小议隧道施工初支浸限的换拱处理措施

发布时间：2022-10-05 10:05 热度：

　　摘要: 换拱中最大的难点就是其作业中的安全性难以得到有效保障，在换拱中出现坍塌事故的事情也屡见不鲜，因此如何在确保安全的前提下快速、顺利完成浸限拱架的置换工作也是非常值得探讨的事，现本人就以兰新铁路福川隧道下周家横洞为例谈一谈如何对初支浸限拱架进行快速换拱处理。

　　关键词: 隧道施工;换拱处理;措施;注意事项

　　初支浸限在当前的隧道施工中并不少见，造成浸限的原因也是多方面的，即有人为的原因、也有其它意外的原因。总之造成初支浸限后只有对初支拱架进行换拱处理才能确保二衬的厚度和隧道的净空达到要求。换拱中最大的难点就是其作业中的安全性难以得到有效保障，在换拱中出现坍塌事故的事情也屡见不鲜，因此如何在确保安全的前提下快速、顺利完成浸限拱架的置换工作也是非常值得探讨的事，现本人就以兰新铁路福川隧道下周家横洞为例谈一谈如何对初支浸限拱架进行快速换拱处理。

　　一、情况简述：

　　福川隧道下周家横洞小里程方向在2011年12月9日停工冬休，停工时掌子面里程DK46+115，于2012年4月30日复工。复工后，开挖进尺控制在0.9～1.1m，显示掌子面围岩为多断层泥岩、潮湿、线路右侧有少量的渗水。作业工法为三台阶七步法。在2012年5月24日掘进至DK46+093时，在12小时观测时，发现拱顶下沉2.8cm，收敛2.9cm，至5月28日DK46+093沉降观测拱顶单日沉降8mm，收敛4mm。 DK46+072段，在6月4日至6月5日监控量测发现拱顶下沉1.2cm，收敛2.9cm。初期支护变形严重，出现环向裂缝，并不断发展，其中DK46+115-DK46+095初期支护喷射混凝土拱部保护层出现剥落部分露出拱架。根据断面量测资料显示DK46+130～DK46+071段侵限10～37cm。

　　二、原因分析：

　　1、冬休停止施工，初期支护放置时间较长，达5个月之久，复工后，掌子面有渗水，导致泥岩软化，围岩自稳能力下降、引起初支发生变形。

　　2、围岩破碎自稳性差、初支砼喷射不密实、拱架后有空洞，因放炮振动坍塌砸压拱架造成的下沉。

　　3、拱架锁脚打设、连接筋焊接等未做到位，拱架底部悬空未垫实因拱架和砼的自重造成整体的下沉。

　　4、技术人员责任心差、测量放样时未按设计要求预留沉降量且未按要求进行沉降观测。

　　三、处理措施：

　　首先对该段的初期支护进进加固处理，先控制其变形，以保证其后续施工安全。加固措施如下：

　　(1)暂停掌子面施工，对掌子面进行封闭，初喷不小于5cm厚砼封闭。

　　(2)在DK46+071～DK46+102上台阶段设置“Ι18+喷射混凝土”临时仰拱支护。

　　(3)在DK46+130至DK46+102下台阶段，拱脚采用Ι18对撑，墙脚设置临时仰拱进行加强，同时对各连接板接头处增加φ42锁脚锚管，长度不小于5m，每榀拱架连接板接头处各4根，相互错开布置，并使用φ20 U型钢筋确保与拱架可靠焊接，以保证锚固效果。

　　(4)加固施工顺序为：由二衬端头向掌子面施工，先施做锁脚锚管，然后进行对支撑施工。

　　(5)对原初期支护临时加固完成后，再逐榀拆除原初支钢架，并按设计要求重新施工初期支护，拆除时由二衬端头向掌子面方向逐榀拆除。

　　四、拆除及换拱的具体实施：

　　①、由二衬端头第一榀拱架与第二榀拱架之间打炮眼开槽，炮眼间距30-50cm，成一线分布，孔深25-45cm，炸药装量以不超半卷(10克)为宜，为进一步减少扰动，爆破时毫秒管采用3段、7段、11段三个段别，开出的槽宽约为50cm左右以方便立拱架为宜(通常情况下换拱不准爆破处理、要求使用人工风镐凿除但经过现场验证这种方法是极不实用的、使用破碎锤经实验它的振动对围岩扰动也不小且效果也不太理想，通过本次实践证明，采用弱爆破的方法是完全可行也是比较成功的)。(注：为查明情况、确保安全建议先开一个30x50cm左右的天窗查看拱架背后的围岩情况，查明无安全隐患后再调整爆破)此时可看到初期背后的围岩情况，大致分为三种情况：a、因围岩破碎自稳性差岩石坍塌压迫拱架造成的拱架下沉此时拱架上部为较破碎且松散的岩土但无空洞;b、拱架背后是空洞则说明因前期立设拱架时未按要求操作拱架和砼自重造成的下沉或初支时围岩破碎多次掉块或坍塌造成(案例中所处理的拱架顶部最大空洞达5米以上)c、若拱架背后密实、无空洞、围岩完整说明是因测量放样预留变型量不足造成的。

　　②、对以上三种不同情况分别采用不同的处理方法，第一种情况处理措施如下：在换拱区域145度范围径向打设φ42长3米左右的注浆小导管，间距60-80cm梅花型布置，注浆管开孔孔距20cm梅花型布设(打设注浆管时的最好角度为90度、但由于现场条件所限，案例中打设的角度为60度左右)对围岩进行固化注浆;水泥比1：1，注浆压力0.4-0.8MP(或浆液向外明显渗出为止)，注浆完成后72小时即可进行换拱作业。第二种情况可在立设拱架前先对空洞部位进行初喷砼防止立架过程中掉块伤人，对于较大空洞且围岩较差处初喷砼要加强(可使用φ42小导管+网片顶贴空洞部岩面再喷砼)，完成初喷砼后即进行正常的立架作业，立架完成后在空洞部位每间隔2米左右埋设φ80(或φ100)长1米左右的回填注浆管，靠拱架焊接牢固，在完成初支喷浆作业后，通过预留的注浆管对拱架后面的空洞进行回填注浆(注：由于空洞太大使用传统的注浆方法效果不佳且存在较大的危险性，所以案例中采取的注浆方法是将喷射砼的配合比水量适当调整加大，直接向里喷射约1米左右厚的砼，型成了一层坚固的保护壳)。需要特别注意的是，在未完成回填注浆前严禁进行下榀拱架的置换，否则爆破时产生的冲击波会冲跨已完成置换的拱架。第三种情况，直接扩大断面重新立设拱架即可。

　　③、如果进行了注浆固化或属于第三种情况围岩较好的情况下，可整环进行置换，弱爆破后先通风15分钟，观察围岩情况并根据现场情况机械配合人工进行必要的排险，险情消除后如果有需要补炮的进行二次补炮。砼脱落后使用氧气乙炔对脱落的超前小导管等进行割除(此时网片、连接筋等在机械排除时已基本清除干净)，作业时必须有专人观察，小心拱顶岩块掉落伤人。清除完成后初喷砼封闭围岩，打设超前小导管、挂网片、打设锁脚等进行立架喷浆作业。

　　④、下台阶DK46+130至DK46+102段换拱顺序为：由边墙开始进行拱架的置换，然后进行拱部拱架置换。即先进行边墙拱架的开槽，然后支立边墙的钢架，锁脚锚管、网片的施做，再进行拱部拱架的开槽、拱架置换、锁脚锚管网片、超前的施做，相邻一榀同样顺序置换完成后，进行拱架间的初支、围岩处理。

　　⑤、上台阶DK46+102至DK46+071段拱架置换，须逐榀进行。置换时，先在两榀拱架间开槽，安装拱架、打设超前小导管等喷射砼完成后拆除临时仰拱、变形拱架。同样相邻拱架拆除完成后，立即进行拱架间初期支护的施做，完成后，再进行下一榀拱架的置换，循环进行。对置换后的拱架每天不少于两次监控量测，发现异常时及时加设临时支撑。

　　⑥、按上述步骤逐榀向前拆除钢架,最后完成全部换拱作业。在仰拱已施工完成段，达到12m，满足一环二衬长度，则立即进行二衬施工;在仰拱未完成施工段，满足6米，则立即进行仰拱施工。

　　五、注意事项

　　1、将拆除范围内未使用的各类机具、物资转移到安全地方。

　　2、非施工人员不得进入作业范围，拆除范围的前方严禁人员进入。

　　3、做好处理过程中的安全防护工作，严禁交叉作业。

　　4、洞内增加照明设施，增强通风，施工过程中，设专人进行观测、警戒，若有异常，人员及时撤离。

　　5、做好施工过程中的各项记录，以便根据现场情况调整施工方案。

　　6、施工过程中，及时布设变形观测点(观测点5m间距为宜)，加强监控观测(不少于2次/天)，发现异常及时上报并采取应急措施，以确保施工安全。

　　结束语，通过以上实践证明、使用本方法可使换拱速度较传统方法提高3倍以上，人工、机械等费用大幅降低，效果显著。只要在施工中不断摸索、实践，相信会有更多更好的方法等待着我们去发现!