新塘隧道初支侵限段換拱施工技術(shù)研究

趙曉帆

（海南涉鐵建設(shè)發(fā)展有限公司，海南 海口 570100）

1 工程概況

1.1 隧道概況

海西高速公路網(wǎng)永定至上杭段新塘隧道位于龍巖市永定區(qū)西溪鄉(xiāng)與金砂鄉(xiāng)之間。該隧道起訖樁號(hào)右洞為YK17+848～YK19+950，長度2102 米，左洞為ZK17+843～ZK19+941，長度2098 米，屬長隧道，采用分離式雙洞四車道布置，隧道左右洞縱坡均為1.6%。整座隧道Ⅴ級(jí)圍巖1397 米，Ⅳ級(jí)圍巖1519 米，Ⅲ級(jí)圍巖1284 米（單洞）。

換拱段位于該隧道進(jìn)口左洞ZK17+914-ZK17+944.4 處，設(shè)計(jì)采用Z5-1 復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)參數(shù)為24cm 厚的C25 噴射混凝土，工18 鋼支撐、縱向間距0.5m/榀，施工輔助措施為F2-1 超前小導(dǎo)管，二襯厚度45cm，采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2 地形地貌條件

隧道區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，地面起伏大，天然山坡坡度約20°～45°，山脊（頂） 陡峭。進(jìn)口處地面高程310.0～315.0m，出口處地面高程345.0～350.0m，隧道軸線最大海拔標(biāo)高470m，植被發(fā)育。進(jìn)口段自然坡度30～40°。

1.3 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

該換拱段距離洞口71 米，洞頂覆蓋層約30 米，為第四系殘坡積層（Qel-dl），下伏震旦系樓子壩組（Z1l） 變粒巖、燕山早期侵入花崗巖及其風(fēng)化層，未見破碎帶、節(jié)理密集帶、滑坡、崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育，無地表水系經(jīng)過，地下水主要為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水。從實(shí)際開挖揭示的地質(zhì)條件看，圍巖巖性主要為全風(fēng)化變粒巖，以軟巖為主，風(fēng)化劇烈、無自穩(wěn)能力、巖體以砂土狀結(jié)構(gòu)為主、手捏易碎，圍巖水理性差，遇水易軟化、崩解、坍塌，地下水以線流狀出水為主。

2 初支侵限過程及處理措施

該隧道左洞于2017 年8 月14 日以CD 法進(jìn)洞，掘進(jìn)30米后改變更為三臺(tái)階+預(yù)留核心土法。2017 年11 月中上旬連續(xù)降雨天氣較多，11 月14 日晚突降暴雨，現(xiàn)場監(jiān)控量測(cè)發(fā)現(xiàn)15 日當(dāng)天拱頂最大沉降量達(dá)-8.1mm、-10.1mm，經(jīng)現(xiàn)場勘查截水溝多處開裂，洞頂?shù)乇沓霈F(xiàn)多條橫向裂縫（與隧道軸線方向垂直），延伸長度達(dá)30 余米，寬度3-7 公分，深度1米（洞頂?shù)乇黹_裂情況如圖1 所示）。

經(jīng)多方討論，立即停止掌子面掘進(jìn)后進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加強(qiáng)，洞頂?shù)乇砹芽p采用黏土+水泥漿封閉，并持續(xù)監(jiān)測(cè)洞內(nèi)及洞頂變形情況。經(jīng)后續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)未施工仰拱段變形扔在持續(xù)，而完成仰拱段變形則趨于穩(wěn)定，且因掌子面圍巖性質(zhì)較差、上臺(tái)階拱腳位置受水浸泡更加受力不足，故多方一致同意在變形段加強(qiáng)持續(xù)觀測(cè)的同時(shí)，掌子面繼續(xù)向前開挖，仰拱向前推進(jìn)，盡快將初支封閉成環(huán)，二襯采取跳模施工的方式，留出侵限段待變形穩(wěn)定后再進(jìn)行拆換作業(yè)。

至初期支護(hù)監(jiān)控量測(cè)變形趨于穩(wěn)定后（拱頂沉降變形曲線如圖2 所示），采用激光斷面儀掃描發(fā)現(xiàn)ZK17+914-ZK17+944.4 段內(nèi)多處侵限已超過設(shè)計(jì)及規(guī)范限值，其中左側(cè)侵限5-28cm，右側(cè)侵限尤為突出，最高達(dá)33-50cm，故需對(duì)初支進(jìn)行換拱處理，典型侵限斷面如圖3 所示。

3 施工方案

3.1 總體思路

換拱作業(yè)期間掌子面開挖暫停、噴混封閉，采用加固的全斷面初支臺(tái)車作為換拱作業(yè)平臺(tái)，拆除作業(yè)嚴(yán)禁爆破，以履帶式破碎錘為主，輔以人工風(fēng)鎬配合，重建初期支護(hù)型式與原設(shè)計(jì)一致。

總體思路是“先加固、后拆換”、“一次拆換一榀，逐一順次拆換”，其次換拱后，欠挖一次處理到位，防止換拱完成后出現(xiàn)二次侵限。

3.2 換拱施工流程

換拱段兩端先施作二次襯砌，確認(rèn)換拱段落初期支護(hù)封閉、完成仰拱及仰拱填充施作、變形收斂穩(wěn)定→施作臨時(shí)支撐→換拱地段徑向注漿→注漿效果檢測(cè)→換拱部位施作超前小導(dǎo)管→分單元鑿除侵限段初期支護(hù)（1 榀） →開挖并安裝型鋼鋼架→噴射混凝土→下一循環(huán)處理。

3.3 施工方法

根據(jù)激光斷面儀測(cè)量結(jié)果，換拱以拱墻全環(huán)換拱為主，1、7 拱架單元及仰拱以下初支經(jīng)測(cè)量未侵限、不需拆換，換拱時(shí)每榀鋼架拆換順序?yàn)椋?-4-5-6-2 或5-4-3-2-6，如圖4 所示。

1） 施作徑向小導(dǎo)管。因原初期支護(hù)施工過程中已采用F2-1 超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿處理（每循環(huán)33 根，環(huán)向間距0.5m，L=5m，Φ50mm），大部分圍巖已與漿體形成固結(jié)整體，故換拱實(shí)施過程中需根據(jù)開挖情況及監(jiān)控量測(cè)情況，有針對(duì)性地進(jìn)行注漿處理。經(jīng)查驗(yàn)注漿過程記錄及小開口破除檢驗(yàn)，初步確定注漿段落為ZK17+927-ZK17+935 段。

采用L=5m、Φ50mm 注漿小導(dǎo)管，沿拱墻徑向打設(shè)，間距1m（環(huán)向） ×1m（縱向），注漿材料采用P.042.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比1:1，注漿壓力1.0~1.2MPa。注漿完成后，先進(jìn)行注漿效果效果檢查，檢查孔數(shù)量為鉆孔數(shù)量的3%~5%，且不小于3 個(gè)，同時(shí)結(jié)合監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)，確保巖體形成固結(jié)整體，變形無擴(kuò)展跡象后方可進(jìn)行換拱處理。

2） 拆除初期支護(hù)混凝土。拆除時(shí)主要采用履帶式破碎錘對(duì)初支混凝土逐榀分塊破除，輔以人工風(fēng)稿配合，采用氣割割除原注漿小導(dǎo)管、拱架與拱架間的連接筋和鋼筋網(wǎng)，確保不破壞既有拱架受力，不損傷已重建的初支。拆除的拱架卸落時(shí)注意控制方向，下方嚴(yán)禁人員靠近。

因一次僅拆除1 榀拱架，且由于初支侵限數(shù)值大、擴(kuò)挖深度大，導(dǎo)致作業(yè)空間極為有限，故擴(kuò)挖基本輪廓采用破碎錘錘頭代替挖掘機(jī)挖斗擴(kuò)挖至要求輪廓為主，在測(cè)量人員全程測(cè)量指導(dǎo)下，局部由人工開挖到位，重建支護(hù)預(yù)留變形量調(diào)整為15cm。擴(kuò)挖后對(duì)巖面進(jìn)行混凝土初噴，以防止局部掉塊。初支拆換施工過程中，由專人全程值守，避免意外情況。

3） 架設(shè)型鋼拱架及噴射砼。每拆除完成1 榀拱架后，盡可能減少圍巖的暴露時(shí)間，及時(shí)架設(shè)新的工18 型鋼拱架，縱向間距保持原設(shè)計(jì)50cm 不變。為增強(qiáng)拱腳及拱架單元連接板等薄弱位置抵抗變形能力，替換原鎖腳錨桿，在拱腳及拱架單元連接板位置各打設(shè)2 根Φ50mm 注漿小導(dǎo)管，單根長3.5m，向下呈45°角打設(shè)，注漿材料、配比、壓力與注漿小導(dǎo)管相同，并與拱架焊接牢固，形成整體受力結(jié)構(gòu)。鋼筋網(wǎng)、連接筋安裝時(shí)注意預(yù)留10cm 長的相鄰搭接位置，復(fù)噴混凝土24cm。

4） 二襯施工。初支拆換縱向順序?yàn)樾±锍滔虼罄锍谭较蛑痖樞虿饟Q，拆換過程中，一段（滿足二襯施工10m 長度，二襯臺(tái)車長度為12m） 拆換完成后，進(jìn)行初支斷面掃描，合格后立即組織施工二襯，二襯施工過程中初支拆換暫停，二襯每環(huán)長度10m，總計(jì)3 模。同時(shí)為保證隧道施工質(zhì)量、安全性符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對(duì)于換拱段內(nèi)二次襯砌設(shè)計(jì)進(jìn)行加強(qiáng)：二襯主筋縱橫向間距保持不變，將鋼筋型號(hào)由Ф22 變更為Ф25，模筑混凝土提高一個(gè)標(biāo)號(hào)，采用C35 防水砼。

4 結(jié)語

新塘隧道依以上處理措施和換拱工藝，確保了施工過程中作業(yè)人員的安全，并順利完成換拱作業(yè)，經(jīng)檢測(cè)重建初支斷面凈空全部滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

通過梳理在初支急劇變形過程中所采取的處理措施，以及換拱過程當(dāng)中的安全、質(zhì)量控制要點(diǎn)，意在為在處理軟弱圍巖隧道換拱作業(yè)時(shí)提供一個(gè)可借鑒參考的案例。