1、换拱法在明川隧道塌方处理中的应用摘要 塌方是隧道施工中常见的问题,处理方案应视围岩条件、塌方原因、施工方法、环境要求等情况而定，经过充分的技术经济比较，选用相应的处理措施进行治理。本文通过明川隧道塌方处理实例,浅述了换拱法在隧道塌方处理中的应用。 关键词：围岩条件 塌方原因 换拱法 中图分类号：U45 文献标识码：A 1 引言 随着隧道工程施工技术水平的不断提高,具有各种特点的长大隧道、复杂地质隧道、大断面的隧道比重日趋增大。但由于地质条件、施工方法等多种因素的影响,隧道塌方仍是常见的问题，塌方直接危及施工作业人员的生命安全,造成设备损坏、工期延误、增加额外工程费用等严重损失。 2 工程概况
2、明川隧道位于敦化市盆地西部丘陵地区，地势起伏较大，隧道位于双泉上村东南侧，隧道起讫里程为 DK133+020DK134+580，中心里程为DK133+800,隧道全长 1560m,最大埋深为 38m。隧道线路位于直线上，隧道内纵坡为三个坡度段，坡度14.6280m、201200m、380m。DK133+246DK133+354 及DK134+330DK134+580 段位于 R=20000 的竖曲线上。隧道进出口均采用斜切式洞门。其中出口 DK134+327DK134+580 埋深较浅，为第四系全新统残破积粉质黏土与强风化玄武岩，围岩稳定性差。DK134+514-DK134+484 段洞顶埋深
3、为 1-3m,为浅埋偏压带，支护方式为 35m108 管棚超前支护，洞身开挖设计为 CRD 开挖法，DK134+484-DK134+327 段洞身开挖设计为 CRD 开挖法。 3 现场施工情况 现场进度情况，2012 年 7 月 8 日早晨 3:30 现场值班人员在巡视过程中发现隧道拱顶处仰坡开裂，山体顶部拱顶纵向裂缝长达 10m，宽度达3cm，并有多处长 13m，宽 1cm 左右网状不规则裂缝，仰坡左侧也出现纵向及横向裂纹，洞内出现横向贯通裂缝。立即上报给架子队长并通知测量及技术人员进行观测，发现 DK134+480、DK134+485 已下沉 30 多cm，架子队长及时组织人员进行支撑，并
4、安排测量每半小时观测一次，观测发现当时每小时塌方达 23cm。早晨 4:40 架子队长上报工区相关领导，在现场查看完情况后 7:00 上报项目部领导。上午项目部及总监办领导相继到达现场查看。下午 17:00 支撑基本完成，塌方趋于稳定，下午18:00 业主及设计监理在现场查看完后决定在确保安全的前提下，洞内临时仰拱砼浇筑完成后洞内外封闭现场，严禁人员进洞，洞外裂缝及时封闭。此时 DK134+480、DK134+485、DK134+491 拱顶实测高程分别为616.155m、616.384m、616.798m，最大处累计塌方达 51.1cm，靠近洞口处 DK134+491 断面累计塌方 9.6c
5、m。隧道中心向左最大位移 16mm，导向墙顶向内位移 5mm。从 2012 年 7 月 8 日 20:00 至 2102 年 7 月 9 日下午16:00，DK134+485、DK134+491 塌方为 3mm、1mm。 4 塌方原因分析 (1)掌子面围岩为第四系全新统残坡积粉质黏土，近日下雨水体下渗，土体含水量增加。 (2)基底没有及时封闭，核心土留设较少，拉槽过深，掌子面钢拱架整体下沉。 5 塌方处理方案 根据现场监测数据显示，目前塌方地段基本趋于稳定，经现场详细查勘商定采取以下措施对塌方地段进行处理。 (1)首先做好地表截排水系统。将洞顶裂缝灌浆封闭，开裂范围内清除杂草和树根后铺上塑料薄
6、膜喷 5cm 砼进行封闭，设置截水天沟两道将洞顶地表水引入右侧原水沟排出；对洞口右侧地表低洼地段接近隧道处用 C20 砼全部铺砌,铺砌厚度 20cm,断面尺寸为 60*60cm 梯形沟；明洞两侧边坡顶 5m 外修复截水沟将水引至路基外侧原排水沟处。同时做好洞顶周边排水，确保排水畅通。截水沟铺砌 C20 片石混凝土，厚度为 30cm，水沟设 8200 钢筋网，水沟内口坡比为 1：1。 (2)对初期支护进行临时支撑加固。洞口导向墙外 5m 范围内回填填土至圆心以上高度；DK134+480DK134+498 做扇形支撑，1.2 米/1 环，竖向及斜支撑共 9 道，用 7 根纵向工字钢连接成整体，纵向
7、工字钢与初期支护砼之间要塞楔形木块紧密贴，与原初期支护钢拱架焊接牢固形成一个整体。扇形钢架材料为 I16，间距为 1.2m/ 榀,底部横向钢架长度为12.97m，采用 22 钢筋纵向“八”字连接，以加强钢支撑的刚度，扇形钢架与纵向工字钢及底部横向钢架连接部位设置 GB709-88 连接板280*240*16,计 12 个/榀，设置部位为拱部范围（拱部为 140） ，具体尺寸详见扇形钢架图。 (3)对临时仰拱和掌子面挂网进行补强封闭，喷砼强度为 C20，临时仰拱用 I16 工字钢横向支撑，砼厚度 24cm,掌子面喷砼厚度 10cm，钢筋网片用 HPB2356 圆钢制作，网片间距 20*20cm。
8、 (4)每个钢架接头处增设 4 根长 4.5m 锁脚锚管，并注浆密实，锚杆与钢架之间焊接牢固。洞内从拱脚开始在拱部径向 3m 范围内全部进行注浆加固，洞顶个别裂缝较大处在地表加强注浆封闭。径向注浆，注浆孔按浆液扩散半径 0.6m 布置，孔口环向间距为 120cm,纵向间距为 120cm，注浆钻孔孔径为 52，孔口管为长 1m，壁厚 3.5mm 的 50mm 热轧无缝钢管，注浆材料为普通水泥浆，水灰比 1:1，注浆压力 0.51.0MPa。注浆范围为 DK134+480DK134+498，注浆完成后每 3m 一个断面，共 6 个断面，分别在拱顶及拱腰设置 3 个检查孔补注浆，加压至 1.5 MP
9、a,稳压 2分钟，检查是否注浆密实，若注浆效果良好，就开始下一步工序施工。若扩散未达到原设计要求，则加密孔间距注浆。详见径向注浆加固图。 (5)在山体稳定后对洞内 DK134+480DK134+491 共 11m 塌方侵限段落按初期支护作业的顺序进行换拱作业。第一榀换拱钢架与未塌方段最后一榀钢架间距 30cm，之后换拱钢架纵向间距 60cm，与设计间距相同，这样可以保证换拱钢架对已经塌方的原初支钢架在纵向分布上形成内插，提高施工的安全性以及可操作性。每个换拱循环内先用风镐破除原 2 榀钢架之间的初支砼，并凿除侵限部分岩体，而后在纵向间距 60cm 的位置内插安装 I20a 钢拱架，钢拱架安装顺
10、序为自拱顶向下逐节安装，安装完成后拆除被内插的一榀超限钢拱架。换拱时扩大拱脚，拱脚横向尺寸为1m，拱脚钢筋布置同导向墙拱脚配筋，施工中尽量减少对围岩的扰动。每个钢架接头处均设置 4 根长 5m 锁脚锚管，并注浆密实，横向用 2 根22 钢筋焊接成整体加强连接。每循环开挖换拱后立即施工初期支护，以减少围岩暴露时间。换拱按 V 级围岩 Vb 复合式衬砌断面图尺寸及技术参数施工，鉴于原管棚已失效，需施做超前小导管作超前支护，超前小导管长 4.5m，每环 3m，搭接长度 1.5m，间距 40cm。初期支护 I20a 钢拱架纵向“八”字焊接 22 连接钢筋,表面铺设 6 钢筋网，钢筋网间距为 20cm*
11、20cm，钢筋网搭接长度为 1-2 个钢筋网格。系统锚杆设置分别为：拱部 140o 范围内设 22 组合中空锚杆，长度为 4m,间距为1.5m*1.5m（环*纵） ；边墙设 22 砂浆锚杆，长度为 4m，间距为1.2m*1.0m（环*纵） ，砂浆强度不低于 M20。拱墙用 C30 喷砼，厚 28cm，仰拱用 C25 喷砼，厚 28cm。开挖施做径向锚杆及换拱过程中应加强监控量测监控，时刻监控塌方变形情况，发现问题随时报告并启动应急处理方案。 (6)洞内塌方段落钢拱架更换全部完成后将明暗交界线靠近明洞一侧DK134+514DK134+498 段 16m 仰拱分段完成，第一次先将DK134+514
12、DK134+504 段 10m 施工完成，K134+504DK134+498 段 6m 在天气连续晴天时组织人员突击施工，及时浇筑仰拱及填充砼，仰拱施工完成后先将洞口外 9m （DK134+507DK134+498）拱墙二衬施工完成。洞口 7m （DK134+491DK134+498）未侵入限界部分初期支护采用两侧错开开挖的方法施工边墙钢架，每循环 0.6m，1 榀钢架，加强锁脚锚管及径向锚杆施工，并对墙部底脚设垫块，并进行注浆加固处理。及时开挖仰拱并封闭成环，每次施做不大于 3m，仰拱施工完成后根据监测情况适时将洞口 7m 二衬完成，保证洞口段的稳定性。 (7)全部施工完成在后续开挖严格按照
13、设计施工工法施工，采取四步CRD 法进行施工，拱脚加强注浆固结，锚杆及时施作，边墙拱架施工错开施工，每次施工一榀。 6 小结 (1)换拱法凭借其施工特点，对塌腔侧壁的保护和加强以及在对原钢架割除时，减少了对围岩的扰动，保证了施工安全。 (2)换拱的施工将隧道塌腔在不同部位进行分割，使之在原来的基础上形成更为有利的超静定受力体系，为后续施工提供安全与保证，是本次隧道塌方处理过程的施工重点。 (3)换拱法的成功实施为今后大断面浅埋暗挖隧道塌方处理提供了施工经验，完善了隧道施工工艺。 7 参考文献 1关宝树 赵勇.软弱围岩隧道施工技术M.北京：人民交通出版社，2011. 2陈震.护拱分割法在隧道施工中的应用J.山西建筑，,1009-6825(2007)23-0324-02.
