黄土隧道拆除初支侵限拱架安全技术控制

杨 伟 张 文

（中国建筑第七工程局有限公司， 河南 郑州 450000）

0 引言

目前，国内隧道初支侵限一般发生在特长隧道地质复杂地段，由于山体地下地质的不均匀性，导致在深凹、浅埋的地层工程环境突然的改变，在初支封闭成环的过程中，应力突然增大，造成侵限。而地坑院黄土隧道，表层为粉质黄土，出口穿越地层改变地段泥岩,地层孔隙不均，特别是下雨天气，造成泥岩膨胀，造成初支侵限。本工程对侵限部位采用局部换拱和整体快速换拱的方式，加强二衬钢筋的措施，提高了结构的安全性，为隧道初期侵限支护工程提供经验。

1 工程概况

国道310洛三界至三门峡西段南移新建工程地坑院隧道位于河南省三门峡市陕州区境内，采用双线分离式隧道，其中左线长3456m，右线长3440m，该隧道下穿5A级文物保护区陕州地坑院，隧道标准开挖断面面积103.58m2，加宽段开挖断面面积150.46m2。浅埋段处于湿陷性黄土之中，埋深10～30m，长30～125m。深埋段为粉质粘土，最大埋深170m左右。洞门采用端墙式洞门，围岩等级为Ⅴ级，主要以粉质粘土为主，其中出口段有250m长弱胶结泥岩，局部侵限高达2m左右，隧道拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧的单曲墙式。

2 地质及水文

路线所经区域地层主要为第四系中更新统粉质黏土、粉土等。上部粉土和粉质黏土为黄土状土，具湿陷性，下部粉质黏土，硬塑状，工程性质较好。

具体描述如下：

1）第四系上更新统冲洪积土：黄土状粉土，褐黄色，稍湿，土质均匀，具孔隙，含白色钙质条纹，摇震反应一般，干强度低，任性低。

2）第四系中更新统冲洪积土：粉质黏土，硬塑，棕褐色，含铁锰质结核，切面稍光，韧性中，强度中，无摇震反应。

3）第四系中更新冲洪积土：粉质黏土，弱胶结，红褐色-灰白色，含少量碎石，胶结较好，局部夹由少量短柱半成泥岩，弱胶结，岩质坚硬。

3 原因分析

1）隧道围岩类别为V级，围岩自稳能力差，黄土垂直节理发育，具有一定的延续性、多孔性，结构疏松，密度低，遇水易崩解且地层变化频繁，土质粘结较差，易成块脱落或坍塌。

2）隧道穿越水发育等地质破碎断层不良地段。

3）雨季期间，地质裂隙较发育，雨水下渗，围岩遇水具有弱膨胀性。

4）隧道地表高低起伏不一，边坡陡立，汇水面较多，汇水面拱顶覆盖层较薄，水体便于下渗，地表水外流较多，围岩受力重新分配，造成初期支护收敛、下沉严重。

4 主要施工技术

4.1 施工准备

换拱前布设好拱顶及收敛监测点，严密注意洞内的变形情况，确定换拱段落围岩收敛的稳定性。对换拱段落进行初支断面检查并放样，确定初支侵限部位以及侵限情况并标注于相应部位。换拱施工平台使用钢筋绑扎台架或开挖台架，并在换拱段布设φ800*14mm的逃生管道，备好紧急物资。

4.2 临时措施

采取暂停掌子面施工，并用C25砼喷射5cm厚及时封闭掌子面，增加临时仰拱，采用I20a工字钢进行封闭成环，间距同初期支护钢拱架，为保证水平支撑的整体性，钢架间采用φ16钢筋纵向连接，间距1m,前后交错布置，并采用C25进行喷射,厚度30cm。

4.3 土体加固

首先对换拱部位初期支护背后土体进行注浆加固，加固范围为隧道轮廓线外5m，采用风钻进行钻孔，然后打入φ42*4注浆花管，长4.5m，环向间距1.5m，纵向间距1.0m，呈梅花形布置，注浆孔与隧道呈60度角。采用水泥+水玻璃浆液，水泥浆/水玻璃=1:0.8(体积比)，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃模数2.6，浓度35-40Be，注浆压力控制在0.8-1.5MPa，采用纯压式灌浆。

4.4 钢拱架预加固

通过断面扫描，对侵限位置进行标注，然后找出钢拱架位置，每次环向换拱长度不易过长，一般控制在3m内，对于未换部分在切割点处打设2根φ42*4锁脚锚管，长度4m，锁脚锚管与水平线夹角应在负30～45°之间。并注1:1的水泥浆，水泥为P.042.5水泥，注浆压力不宜大于1.0MPa。

4.5 换拱施工

自上而下沿隧道纵向采取间隔换拱施工，间隔距离不得小于5m。初支砼采用风镐进行凿除，当从未侵限段向侵限段拆除时，直接凿除一榀钢拱架距离，首次钢拱架间距为40cm（安装在侵限段拱架的一侧），然挂网、喷射混凝土至设计厚度，当从侵限段开始换拱时，采用风镐凿除2榀钢拱架间距中间的C25砼和钢筋网，在凿除两榀拱架之间先安装2榀I25a工字钢，然后挂网、喷射混凝土至设计厚度，为防止再次侵限，采取加大预留量，预留量按40cm考虑，为保证钢拱架的稳定及刚度，钢拱架之间在拱顶、拱脚处再增加纵向连接，纵向连接采用I20a工字钢。钢拱架上、中台阶锁脚处采用4根φ42x4mm锁脚锚管锁脚，长度4m。由于初期支护变形严重，为防止拱顶坍塌，在拱顶120°范围内施打密排小导管并进行注浆，小导管采用φ42x4mm钢花管，长度4.5m，环向间距30cm，搭接长度不小于3m。换拱封闭成环后方可进行下一榀的拆除，每次换拱为1榀钢架间距，禁止相邻多榀钢拱架同时切槽，工字钢安装间距55cm（对于中间换拱完成后如拱顶变形量超过预警值，增加临时支撑），换拱完毕后及时封闭成环，一次换拱长度不易过长，当一次换拱长度达到5m时，进行架设栈桥，开挖仰拱部位，每次循环开挖进尺不大于3m。开挖完成及时施作仰拱部位初期支护并封闭成环，成环后方可进行下一段拱架的换拱。

喷射混凝土凿除时钢架切割处需多凿除50-60cm。在钢架上确定侵限范围后，自上而下沿隧道纵向分段进行，量好切割拱架内弦线沿半径方向切割。先按V级围岩钢架设计要求做好工字钢架，计算好下料长度，沿半径方向裁制，备好连接钢板。把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。换拱施工接头尽量设置在原接头处（连接钢板27x27x1.5cm），如有困难，采取换上的钢架与原钢架进行对接焊好后再分别与工字腹板和翼板上贴板加强焊接。喷射混凝土前预埋短钢筋用于标识喷射混凝土厚度，新老混凝土接头应圆顺，不能有新的欠挖出现。每榀钢架凿除、喷射混凝土成环后，方可进行下一榀拱架处理工作。

5 结语

国道310洛三界至三门峡西段南移新建工程地坑院隧道初支侵限换拱施工，保证了换拱过程中的侵限不大于5cm，通过良好的方案优化，简化施工工序及紧凑的施工组织，保证了工程质量和安全，提高了施工效率，减少了成本投入，加快了施工进度。