技术指导| 隧道初期支护侵限处理(案例)

1. 工程概况

本隧道为双洞单向分离式隧道，左线全长740.634米。右线全长680米，两线间距28.4m～31.9m隧道埋深为4.2m～102.98m，最大开挖宽度为12.54m，最大开挖高度为9.86m。

隧道左洞由于地质偏压的原因，地表先后出现了三条裂缝，裂缝宽度最大为4.5厘米，局部出现侵限，造成二衬厚度小于设计厚度，局部二衬厚度已成为负值，需进行拱部局部换拱处理。另有部位套拱需要拆除，长管棚保留。

当隧道监控数据显示初期支护开始出现侵限后，及时采取了增设锁脚小导管、小导管引流、临时仰拱、附拱及横向工字钢支架、停止掌子面掘进，洞顶地表施作抗滑桩、集水井等措施进行了加固，确保了隧道施工安全。

2.换拱施工方案

2.1、换拱方案总体说明

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，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，分三种情况进行处理：

①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；

②初期支护侵入二衬5～10cm段凿除表面初喷混凝土至拱架，进行二衬结构补强处理；

③初期支护侵入二衬大于10cm的范围进行换拱处理。

按此标准，共需拆换拱架51榀。换拱时采用钢管支架作为工作平台，从大里程开始换拱，换拱时交替进行施工，减少扰动面。换拱时预留小导管进行排水处理，同时在隧道顶地表面开挖临时排水沟，防止换拱时雨水入侵。每榀拱架需拆换的部位不同，见隧道断面测量图，代表性的部位如图1所示：

2.2、切槽换拱施工方案

为确保施工的安全性,将仰拱以上的部位采用隧道弃方进行回填，回填到换拱的位置即起拱线位置，高度为2.11米。由于换拱前的初期支护已经稳定，证明围岩已经稳定，换拱时不再考虑12cm预留变形量，认为变形量为0cm。换拱时凿除原拱圈25cm喷射混凝土和侵限围岩,达到扩宽隧道内净空的目的，再新凿除的侵限围岩外进行素喷砼4cm，防止施工过程出现下雨天中的雨水对围岩的侵蚀作业。先安装钢拱架、连接板和钢筋网片后再进行换拱后的喷射砼作业。如此以来，一方面加固拱圈,另一方面在施工中扩大衬砌净空解决隧道侵限问题。

2.2.1为了确保施工安全防止松散围岩在施工中脱落，在施工前先对此侵限段进行注浆加固处理，在此侵限段垂直于岩面每榀拱架呈环形布置注浆小导管，环向间距1米，布置10根，纵向间距50cm，成梅花形布置，注浆小导管规格：Φ42×4.5，水泥浆水灰比0.8～1,注浆压力0.5～1Mpa。换拱注浆小导管施工图见图二。

2.2.2待注浆凝固达到设计强度后对原初期支护拱架进行切割凿除，切槽宽度50cm。为防止相邻两榀拱架同时进行切槽而造成临空面过大，围岩自重过大，相邻切槽施工时拱圈内应力重分布导致的不利影响,所以在施工中应采取跳槽切割的方法进行施工，各槽之间的中心距应在100cm左右。用风枪、破碎锤凿除钢架初期支护，按设计开挖轮廓线人工修出欠挖部分围岩土，割除侵限部分工字钢拱架钢筋网片、连接筋，喷射4cm砼，按设计要求挂设钢筋网，换上新加工的钢架并进行可靠连接。锁脚小导管安装位置见下页图三。

2.2.3再凿除中间切槽之间的混凝土进行更换,以达到换拱的目的。用风枪、破碎锤凿除钢架之间的钢筋网、喷射砼，按设计开挖轮廓线人工修出欠挖部分围岩土，割除侵限部分钢筋网片、连接筋，按设计要求挂设钢筋网，喷射4cm砼，挂设钢筋网片，进行钢拱架之间的初期支护喷射砼。按此循环进行钢拱架之间的部分进行替换。利用3.2.1步骤中的注浆小导管作为径向锚杆，施工钢管网片时，网片与小导管相连接。

2.3起拱线以下，仰拱以上部位的换拱，锁脚采用注浆小导管，布置按2.2.2条进行，但环向只布置4根，系统锚杆不再进行布置。

2.4拆除侵限初期支护施工注意事项：

2.4.1为确保施工安全，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，每次只允许凿除一榀拱架，不能大面积拆除初期支护，防止塌方及冒顶。

2.4.2已经拆换下来的拱架因为已经严重变形所以不得再使用，拆换下来的连接筋、钢筋网给予报废。

2.4.3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。

2.4.4拆除后必须及时初喷。

2.4.5隧道换拱施工工序及工期计划施工框图

3.换拱的具体施工工艺

3.1、换拱前的垫方

根据测量数据显示，ZK43+235～ZK43+262里程内需要换拱的地方均在隧道的右侧，为减少临空面，保证换拱安全，对仰拱以上至起拱线以下部分采用16吨自卸车进行运输隧道弃渣回填。回填高度为1.64+0.32+0.15=2.11米，回填时采用8吨振动型光轮压路机进行碾压，要求压实度不小于90%。，再按上述换拱施工方案中的相关叙述将仰拱以上至起拱线以下部分进行换拱施工。

3.2、钢管支架的搭设

为了便于人工凿除侵限的围岩，同时给换拱提供操作平台，在换拱前进行钢管架的搭设，钢管采用48mm直径，3.5mm壁厚的普通钢管。搭设长度为25米。搭设竖杆按纵向间距1.2米，横向间距0.6米布置，纵向水平杆按高度间距1.2米，横向间距0.6米布置，横向水平杆按高度间距1.2米，纵向间距1.2米布置.

3.3更换侵限钢拱架

侵限混凝土凿除后，确定侵限钢架长度，割除钢架，人工清除欠挖围岩土，初喷4cm混凝土，安装第一层钢筋网后按设计要求安装钢架。

3.4换钢架施工方法

3.4.1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40cm，考虑到工字钢的宽度，切割宽度为50cm。换拱前预先在每榀钢架切割位置下方50cm处，每处打设1根锁脚小导管，锁脚小导管采用φ42×3.5mm，长度为4.5m，与3.2.2步骤相同，施工图为图三。

3.4.2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。

3.4.3先按Ⅴ级围岩钢架设计要求制作好钢拱架，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。

3.4.4把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。

3.4.5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，焊缝高度8mm，接头采用螺栓连接。

3.4.6在钢架与围岩的空隙处加设混凝土垫块，楔紧钢架。

3.4.7按环向间距1米布设纵向连接筋，连接筋长度为62厘米，钢筋直径为22mmHRB335钢筋，连接钢筋两端配置30×2.5mm钢管作为纵向连接管。

3.4.8喷射混凝土。

3.5换钢架施工工艺要求

3.5.1严格按设计图纸加工钢拱架，检查其尺寸、焊接等，要符合设计规范要求，所用钢材进场时按批量和型号分批试验、检验，内容包括：标识、厂家、品种、数量、外观等，并按规定的抽样做力学性能试验，符合要求后才能使用。

3.5.2根据中线、水平、隧道断面和预留沉降量等将钢拱架架设在中线方向的垂直面上，并力求整齐，同时支护之间仍按设计要求设纵向连接筋，构成整体，并与围岩间用混凝土垫块顶紧。

3.5.3新拱架与原拱架间焊接要牢靠、平顺。

3.5.4钢架垂直于隧道中线，上下、左右允许偏差±5cm，钢架倾斜度不得大于2°。

3.6钢筋网施工

3.6.1钢筋网采用φ8mm钢筋，网格尺寸为20×20cm,搭接长度为20cm。

3.6.2钢筋网铺设要符合下列要求：

（1）在初喷4cm混凝土后进行钢筋网铺设。

（2）使用前要清除锈蚀。

（3）随喷浆面起伏铺设与受喷面间隙一般不大于3cm。

（4）开始喷射时，减小喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋保护层厚度不得小于100px。

3.6.3换拱完成后，将垫方及凿除的弃渣全部采用挖掘机装入自卸车内，自卸车运到隧道弃渣场进行弃方处理，运距约为1公里。

4、套拱的拆除

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