黃土隧道拆除初支侵限拱架安全技術控制

楊 偉 張 文

（中國建筑第七工程局有限公司， 河南 鄭州 450000）

0 引言

目前，國內隧道初支侵限一般發生在特長隧道地質復雜地段，由于山體地下地質的不均勻性，導致在深凹、淺埋的地層工程環境突然的改變，在初支封閉成環的過程中，應力突然增大，造成侵限。而地坑院黃土隧道，表層為粉質黃土，出口穿越地層改變地段泥巖,地層孔隙不均，特別是下雨天氣，造成泥巖膨脹，造成初支侵限。本工程對侵限部位采用局部換拱和整體快速換拱的方式，加強二襯鋼筋的措施，提高了結構的安全性，為隧道初期侵限支護工程提供經驗。

1 工程概況

國道310洛三界至三門峽西段南移新建工程地坑院隧道位于河南省三門峽市陜州區境內，采用雙線分離式隧道，其中左線長3456m，右線長3440m，該隧道下穿5A級文物保護區陜州地坑院，隧道標準開挖斷面面積103.58m2，加寬段開挖斷面面積150.46m2。淺埋段處于濕陷性黃土之中，埋深10～30m，長30～125m。深埋段為粉質粘土，最大埋深170m左右。洞門采用端墻式洞門，圍巖等級為Ⅴ級，主要以粉質粘土為主，其中出口段有250m長弱膠結泥巖，局部侵限高達2m左右，隧道拱部為單心半圓，側墻為大半徑圓弧的單曲墻式。

2 地質及水文

路線所經區域地層主要為第四系中更新統粉質黏土、粉土等。上部粉土和粉質黏土為黃土狀土，具濕陷性，下部粉質黏土，硬塑狀，工程性質較好。

具體描述如下：

1）第四系上更新統沖洪積土：黃土狀粉土，褐黃色，稍濕，土質均勻，具孔隙，含白色鈣質條紋，搖震反應一般，干強度低，任性低。

2）第四系中更新統沖洪積土：粉質黏土，硬塑，棕褐色，含鐵錳質結核，切面稍光，韌性中，強度中，無搖震反應。

3）第四系中更新沖洪積土：粉質黏土，弱膠結，紅褐色-灰白色，含少量碎石，膠結較好，局部夾由少量短柱半成泥巖，弱膠結，巖質堅硬。

3 原因分析

1）隧道圍巖類別為V級，圍巖自穩能力差，黃土垂直節理發育，具有一定的延續性、多孔性，結構疏松，密度低，遇水易崩解且地層變化頻繁，土質粘結較差，易成塊脫落或坍塌。

2）隧道穿越水發育等地質破碎斷層不良地段。

3）雨季期間，地質裂隙較發育，雨水下滲，圍巖遇水具有弱膨脹性。

4）隧道地表高低起伏不一，邊坡陡立，匯水面較多，匯水面拱頂覆蓋層較薄，水體便于下滲，地表水外流較多，圍巖受力重新分配，造成初期支護收斂、下沉嚴重。

4 主要施工技術

4.1 施工準備

換拱前布設好拱頂及收斂監測點，嚴密注意洞內的變形情況，確定換拱段落圍巖收斂的穩定性。對換拱段落進行初支斷面檢查并放樣，確定初支侵限部位以及侵限情況并標注于相應部位。換拱施工平臺使用鋼筋綁扎臺架或開挖臺架，并在換拱段布設φ800*14mm的逃生管道，備好緊急物資。

4.2 臨時措施

采取暫停掌子面施工，并用C25砼噴射5cm厚及時封閉掌子面，增加臨時仰拱，采用I20a工字鋼進行封閉成環，間距同初期支護鋼拱架，為保證水平支撐的整體性，鋼架間采用φ16鋼筋縱向連接，間距1m,前后交錯布置，并采用C25進行噴射,厚度30cm。

4.3 土體加固

首先對換拱部位初期支護背后土體進行注漿加固，加固范圍為隧道輪廓線外5m，采用風鉆進行鉆孔，然后打入φ42*4注漿花管，長4.5m，環向間距1.5m，縱向間距1.0m，呈梅花形布置，注漿孔與隧道呈60度角。采用水泥+水玻璃漿液，水泥漿/水玻璃=1:0.8(體積比)，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數2.6，濃度35-40Be，注漿壓力控制在0.8-1.5MPa，采用純壓式灌漿。

4.4 鋼拱架預加固

通過斷面掃描，對侵限位置進行標注，然后找出鋼拱架位置，每次環向換拱長度不易過長，一般控制在3m內，對于未換部分在切割點處打設2根φ42*4鎖腳錨管，長度4m，鎖腳錨管與水平線夾角應在負30～45°之間。并注1:1的水泥漿，水泥為P.042.5水泥，注漿壓力不宜大于1.0MPa。

4.5 換拱施工

自上而下沿隧道縱向采取間隔換拱施工，間隔距離不得小于5m。初支砼采用風鎬進行鑿除，當從未侵限段向侵限段拆除時，直接鑿除一榀鋼拱架距離，首次鋼拱架間距為40cm（安裝在侵限段拱架的一側），然掛網、噴射混凝土至設計厚度，當從侵限段開始換拱時，采用風鎬鑿除2榀鋼拱架間距中間的C25砼和鋼筋網，在鑿除兩榀拱架之間先安裝2榀I25a工字鋼，然后掛網、噴射混凝土至設計厚度，為防止再次侵限，采取加大預留量，預留量按40cm考慮，為保證鋼拱架的穩定及剛度，鋼拱架之間在拱頂、拱腳處再增加縱向連接，縱向連接采用I20a工字鋼。鋼拱架上、中臺階鎖腳處采用4根φ42x4mm鎖腳錨管鎖腳，長度4m。由于初期支護變形嚴重，為防止拱頂坍塌，在拱頂120°范圍內施打密排小導管并進行注漿，小導管采用φ42x4mm鋼花管，長度4.5m，環向間距30cm，搭接長度不小于3m。換拱封閉成環后方可進行下一榀的拆除，每次換拱為1榀鋼架間距，禁止相鄰多榀鋼拱架同時切槽，工字鋼安裝間距55cm（對于中間換拱完成后如拱頂變形量超過預警值，增加臨時支撐），換拱完畢后及時封閉成環，一次換拱長度不易過長，當一次換拱長度達到5m時，進行架設棧橋，開挖仰拱部位，每次循環開挖進尺不大于3m。開挖完成及時施作仰拱部位初期支護并封閉成環，成環后方可進行下一段拱架的換拱。

噴射混凝土鑿除時鋼架切割處需多鑿除50-60cm。在鋼架上確定侵限范圍后，自上而下沿隧道縱向分段進行，量好切割拱架內弦線沿半徑方向切割。先按V級圍巖鋼架設計要求做好工字鋼架，計算好下料長度，沿半徑方向裁制，備好連接鋼板。把焊好的鋼架運至作業平臺上拼裝鋼架，就位調整后定位。換拱施工接頭盡量設置在原接頭處（連接鋼板27x27x1.5cm），如有困難，采取換上的鋼架與原鋼架進行對接焊好后再分別與工字腹板和翼板上貼板加強焊接。噴射混凝土前預埋短鋼筋用于標識噴射混凝土厚度，新老混凝土接頭應圓順，不能有新的欠挖出現。每榀鋼架鑿除、噴射混凝土成環后，方可進行下一榀拱架處理工作。

5 結語

國道310洛三界至三門峽西段南移新建工程地坑院隧道初支侵限換拱施工，保證了換拱過程中的侵限不大于5cm，通過良好的方案優化，簡化施工工序及緊湊的施工組織，保證了工程質量和安全，提高了施工效率，減少了成本投入，加快了施工進度。