隧道初支侵限段换拱的施工技术探讨

徐雪飞

摘要：在隧道施工的过程中，隧道的施工支护参数由现场实际情况制定，因隧道施工中往往存在诸多不确定因素，一旦初期支护变形过大，使初期支护承载力丧失时就需进行换拱处理，不仅会对工期造成影响，还会导致施工难度增加，甚至会造成安全事故。文章针对隧道初支侵限段换拱施工技术进行了探讨。

关键词：隧道初支；侵限段换拱；施工技术；隧道施工；支护参数 文献标识码：A

中图分类号：U451 文章编号：1009-2374（2016）16-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.056

1 工程概况

成都至香日德公路大武至久治段的久治3号隧道地处青藏高原东南部，海拔介于4036.78～4307.74m，高差270.96m，具有典型的高原大陆性气候特征，属中国公路自然区划中的青藏高原亚寒带-青东南区（HⅡA）。久治3号隧道是成香公路的重点控制性工程之一，隧道为分离式隧道，单线隧道全长4715m，我项目部承担久治3号隧道左线：2380m；右线：2390m的施工任务，其中隧道围岩全部为Ⅳ级和Ⅴ级，其中Ⅴ级浅埋段550m、Ⅴ级深埋2290m和Ⅳ级1890m，分别占总开挖长度的11.6%、48.4%、40%。

2 隧道建设条件

2.1 地质构造

隧道所在地质区域属特提斯-喜马拉雅构造域，滇藏地槽褶皱区，松潘-甘孜褶皱系，巴颜喀拉褶皱带的部分。项目区内发育不同方向、不同性质、不同规模和不同时代的断裂构造，断裂分布有序、方向性强、脉络清楚，具多期活动特征。地层中褶皱构造极为发育，紧闭褶皱、倒转褶皱、尖棱褶皱、等厚褶皱等褶皱类型，极其丰富。其中，F1-9果襄-门堂逆断层；F1-10果勒克-萨隆正断层；F1-11达休玛-德温格逆断层这三个断层对久治3号隧道影响较大。

2.2 地质岩性

隧址区出露地层主要为三叠系下统巴颜喀拉山群下亚群下岩组（T1bya）砂岩、钙泥质板岩及全新统坡洪积地层（Q4dl+pl），全新统的坡积物（Q4dl）。岩性主要为深灰色、青灰色砂岩及钙泥质板岩。隧道穿越地层为第四系碎石土层、全-强风化钙泥质板岩和砂岩，地层间小断裂很发育，节理裂隙极发育，岩体极破碎，呈碎块状镶嵌状结构，围岩稳定性极差。

2.3 水文地质条件

隧道的水文地质条件比较复杂，地表少有泉水出露，冲沟发育，水文地质条件的复杂程度，主要与区域地质构造、岩性以及裂隙的发育程度有密切关系。基岩裂隙水主要分布于三叠系巴颜喀拉山群下亚群下岩组（T1bya）砂岩含水岩组，地层区内砂岩、板岩、碎屑岩以及岩浆岩，受多次地质构造影响，形成构造裂隙发育，地下水赋存于裂隙中，形成含水层。由于裂隙发育，有利于地下水汇集，主要受降水补给，其次受冰雪融水补给，动态随季节变化明显。

3 隧道施工的基本状况

本隧道施工由大往小里程方向进行施工，在施工中要注意隧道初期支护每日的变形量应控制在一定的范围内，而且经全面的测量与调查分析表明，隧道初支已侵入二衬净空时，地表部位出现不同程度的裂缝现象，其中YK154+655～+605段初期支护侵限最严重，YK154+635的侵限情况见图1所示，这种现象给正常施工造成了较大的影响。经过变形测量所获取的相关数据显示，YK154+655～+605段初支侵入二衬净空最大侵限值为68.7cm，最小值为18cm，尤其是隧道线右侧部位侵限最为突出。

4 事故原因的全面剖析

4.1 地质层面的相关影响因素

4.1.1 该初支变形段的岩层主要为钙泥质板岩，由于钙泥质板岩极易受到外界环境的侵蚀，在地下水的作用下，势必会造成隧道不同程度坍塌等危险现象。

4.1.2 侵限地段受外界环境的影响较为明显，导致隧道中、下台阶在开挖中极容易出现滑坡、塌方等现象，造成拱架锁脚导管的实际有效性大打折扣。

4.1.3 由于侵限地段位于地表浅埋部位，在每次开挖中都会或多或少对地表造成一定的影响，若开挖幅度较大则会使地表出现下滑等现象，造成拱架出现显著的变形现象。

4.1.4 在调查中发现，隧道地表线右侧的山势高于地表线左侧，这样会增加地表的承载力，使拱架出现不同程度的变形。

4.2 施工层面的相关影响因素

4.2.1 由于初期的开挖和立架工作中，对后期工作需要的预留变形量估算存在误差，没有及时结合初支的变形情况重新估算预留变形量。

4.2.2 施工前各项准备工作做得不到位，造成各工序间的衘接存在漏洞，工作进度缓慢，仰拱不能按预期的时间成环，从而导致初支变形累积侵限。

4.2.3 施工中对于施工现场及周围的地下水处理不当，预防工作不完善，造成变形累积侵限的情况发生。

5 施工实施方案

按照施工实际所需，对已变形的初支钢拱架支撑主要采用临时支撑模式进行，并对拱顶侵限部位的初期支护进行处理以使其符合相关要求。施工具体方案列举如下：（1）为了避免初支发生变形现象，可在上台阶拱脚部位设置临时支护；（2）对于洞内初期支护段可使用一定强度的Φ42mm无缝钢管进行加固处理；（3）由于施工地段地表出现不同程度的缝隙可设置大管棚进行加固，同时注意控制好钢管间距；（4）立即施作YK154+655～

+605段二衬，尽可能减少山体塌方等不良现象的发生。

6 换拱的具体操作步骤

通过对前期初支侵限因素的深入分析，可得知隧道换拱工作要得以顺利实施，应从如下两点加以强化：（1）通过锚网喷技术加固地表结构，降低地表松动等不良现象的发生；（2）在换拱前可采取注浆的方式进行加固处理；（3）换拱开挖方式以冲击锤敲击为主，再加以人工辅助。

6.1 做好换拱前的加固处理工作

6.1.1 在换拱前应对施工地表部位做好加固处理工作，加固方法是采取锚网喷加固方式进行，其中选取型号为C20的混凝土进行浇筑处理而且浇筑的厚度应控制在可控范围内，使用Φ8mm钢筋网进行加固，网格之间的距离为200×200mm。

6.1.2 对隧道部位进行初支加固的目的在于一方面可确保换拱工作的顺利实施；另一方面可避免岩体出现塌方等不良现象。对于侵限地段主要使用一定型号的导管进行注浆处理并在拱架背面使用围岩进行加固，此外为了防止地下水对其的影响，在施工中可将钻孔部位的地下水进行彻底排出。注浆中主要使用的是水泥砂浆进行浇筑处理，在注浆时应从如下三点加以重视：（1）施工人员应注意在注浆时应密切关注拱架部位是否有异常情况发生，若存在异常应即刻中止注浆，待进行加固处理后方可进行后续阶段的施工；（2）要严格把控注浆的实际速率与压力大小；（3）注浆中如若有突发状况发生，则应采取有效的措施进行处理以确保注浆的高效性。

6.2 逐榀置换拱架

在隧道开挖过程中，开挖所采取的主要方式是以冲击锤敲击为主，再加之人工的辅助进行实施。每次换拱的数量应控制在一定的范围内。为了最大限度地降低安全事故的发生，在换拱过程中应持续进行，而且中、下台阶切记要及时跟进，中间不能断开。当上台阶换拱距离掌子面在2m左右时可即时封闭掌子面，为及时施作仰拱以及二衬提供充足的时间与空间。换拱支护参数见表1：

7 施工中的注意要点

（1）施工过程中，应密切注意围岩开挖后初期支护变形情况，并分析整理出测量数据及时汇报给上级施工指导人员，让他们能随时了解施工现场的具体情况，以保证开挖及换拱工作顺利进行。施工过程中洞内围岩和地表位移变形情况必须由专业人员进行观察和测量，如果有异常情况发生，必须立即采取措施进行处理；（2）拆除洞内起临时支撑作用的专用钢管时，不能一次把所有钢管全部拆掉，必须等到换拱工作进行到支撑钢管处时才能拆除钢管；（3）在施工过程中如果有前期径向小导管注浆效果不佳的情况发生，可以使用超前小导管的方法进行补救处理；（4）施工一旦开始，就应持续不断地进行，不能在拱架开始挖掘时停工。

8 结语

本工程在使用上述方法进行换拱施工后，保证了隧道施工的顺利开展。根据此次隧道初支侵限施工和换拱处理结果得出以下结论：（1）在进行隧道偏压施工时，要合理安排施工工序，各个施工阶段的间隔距离不要过长，并保持在3m以内；（2）实际施工过程中，因为无法预测前方围岩情况时，所以需要相关技术人员通过探测仪器进行超前地质预报，并到施工现场进行调查，发现围岩出露和实际情况不一致时要及时变更设计，并采用合理的加固措施；（3）隧道施工时，要在施工组织管理中纳入超前地质预报预测和监控测量工作。施工前要对实施细则、地质预报监测方案等进行编制，并根据监测结果进行动态管理，为支护参数、施工方案、安全风险评估提供参考依据；（4）在变形治理方面要重点做好预防工作，初期支护尽可能强，二次衬砌尽可能早。处理变形时，要坚持“紧封闭、强支护、弱爆破、短进尺、严注浆”的基本原则进行施工，保证完成施工后不会遗留安全隐患。

参考文献

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[3] 唐春宇，田鹏.隧道洞顶地表及初支变形开裂综合处理措施[J].中国高新技术企业，2009，（19）.