāng)剩余換拱長(zhǎng)度小于1個(gè)單元時(shí)，在侵限區(qū)域端頭施工鎖腳錨管（在無(wú)需換拱端頭），截?cái)噤摴凹?，重新焊接連接鋼板。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不足一單元實(shí)際長(zhǎng)度下料進(jìn)行工字鋼置換，置換工字鋼與截?cái)噤摴凹苤匦虏捎娩摪迓菟ㄟB接。

2.8 二襯施工

換拱完成后，初期支護(hù)變形量為0.2～0.5mm/d（參見(jiàn)隧道設(shè)計(jì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)）時(shí)，要求立即組織二次襯砌施工。

采用全斷面液壓鋼模板襯砌臺(tái)車施工，一次襯砌長(zhǎng)度為10m。設(shè)備洞室采用大塊組合鋼模，工字鋼支撐和方木支撐?；炷寥繉?shí)現(xiàn)工廠化作業(yè)，在自動(dòng)計(jì)量拌和站集中生產(chǎn)，二次襯砌混凝土采用砼輸送車運(yùn)輸，輸送泵泵送入模，插入式振動(dòng)棒振搗。

隧道模筑襯砌混凝土采用C35砼澆筑。二襯臺(tái)車就位前，首先對(duì)防排水及二襯鋼筋依據(jù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)標(biāo)要求進(jìn)行驗(yàn)收合格;二襯混凝土澆筑時(shí)要求對(duì)鋼筋角隅處加強(qiáng)振搗。

為防止隧道拱部澆筑不密實(shí)造成空洞，在二襯砼澆筑前，在拱部防水板上預(yù)埋縱向注漿管及排氣管各一根，以便處理二襯與防水板之間的空洞。

3 換拱施工要求注意事項(xiàng)

（1）換拱作業(yè)前，必須對(duì)拱墻進(jìn)行注漿加固處理。

（2）換拱前應(yīng)量測(cè)斷面輪廓，并與設(shè)計(jì)斷面輪廓對(duì)比，確定換拱范圍，嚴(yán)禁因操作失誤造成誤換拱或二次換拱。

（3）換拱前應(yīng)核實(shí)監(jiān)控量測(cè)，當(dāng)沉降及凈空收斂穩(wěn)定后方可進(jìn)行換拱作業(yè)。

（4）換拱期間應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，當(dāng)超過(guò)警戒值時(shí)，立即停止換拱作業(yè)，必要時(shí)二次注漿加固。

（5）拆除拱架時(shí)要隨時(shí)注意圍巖情況，如發(fā)現(xiàn)圍巖破碎及掉塊現(xiàn)象，應(yīng)立即停止拆除，用噴射混凝土封閉拆除面后再次進(jìn)行徑向注漿加固，以穩(wěn)固圍巖。

（6）拆換拱架時(shí)，拆除完一個(gè)單元或一榀鋼拱架后，應(yīng)立即安裝新的拱架，待全環(huán)初期支護(hù)完成后，才可進(jìn)行下一榀鋼拱架的拆除置換工作。

（7）換拱時(shí)嚴(yán)禁一次拆除兩榀及兩榀以上鋼架，每次拆除一榀，待新鋼架閉合，且噴射混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)后方可拆除下一榀鋼架。

（8）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求加工鋼架，確保換拱后初期支護(hù)封閉成環(huán)。

（9）換拱時(shí)應(yīng)設(shè)有專門人員負(fù)責(zé)觀測(cè)圍巖變化情況，如有異常應(yīng)立即哨聲通知施工人員撤離或采取加固措施。

（10）割除連接鋼架、連接鋼筋和鋼筋網(wǎng)時(shí)，必須保證全部割斷，不得有任何連接，防止對(duì)原有支護(hù)造成擾動(dòng)。如發(fā)生沒(méi)有及時(shí)切斷造成擾動(dòng)的情況，對(duì)原初期支護(hù)進(jìn)行噴射混凝土及打設(shè)注漿小導(dǎo)管進(jìn)行加固。

（11）拱架拆除后，及時(shí)清除危險(xiǎn)因素，清理好接拱部位，立拱時(shí)保證足夠的人員，嚴(yán)格按照測(cè)量組的交底安裝，保證位置正確，保證接頭平順。

（12）換拱施工時(shí)經(jīng)常觀察作業(yè)面圍巖、初支混凝土、初支鋼支撐情況，觀察交叉作業(yè)情況，人、機(jī)流動(dòng)情況，材料、機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)使用情況，發(fā)現(xiàn)不正常施工現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)制止，有危險(xiǎn)預(yù)兆應(yīng)及時(shí)停止作業(yè)，疏導(dǎo)作業(yè)人員撤離工作現(xiàn)場(chǎng)并及時(shí)向上級(jí)匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況。

（13）施工前應(yīng)做好技術(shù)交底及應(yīng)急救援預(yù)案，保證應(yīng)急救援物資。

4 結(jié)語(yǔ)

隧道圍巖加固、換拱施工監(jiān)控，是對(duì)破碎圍巖及各種原因造成的初期支護(hù)侵入二襯處理的監(jiān)控方案，為限制圍巖變形，確保施工及運(yùn)營(yíng)安全，加固、換拱施工實(shí)施中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，以便掌握圍巖變形情況，做到信息化指引監(jiān)理工作的方向及措施，將動(dòng)態(tài)監(jiān)理落到實(shí)處。

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