淺談新儀張隧道初期支護侵限段換拱處理施工技術

秦云

（中鐵開發投資集團有限公司 云南昆明 650000）

1 工程概況

新儀張隧道位于山西省運城市聞喜縣新儀張村，設計為單洞雙線隧道，線間距為5m，隧道進口里程（原為DK601+063，進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。

超前支護參數：拱部140°范圍內設置φ42mm超前小導管，小導管長3.5m，t=3.5mm，環向間距30cm；初期支護設計參數為：I25a型鋼拱架、縱向間距 60cm；φ8mm鋼筋網、網格尺寸20×20cm；邊墻部位設長3.5mφ22mm砂漿錨桿、間距（環×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場施工，進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計表

通過對初期支護斷面復測發現新儀張隧道已施工段落大部分存在初期支護變形侵限情況：（出口端約191榀，進口端41榀，合計232榀）進口段：初期支護在改DK601+100～改DK601+102線路右側、改DK601+106～改DK601+108線路左側、改DK601+120線路右側、改DK601+124～改DK601+126線路左側、改DK601+128～改DK601+136邊墻兩側侵入二次襯砌斷面，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：初期支護在改DK601+376處線路左右側邊墻、改DK601+385左右側邊墻、改DK601+386線路右側邊墻、改DK601+397線路左右側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格按照設計的預留沉降量（15～20cm）進行控制，僅考慮了5cm的預留沉降量。

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

（3）現場噴射混凝土施作不規范，在噴射混凝土前沒有在開挖斷面上設置混凝土厚度檢驗鋼筋條，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）本隧道地質為失陷性黃土Vb，初期支護施作后與后續二次襯砌間隔時間過長，導致初期支護下沉。

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→復噴混凝土至設計厚度→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套拱，然后再侵限范圍設好拱頂沉降及收斂監測點，對洞內的變形情況要進行嚴密的監控，在換拱過程中要仔細觀察洞內初支，一旦發現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、加強初支與圍巖的連接，在換拱部位打設φ42mm注漿導管，導管長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的部位焊接小導管與初期支護中的工字鋼架；其他需置換工字鋼的部位等置換后，焊接工字鋼與小導管。

（2）根據斷面的測量結果，對侵限噴射混凝土進行鑿除，鑿除時采用人工手持風鎬，每榀分段地進行，每榀分段長度控制在1.0m以內，鑿除方向從拱部向下順序進行。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2根鎖腳錨管，在每處的左右兩側，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，量好切割拱架內弦長（即兩點直線長度），沿半徑方向切割鋼架。

（4）先按Ⅴb級圍巖鋼架設計要求制作好I25a鋼拱架，計算好下料長度，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厚混凝土作為保護層。

（6）把焊好的鋼架運至作業平臺上拼裝鋼架，就位調整后定位。

（7）換上的鋼架與原鋼架進行對接焊好后再分別在工字鋼腹板和翼板上貼板加強焊接，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混凝土墊塊，以楔緊鋼架。（9）按設計要求焊縱向連接筋，噴射混凝土至設計厚度。

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按縱向2m間距進行斷面測量，并根據隧道初支實測斷面，用紅油漆在初支表面標識出侵限范圍。

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

（3）根據現場需更換鋼拱架間的實際間距在鋼筋加工場內制作定型I25a橫向連接工字鋼，運至現場進行橫向焊接，工字鋼與鋼拱架焊接處必須采取1cm厚加勁板進行補強。

（4）在橫向連接工字鋼與鋼拱架焊接處底部打設φ42mm×3.5m鎖腳錨管。

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

（6）槽口鑿好后，加設豎項支撐（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厚鋼板設置牛腿，以便于安裝時利用千斤頂給工字鋼施加一豎向預應力。豎向支撐底部縱向通長設置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片。

（8）切除侵限的鋼拱架，初噴5cm混凝土作為保護層，更換新的鋼拱架，鋼拱架接頭部位采取1cm厚鋼板進行補強焊接。焊接后打設4根φ42mm×3.5m鎖腳錨管，鋼拱架之間掛設鋼筋網片，最后噴射混凝土至設計厚度進行封閉。

5 結束語

綜上所述，新儀張隧道出口DK601+304～DK601+398段初期支護拱腰部位變形嚴重，侵入二襯較多，變形段累計長度達94m。處理過程中干擾比較大，圍巖穩定控制難度大，經過開挖支護方案的精選、檢測數據及時采集和分析，過程中支護方案的及時調整等施工手段的實施，最終完成了新儀張隧道初期支護變形侵限段換拱處理，值得參考。