隧洞塌方段套拱施工技術

鄭 毅，陳定章，王運興

（1.江西瑞林建設監理有限公司西藏項目部，850000，拉薩；2.中國華冶科工集團西南分公司西藏項目部，850000，拉薩）

隧洞塌方段套拱施工技術

鄭 毅1，陳定章2，王運興2

（1.江西瑞林建設監理有限公司西藏項目部，850000，拉薩；2.中國華冶科工集團西南分公司西藏項目部，850000，拉薩）

隧洞；塌方段；套拱；施工技術；西藏

西藏自治區拉薩市墨竹工卡生態水引水隧洞工程在掘進施工中，由于地質原因多次發生塌方。中國華冶科工集團西南分公司西藏項目部、江西瑞林建設監理有限公司和湖南長沙有色金屬設計研究院，對墨竹工卡生態水引水隧洞工程整體處于巖石破碎段的#2通風洞進行開發研究，創新使用隧洞塌方段套拱施工技術處理塌方并取得滿意效果。套拱施工技術通過在#2通風洞上下行、#3通風洞上行中的實際應用，并不斷總結改進，逐漸成為一項成熟的施工技術，并于2015年10月成功申報國家專利。該技術提高了塌方段施工安全性和效率，可供類似工程參考。

一、墨竹工卡生態水引水隧洞施工難題

墨竹工卡生態水引水隧洞工程所在地的絹云千枚巖屬于軟巖，中等風化，為Ⅴ類圍巖。隧洞施工揭露地質條件為全風化巖、泥巖及粉質黏土且含有少量碎礫石。全風化巖及泥巖占80%，遇水易崩解。

塌方段及圍巖破碎段臨時支護施工技術一直以來都是隧洞工程施工的重點、難點。目前隧洞塌方段施工采用的技術，首先由超前小導管注漿固結巖體，然后再用鋼拱架+掛網+噴護+系統錨桿進行聯合支護，最后為了保證臨時支護在隧洞掘進時能正常使用，在塌方段提前進行二次鋼筋混凝土襯砌。

不利的地質條件使墨竹工卡生態水引水隧洞工程施工極易出現塌方，給施工帶來困難，目前慣用的隧洞塌方段施工技術不適合該工程。一是超前小導管注漿對巖體要求高，巖體較穩定時，超前小導管注漿才可有效地固結巖體；二是進行鋼拱架、掛網、系統錨桿支護時，需對塌方段已穩定的塌方體進行擾動施工，開挖安全隱患大，極易出現二次塌方，現場施工作業人員安全無法得到保證；三是采用聯合支護技術及提前二次襯砌，施工進度慢、成本高且安全無保證。

二、套拱施工技術原理

套拱施工技術是隧洞施工塌方段及圍巖破碎段臨時支護的一種新型支護形式，較傳統隧洞塌方段施工具有質量穩定、勞動強度低、施工進度快、投資少、降低環境污染等優點，比傳統隧洞塌方段施工技術能更有效防止隧洞二次垮塌，能更有效、快速通過塌方段。

1.套拱基本構造

套拱為兩榀拱架與超前型鋼焊接為一個整體形成一個完整的受力結構，用裝載機或其他液壓設備將超前型鋼環向打入，操作時應盡可能穿過塌方段，將超前型鋼打入穩定巖層。套拱與超前型鋼聯合支護形成一個環向封閉的穩定整體，塌方段渣石落入巷道洞頂，起到緩沖作用。

套拱施工技術具有拱形的受力特性，超前型鋼形成的緩沖層既可以避免隧洞不穩定段二次垮塌，保證施工安全，還可以將土壓力分散至基本受力單元鋼支撐上進行受力。

2.套拱的基本形式

套拱可選用工字鋼、槽鋼，其型號可在I12～I16內任意調整，可根據隧洞不同情況進行選擇。套拱冷彎成型尺寸可為2700、3 200、3 600、3 900、5 200 mm等，套拱冷彎直徑不宜超過5 400 mm。為保證套拱不出現單榀傾覆現象，宜采用500~800 mm縱向連接筋或采用與鋼支撐同材質型鋼焊接成整體。套拱間距可根據隧洞圍巖條件進行調整，套拱最大間距為500 mm，隧洞塌方高度大于3 m時，鋼支撐間距不得大于200 mm。

3.套拱結構受力原理

套拱采用半圓形結構，這種半圓形受力均勻，結構穩定不易變形；立柱采取延伸柱腿至底板以下，并增設底部支撐梁，可有效抵抗因圍巖變化收斂產生的對柱腿側向的水平推力，超前工字鋼增加受力面積，分散受力點，使相鄰兩組套拱連成一個整體，繼而使所有套拱連成一個整體，增強抗傾覆性，增加結構的穩定性，超前型鋼支護可以有效避免土體散落到洞內，對洞內施工人員起到保護作用，進而增加循環速度使施工進度加快。

套拱支護結構受力原理見圖1。

圖1 套拱支護結構受力原理

圖2 塌方段套拱施工技術工程實例

三、施工方案

1.施工準備

①型鋼構件進場檢驗：檢查產品出廠合格證書、試驗報告。檢查型鋼的表面質量，檢查有無裂縫、缺損，凡不符合質量要求的不得使用。

②鋼支撐加工嚴格按照設計圖紙要求制作，連接板螺栓孔采用鉆孔成孔，不宜采用氣割擴孔。

③檢查鋼支撐加工制作質量，應滿足 《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205—2001）的規定。

2.套拱安裝

①根據現場實際掘進地質及塌方情況，鋼支撐安裝間距采用500~1 000 mm，必要時可根據現場實際情況減小鋼支撐安裝間距。鋼支撐采用現場安裝，將加工好的拱架分片運至工作面，按設計要求分片組裝成一個整體。檢查鋼支撐安裝質量，主要檢查鋼支撐安裝垂直度，保證鋼支撐安裝完成后受力結構符合設計要求。兩榀鋼支撐采用上下安裝并采用同材質型鋼焊接形成一個整體套拱，兩榀鋼支撐拱部確保一定間距，保證超前工字鋼順利穿過。

②螺栓連接時以一個操作工使用普通扳手靠自己的力量擰緊螺母即可，保證被連接接觸面能密貼，無明顯的間隙。為了使連接接頭中螺栓受力均勻，螺栓的緊固次序應對稱進行；應采用復擰，即兩次緊固方法，保證接頭內各個螺栓能均勻受力。

③螺栓連接緊固檢驗采用錘擊法，即用3 kg小錘，一手扶螺栓（或螺母)頭，另一手敲錘，要求螺栓頭(螺母)不偏移、不顫動、不松動，錘聲比較干脆；否則說明螺栓緊固質量不好，需要重新緊固施工。

④相鄰兩榀套拱之間焊接同材質型鋼縱向連接，環向間距為0.5~0.8 m焊接成一個穩定的整體，防止單榀鋼支撐出現傾覆，保證施工安全。

3.超前型鋼

①超前支護采用同材質型鋼，從套拱間隙中打入超前工字鋼與工作面相連，形成一個保護假頂。超前工字鋼環向布置，且避免留有間隙，并焊接成一整體。

②超前型鋼緊密環向布置形成一整體，利用塌方渣石重量保持其穩定性，防止塌方進一步惡化，起到緩沖作用，保證支護結構安全。

③超前型鋼采用裝載機或其他液壓設備向塌方體內打入，直至工作面穩定在巖體中，避免隧洞二次塌方。可快速通過塌方段，保證隧洞掘進施工安全及施工進度。

四、套拱施工技術適用范圍及優點

隧洞塌方段套拱施工技術適用于各類隧洞、隧道的掘進施工，如公路隧道、鐵路隧道、水利工程引水隧洞等隧洞（道）進洞洞頂覆土小、隧洞（道）圍巖破碎段掘進、隧洞（道）塌方段掘進工程施工。

采用套拱施工技術縮短了隧洞塌方段及圍巖破碎段掘進工期，隧洞塌方段使用套拱施工技術及時對塌方段進行支護，避免二次塌方，上方塌落下渣石可以與臨時支護形成緊密整體，從而減小塌方頂板與塌落渣石的臨空面，確保施工安全。采用這項技術可減少施工步驟，對保證工程進度、設備臺班等方面產生了一定效益。使用傳統過塌方段施工技術“超前注漿—出渣—支護”每循環需168小時，而隧洞塌方段套拱施工技術實現每循環需16小時。

在施工成本方面，使用隧洞塌方段套拱施工技術極大地降低了隧洞施工的運行成本。

[1]中華人民共和國水利部.水工隧洞設計規范[S].2003.

[2]王潤生.淺析隧道塌方段長大管棚施工技術[J].科技與企業,2012（24）.

[3]中華人民共和國工業和信息化部.冶金礦山井巷工程施工質量驗收規范[S].2014.

[4]熊華輝，等.某引水隧洞開挖塌方處理施工技術[J].城市建筑,2015（12）.

責任編輯 張金慧

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1000-1123（2016）12-0027-02

2016-04-25

鄭毅，工程師。