论隧道二衬、初支置换及换拱段监控量测方案

邱太宁

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

山区高速公路建设为适应沿线地形、地质条件，隧道工程占比较高，且由于山区地质条件复杂，断层破碎带、溶洞带、滑坡段等不利地质多，严重影响隧道施工安全、质量和进度[1-3]。某隧道改进二衬、初支置换施工工艺，采用新型材料的方式，在确保安全、缩短工期和降低施工成本的基础上，实现了隧道施工安全，顺利通过了不良地质段[4-5]。基于此，该文以该工程为依托，对其二衬、初支置换及换拱段监控量测方案展开研究，具有十分重要的实践意义。

1 工程概况

某高速公路隧道项目，采用左右洞分幅设计，隧道最大埋深约186.0 m，隧道左洞有共218 m 隧道段，发生二衬侵界、渗水等质量问题；右洞共80 m 隧道段，发生初支工字钢变形幅度多大、初支下沉等质量弊病。针对左右幅隧道上述情况，采用“先护后拆” 拆除原初支和二衬，并综合超前地质扫描、钻芯取样、钻孔成像仪等技术资料对该隧道二衬、初支进行了成功置换，并通过监控量测单位和第三方检测单位检测隧道沉降等数据，结果显示，施工段沉降、收敛数据稳定，各监测指标均处于固定限值以内，满足隧道通车运行安全要求。

2 隧道二衬拆除施工

2.1 临时钢拱架支撑

临时拱架安装方法基本和上台阶钢支撑一致，其不同之处在于临时拱架工字钢两头落脚处需要设置2 cm 厚、0.5 m 宽纵向钢板，纵向钢板接合处采用钢板焊接，外侧采用1.5 m 长的直径22 cm 定位筋固定，工字钢与钢板间采用焊接连接固定，保证拱架受力均匀，且工字钢连接处钢板必须无缝对接。

2.2 注浆固结

（1）首次注浆施工，采用6 m 长直径42*3.5 mm 小导管，纵环间距为2.4*2.4 m，钢管前端设置为尖锥状，端头进行封堵处理，管壁四周钻设直径6 mm 注浆孔，注浆孔中心距20 cm，布设为梅花形，钢管尾部100 cm 为止浆段，不钻设注浆孔。

（2）二次注浆施工，采用4 m 长小导管，直径、纵环间距、注浆孔孔径、孔间距等与首次注浆施工参数一致，端头不进行封堵处理，与首次注浆小导管交错布置，进行注浆施工。

2.3 临时钢拱架拆除

为保证施工安全性，换拱段临时钢拱架I20a 工字钢采用安装破碎头挖掘机从拱腰处破除，逐步向拱顶进行，拱腰至拱顶工字钢拆除后，再拆除拱腰以下部分工字钢，废料则用焊工配合挖机切割并用后八轮转运出洞。

2.4 二衬拆除

（1）为减少二衬拆除施工对隧道围岩的扰动，防止围岩失稳脱落，采用人工风镐配合挖机拆除二衬混凝土；为避免拆除段二衬混凝土拆除扰动非拆除段混凝土，两段间凿出40 cm 宽、原二衬混凝土厚槽坑，保证非拆除段落衬砌混凝土稳定性。拆除二衬前，须将待拆除循环段临时钢拱架拆除[6]。

（2）二衬混凝土按自上而下顺序拆除，分块、分段逐步进行，并采用汽割切割二衬及初支钢筋。施工过程中，须严格控制拆除段交通，严禁非作业人员、车辆进入。

3 隧道初支置换

二衬拆除完毕，在暴露出的初支断面布设监测点，若初支变形面积大(环向长度超过2 m)或侵限严重(重构二衬厚度小于35 cm)，须对原有初支采取全断面整体置换，按1-2 榀钢拱架一循环，每榻钢架拱部、拱脚处，增设8 根直径22 mm 锁脚锚杆。

3.1 初支破除

初支拆除工序基本与二衬一致，先在破除段与非破除段间人工开凿一道50 cm 宽、24 cm 深的槽口，再利用挖掘机安装破碎头破除原初支拱架工字钢，破除施工时，根据实际工况设置破碎头振幅、破碎次数，尽量减少对围岩的扰动，第1 段破除施工完毕后，立即开展第5 段初支破除施工。

3.2 拆除后重新支护

（1）初支拆除后采用断面仪对整个围岩进行测量，采用人工风镐配合炮机方式，修整欠挖部分断面，确保断面达到设计要求，并喷射2 cm 混凝土保护围岩，防止松动的围岩有大面积的掉块现象[7]。

（2）初支空洞处理：若发现该段初支背后存在空洞，则采用打孔预埋3 根长短不一的泵送管泵送C20 混凝土进行回填处理；若空腔厚度小于50 cm 时，采用喷射混凝土全部填充。

（3）超前支护：为确保二衬砌拆除过程中的安全，在围岩较破碎段对待拆除段拱腰至拱顶采取超前小导管支护。

（4）初支施工完毕，拱顶、拱腰处按5 m 间距布设沉降观测和周边收敛点，初支沉降、收敛稳定后，方可开展二衬施工[8]。

4 仰拱置换

（1）测量放样：测量后，在须拆除置换的起止桩号两侧的边墙上做好标记。

（2）仰拱开挖：用破碎头配合挖机完成全幅开挖，为减少作业干扰，在施工段采用栈桥通行。出碴时专人观察并现场指挥，防止仰拱超挖，松碴需彻底清除，见图1。

图1 仰拱破除示意图

（3）仰拱初期支护：仰拱开挖后，先架设栈桥，用喷射混凝土对其岩面进行初喷，厚度为3～5 cm，后用I20b 工字钢进行安装，工字钢纵向布设间距与上部拱架一致，采用螺栓连接固定与边墙拱架，形成环状封闭结构，最后采用湿喷工艺复喷混凝土。仰拱重构见图2。

图2 仰拱重构示意图

5 二衬重构

（1）施工要求及组织：初支置换施工完毕，在其拱腰、拱顶处，布设沉降和周边收敛观测点，当监控量测报告显示数据稳定，立即进行二次衬砌施工。二衬台车分两头紧跟初支，二衬台车见图3。

图3 二衬台车简图

（2）新旧二衬混凝土端头交界处施工：为确保新旧二衬混凝土间施工缝防水质量，对两端头未拆除段二衬接触面厚度中心位置切割中槽，深度15 cm，宽度10 mm，预埋中埋式止水带，并用环氧树脂密封槽口。其他施工缝处防水按设计要求进行施工。

（3）防水施工：土工布铺设前，先清理初支表面裸露锚杆头、钢筋，并用细石混凝土抹平；土工布用专用热熔衬垫及射钉固定于混凝土表面。防水板采用焊接连接，板间搭接宽度≥10 cm，单条焊缝宽≥125 mm。

（4）挡头板定位准确，与岩壁间隙嵌填密实，顶部留设观察口，便于掌握封顶混凝土施工质量。在隧道拱顶位置通过预埋排气孔和压注浆管孔，以确保二衬拱顶无空洞现象。

（5）养护：二衬混凝土采用养护喷管喷水养护，模板拆除前，充分冲洗模板表面；模板拆除后，采用高压水枪喷洒混凝土表面，保持混凝土表面湿润，降低水化热；洞口100 m 处，养护时间不得低于14 d；洞身混凝土养护时间不得少于7 d；已贯通隧道二衬混凝土养护时间不得少于14 d[9]。

（6）二衬换拱施工由两头向中间进行，采用逐段跳跃式施工，循环加固，保证二衬置换施工安全性，施工组织方案示意图见图4。

图4 先锋隧道二衬置换组织施工示意图

6 换拱段监控量测方案

（1）拆换后应加强对拱顶沉降和周边收敛的观测，断面间距为每次拆除段落（暂定2 m）布设一组，且在二衬拆除或初支置换后，及时将工作台车移出监测断面位置，以便监控两侧的工作正常开展。

（2）监控量测频率按照规范要求适当增大，按表1、表2 取大值执行。

表1 周边收敛和拱顶下沉的量测频率（按位移速度）

表2 周边收敛和拱顶下沉的量测频率（按量测间隔时间）

（3）为保证施工安全，施工过程中一旦检测到异常数据，应立即上报处理。位移与时间正常曲线和反常曲线见图5，其中反常曲线表示施工监测段发生的非施工引起的位移急剧增长现象。

图5 位移与时间的正常曲线和反常曲线

7 结论

综上所述，隧道二衬、初支置换及换拱段监控量测方案，对隧道二衬拆除施工、初支置换、仰拱置换、二衬重构等施工安全、施工质量影响显著，准确、可靠的施工检测数据，是指导隧道不良地质段二衬、初支置换施工的必要手段。施工阶段，应严格按照监控量测方案确定的量测频率进行施工监控，及时上报监控异常，并采取针对性治理对策，保证施工安全性。