某高速公路隧道初期支護(hù)侵限段換拱施工技術(shù)研究

王艷波

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

某高速公路隧道為小凈距隧道，左線全長(zhǎng)596 m，起止里程為ZK32+047—ZK32+643。進(jìn)口端樁號(hào)ZK32+066—ZK32+231 段為V 級(jí)圍巖，圍巖主要為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和泥盆系下統(tǒng)帽子峰組全-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖組成，強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)合差，碎裂狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，地下水出水狀態(tài)為淋雨?duì)畛鏊昙居杏苛鳡畛鏊楸ＷC進(jìn)洞安全，采用CD法施工[1]，XS-Va襯砌支護(hù)參數(shù)，其具體參數(shù)如表1 所示。

表1 XS-Va 襯砌支護(hù)參數(shù)表

1 工程背景

ZK32+127—ZK32+145 段初期支護(hù)已施工完成，仰拱尚未開挖。此段受圍巖變形和地下水作用影響，初期支護(hù)開裂、變形嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理測(cè)量初期支護(hù)斷面，結(jié)果顯示初期支護(hù)已侵入二次襯砌內(nèi)，最大侵限尺寸達(dá)29.5 cm，圖1 及圖2 為ZK32+130 及ZK32+140 兩處樁號(hào)初期支護(hù)斷面示意圖。

圖1 ZK32+130 處初期支護(hù)斷面測(cè)量圖

圖2 ZK32+140 處初期支護(hù)斷面測(cè)量圖

圖3 超前中管棚設(shè)計(jì)圖

由于原初期支護(hù)侵限嚴(yán)重，無(wú)法施做二次襯砌，需對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行換拱處理。為保證此段初期支護(hù)換拱安全，在ZK32+127—ZK32+145 段增設(shè)臨時(shí)豎向、斜向支撐，同時(shí)拱部100°范圍內(nèi)增設(shè)超前中管棚，管棚采用φ76、壁厚5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，每根長(zhǎng)18 m，共40 根，外插角3°～5°（可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整），環(huán)向間距30 cm，由于該段裂隙水發(fā)育，管棚注漿采用雙漿液，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35 波美度，圖3 為超前中管棚設(shè)計(jì)圖。同時(shí)換拱段每榀增加8 根φ76 鎖腳注漿錨管，長(zhǎng)6 m，注雙液漿，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35 波美度。

2 施工方案

換拱前在ZK32+127—ZK32+142 段增設(shè)I20a臨時(shí)豎向、斜向支撐，縱向間距50 cm，鋼支撐底部焊接通長(zhǎng)設(shè)置的40 cm×1 cm（寬×厚）鋼板，鋼板底端設(shè)置φ40 注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)度6 m，縱向間距50 cm，并與鋼板焊接牢固，小導(dǎo)管頂部設(shè)置60 cm×60 cm（寬×高）C20 混凝土支撐縱梁；在 ZK32+126—ZK32+127 段進(jìn)行超前中管棚施工，為換拱提供預(yù)支護(hù)，保證換拱施工安全。待超前中管棚內(nèi)漿液達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再逐榀進(jìn)行換拱施工。每換6 榀鋼拱架，停止換拱，進(jìn)行仰拱施工，仰拱施工完成，再按前面所述進(jìn)行換拱和仰拱交替施工，直至全部換拱施工完成。已換拱段根據(jù)監(jiān)控量測(cè)資料，待初期支護(hù)穩(wěn)定后，及時(shí)施工二襯，做到二襯緊跟。

2.1 超前中管棚施工

利用進(jìn)口端預(yù)留60 cm 下沉量作為超前中管棚工作室，在ZK32+126—ZK32+127 段上導(dǎo)坑處設(shè)置內(nèi)套拱；套拱內(nèi)設(shè)三榀I20a 工字鋼，拱腳采用φ76鎖腳錨管，長(zhǎng)度6 m，每榀4 根；鋼拱架外側(cè)設(shè)Φ110 導(dǎo)向管，間距30 cm，共40 根，并用鋼筋將導(dǎo)向套在鋼拱架上固定牢固；套拱混凝土采用C25 噴射混凝土，厚度30 cm。噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，即進(jìn)行鉆孔、安管、注漿等管棚工藝施工。

2.1.1 內(nèi)套拱施工

a）根據(jù)測(cè)量組放出隧道套拱開挖輪廓線，將上半斷面輪廓線以外的土石方清除掉，洞口預(yù)留核心土，核心土待管棚施作完后才能擴(kuò)挖。

b）施工隊(duì)根據(jù)測(cè)量交底及現(xiàn)場(chǎng)樁點(diǎn)，安裝工字鋼拱架。套拱內(nèi)的鋼構(gòu)件由三榀間距50 cm 的Ⅰ20a工字鋼拱架、40 根間距 30 cm 的 φ110×4 mm 孔口管、φ14 固定鋼筋及φ22 拱架連接鋼筋組成。鋼拱架縱向以φ22 螺紋鋼連接，縱向連接鋼筋的環(huán)向間距為1.0 m。鋼拱架端部焊在（22×22×1.5）cm 的鋼板上，焊接采用雙面焊，焊縫厚度不小于5 mm，鋼拱架段與段之間采用螺栓對(duì)接。

c）孔口管按照1°～3°的外插角精確定位，并用φ14 固定鋼筋與工字鋼牢固焊接為一整體。孔口管安裝完畢后，經(jīng)測(cè)量組復(fù)測(cè)，滿足精度要求后安裝模板。

d）C25 套拱噴射混凝土在拌和站集中拌制，以自卸車運(yùn)抵工作面，采用濕噴機(jī)噴射。

2.1.2 中管棚施工

a）噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，可準(zhǔn)備鉆孔作業(yè)，鉆孔前需對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)并噴上標(biāo)記。

b）鉆機(jī)對(duì)位后，在技術(shù)人員和測(cè)量工的指導(dǎo)下，擺正大臂，按設(shè)計(jì)調(diào)正好鉆孔的水平偏角和仰角，然后開鉆。鉆孔前后仔細(xì)檢查扶正器、導(dǎo)向器和鉆桿三者是否同軸，避免在鉆進(jìn)中套管偏斜，導(dǎo)致發(fā)生斜孔和加不進(jìn)鉆桿及鋼套的困難。鉆孔順序?yàn)椋合茹@有孔的鋼花管，即有孔管。由一臺(tái)鉆機(jī)從中間進(jìn)行鉆孔，注漿后再打無(wú)孔管，無(wú)孔管作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量。

c）管棚鋼管均采用φ76×5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，節(jié)長(zhǎng)3 m、6 m，管棚采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)度15 cm。鋼管四周鉆設(shè)孔徑10 mm 注漿孔（靠孔口2.5 m 處的棚管不鉆孔），呈梅花型布置，管頭加工成圓錐形便于入孔，長(zhǎng)度10 cm。

d）鋼花管頂進(jìn)采用人工配合挖掘機(jī)的方式頂進(jìn)鋼管，為了使鋼管接頭錯(cuò)開，插管時(shí)，編號(hào)為奇數(shù)孔位的第一節(jié)鋼管如果是6 m 長(zhǎng)，那么偶數(shù)孔眼的第一節(jié)鋼管就為3 m，避免管棚接頭在同一截面受力。

e）管棚的外露端頭安裝好閘閥，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作后即可進(jìn)行注漿，漿液由高速制漿機(jī)拌制。

f）注漿材料為水泥漿液（添加水泥漿液體積5%水玻璃），水泥漿水灰比控制在1∶1，水玻璃濃度35波美度，注漿初壓1 MPa，終壓2.0～2.5 MPa。

g）注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防漏液，注漿順序應(yīng)由兩側(cè)拱腰開始，逐漸往上壓至拱頂。一般單管達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量作為注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)，未達(dá)到壓力要求，繼續(xù)注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。當(dāng)進(jìn)漿量小于20～25 L/min，注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（2.5 MPa）后穩(wěn)定10 min以上，關(guān)掉閘閥結(jié)束單孔注漿。

2.2 換拱施工

對(duì)侵限的初期支護(hù)用炮頭挖機(jī)按從上到下的順序逐榀拆除，拆除一榀鋼拱架且斷面開挖到位后（預(yù)留下沉量30 cm），重新施作初期支護(hù)。

2.2.1 鋼拱架施工

鋼拱架采用I20a 工字鋼（Q235 鋼）組成，工字鋼在洞外分段按設(shè)計(jì)加工成型，段與段之間采用螺栓連接，I20a 工字鋼焊接在（22×22×1.5）cm 鋼板上。鋼支撐縱向采用Φ22 鋼筋連接，環(huán)向間距為0.5 m，與鋼支撐焊接。鋼支撐均采用雙面焊，焊縫厚度不小于5 mm。初噴混凝土之后在洞內(nèi)進(jìn)行安裝，與定位筋焊接。鋼架間設(shè)縱向連接筋，用噴混凝土填平。鋼架拱腳必須安放在牢固的基礎(chǔ)上，架立時(shí)垂直隧道中線，當(dāng)鋼架和圍巖之間間隙過大時(shí)設(shè)置墊塊，用噴混凝土噴填。隧道各部開挖完成出噴混凝土后，分單元及時(shí)安裝鋼架，利用雙側(cè)鎖腳錨管固定，鋼架安裝前把按設(shè)計(jì)加工好的各單元鋼架組織試拼，檢查鋼架尺寸及輪廓是否合格。

2.2.2 鎖腳錨管施工

鎖腳錨管的工藝流程為：立拱架→鉆孔→驗(yàn)收孔深→錨管制作及安裝→U 型或L 型卡筋焊接固定。

a）立架 按照設(shè)計(jì)要求立鋼架。

b）鉆孔 立架后即時(shí)進(jìn)行鎖腳錨管施工，鉆孔前先標(biāo)識(shí)出需鉆孔的位置，鉆孔角為30°，位置位于拱腳上方30 cm 處，鉆孔深度大于錨管錨固長(zhǎng)度的95%，但超長(zhǎng)值不大于10 cm。

c）安裝 安裝時(shí)用鑿巖機(jī)直接將鋼管打入孔中。保持錨管的外露長(zhǎng)度為25 cm。

d）U 型或 L 型卡筋焊接固定。

e）注漿 錨管注漿采用NZ130a 型專用錨管注漿機(jī)。為了保證注漿不停頓地進(jìn)行，注漿前應(yīng)認(rèn)真檢查注漿機(jī)的狀況是否良好，配件是否備齊；制漿的原材料是否備齊，質(zhì)量是否合格等。

2.2.3 鋼筋網(wǎng)片施工

采用雙層φ6 鋼筋網(wǎng)，間距20×20 cm，全斷面布設(shè)。

2.2.4 噴射混凝土施工

噴射混凝土采用C25 早強(qiáng)混凝土，XS-Va型襯砌噴射厚度26 cm。噴射混凝土應(yīng)采用潮噴工藝進(jìn)行施工。噴射混凝土分段、分片由下而上順序進(jìn)行，一次噴射厚度控制在6 cm 以下，噴射時(shí)插入長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)厚度大5 cm 鐵絲，每1～2 m 設(shè)1 根，用來控制施工噴層厚度。后一層噴射在前層混凝土終凝后進(jìn)行，新噴射混凝土按規(guī)定灑水養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以某在建高速公路隧道初期支護(hù)侵限段為工程背景，通過在初支侵限段增加豎向及斜向支撐、φ76 cm 超前中管棚及增設(shè)鎖腳錨管等工程措施，保證了換拱的順利進(jìn)行，得出結(jié)論如下：

a）換拱之前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙施作超前支護(hù)。

b）臨時(shí)支撐不能全部一塊拆除，應(yīng)拆除一榀，換一榀拱架。換拱完成后，應(yīng)立即施作仰拱，仰拱施工完成，再進(jìn)行換拱作業(yè)。

c）施工中應(yīng)密切關(guān)注圍巖穩(wěn)定情況，勤測(cè)量地表沉降及洞內(nèi)收斂變形，掌握圍巖變化規(guī)律，以便及時(shí)采取有效措施，確保施工安全。