偏壓、淺埋隧道換拱技術

摘要：以鐵路客運專線某隧道為工程背景，針對該隧道的偏壓、淺埋，且全隧道均為全風化石英砂巖，受降雨影響大，施工過程中產生大變形導致初支侵限，不得不采取換拱措施。

關鍵詞：淺埋 偏壓 換拱

1 工程概況

隧道位于湖南省境內，全長570m，為雙線客專隧道，隧道內設置8.4‰的縱坡。

隧道位于低山丘陵區，溝谷切割發育，植被發育，地形起伏較大。隧道進口自然坡度15°～20°；出口自然坡度20°～25°。最小埋深1.9m，最大埋深約33m。圍巖地質情況：隧道全部為V級圍巖。地質情況：隧道區覆蓋第四系殘坡積層粉質粘土，褐紅色，硬塑，土質均一，含5%-10%細角礫，母巖以砂巖為主，粒徑0.2-2cm，其中0-0.5m為種植土，含少量植物根系，揭露厚度0.8-5.0m；細角礫土，稍密-微密，褐紅色加褐黃色，稍濕，礫石母巖以砂質為主，粒徑0.2-5cm，最大達18cm，孔隙間由粘性土充填，揭露厚度為3.1-9m；粗角礫土，褐黃-棕紅色，稍濕，密室。

隧道在施工過程中，產生了較大的變形，超過了預留量，發生侵限。

2 隧道大變形原因分析

2.1 地質原因

變形段開挖揭示圍巖軟弱，巖層分界面起伏大，差異風化嚴重，巖體結構松散，圍巖穩定性極差。拱墻部以全風化石英砂巖為主，拱部圍巖風化成土狀。淺埋段施工，遇連續降雨，雨水下滲后軟化土體致圍巖失穩。

2.2 施工原因

對軟弱圍巖隧道雨季期施工認識不足。在施工過程控制、變形控制、工序銜接方面不到位。工藝施作不到位。支護封閉不及時；臺階長度過大；超前小導管注漿施作不到位；鎖腳錨管與鋼架連接不牢固；監控量測成果未及時反饋及指導施工；圍巖及初支變形量超限時，未及時采取加固措施。

3 換拱施工方案

3.1 總體施工方案

待監控量測穩定后，對侵限的松散土層范圍內進行徑向注漿，待注漿強度達到100%后，由澆筑二襯側往掌子面逐榀施工，先施做小導管，后全環拆換；若變形超限，則自下而上拆換。拆換完畢后，再進行下臺階及仰拱開挖，同時縮短臺階長度，仰拱及二襯緊跟。待步序調整完畢后，再進行掌子面掘進開挖，掘進開挖前應先對虛碴進行注漿固結處理，注漿強度達到75%后，再按三臺階臨時仰拱法掘進開挖，上臺階預留核心土+擴大拱腳，中臺階加設I18臨時仰拱。

3.2 關鍵工序及技術要點

待初支穩定后，采用3.5m長Φ42超前小導管對塌落部位進行注漿處理，確保掌子面及前方圍巖穩定。超前小導管布置范圍為拱頂180°范圍，環向間距40cm。

對需要換拱范圍內的松散土體初支進行徑向注漿，注漿孔深度4m，孔口環向間距1m，孔底環向間距1.0m，縱向間距每1.0m一環。注漿孔采用風鉆開孔，注漿孔孔口管采用Φ42mm無縫鋼管，采用4m長的小導管。注漿采用水泥凈漿，自下而上按照梅花形順序進行注漿，注漿壓力控制在0.8～1.0Mpa。

徑向注漿管每隔兩榀間距，即1.0m布置一環注漿管，梅花形布置。注漿管應靠近需拆換鋼架附近，即避免注漿管侵入鑿除初支范圍，又能保證需拆換鋼拱架背后松散土體的注漿效果。注漿管施作位置同時應注意避免影響鋼拱架拆換。

為保證拆換鋼架時施工安全，拆換鋼架前采用3.5m

Φ42mm超前小導管進行超前支護，超前小導管按縱向間距1.2m一環，環向間距0.4m，超前小導管施作角度15～20°，應保證超前小導管均勻布置。第一環超前小導管在拆換鋼架前施作，此后每拆換兩榀鋼架施作一環超前小導管。施作超前小導管應與新支立的鋼拱架焊接穩固，且從鋼拱架腹部預留孔穿過。

鑿除初支施工以人工配合機械施工，嚴禁采用爆破作業；逐榀先立后拆，先施作小導管，后全環拆換；若變形超限，則自下而上拆換，嚴禁圍巖長時間暴露，鑿除初支完成后應初噴混凝土，然后再支立鋼拱架，掛網噴射混凝土，切槽槽壁應初噴射混凝土5～8cm，防止圍巖暴露而產生滑塌。

每榀鋼拱架按設計位置于每側拱腳處打設4m長φ42鎖腳錨管6根，每臺階增加共12根。鎖腳錨管并采用“U”型或“L”型卡焊接牢固。

中上臺階拆換拱架后在中臺階加設I22臨時仰拱，該段后續中下臺階開挖時在拱腳增設擴大拱腳或拱腳墊槽鋼，以防止初支下沉。

4 總結

經過采用加強超前支護，增加鎖腳錨管數量，徑向注漿等措施后，在采取炮機鑿除侵限初支時，能夠明顯地發現徑向注漿的漿液充滿了松散土體內部，起到了加固作用，保證了拆換過程的安全性，實際施工中可達到每天拆換兩榀鋼拱架，順利完成了換拱任務，并保證了換拱以后的初支穩定性，可為今后的高鐵隧道偏壓淺埋、復雜地質隧道換拱提供經驗。

參考文獻：

[1]鐵路客運專線隧道工程質量檢查與控制.西南交通大學出版社，2008.

[2]TB10753-2010高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準.北京：中國鐵道部出版社.

[3]TB10424-2010鐵路混凝土工程施工質量驗收標準.北京：中國鐵道出版社.

作者簡介：

王毅（1975-），男，陜西乾縣人，畢業于石家莊鐵道學院，研究方向：工程管理。