高坡隧道軟巖變形段拆換施工方案

曹 學

（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

高坡隧道全長7944m，隧道最大埋深約445m，為高瓦斯隧道，采用” 2 橫洞+主副斜井+洞身平導+1 通風豎井”輔助坑道方案組織施工，平導位于正洞右側，長4928.54m。DK342+060 ～DK343+202.4 段穿越二疊系龍潭組(P2l)煤系地層，長1109m，巖性主要為砂巖、泥巖、炭質頁巖、鋁土巖夾煤層，薄層狀為主，巖層產狀平緩，巖體節理裂隙發育，破碎至較破碎，埋深約300 ～445m。

2 總體方案

采用機械拆除、擴挖。整體拆換施工全部采用大型專用施工設備，保證拆換施工安全、質量。

高坡隧道軟巖大變形段拆換施工區間為D3K342+745.0～D3K343+202.4 段共457.4m，分四個工作面進行施工第一層初期支護，施工采用門架開挖、拱架架立，濕噴機械手濕噴砼；仰拱不設填充，采用大塊鋼筋砼整體澆筑，中心水溝采用砼過水涵管來保證仰拱整體性，其余不拆換地段中心水溝涂刷防水層； 二次襯砌設兩個工作面、兩部襯砌臺車進行施工。

隧道施工投入滿足隧道施工的人員、機械設備及檢測儀器，組成注漿、瓦斯監控、監控量測、拆、換、錨、運、襯等作業線。施工準備期內完成平導對應段落加固以及正洞地下水引排，專用機械設備選型和調配，通風及瓦檢系統調試，施工風、水、電布設，機械設備防爆改裝，高瓦斯隧道開工條件驗收等；拆換施工時，先行完成拆換段徑向注漿加固工程，再進行拆換施工，加強圍巖監控量測和結構應力監測工作，及時調整施工方法和支護參數以策安全，確保工程質量和進度；一支初期支護緊跟，盡早形成閉合環；根據監控量測結果適時施作二支閉合環，仰拱超前，根據監控量測結果適時施作二次襯砌；水溝電纜槽則適時安排，與二襯平行作業；整個煤系地層段落預留有砟道床條件。

3 拆換原則及條件

3.1 拆換施工順序

拆換施工順序為先加固，后拆換；先上部，后下部。

拆換前對變形段首先進行加固，一方面對圍巖進一步變形進行約束，另方面減小拆除過程的安全風險。洞身圍巖的加固方式為徑向注漿。圍巖注漿加固后，待其量測變形趨于基本穩定方可開始對原初支結構進行拆換。對整個斷面初支拆換的順序要求從上至下進行，完成同一斷面的拆換后才能開始下榀鋼拱架的拆除工作。

3.2 第二層初支施作條件

第二層初支施作的前提條件為：第一層初期支護變形基本趨于穩定、第一層初期支護變形量達到1/2 預留變形量或有鋼架扭曲現象時。

3.3 二次襯砌施作條件

收斂速率≤0.2mm/d,拱頂沉降速率≤0.15mm/d 時。

4 拆換施工

4.1 拱墻第一層初期支護施工

4.1.1 注漿預加固

變形段拱墻范圍采用徑向注漿方式，注漿孔采用三臂鑿巖臺車開孔，開孔直徑75mm，孔深5m，孔口管采用φ50×3.5mm 鋼花管，管長1～2m，布置間距1.2m×1.2m(環×縱)，按照梅花形布置，其間距可根據圍巖情況進行適當調整。漿液材料采用采用普通水泥漿，注漿壓力為3.0Mpa ～5.0Mpa，水灰比為0.8：1。注漿過程中加強注漿范圍前后初期支護的監控量測，避免由于前方注漿壓力上升后初支噴射砼開裂，從而造成隱患。

4.1.2 原拱墻支護結構拆除

(1)仰拱矮邊墻拆除，二襯混凝土、襯砌鋼筋拆除

二襯混凝土、仰拱矮邊墻采用破碎錘挖掘機進行鑿除，鋼筋可采用氧割或切割機分段進行拆除。注意對于已施作襯砌地段，襯砌一次拆除6m，即施作一次徑向注漿。

(2)拱墻初期支護拆除

待注漿水泥漿液強度達到要求后方可對噴射混凝土破除，利用門架全環拆除。一次拆除2 榀，遇圍巖較差且初支表面滲水地段一次1 榀。

在拆除初期支護前，同樣需要嚴格執行“動火審批制度”，同時保證拆除工作面前后20m 范圍內瓦斯濃度不大于0.4%。拆換門架上應安設局扇，防止局部出現瓦斯超限。施工過程中瓦檢員必須全程跟班作業，隨時檢測瓦斯濃度。

4.1.3 圍巖擴挖

根據設計圖紙，雙層支護體系+圓形襯砌結構，需在原支護結構拆除后進行圍巖擴挖(擴挖深度0.4～1.6m)。圍巖擴挖采用機械開挖，并采用逐榀擴挖。為確保安全，拆除擴挖前，先利用支撐臺架對未拆換部分進行支撐。首次擴挖寬度按1m 控制，形成作業面開槽寬度保證第一榀鋼拱架安裝位置即可，然后逐步擴大作業面。

為保證超欠挖控制良好，進行擴挖前， 測量班進行測量放樣，用紅漆標出開挖輪廓線。然后根據開挖輪廓線進行擴挖作業。

4.1.4 拱墻一支鋼架安裝

擴挖完成后，應及時施作拱墻第一層初期支護，以控制圍巖變形，防止坍塌。

(1)混凝土初噴以及鋼筋網片掛設

圍巖擴挖到位后及時初噴4cm 厚混凝土封閉巖面，同時為后續鋼拱架、鋼筋網片提供外側保護層。初噴砼為C30 氣密性砼，采用五新CHP25B 濕噴機械手施工。根據每次開挖的寬度、長度來決定加工鋼筋網片的尺寸，網片與預留鋼筋接頭采用搭接焊或綁扎，其盡量緊貼初噴混凝土面。鋼筋網片規格為：φ8，網片尺寸：20cm×20cm，網片預留及搭接1～2 個網格。

(2)鋼架安裝

第一層支護鋼架采用HW200 型鋼鋼架，鋼架間距為0.6m，在洞外加工，洞內組裝。拱部144°范圍(長約20.5m，分三個單元)采用專用拱架安裝臺架一次安裝，邊墻(長約5.8m，兩邊各一個單元)采用3t 專用汽車吊安裝。架立前必須對鋼架的線路中線位置、法線方向測量放樣，然后靠初噴混凝土面架立，鋼架間距需滿足設計要求。鋼架安設完畢后，施作縱向連接筋、縱向連接鋼架、鎖腳錨管，拱架和鎖腳錨管通過“L”型鋼筋幫焊進行有效固定。

(3)混凝土復噴

安裝完鋼筋網和鋼拱架后進行混凝土復噴，混凝土表面平整度需滿足設計和規范要求。復噴砼同樣采用C30 氣密性噴射混凝土，濕噴工藝，厚度不小于24cm。

(4)拱墻系統錨桿施作

拱墻系統錨桿施作采用中國鐵建重工三臂鑿巖臺車通過釬尾連接桿將自進式錨桿鉆進施工，系統錨桿施作滯后第一層初期支護12m，并與初期支護平行作業。錨桿采用G32 自進式錨桿，拱部錨桿長度12m/根；邊墻錨桿8m/根，布設間距為：1.2m×1.2m(環×縱)。

系統錨桿施作完成后，及時進行注漿作業。

4.2 仰拱初期支護施工

4.2.1 原仰拱及仰拱填充砼、仰拱初支拆除

第一層拱墻初期支護施作完成50m，開始拆除原仰拱及其填充砼、仰拱初期支護，拆除方式采用機械破碎錘挖機破除，分次長度為3.0m，考慮到圓形斷面仰拱開挖深度大(4.85m)的特點，需放坡破除，出渣車仰拱裝渣平臺坡度不大于10%。

4.2.2 仰拱擴挖

拆除作業完成后，利用仰拱棧橋，繼續按照設計開挖尺寸分次對仰拱進行擴挖，分次長度為3.0m/次。

4.2.3 仰拱一支鋼架安裝

仰拱鋼架采用HW200 型鋼鋼架，鋼架間距為0.6m，(長約17.8m，分三個單元)采用3t 專用汽車吊安裝。

4.2.4 仰拱系統錨桿施作

仰拱一支拱架安裝完成噴錨后打設仰拱系統錨桿，錨桿采用φ32 自進式錨桿，隧底錨桿長度12m/根；布設間距為：1.2m×1.2m(環×縱)，注水泥漿。采用阿特拉斯三臂鑿巖臺車施作錨桿。

4.2.5 仰拱二支鋼架安裝

仰拱二支鋼架采用HW175 型鋼，間距0.6m/榀，采用3t專用汽車吊安裝，預留與拱墻鋼架連接板，施工時必須注意拱架安裝質量。

4.2.6 仰拱洞渣回填

根據試驗段監控量測結果。若一支變形大或存在鋼架扭曲變形現象，則仰拱回填洞渣作為施工平臺和行走通道，及時施作二支拱墻初期支護，使二支封閉成環，監測穩定后施作仰拱整體砼；若一支初期支護變形不大，待仰拱初期支護完成12m后，根據監控量測情況同步施作仰拱及填充整體混凝土，仰拱及其填充砼采用大塊鋼筋砼整體澆筑，中心水溝采用砼過水涵管來保證仰拱整體性，其余不拆換地段中心水溝涂刷防水層，仰拱一次澆筑12m。

4.3 拱墻二支初期支護施工

為控制變形，當一支初期支護變形量達到1/2 預留變形量或有鋼架扭曲現象時，及時施作二支初期支護。

二支鋼架拱部144°范圍采用專用拱架安裝臺架一次安裝，邊墻采用3t 專用汽車吊安裝。

拱墻第二層初期支護施工步驟同拱墻第一層初期支護。

4.4 仰拱整體鋼筋混凝土澆筑

仰拱采用大塊鋼筋砼整體澆筑，中心水溝采用砼過水涵管來保證仰拱整體性，其余不拆換地段中心水溝涂刷防水層。仰拱一次澆筑12m。

4.5 二次襯砌施工

二次襯砌施工設置兩個工作面，配置兩部臺車施工。

二襯施作時機需待初支變形穩定后予以實施，拱部沉降速率小于0.15mm/d，收斂速率小于0.2mm/d 才能施作。

5 拆換施工注意事項

施工工程中對于質量方面應該嚴格把控，拆換區域作為施工重點，處理段位于煤系地層段，必須嚴格按照高瓦斯工區管理，實行24 小時不間斷通風。施工中應加強通風，并加強瓦斯等有害氣體檢測、監測，確保隧道內任何地點瓦斯濃度不大于0.4%，并按規范、規定組織施工。