隧道初期支护变形处理技术

（技术总结）隧道初期支护变形处理技术第1页，共5页隧道初期支护变形处理技术摘要：针对隧道初期支护在施工的过程中出现的拱部下沉侵限和侧壁收敛过大侵限的问题。本文结合工程实例对隧道初期支护变形换拱技术进行了简要的探讨，其实践结果表明了该技术的有效性和实用性。关键词：变形后处理、隧道换拱、初期支护1．前言随着国民经济的不断发展，铁路建设也呈现增长的趋势，在黄土地区修建的铁路隧道也越来越多。由于黄土复杂的地质条件给隧道施工加大不少难度。譬如隧道在施工期间容易产生裂缝、变形等现象。支护变形过大往往发生侵限或初期支护失去承载能力等，需换拱处理，这样不仅贻误工期，增加施工处理难度，还增大了潜在的安全风险。若处理不当，就会出现人机伤害事故，给工程留下隐患。因此对隧道变形段换拱是保证二衬设计厚度及隧道运营期间安全的重要保障，对其研究就显得十分重要了。1．工程概况1.1隧道设计情况某隧道全长276米，隧道穿越淮宁河右岸黄土梁，地形起伏较大。全隧均位于R=3000米的圆曲线上，为单线铁路隧道。隧道DK350+500～DK350+486段为Ⅴ级围岩加强衬砌，DK350+486～DK350+466段为Ⅴ级围岩一般衬砌，DK350+466～DK350+366为Ⅳ级围岩加强衬砌，DK350+366～DK350+230段为Ⅴ级围岩加强衬砌，DK350+230～DK350+224段为接长6米明洞。隧道二次衬砌为复合式衬砌，衬砌混凝土为C30抗渗混凝土，抗渗等级为P8，拱圈厚度45厘米，拱墙设0.8米∕榀I16型钢钢架，喷射混凝土厚度22厘米。1.2隧道所处气候水文条件本段气候属温带半干旱气候区，具有冬季寒冷夏季炎热四季明显的特征。属中温带亚湿润气候区。年平均气温9.7℃，极端最高气温31.9℃，极限最低气温-19.2℃，年平均降水量392.6mm，年平均蒸发量1422.0mm，历年风速1.3m∕s。工程范围内地表水不发育，地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。其中第四系孔隙潜水由大气降水补给，经黄土孔隙下渗至相对隔水的基岩面上，水质良好，对圬工无侵蚀性。1.3隧道所处地质条件及围岩情况隧道洞身大部为砂质黄土，分布厚度3～50米不等。淡黄-浅灰黄色，土质较均一，具孔隙及虫穴。垂直节理较发育，直立性较好，中密，稍湿-潮湿为Ⅱ级普通土。（技术总结）隧道初期支护变形处理技术第2页，共5页洞身伴随部分砂岩夹页岩出露于隧道出口和洞身中下部，灰黄-灰绿颜色，砂状（泥质）结构。钙质胶结，节理发育，强风化-弱风化，层理平直，微张，为Ⅳ级围岩。2．变形前隧道施工进展情况2.1初期支护：上台阶施做完毕，下台阶施工至DK350+251。2.2仰拱：DK350+265。2.3二次衬砌：DKI350+284。3．施工中初期支护变形情况某隧道下台阶掘进至DK350+251时，DK350+266～DK350+230段突然急剧变形，拱顶及拱腰出现裂缝，DK350+240处出现一道40～50厘米宽错台，DK350+250处左侧拱墙3榀拱架挤出20厘米。地表沿线路纵向出现2道裂缝，裂缝宽3～5厘米，延伸36米长。变形原因为洞顶上方有一临空陡坎，系当地采石场拓宽道路所为，隧道左侧埋深9～13米，右侧埋深0.9～3米，严重偏压造成集中荷载，近期由于雨雪渗透进入原生砂质黄土加大偏压荷载且临近桩板墙放炮震动导致隧道小规模变形。最大侵限达52厘米，需作换拱处理。4．变形后处理方案4.1反压回填待变形停止后，立即对变形段进行反压回填土。在回填土上用D=20厘米钢管作临时斜支撑顶住受力较大的洞身。4.2取得变形数据技术人员用断面仪对变形段的初期支护进行精确测量，每延米测量一个断面。根据断面测量结果作为编制具体施工方案的依据。4.3土袋回填对DK350+266～230段上台阶采用土袋回填加固。土袋按照1：1的坡比垒成稳固的临时支撑。4.4布置量测断面洞身及地表每5米布置量测断面，用收敛仪、全站仪和水准仪高频率量测，对量测的数据进行回归分析，来指导施工。4.5将洞顶积雪清理干净，出现裂缝的范围，用彩条布覆盖。覆盖好后在彩条布的四周挖一道渠，将彩条布周边埋入渠中，以防止裂缝进水导致山体失稳下滑。4.6加紧二次衬砌施工，尽快将二次衬砌施工至需换拱地段。4.7在二衬台车上焊接长3米的换拱台架。4.8技术部门提供所需材料数量表，将所需材料尽快运进场。对配备的机具设备及早调试，彻底检修，保证上场设备性能良好，抓好材料的组织与管理，确保机具设备的高效率运转，并准备好相应的应急物资。5．换拱方案（技术总结）隧道初期支护变形处理技术第3页，共5页5.1新奥法施工的最基本理论是尽量不扰动土体的平衡状态，充分利用土体的自持能力和初期支护共同承受土体压力，DK350+266～DK350+230段属于偏压浅埋段下沉后均造成原土体破坏，现根据监控量测资料分析已重新稳定，如果大面积换拱再次大幅扰动土体，土体丧失了自持能力仅靠初期支护抵抗土体压力，结构安全和施工安全得不到有效保证，因此在确保施工安全和结构自身受力需要的前提下应尽量减少换拱范围，各方会谈研究决定初期支护侵入二衬不超过5cm的范围局部凿除初期支护表层3cm后按原设计图纸施工，初期支护侵入二衬5～10cm段通过二衬结构补强处理，按新设计图施工，初期支护侵入二衬大于10cm的范围进行换拱处理。5.2根据初期支护断面测量成果，确定初期支护侵限范围，首先换上台阶初期支护，在现场画出换拱范围。在该范围沿纵向用风枪凿除0.5米长初期支护，按设计开挖轮廓线人工修出欠挖部份围岩土，割除侵限部份工字钢拱架、钢筋网片、连接筋，按设计要求挂设钢筋网，换上新加工的I20b型钢钢架并用￠22连接筋和I16型钢可靠连接，然后喷射混凝土，完成一次换拱循环。上台阶换掉7米后改换下台阶。先换掉一侧3米初期支护，再换掉另一侧。而后浇注仰拱混凝土，原则上每3米开挖并浇注仰拱混凝土一次。下台阶换完部分满足5m一模二衬施工时，紧跟二衬施工。换拱施工工艺流程图5.3换钢架施工方法5.3.1根据断面测量结果凿除侵限喷射混凝土，喷射混凝土凿除时钢架切割处需多凿除50～60cm，换拱后在拱架左右两侧各打设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用φ42钢管，长度为3m。施工准备凿除变形段喷射混凝土支立新拱架钢筋网连接筋施工下一循环喷射砼施工人工修欠挖锁脚锚管施工拆除侵限部份初期支护（技术总结）隧道初期支护变形处理技术第4页，共5页5.3.2在钢架上确定侵限范围，量好切割拱架内弦长（即两点直线长度），沿半径方向切割钢架。切割钢架内弦长侵线切割钢架部份50～60cm不侵线钢架切割侵线钢架示意图钢架切割线半径方向5.3.3先按Ⅴ级围岩钢架设计要求制作好I20b钢拱架，计算好下料长度，沿半径方向裁制已做好的钢架，备好焊接用连接钢板。5.3.4把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。5.3.5换上的钢架与原钢架进行对接焊好后再分别在工字钢腹板和翼板上贴板加强焊接，贴板厚度8mm，接头方式见上图。5.3.6在钢架与围岩的空隙处加设混凝土垫块，楔紧钢架。5.3.7按设计要求焊纵向连接筋。5.3.8喷射混凝土。5.4拆除侵限初期支护施工注意事项（技术总结）隧道初期支护变形处理技术第5页，共5页5.4.1风镐凿除喷射混凝土之前，必须先把喷射混凝土的凿除部份与不凿除部份在分界处切开分离，以防对不凿除部份混凝土有损伤。凿除顺序为先墙后拱、自下而上、依次进行。5.4.2不能一次大面积拆除初期支护，防止塌方及冒顶。5.4.3凿除喷射混凝土时如果锚杆被破坏则需按设计要求更换。5.4.4新拱架拱脚必须落到实处。有困难时可在拱脚用I16钢架与支护完毕的拱架作纵向连接。5.4.5预留变形量10厘米。5.4.6拆除后必须及时进行初喷混凝土。6．结论实践证明了该技术论文的实用性，尤其适用于黄土隧道变形处理。最大的特点是方案保守，初期支护变形处理危险性极高，本论文提出的技术方案在整个施工过程中最大限度的保证了人员的安全。操作方法简单便于操作。减弱了换拱部位施工对周边围岩的影响，保证了施工安全。可供类似工程参考借鉴。参考文献：1朱永全宋玉香隧道工程石家庄铁道学院中国铁道出版社20052李忠曲力群于箫工程地质概论石家庄铁道学院中国铁道出版社20062ISBN7-113-01992-7铁路工程施工手册（隧道）