V級圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術(shù)安全管理初探

鄭 康

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

以汕(頭)湛(江)高速公路清遠(yuǎn)清新至云浮新興段新村隧道工程為例，由于原設(shè)計新村隧道屬于V型沖溝，埋深較淺，圍巖使用全風(fēng)化炭質(zhì)絹云母片巖，在2019年6月25日發(fā)生冒頂坍塌，對此采取洞內(nèi)中管棚對坍塌體回填水泥土方案。在9月2日出現(xiàn)初支突變擠壓變形，拱頂突變下沉，初支侵入二襯達45 m，經(jīng)過分析后支護變形侵限原因在于前期塌方冒頂，在雨季施工，造成地下水和地表水下滲進洞內(nèi)，造成全風(fēng)化炭質(zhì)絹云母片巖軟化，穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)變形。對此在K49+420～K49+250段使用I20臨時仰拱以及豎斜向鋼支撐，設(shè)定60 cm間距，臨時仰拱使用26 cm厚C25噴射混凝土進行封閉，徑向使用5 m小導(dǎo)管加固。對K49+420～K49+435初支限段落展開換拱處理，要在數(shù)據(jù)監(jiān)測后進行加固。拆除1榀支撐更換1榀，及時封閉仰拱。每間隔3 m斷面設(shè)置監(jiān)測點，對圍巖進行監(jiān)控。

2 換拱施工技術(shù)安全管理

2.1 換拱施工技術(shù)的監(jiān)控管理

對于本工程而言，需要加強對圍巖的監(jiān)控，主要從兩個方面展開監(jiān)控。一方面需要對洞內(nèi)進行監(jiān)控，另一方面需要對地表沉降進行監(jiān)控。尤其是地表沉降監(jiān)測，在變形換拱前需要按照10 m縱向間距，對5 m橫向間距上設(shè)置監(jiān)控點位，在隧道中線位置適當(dāng)增加加密點位。中線監(jiān)測范圍不能超過隧道的開挖寬度和埋深兩者之和。對于洞內(nèi)的監(jiān)控需要在護拱上設(shè)置監(jiān)控點位，在5～10 m保證具備斷面測點，建立臺賬，監(jiān)測頻次要保證1 d1次。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)的形成時間制作斷面收斂曲線圖和拱頂沉降曲線圖。對用水量進行準(zhǔn)確計算，進而保證施工安全，如下式所示。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對隧道穩(wěn)定性進行判斷。因此需要積極使用信息設(shè)備，保證前期監(jiān)控數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，進而保證施工方案的安全性。

Q=2.74×a×W×A=2.74×0.3×2357×0.122=236.3(m3/d)

其中2.74為換算系數(shù)，Q為隧道含水體地段的常規(guī)用水量，a為降水入滲系數(shù)，A為含水體地段集水面積，W為年降水量。通過對常規(guī)用水量的計算可確定施工期間用水量，評估安全水平。

2.2 做好換拱前準(zhǔn)備工作

首先要重視鋼支撐和換拱臺架的支撐，首個鋼支撐加工之后，需要經(jīng)過組裝測試判斷其性能，保證達到設(shè)計要求進行批量生產(chǎn)。在本工程中對于拼裝施工提出了要求，要求誤差不能超過3 cm，而平面翹曲誤差不能超過2 cm，要預(yù)留10～15 cm變形量。其次需要對施工人員進行技術(shù)交底，交底內(nèi)容包括現(xiàn)場情況、拆換方案、工藝標(biāo)準(zhǔn)、安全防護等措施，以此保證換拱時順利完成。換拱前還需要對變形區(qū)域進行斷面檢查，繪制斷面圖紙。將變形區(qū)域準(zhǔn)確更換拱架，能夠?qū)⒅匾恢们宄臉?biāo)記出來。最后要根據(jù)斷面圖確定換拱位置，方便于施工人員準(zhǔn)確找到換拱位置。在準(zhǔn)備工作中安排安全生產(chǎn)責(zé)任，針對不同施工步驟，將施工工序分配給不同施工人員，提高施工人員的安全意識。組織施工人員進行安全技術(shù)交底。施工期間，每天早會對當(dāng)天施工內(nèi)容進行技術(shù)交底，要求作業(yè)現(xiàn)場人員能夠準(zhǔn)確掌握安全技術(shù)的應(yīng)用。早會也需要對安全防護設(shè)施進行清點，保證施工人員穿戴完好安全服裝。同時需要要求班組長對施工人員進行安全檢查，每天巡視施工現(xiàn)場，在每日檢查記錄中簽名保存，保證每位施工人員能夠掌握安全注意事項，了解安全操作流程，保證隧道施工受到安全監(jiān)管。

2.3 臨時加固初期支護

首先根據(jù)施工現(xiàn)場要求，使用扇形支撐方案，在每兩個鋼拱架設(shè)一環(huán)。斜向上使用鋼板焊接，并完全楔緊支撐。在接頭位置使用工字鋼，利用鋼筋牢固焊接，保證每個節(jié)點連接牢固，施工期間根據(jù)變形情況對拱架進行調(diào)整，在必要時提高布置密度。其次要注漿加固圍巖。由于本工程選擇全斷面4.5 m小導(dǎo)管管徑加固帷幕注漿。洞內(nèi)建設(shè)臨時支撐后開始加固注漿，使用42 mm，4 mm無縫鋼管，長度為4.5 m，對初支進行圍巖注漿。使用梅花形設(shè)置注漿孔，保持100 cm環(huán)向間距，120 cm縱向間距。在管口位置上要牢固埋設(shè)。漿液選擇雙液漿，使用風(fēng)機鉆進行鉆孔，保證鉆孔標(biāo)準(zhǔn)，注漿時維持0.5～1.5 MPa壓力。按照設(shè)計量注漿，保持1.5 MPa壓力持續(xù)10 min，同時要保證注漿量超過80%。完成注漿后需要打檢測孔，保持深度為4 m。并對檢查孔進行觀察，若只滴水，滲水不超過2L/d，可以滿足1.5 MPa單軸抗壓強度，保證注漿達到應(yīng)有效果。最后還需要對檢查口進行封堵并保證封堵完全。在加固支撐完成后取得理想效果，變形情況恢復(fù)穩(wěn)定，可以將初支拆除，在拆除時分單元將超限初支拆除，按照小里程到大里程順序拆換，按照先上后下的順序進行拆除，拆下一段立刻進行支護。

這部分施工環(huán)節(jié)中，尤其要重視安全防護設(shè)施的完善，由于施工空間狹窄，施工人員經(jīng)常需要交叉作業(yè)，為避免高空墜落等安全事故，還需要在現(xiàn)場架設(shè)安全網(wǎng)，尤其是施工出入口要建設(shè)牢固防護棚。在安裝和架設(shè)支護中，能夠具備完善的安全設(shè)施。施工人員作業(yè)全程佩戴安全帽、防滑鞋等保護用品，高處作業(yè)必須要佩戴安全帶，設(shè)置1 m以上高度的防護欄桿，避免高空墜落事故的出現(xiàn)。

2.4 鋼支撐架設(shè)與更換拱架

首先對拱腳雜物進行清理，回填噴射混凝土，混凝土強度要根據(jù)實際情況設(shè)定。本工程選擇C25混凝土施工。架設(shè)時要對誤差嚴(yán)格控制，換拱作業(yè)需要有人工對鋼支撐進行組裝，使用螺栓連接，并保證三面滿焊。使用混凝土楔子沿著鋼支撐外緣2 m楔緊。更換拱架要保證支護形式維持一致，按照實際情況對縱向間距進行調(diào)整。換拱后需要及時噴射混凝土，拆換長度不能過長，并及時進行防水處理，完成二襯混凝土的澆筑工作。初支變形嚴(yán)重可以拆換一模二襯長度。保證混凝土可以達到75%設(shè)計強度，臺車后退繼續(xù)進行換拱作業(yè)，避免出現(xiàn)二次侵限，安排專人對工程監(jiān)控量測。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，需要立即停止施工，進而保障施工人員人身安全。

2.5 完善施工保險制度

對全體施工人員購買工程保險。工程保險能夠以較少的投入獲得較大保障，一旦發(fā)生工程事故，施工人員也能夠得到補償。發(fā)生事故后保險人能夠得到經(jīng)濟補償，對安全事故造成的副作用產(chǎn)生一定抵消。保險制度也能成為一種激勵策略，提高施工人員的安全意識。

3 總 結(jié)

本文先簡單分析了V級圍巖隧道圍巖變形風(fēng)險，以新村隧道右洞進口施工為例，詳細(xì)闡述了換拱施工技術(shù)安全管理。施工方必須要加強換拱施工技術(shù)的監(jiān)控管理，做好換拱前準(zhǔn)備工作，注意臨時加固初期支護、鋼支撐架設(shè)與更換拱架施工，并不斷完善施工保險制度。通過加強施工技術(shù)的安全管理，有效減少安全事故，提高施工安全性。