淺談隧道破碎圍巖加固及換拱施工監控

周瓊

摘 要：漢（武漢）十（十堰）高速鐵路楊家山隧道圍巖破碎，存在淺埋、及拱頂左側山體外有一魚塘等現象，施工過程中圍巖滲水嚴重，開挖支護完成后，因圍巖的不穩定造成初支侵入二襯斷面。為確保隧道施工的質量和安全，現場在施工此段過程中，采取了邊墻打孔引排水、側面管棚注漿加固形式，待圍巖無收斂沉降變化后，拆除原初支鋼架進行擴拱安裝鋼架，該方案既能確保安全質量，又能加快施工進度，對類似工程有一定的指導和借鑒意義。

關鍵詞：高速鐵路隧道;換拱;圍巖加固;施工監控

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0105-03

1 工程概況

楊家山隧道全長2370m。隧道均位于直線段上，隧道縱坡設置為9.5‰的單面下坡。隧道洞身均為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，初支侵限共計3處，最大侵限厚度80cm。

DK322+905.5～DK322+928.5均為局部換拱，主要集中在隧道中心線以左，最大侵限40cm。侵限主要原因：左側山體外一魚塘，施工過程中圍巖滲水現象嚴重，現場在施工過程中，采取了引排水、側面管棚注漿加固，穩定后換拱處理措施。

DK323+208.5～DK323+225.5段為局部換拱，最大侵限值33cm。此區間原設計為IV級圍巖，圍巖軟弱，變更為V級圍巖，施工過程中，出現拱頂沉降開裂，造成初支侵入二襯斷面，現場采取了注漿處理+“換拱”處理措施。

DK323+751～DK323+795段為整環換拱+局部換拱。此區間為淺埋段，覆蓋層較薄，圍巖自穩能力差;施工過程中長期陰雨，地表層滲水，致使圍巖軟化;導致初期支護侵限。此區間最大侵限值80cm。采取了地表注漿、圍巖注漿加固及換拱措施。

侵限處圍巖統計表如表1所示。

2 施工前準備及施工過程監控

2.1 地表及洞內排水監控

（1）首先對地表附著物進行清理后檢查;

（2）洞頂坡面不平順處的回填，碾壓見證抽查，使坡面平順，不積水;

（3）要求接長洞頂截水天溝，使排水系統順暢，避免對洞口附屬進行沖刷;

（4）對洞壁施工徑向導管注漿封堵水系，若局部還有滲水現象，要求增設盲管將水排出，引入隧道中心水溝將水排出隧道。

2.2 監測后對侵限鋼架標識

經測量專監與施工單位聯測，對需要換拱的拱架進行噴漆標識。若為局部換拱，對需換拱拱架長度的兩側端頭進行噴漆標識。

2.3 對換拱臺架驗收

經驗收，采用掛布臺車進行換拱施工，在掛布臺車上用I18工字鋼設置臨時支撐，其主要作用是依靠專用臺車臨時支撐與變形初支建立臨時連接，限制初支劇烈變形，避免壓漿或置換過程中原初支鋼架失穩，對換拱部位兩側的初支形成保護，維持其穩定。另外專用臺車也同時對現場施工人員的安全提供了保障。

整環換拱時：每榀拱架設置5道臨時支撐，臨時支撐面緊貼初支面，臨時支撐之間采用直徑22mm鋼筋焊接連接。

當為局部換拱且環向長度小于5m時，在換拱區域的兩邊端頭設置臨時支撐，臨時支撐緊貼無需換拱的初支面。當局部換拱長度大于5m時，除在換拱區域的兩邊端頭設置臨時支撐外，中間需加密進行臨時支撐，臨時支撐環向間距不大于5m。

施工過程中要求專人進行監控量測，除了圍巖監控外對臨時支撐位置也需進行監控量測，分別在混凝土鑿除前、后、拱架切割前、后進行監控量測，數據一旦顯示臨時支撐變化較大，要求立即停止作業，并分析原因制定方案，確保換拱施工安全。

2.4 按設計要求盯控徑向注漿

根據漢十施圖（隧）參04“3m圍巖徑向注漿設計圖”，首先對侵限段進行注漿處理。

初期支護打設L=3m、Φ50mm注漿小導管，沿隧道拱墻周壁進行圍巖徑向注漿加固。注漿鋼管間距為1.2m（環向）×1.7m（縱向）。

注漿孔采用風機鉆開孔，孔徑52mm?？卓诠懿捎忙?0mm，壁厚3.5mm，鋼管長1m的熱軋無縫鋼管，采用球形止漿措施。

注漿采用1：1水泥漿（遇水時，水泥漿摻水玻璃，水泥漿與水玻璃比例1：1進行配置），注漿壓力1～1.5MPa，具體注漿壓力根據施工過程中圍巖變化、注漿情況、帷幕范圍適當調整。

注漿前對注漿設備及壓力表進行檢驗，每次注漿前要確保壓力表歸零，安排專人觀察注漿壓力值。

注漿效果檢查：注漿完成后，每延米隧道涌水量≯2m3/24h，則判斷注漿達到效果，否則應進行補注漿。

2.5 鎖腳錨管施工監控

整環換拱時，按設計拱架單元節點處緊貼拱架設置4根直徑50mm，長度5m的鎖腳錨管（每側兩根）。

鎖腳錨管施工要求：

鉆孔：鉆孔前先標識鉆孔的位置，孔角為45°進行鉆孔，鉆孔深度大于錨管錨固長度的95%，但超長值不大于10cm。

錨管制作及安裝：采用Φ50壁厚3.5mm熱軋無縫鋼管，安裝時用鑿巖機直接將鋼管打入孔中。

U型卡筋焊接固定：工字鋼兩側鎖腳錨管與工字鋼采用直徑22mm“U”型鋼筋連接，鋼筋與鎖腳錨管采用雙面焊，鋼筋、鎖腳錨管、鋼架三者相互焊接牢固，焊縫飽滿，無焊渣。

注漿：鎖腳錨管注1：1水泥漿，注漿壓力為0.6-2MPa。注漿需飽滿。

2.6 混凝土切割及拱架置換監控

混凝土切割要求安排專業切割隊伍采用專用鋸片切割機（WS-450H/HAG-12.2）進行切割。

2.6.1 機具選擇

充分利用換拱臺車長度，采用逐榀置換法對鋼架初支面進行鑿除，由于此隧道尚未貫通，要求換拱工期短，現場污染小、噪音小，不能影響周圍結構。為此切割采用金剛石鋸片，結合混凝土鉆孔機和人工破除的方式進行混凝土與鋼架拆除，鋸片切割系統具有輕便、高效、無粉塵、噪音低的特點，能適應各種不同環境的切割施工，靈活性大，從而減少對圍巖的擾動。

2.6.2 切割流程

采用盤鋸切割方式，在初支上采用手持沖擊鉆鉆孔，然后打入M12膨脹錨栓長度200mm用以固定軌座，盤踞懸掛在軌座上行走作業切割。具體操作如下：

（1）在需切割的鋼架之間的混凝土上劃分分塊切割錢。

（2）切割端部截止位置用鉆石鉆孔機在切割線交界處鉆直徑不小于65mm排孔，深度根據要求切割深度，用于切割截止位置。

（3）將切割機器放在合適位置并連接好電源，水源。

（4）在切割路線的一側，間隔139mm處畫上軌座對齊線。并在同一側標識安卡錨栓固定點。

（5）用電鉆鉆孔，再放入M12內牙安卡，固定牢固。

（6）勻速、均勻的切割，觀察切割設備的安裝情況，并檢查確定固定牢固。

（7）切割施工進行時，防止卡住。在安裝切割機具時，保證切割面要有一定的傾斜度防止卡住的發生.刀片上安裝防護罩，避免刀片飛處傷人。

（8）換拱順序按照從大里程往小里程方向逐榀進行換拱，即換拱順序為1號鋼架→2號鋼架→……→最后一榀鋼架。

（9）以Vb型襯砌類型為例流程如下：1）每個鋼架之間中心間隔60mm，鋼架尺寸：高220*寬110mm，鋼架之間混凝土結構凈尺寸490mm;2）從1#鋼架開始，鋼架之間的混凝土結構分成三部分切割，共計切割4刀，切割深度：280mm，切割每條的寬度約160mm;3）從1#鋼架開始拆除，需要切割7刀，從2#鋼架開始拆除，需要切割4刀，從3#鋼架至69#鋼架拆除，依次需要切割4刀，每個縱向長度0.6米;4）鋼架切割完成后，采用人工破除的方式將兩個鋼架支架以及兩側的混凝土鑿除;鑿除時，人工站在臺車上程45°角采用風鎬向斜上方鑿除，避免掉塊傷人。人工鑿除尺寸為20cm* 20cm*20cm。單塊重量為19kg;5）拆除原有的鋼架，清理工作面部位交于下道工序施工;6）依次拆除下道鋼架之間的混凝土、人工破碎混凝土、拆除鋼架。

（10）現場施工過程中均留有至少20cm預留沉降量，故混凝土厚度至少大于35cm。切割過程中切割深度28cm，并未將混凝土切除下，采用人工風鎬鑿除的方法進行鑿除。

2.7 鋼架置換監控

整環換拱時：

（1）鑿出1號節—— 鑿出1號節跟2號節連接鋼板處噴射混凝土—— 1號節與2號節接頭處對2號節打設鎖腳錨管進行加固—— 鑿出1號節跟3號節連接鋼板處噴射混凝土——1號節跟3號節連接處對3號節打設鎖腳錨管進行加固。

（2）鑿出2號節—— 鑿出2號節跟4號節連接鋼板處噴射混凝土—— 2號節與4號節接頭處對4號節打設鎖腳錨管進行加固。

（3）鑿出3號節——鑿出3號節跟5號節連接鋼板處噴射混凝土——3號節與5號節接頭處對5號節打設鎖腳錨管進行加固。

（4）鑿出4號節——鑿出4號節跟6號節連接鋼板處噴射混凝土——4號節與6號節接頭處對6號節打設鎖腳錨管進行加固。

（5）鑿出5號節——鑿出5號節跟7號節連接鋼板處噴射混凝土——5號節與7號節接頭處對7號節打設鎖腳錨管進行加固。

（6）第6、7節鋼架初支面混凝土鑿除時，鑿至矮邊墻頂部，并截斷鋼拱架，重新焊接連接鋼板。

（7）割除既有鋼筋網及連接鋼筋，拆除拱架節段連接板處的連接螺栓，并擴挖至設計輪廓線（開挖半徑758cm，含預留沉降變行量10cm），初噴封閉圍巖后再進行初期支護施工。

鋼架階段編號見圖1。

局部換拱時：按照全環換拱的步驟進行整單元換拱，當剩余換拱長度小于1個單元時，在侵限區域端頭施工鎖腳錨管（在無需換拱端頭），截斷鋼拱架，重新焊接連接鋼板。根據現場不足一單元實際長度下料進行工字鋼置換，置換工字鋼與截斷鋼拱架重新采用鋼板螺栓連接。

2.8 二襯施工

換拱完成后，初期支護變形量為0.2～0.5mm/d（參見隧道設計穩定標準）時，要求立即組織二次襯砌施工。

采用全斷面液壓鋼模板襯砌臺車施工，一次襯砌長度為10m。設備洞室采用大塊組合鋼模，工字鋼支撐和方木支撐。混凝土全部實現工廠化作業，在自動計量拌和站集中生產，二次襯砌混凝土采用砼輸送車運輸，輸送泵泵送入模，插入式振動棒振搗。

隧道模筑襯砌混凝土采用C35砼澆筑。二襯臺車就位前，首先對防排水及二襯鋼筋依據設計及驗標要求進行驗收合格;二襯混凝土澆筑時要求對鋼筋角隅處加強振搗。

為防止隧道拱部澆筑不密實造成空洞，在二襯砼澆筑前，在拱部防水板上預埋縱向注漿管及排氣管各一根，以便處理二襯與防水板之間的空洞。

3 換拱施工要求注意事項

（1）換拱作業前，必須對拱墻進行注漿加固處理。

（2）換拱前應量測斷面輪廓，并與設計斷面輪廓對比，確定換拱范圍，嚴禁因操作失誤造成誤換拱或二次換拱。

（3）換拱前應核實監控量測，當沉降及凈空收斂穩定后方可進行換拱作業。

（4）換拱期間應加強監控量測，加強監測頻率，當超過警戒值時，立即停止換拱作業，必要時二次注漿加固。

（5）拆除拱架時要隨時注意圍巖情況，如發現圍巖破碎及掉塊現象，應立即停止拆除，用噴射混凝土封閉拆除面后再次進行徑向注漿加固，以穩固圍巖。

（6）拆換拱架時，拆除完一個單元或一榀鋼拱架后，應立即安裝新的拱架，待全環初期支護完成后，才可進行下一榀鋼拱架的拆除置換工作。

（7）換拱時嚴禁一次拆除兩榀及兩榀以上鋼架，每次拆除一榀，待新鋼架閉合，且噴射混凝土達到一定強度時后方可拆除下一榀鋼架。

（8）嚴格按設計要求加工鋼架，確保換拱后初期支護封閉成環。

（9）換拱時應設有專門人員負責觀測圍巖變化情況，如有異常應立即哨聲通知施工人員撤離或采取加固措施。

（10）割除連接鋼架、連接鋼筋和鋼筋網時，必須保證全部割斷，不得有任何連接，防止對原有支護造成擾動。如發生沒有及時切斷造成擾動的情況，對原初期支護進行噴射混凝土及打設注漿小導管進行加固。

（11）拱架拆除后，及時清除危險因素，清理好接拱部位，立拱時保證足夠的人員，嚴格按照測量組的交底安裝，保證位置正確，保證接頭平順。

（12）換拱施工時經常觀察作業面圍巖、初支混凝土、初支鋼支撐情況，觀察交叉作業情況，人、機流動情況，材料、機械現場使用情況，發現不正常施工現象應及時制止，有危險預兆應及時停止作業，疏導作業人員撤離工作現場并及時向上級匯報現場情況。

（13）施工前應做好技術交底及應急救援預案，保證應急救援物資。

4 結語

隧道圍巖加固、換拱施工監控，是對破碎圍巖及各種原因造成的初期支護侵入二襯處理的監控方案，為限制圍巖變形，確保施工及運營安全，加固、換拱施工實施中應加強監控量測，以便掌握圍巖變形情況，做到信息化指引監理工作的方向及措施，將動態監理落到實處。

參考文獻

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