淺談新儀張隧道初期支護(hù)侵限段換拱處理施工技術(shù)

秦云

（中鐵開發(fā)投資集團(tuán)有限公司 云南昆明 650000）

1 工程概況

新儀張隧道位于山西省運(yùn)城市聞喜縣新儀張村，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，線間距為5m，隧道進(jìn)口里程（原為DK601+063，進(jìn)口處短路基變成明洞接長后為）DK601+010，出口里程DK601+502，全長492m，隧道進(jìn)口、出口及洞身均位于直線上，縱坡為11.5‰下坡，隧道最大埋深39.15m，為V級圍巖（濕陷性黃土）隧道。

超前支護(hù)參數(shù)：拱部140°范圍內(nèi)設(shè)置φ42mm超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長3.5m，t=3.5mm，環(huán)向間距30cm；初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)為：I25a型鋼拱架、縱向間距 60cm；φ8mm鋼筋網(wǎng)、網(wǎng)格尺寸20×20cm；邊墻部位設(shè)長3.5mφ22mm砂漿錨桿、間距（環(huán)×縱）1.2×1.0m；C25噴射混凝土厚度35cm。

2 施工情況

本隧道為中途接手進(jìn)場施工，進(jìn)場時原施工單位隧道已完成情況如表1所示。

表1 新儀張隧道已完情況統(tǒng)計(jì)表

通過對初期支護(hù)斷面復(fù)測發(fā)現(xiàn)新儀張隧道已施工段落大部分存在初期支護(hù)變形侵限情況：（出口端約191榀，進(jìn)口端41榀，合計(jì)232榀）進(jìn)口段：初期支護(hù)在改DK601+100～改DK601+102線路右側(cè)、改DK601+106～改DK601+108線路左側(cè)、改DK601+120線路右側(cè)、改DK601+124～改DK601+126線路左側(cè)、改DK601+128～改DK601+136邊墻兩側(cè)侵入二次襯砌斷面，侵入處大部分位于邊墻拱架連接處，侵入最大弧長6.2m，侵入最大尺寸0.376m。

出口段：初期支護(hù)在改DK601+376處線路左右側(cè)邊墻、改DK601+385左右側(cè)邊墻、改DK601+386線路右側(cè)邊墻、改DK601+397線路左右側(cè)邊墻處局部侵入二次襯砌斷面，侵入處大部分位于邊墻的拱架連接處，侵入值均＜10cm，侵入處弧長最大處為6.7m，其余處弧長均＜4m。

3 事故原因分析

（1）隧道開挖斷面及鋼拱架加工沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的預(yù)留沉降量（15～20cm）進(jìn)行控制，僅考慮了5cm的預(yù)留沉降量。

（2）鋼拱架加工時連接板沒有嚴(yán)格按法線進(jìn)行控制，并且鋼拱架加工制作好后沒有進(jìn)行試拼便運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，致使拱架連接板處不順直，造成侵限。

（3）現(xiàn)場噴射混凝土施作不規(guī)范，在噴射混凝土前沒有在開挖斷面上設(shè)置混凝土厚度檢驗(yàn)鋼筋條，致使在混凝土噴射時隨意性很大，表面不平整，局部厚度侵入二次襯砌斷面。

（4）本隧道地質(zhì)為失陷性黃土Vb，初期支護(hù)施作后與后續(xù)二次襯砌間隔時間過長，導(dǎo)致初期支護(hù)下沉。

4 侵限處理方法

換拱處理方案流程具體如下：確定換拱部位→圍巖加固→鑿除初支噴射混凝土→施作保留初支端鎖腳錨管→開挖新增初支空間→初噴5cm混凝土→測量放樣→安裝新鋼架→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度→處理下一榀[1]。

4.1 拱部初支侵限處理方法

拱頂換拱前先在侵限拱部前后兩端增設(shè)套拱，然后再侵限范圍設(shè)好拱頂沉降及收斂監(jiān)測點(diǎn)，對洞內(nèi)的變形情況要進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，在換拱過程中要仔細(xì)觀察洞內(nèi)初支，一旦發(fā)現(xiàn)變化要馬上停止施工。

拱部換拱施工步驟主要如下：

（1）注漿加固圍巖、加強(qiáng)初支與圍巖的連接，在換拱部位打設(shè)φ42mm注漿導(dǎo)管，導(dǎo)管長4m，壁厚3.5mm，間距0.5～1.0m，梅花型布置，注水泥漿，注漿壓力0.2～1.0MPa。在不用置換初期支護(hù)的部位焊接小導(dǎo)管與初期支護(hù)中的工字鋼架；其他需置換工字鋼的部位等置換后，焊接工字鋼與小導(dǎo)管。

（2）根據(jù)斷面的測量結(jié)果，對侵限噴射混凝土進(jìn)行鑿除，鑿除時采用人工手持風(fēng)鎬，每榀分段地進(jìn)行，每榀分段長度控制在1.0m以內(nèi)，鑿除方向從拱部向下順序進(jìn)行。噴射混凝土鑿除時，鋼架切割處需多鑿除50～60cm。換拱前要提前切割每榀鋼架位置下方的50cm處，同時各打設(shè)2根鎖腳錨管，在每處的左右兩側(cè)，鎖腳錨管采用φ42mm，長度為3.5m，以保證施工過程的安全。

（3）在鋼架上確定侵限范圍，量好切割拱架內(nèi)弦長（即兩點(diǎn)直線長度），沿半徑方向切割鋼架。

（4）先按Ⅴb級圍巖鋼架設(shè)計(jì)要求制作好I25a鋼拱架，計(jì)算好下料長度，沿半徑方向裁制已做好的鋼架，備好焊接用連接鋼板。

（5）初噴5cm厚混凝土作為保護(hù)層。

（6）把焊好的鋼架運(yùn)至作業(yè)平臺上拼裝鋼架，就位調(diào)整后定位。

（7）換上的鋼架與原鋼架進(jìn)行對接焊好后再分別在工字鋼腹板和翼板上貼板加強(qiáng)焊接，焊縫高度8mm，接頭采用螺栓連接。

（8）在鋼架與圍巖的空隙處要加設(shè)混凝土墊塊，以楔緊鋼架。（9）按設(shè)計(jì)要求焊縱向連接筋，噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

4.2 邊墻初支侵限處理方法

（1）測量組對已施工的初期支護(hù)按縱向2m間距進(jìn)行斷面測量，并根據(jù)隧道初支實(shí)測斷面，用紅油漆在初支表面標(biāo)識出侵限范圍。

（2）采用人工手持風(fēng)鎬在侵限分界線1m以上部位沿需更換鋼拱架橫向之間掏槽，掏槽寬度≥40cm，深度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際侵限厚度+30cm確定。如果需要更換的鋼拱架縱向連續(xù)較多時，采取跳孔掏槽的形式進(jìn)行。

（3）根據(jù)現(xiàn)場需更換鋼拱架間的實(shí)際間距在鋼筋加工場內(nèi)制作定型I25a橫向連接工字鋼，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行橫向焊接，工字鋼與鋼拱架焊接處必須采取1cm厚加勁板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

（4）在橫向連接工字鋼與鋼拱架焊接處底部打設(shè)φ42mm×3.5m鎖腳錨管。

（5）橫向連接工字鋼焊接好后，采用風(fēng)鎬沿兩鋼拱架中間豎向進(jìn)行掏槽，掏槽寬度≥20cm，掏槽深度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行確定。

（6）槽口鑿好后，加設(shè)豎項(xiàng)支撐（I25a），并與兩拱架間的橫向工字鋼焊接牢固，為保證豎向支撐的受力，在工字鋼拱腳底部以上30cm處分別采用1cm厚鋼板設(shè)置牛腿，以便于安裝時利用千斤頂給工字鋼施加一豎向預(yù)應(yīng)力。豎向支撐底部縱向通長設(shè)置25的槽鋼。

（7）鑿除需要更換鋼拱架間的噴射混凝土和鋼筋網(wǎng)片。

（8）切除侵限的鋼拱架，初噴5cm混凝土作為保護(hù)層，更換新的鋼拱架，鋼拱架接頭部位采取1cm厚鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)焊接。焊接后打設(shè)4根φ42mm×3.5m鎖腳錨管，鋼拱架之間掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，最后噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行封閉。

5 結(jié)束語

綜上所述，新儀張隧道出口DK601+304～DK601+398段初期支護(hù)拱腰部位變形嚴(yán)重，侵入二襯較多，變形段累計(jì)長度達(dá)94m。處理過程中干擾比較大，圍巖穩(wěn)定控制難度大，經(jīng)過開挖支護(hù)方案的精選、檢測數(shù)據(jù)及時采集和分析，過程中支護(hù)方案的及時調(diào)整等施工手段的實(shí)施，最終完成了新儀張隧道初期支護(hù)變形侵限段換拱處理，值得參考。