浅埋段初支变形施工方法

浅埋段初支变形施工方法

杨林

中铁二十局集团第一工程有限公司 江苏苏州 215151

摘 要：本文介绍拱桥铺隧道洞口浅埋段大变形施工，其中包括隧道浅埋初支变形情况过程、应急方案、加固处理措施、拱架拆换等内容，总结了浅埋软弱围岩隧道变形处理的施工方法。

关键词：地质条件复杂、变形、旋喷桩、拱架拆换、安全 1.引言

拱桥铺隧道进口湖南省邵阳市洞口县石江镇巩桥村，隧道进口工区长度1980m，中心里程DK114+853，隧道洞身最大埋深约60m，为单洞双线隧道，线间距4.4～4.6m，设计速度：200km/h。拱桥铺隧道为I级风险隧道，其主要施工难点：存在岩溶异常区7处，断层3处，浅埋段3处。线路平面：该隧道左线自进口至DK114+058.204位于曲线半径R=4500m右偏曲线上，其余位于直线段。线路纵断面：隧道内设置“人”字坡，隧道内纵坡自进口至出口分别为3‰，-9‰，-10.9‰，洞内坡长分别为780m、700m、500m。

2.工程概况 拱桥铺隧道进口位于湖南省邵阳市洞口县石江镇巩桥村。进口工区施工岂止里程为DK112+920～DK114+900，长度1980m，其中Ⅲ级815m；Ⅳ级531m；Ⅴ级594m。

隧道进口段表层为Q4el+dl粉质粘土，褐黄色，硬塑，厚约5-20米；下伏基岩为石炭系大埔组Cd灰岩，弱风化，节理裂隙较发育~发育，主要岩层产150°∠30°，工程地质及水文地质条件复杂，岩溶极其发育，存在不可预见风险。

3.现场施工情况

截止2015年4月19日，拱桥铺隧道进口上台阶施工至DK113+010，中台阶施工至DK113+002，下台阶施工至DK112+996，仰拱施工至DK112+984。

地表加固区域初支开裂变形段上台阶中台阶明洞已浇筑仰拱已施工段下台阶现场施工情况示意图 4.DK113+002～DK113+011初期支护变形情况

2015年4月19日，7:00开挖线右中台阶DK113+001.4～DK113+002.6共计2榀，弱爆破清理中台阶灰岩孤石后，右侧边墙混凝土开裂、上台阶局部初支混凝土掉块，地表现环形裂缝，下沉约5cm。

9:00通过对洞内沉降观测点的监测，洞内12小时量测情况如下：DK113+010拱顶下沉351.4mm，收敛21mm；DK113+004拱顶下沉284.5mm，收敛25.7mm；DK112+999拱顶下46.9mm，收敛12.4mm。DK113+011侵限范围拱部120°。最大侵限值为22cm。

5.变形后现场采取应急加固措施 （1）地表处理

① 确定地表塌陷范围，在地表塌陷范围外10m设置围栏，设立警示牌，并安排专人看管，未经允许任何人不得进入警示区。

② 地表塌陷区域采用防水材料覆盖，并在围栏外1m设排水沟，排水沟采用梯形截水沟，排水沟尺寸如下图，开挖后采用M10砂浆抹面，抹面厚度为5cm，新开挖截水沟顺接入已施工洞口截水天沟，确保排水通畅。

（2）洞内加固处理

① 回填反压DK112+973～DK113+011洞内已开挖断面，回填高度为上台阶拱脚上0.5～0.8m，回填高度如图所示。

② 在DK113+002～DK113+011段施作横向和竖向临时支撑，临时支撑采用Φ25螺纹钢连接，环向间距0.5m设置，临时支撑与初支拱架采用16mm钢板帮焊，确保连接质量，临时支撑完成后，喷砼封闭横向临时仰拱。

地表加固区域初支开裂变形段I18竖向支撑（间距0.6m）上台阶回填反压中台阶明洞已浇筑仰拱已施工段下台阶回填反压及地表加固示意图

回填反压横断面示意图

6. DK113+002～DK113+011变形段开挖总体方案

DK113+002～DK113+011段上台阶已施工完成，变形后，拱顶初期支护侵限，地表开裂，需换拱作业。该段埋设为5～8m，浅埋，表层为粉质粘土，褐黄色，硬塑；下伏石炭，土石夹杂，不均匀分部，为确保换拱期间施工安全，采用以下措施：

(1)地表 ①地表警戒线设置

为防止因地表沉降塌陷危害人生安全，应对DK112+975~DK113+030段隧道中线30m范围设置警戒彩条。

②地表防排水

隧道区属于温湿亚热带气候，四季分明，雨量充沛，隧道进口段施工期正值雨季，为了防止地下水下渗软化围岩，在DK112+975~DK113+016段，沿隧道中线15m范围设置截排水沟，截排水沟引入已经施工完成的隧道洞口段截水天沟，截排水沟中间范围铺设塑料防水布。

③地表的平整及复耕

旋喷作业前，应该对地表场地适当平整，并用碎石铺垫15cm厚，旋喷作业完成后应该回填粘土，复耕处理。

(2)洞内回填

旋喷作业前，为防止旋喷作业时压力过大，导致洞内初支失稳塌方，应对洞内进行吹砂回填，并灌浆密实，对明暗分界里程往洞内2m范围进行采用粘土装麻袋进行封堵。

(3)旋喷加固

对DK113+002~+020段地表采用旋喷桩加固，加固范围：上台阶道开挖轮廓线上5m；上台阶拱脚处两排，加固范围上至拱顶上5m，下至隧道拱脚。旋喷桩直径60cm，间距45cm，咬合设置。

DK113+002～DK113+011旋喷桩加固范围示意图

DK113+002～DK113+011旋喷桩桩位布置图

（4）初期支护拱架更换

地表旋喷加固完成后DK113+002～+011拱部初期支护侵限段进行拆换，逐段拆除并重新施作，拆除时加强监控量测、完善钢构支撑，以保证拆换稳定可靠。

① 采用人工配合混凝土切割机将初期支护纵向按0.6m长度环向切开，或采用膨胀炸药按0.6m每环环向胀裂，使混凝土形成环向破裂带。

② 混凝土切割后人工采用风镐、电锤等工具拆除混凝土。 ③ 每次拆除初期支护长度0.6m，并及时施作新的初期支护。

④ 初期支护拆换时必须逐环进行，根据钢架组合件位置对需要拆换部位进行逐榀拆换。

⑤ DK113+002～DK113+011段顶部围岩破碎、松散，在换拱段加设超前小导管，超前小导管自小里程向大里程施作（小导管采用Ф42m，壁厚3.5mm热轧无缝钢管，钢管长4.5m，环向间距0.4m，纵向3.0m一环。小导管注浆采用水灰比0.5～1.0（重量比）的水泥砂浆，注浆压力1.5～2.0MPa），施作小导管后，凿除拆换拱架。

⑥ 换拱过程中，如围岩变形过大，临时横向、竖向支撑无法控制洞内变形时，考虑在初支内增设套拱，以加固稳定围岩，套拱作为换拱过程中的应急措施，需要提前加工好备用。

⑦ 加强洞内外围岩量测，并根据监控量测管理办法及时进行数据上报、分析、处理。 7.初期支护拆换施工注意事项：

① 凿除初支混凝土时主要以风镐为主，弱爆破配合施工，且每次只能换一榀，刻槽时注意预留沉降量不小于30cm。

② 监控量测点的布设要与换拱作业同步进行，按要求布设好监控两侧点，加密量测断面间距不大于3米并根据现场实际加密观测频率，每天定时分析数据，及时采取处理措施，二衬端头布置监控量测，对未凿出段进行观测，每天定时分析，及时采取处理措施；

③ 对已换拱段，必须及时二次衬砌施工，每段二衬按照6～10米考虑。

④ 风镐凿除喷射混凝土之前，必须先把喷射混凝土的凿除部分与不凿除部分在分界处切开分离，以防对不凿除部分混凝土有损伤。

⑤ 不能大面积拆除初期支护，防止塌方及冒顶。

⑥ 凿除喷射混凝土时如果锚杆垫板被破坏则需按设计要求更换。 ⑦ 拆除后必须及时初喷封闭围岩，防止因破碎围岩掉落引起二次塌方。 8.分析与总结 （1）变形原因分析

① 隧道进口段围岩情况较为复杂，上部为红粘土，下伏灰岩，灰岩经风化溶蚀，大多为石笋状，起伏较大，且隧道地质探孔较少，揭示围岩相对较粗。上、中台阶拱脚标高位置与地质报告上给出的围岩情况有出入。

② 在施工过程中，中台阶基本落到基岩上，而上台阶部分能落到基岩上，当上台阶落到基岩上的段落，相对变形量就会很少，如DK112+995—DK113+002段没有侵限，且累计下沉量为7cm左右，围岩较稳定。

③ 该段施工过程中，孤石（石笋状，内有填充物）位于中台阶边墙位置，在爆破后孤石解体，拱架背后土体失去支撑导致地表土塌陷，上台阶拱架收到冲击下沉、初支开裂。是导致本次变形开裂的直接原因。

（2）施工总结

拱桥铺隧道作为I级风险隧道，工程地质及水文地质条件复杂，岩溶极其发育，存在不可预见风险。进口段DK112+975～DK113+200浅埋段，根据开挖及补勘（揭示，溶沟、溶槽、溶洞等岩溶发育，溶洞内充填粉质黏土夹碎块石，整体稳定性差，施工难度较大。 拱桥铺隧道进口DK113+002～DK113+011初期支护变形段落施工处理过程：①地表排水系统疏通，防止雨水渗入造成二次危害，②洞内土方回填夯实并径向注浆加固，利用回填土挤压稳定变形中的初期支护，③地表采用高压旋喷桩加固塌方段落，确保拱架更换过程中施工安全，④对变形侵限拱架进行逐榀拆换，⑤加强洞内外围岩量测。

通过对此次变形事件的施工与处理，了解和掌握了软弱围岩及地质复杂地段的施工技术，为剩余工程施工提供了宝贵经验和技术支撑。