隧道擴孔換拱施工技術

摘要：寧安鐵路（南京至安慶）銅池段（銅陵至池州段）由于標準提高橋梁梁型改變，為滿足橋梁運架的凈空要求需對已完成開挖、支護的隧道進行擴孔換拱處理。擴孔換拱施工會對隧道圍巖造成二次擾動，使隧道結構應力重新組合，最終達到新的平衡，施工難度及風險極高。本文結合寧安鐵路岱嶺1#隧道、九華隧道、馬衙隧道擴拱施工實例，詳細介紹擴孔換拱施工方案，并總結了施工經驗。

關鍵詞：隧道；擴孔換拱；處理

1 換拱擴孔原因

寧安鐵路岱嶺1#隧道、九華隧道、馬衙隧道于2009年9月相繼開始進行暗洞（V級圍巖）開挖支護施工，施工過程中由于寧安鐵路標準提高，由有碴軌道變為無碴軌道，梁型由原來的“橋通（2008）2224A”12m梁寬變更為“橋通（2009）2229”12.2m梁寬，所以原隧道設計斷面90.2m2無法滿足運架一體機帶梁通過隧道的要求，梁翼緣板超出隧道輪廓12cm，因此需要對已完成開挖支護的隧道進行換拱擴孔處理。

2 工程概況

岱嶺1#隧道起訖里程DK192+745.00～DK193+000，長度255.00m；進洞里程DK192+761，需要擴孔換拱施工76m，其中Ⅴ級圍巖加強復合襯砌類型50m，Ⅴ級圍巖復合襯砌類型26m；九華隧道DK197+205.00～DK197+340，長度135.00m；進洞里程DK197+324；需要擴孔換拱施工64m，全部為Ⅴ級圍巖加強復合襯砌類型；馬衙隧道DK205+250.00～DK205+565，長度315.00m，需要擴孔換拱施工114m，其中Ⅴ級圍巖加強復合襯砌類型4m，Ⅳ級圍巖加強復合襯砌類型30m，Ⅳ級圍巖復合襯砌類型80m。擴孔換拱施工均位于隧道洞口段淺埋偏壓地段地質復雜，且以V級圍巖為主。

原設計軌面以上襯砌半徑為r=6.38m，擴孔后設計軌面以上襯砌半徑為r=6.65m，內軌頂面標高抬高17.8cm，隧道拱頂標高整體提高71.8cm，詳見圖1。

3 擴孔換拱方案

3.1 總體方案

擴孔換拱施工前先對已掘進地段進行加固圈3m全斷面徑向注漿加固，加固后由內向外對隧道進行回填反壓，回填至距拱頂3米，利用反壓土作后續施工工作平臺，擴孔開挖時采用三臺階臨時仰拱開挖法由外向內擴孔換拱施工。

圖1 隧道擴孔前后斷面對比圖

3.2 加固圈3m全斷面徑向注漿

圖2 加固圈3m徑向注漿斷面圖

（1）注漿孔布置

注漿孔按漿液擴散半徑1m考慮，注漿孔梅花型布置，孔口環向間距約100cm孔底環向間距約150cm，縱向間距150cm，注漿孔在用風動鑿巖機成孔，孔徑50mm，見圖2。

（2）注漿管設置

注漿管采用φ42mm，壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長3.2m，為便于導管插入鋼管前端做成尖錐狀，尾部焊上箍筋，見圖3。

圖3 加固圈3m徑向注漿施工圖

3）注漿材料采用普通水泥漿，注漿參數

a、水灰比：1；1；注漿壓力：0.5～1.0MPa

b、注漿量計算

單孔注漿量：Q=Aμ=лR2Lμ+лr2L

μ-圍巖空隙率，根隧道地質情況確定，本隧道按5%計算；

R-擴散半徑，根隧道地質情況確定，本隧道按1計算；

r-注漿孔直徑

L-注漿孔深度

3.3 回填反壓

利用原隧道碴對洞內進行返壓回填，回填至距拱頂3米。

3.4 初期支護拆除及擴大斷面施工

（1）在導向墻與暗洞結合處施作小導管

①小導管先用風鉆成孔，傾角：仰角20°，孔徑為50mm，成孔后用人工或鉆機頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，并用高壓風將鋼管內的砂石吹出；

②小導管搭接長度>1米；

③小導管布設在隧道擴孔段拱部；

④小導管長度3.5m、環向間距30cm；

⑤注漿前進行壓水試驗，檢查機械設備是否正常，管路連接是否正確。

⑥注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

⑦注漿材料需滿足下列要求：漿液流動性好，固結后收縮小，具有良好的粘結和較高的早期強度；結石體透水性低，抗滲性能好。

⑧注漿終壓為0.5～1.0MPa，并派專人做好記錄。注漿結束后檢查其效果，不合格者補漿，注漿達到需要的強度后方可進行鑿除混凝土和開挖。

（2）初期支護拆除施工

在初期支護噴射混凝土面上時行徑向打孔，孔深30cm，炮孔環向間距50cm，每個炮孔內裝放半節炸藥，對噴射混凝土進行松動爆破，每次松動爆破一榀拱架；

（3）擴大斷面施工

松動爆破后人工配合風鎬鑿除砼并擴孔開挖至設計斷面，用氧氣切割拆除鋼構件；

3.5 重新施作初期支護

開挖至設計斷面后按設計及驗標要求重新施作初期支護詳見下圖；

3.6 中、下臺階施工

按同樣方法開挖6榀拱架后開始施工中臺階，中臺階施工5榀后進行下臺階開挖，仰拱緊跟，當仰拱夠一模二襯長度時，立即進行襯砌施工；

4 監控量測

開展有效圍巖監控量測，采用無棱角激光測距全站儀，檢測圍巖位移等；對地表進行全天觀測，記錄詳細數據。嚴格按照量測數據指導現場進行洞內涌體處理。

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