本發(fā)明涉及隧道的換拱施工方法，具體為隧道塌方處的換拱施工方法。

背景技術(shù)：

v1級圍巖，巖性以糜棱巖為主，斷層碎裂巖飽和濕軟，斷層上盤張性裂隙較發(fā)育，相對富水，沿斷裂上盤接觸帶可能存在股狀涌水或淋雨狀出水，斷層帶局部可能短時發(fā)生突泥突水，屬中等富水洞身段，圍巖整體穩(wěn)定性差。

這類圍巖在施工后，極容易出現(xiàn)初期支護(hù)受拱頂圍巖壓力，拱部變形造成初期支護(hù)侵入二襯輪廓線，而由于塌方部位的巖石還不穩(wěn)定，仍有繼續(xù)塌方可能，故人員和設(shè)備處理塌方的難度較大，危險性高，處理方法不當(dāng)極易導(dǎo)致安全事故和較大的工期延誤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決由于隧道塌方部位的巖石還不穩(wěn)定，仍有繼續(xù)塌方可能，從而導(dǎo)致處理隧道塌方處的難度較大、危險性高，極易導(dǎo)致安全事故發(fā)生的問題，故提供了一套相對成熟、完善、安全系數(shù)高的隧道塌方處的換拱施工方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：隧道塌方處的換拱施工方法，包括下列步驟：

1）洞渣反壓回填：將洞渣運至二襯端頭，利用機械作業(yè)將洞渣向塌方段落逐漸推進(jìn)，形成反壓形式，減少臨空面；

2）超前注漿：采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，從拱腳到拱頂全斷面注漿：采用風(fēng)動鑿巖機沿隧道拱部開挖輪廓線外10cm施鉆，成孔后安裝超前小導(dǎo)管,將小導(dǎo)管尾部與鋼拱架焊接牢固，并用鋼板將小導(dǎo)管與縱向鋼拱架固定，然后沿小導(dǎo)管布置線噴砼形成止?jié){盤；

3）徑向注漿：徑向注漿采用梅花狀布置的中空注漿錨桿；

4)初期支護(hù)鑿除：采用人工風(fēng)鎬加破碎錘開挖法進(jìn)行施工，拆除時，按照從上往下、先外后內(nèi)的原則進(jìn)行拆除；

a.利用洞渣在施工段落墊出施工平臺后，破碎錘從拱頂向兩側(cè)均勻拆除初支，局部位置用人工風(fēng)鎬進(jìn)行拆除；

b.在拆除鋼拱架前，采用地質(zhì)雷達(dá)對隧道圍巖進(jìn)行掃描，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示圍巖初期支護(hù)穩(wěn)定后，進(jìn)行鋼拱架的拆換，鋼拱架按照每次更換一榀的原則，對拆除段落鋼拱架進(jìn)行拆除，環(huán)向鋼拱架按照從上到下的順序進(jìn)行拆除；

c.拆除鋼拱架時，破碎錘破除鋼拱架背后的巖土，當(dāng)用破碎錘不便于操作時，采用風(fēng)鎬鑿除鋼拱架背后的巖土；

鋼拱架切割應(yīng)沿半徑方向，一次割除一個鋼拱架單元，割除前采用頂撐頂住被割除段的鋼拱架單元，每個鋼拱架單元兩端用氣焊割除后，再割除鋼拱架原有的縱向連接鋼筋、鋼筋網(wǎng)片，然后用錘頭先輕敲震動鋼拱架單元，使鋼拱架單元松動，此時采用機械設(shè)備對鋼拱架單元進(jìn)行支撐，再由多名工人配合拖住鋼拱架單元，1人用撬棍從一端到另一端逐步撬動，直至鋼拱架單元順利拆除；

在鋼拱架拆除完成后，人工進(jìn)行欠挖處理，對于局部殘留的砼采用風(fēng)鎬破除，錨管支護(hù)類鋼結(jié)構(gòu)采用氣焊切除，直至輪廓滿足施工和設(shè)計要求；

5)鋼拱架更換：把加工好的鋼拱架運至作業(yè)面，調(diào)整后定位安裝；每節(jié)鋼拱架打設(shè)2根鎖腳錨管，鎖腳錨管的尾端彎制成l型與鋼拱架焊接牢固；

按設(shè)計要求將縱向連接筋與鋼拱架焊接，焊接長度雙面焊不小于5d，相鄰兩榀鋼拱架之間采用梅花型布置連接鋼筋；

焊接鋼筋網(wǎng)片，搭接長度1個網(wǎng)格；

6)空腔處理：

a.管棚施工；

①測量放樣，標(biāo)注孔位：沿掌子面右側(cè)塌方范圍起拱線至左側(cè)塌方范圍內(nèi)標(biāo)注管棚孔位；②安放并固定鉆機，根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整鉆孔方位與線路軸線外插角；③開動鉆機，鉆進(jìn)時低速低壓，鋼管隨進(jìn)度一根一根連續(xù)接長，直到預(yù)定位置，鋼管尾端焊接法蘭與止?jié){閥；

b.管棚注漿：采用水泥砂漿將鋼管內(nèi)空腔填滿；

c.加強塌方段支護(hù):①初期支護(hù)加強，采用工字鋼支護(hù)，交錯布置,全環(huán)布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，用噴射混凝土封閉；②空腔分層回填：初期支護(hù)施做時，先埋設(shè)兩根預(yù)留管，一根用于泵混凝土，另一根用于排氣管,塌方段初期支護(hù)完成后，先用混凝土回填，形成保護(hù)殼，再用粉煤灰回填。

隧道塌方后，塌方體未封閉整個隧道而形成了較大的塌方空腔，塌方部位的巖石還不穩(wěn)定，仍有繼續(xù)塌方可能，人員和設(shè)備無法在塌方空腔內(nèi)采取塌方處理措施來穩(wěn)定塌方部位。此類塌方處理難度很大，危險性高，處理方法不當(dāng)會導(dǎo)致安全事故和較大的工期延誤。本發(fā)明的隧道塌方處的換拱施工方法，采用隧道洞渣反壓回填加超前注漿施工，既有效的保證了安全、質(zhì)量，又節(jié)省了臨時支護(hù)等。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果如下：

1、本發(fā)明的隧道塌方處的換拱施工方法的安全性好，處理塌方人員和機械基本是在安全作業(yè)面施工，無安全隱患；

2、本發(fā)明的隧道塌方處的換拱施工方法的施工速度快，操作簡便，勞動強度低；

3、本發(fā)明的隧道塌方處的換拱施工方法的處理塌方成本低，經(jīng)濟(jì)效益好；

4、節(jié)約工期約50%；

5、利用洞渣反壓回填，可以減少臨時支護(hù)材料的投入，既保證了安全，又節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的施工工藝流程圖；

圖2為鋼拱架的拆除順序。

具體實施方式

本實施例以大萬隧道右洞k38+990-k39+200段初期支護(hù)換拱施工工藝進(jìn)行詳細(xì)說明。

大萬山隧道右線k38+990-k39+200段為v1級圍巖，埋深452m，洞體穿越f6壓扭性斷層破碎帶，巖性以糜棱巖為主，斷層碎裂巖飽和濕軟，斷層上盤張性裂隙較發(fā)育，相對富水，沿斷裂上盤接觸帶可能存在股狀涌水或淋雨狀出水，斷層帶局部可能短時發(fā)生突泥突水。屬中等富水洞身段。圍巖整體穩(wěn)定性差。

在施工后，初期支護(hù)受拱頂圍巖壓力，拱部變形造成初期支護(hù)侵入二襯輪廓線，局部塌方現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，需要對侵限段進(jìn)行超前加固和換拱處理，施工中大膽實施，積極創(chuàng)新，形成了自己一套相當(dāng)成熟、完善的換拱施工工法。

隧道塌方處的換拱施工方法，包括下列步驟：

1）洞渣反壓回填：將洞渣運至二襯端頭附近，利用裝載機及挖掘機配合工作從而將洞渣向塌方段落逐漸推進(jìn)，形成反壓形式，減少臨空面，防止塌方段進(jìn)-步擴(kuò)大；

2）超前注漿：采用φ42×4mm小導(dǎo)管超前支護(hù)，環(huán)向間距0.3m，每根長3.5m，從拱腳到拱頂全斷面注漿：施工前提前加工成注漿花管（注漿花管即小導(dǎo)管），小導(dǎo)管外插角為10°～15°，采用風(fēng)動鑿巖機沿隧道拱部開挖輪廓線外10cm施鉆，成孔后安裝小導(dǎo)管,將小導(dǎo)管尾部與鋼拱架焊接牢固，并用鋼板將小導(dǎo)管與縱向鋼拱架固定，然后沿小導(dǎo)管布置線噴砼形成止?jié){盤；

注漿材料為水泥水玻璃雙漿液，重量比水泥：水：水玻璃=1:1：0.23，凝結(jié)時間在30分鐘左右，注漿壓力達(dá)到1.0mpa停止注漿，注漿設(shè)備采用kby50/70雙液注漿泵進(jìn)行注漿作業(yè)。

3）徑向注漿:徑向注漿采用梅花狀布置的中空注漿錨桿，錨桿長度為3.5m，縱向間距為0.6m，環(huán)向間距為1m；

4)初期支護(hù)鑿除：初期支護(hù)拆除采用鉆爆法施工會引起相鄰襯砌和圍巖發(fā)生爆破震動，會對隧道圍巖和鄰近結(jié)構(gòu)物力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響，故采用人工風(fēng)鎬加破碎錘開挖法進(jìn)行施工，減少施工時對相鄰初支的震動，拆除時，為避免隧道初支拆除過程中出現(xiàn)整體脫落，按照從上往下、先外后內(nèi)的原則進(jìn)行拆除;

a.先利用洞渣在施工段落墊出一個施工平臺，滿足破碎錘從上往下施工的條件，破碎錘從拱頂向兩側(cè)均勻拆除初支，局部位置用人工風(fēng)鎬進(jìn)行拆除;

b.鋼拱架的拆除至關(guān)重要，鋼拱架拆除后會導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布，巖面外露，故在拆除鋼拱架前，采用地質(zhì)雷達(dá)對隧道圍巖進(jìn)行掃描、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示圍巖初期支護(hù)穩(wěn)定后，方可進(jìn)行鋼拱架的拆換，如拆除過程中遇圍巖掉塊，應(yīng)及時撤離人員，上報上級單位；鋼拱架按照每次更換一榀的原則，對拆除段落鋼拱架進(jìn)行拆除，環(huán)向鋼拱架連接點分為5次拆除，且按照從上到下的順序進(jìn)行拆除，具體拆除順序如圖2所示；

c.拆除鋼拱架時，破碎錘破除鋼拱架背后的巖土，當(dāng)用破碎錘不便于操作時，采用風(fēng)鎬鑿除鋼拱架背后的巖土；

鋼拱架切割應(yīng)沿半徑方向，一次割除一個鋼拱架單元，割除前采用頂撐頂住被割除段的鋼拱架單元，每個鋼拱架單元兩端用氣焊割除后，再割除鋼拱架原有的縱向連接鋼筋、鋼筋網(wǎng)片，然后用錘頭先輕敲震動鋼拱架單元，使鋼拱架單元松動，此時采用機械設(shè)備對鋼拱架單元進(jìn)行支撐，再由四名工人配合拖住鋼拱架單元，1人用撬棍從一端到另一端逐步撬動，直至鋼拱架單元順利拆除，；

在鋼拱架拆除完成后，人工進(jìn)行欠挖處理，對于局部殘留的砼采用風(fēng)鎬破除，錨管支護(hù)類鋼結(jié)構(gòu)采用氣焊切除，直至輪廓滿足施工和設(shè)計要求；

5)鋼拱架更換：把加工好的鋼拱架運至作業(yè)面，調(diào)整后定位安裝；每節(jié)鋼拱架打設(shè)2根鎖腳錨管，鎖腳錨管的尾端彎制成l型與鋼拱架焊接牢固，鎖腳錨管采用長3.5m的φ42*4mm小導(dǎo)管；

按設(shè)計要求將環(huán)向間距為0.5m的縱向連接筋與鋼拱架焊接，焊接長度雙面焊不小于5d，相鄰兩榀鋼拱架之間采用梅花型布置連接鋼筋。

鋼筋網(wǎng)片采用φ8mm鋼筋，網(wǎng)格間距為20×20cm，搭接長度1個網(wǎng)格。

6)空腔處理：

為確保塌方區(qū)施工安全，采用自進(jìn)式跟鉆孔機施作管棚通處理該段。自進(jìn)式跟管機的原理：準(zhǔn)備工作→架設(shè)工作平臺→孔口測量定位→安放鉆機→跟管鉆進(jìn)→接管→跟管鉆進(jìn)→結(jié)束或移孔→注漿。自進(jìn)式跟管機的優(yōu)點：鉆桿旋轉(zhuǎn)推動鉆頭前進(jìn)，到預(yù)定位置后鉆桿形成管棚，無需打孔退鉆送管，避免塌孔和鋼管送不到位的狀況發(fā)生；鉆進(jìn)的同時用水冷卻鉆頭，無粉塵，施工環(huán)境更加健康。

a.管棚施工:管棚采用直徑為φ108mm、壁厚6mm的鋼管，總長30m，節(jié)長3m和6m兩種規(guī)格，且相鄰鋼管之間用套筒連接；

①測量放樣，標(biāo)注孔位。沿掌子面右側(cè)塌方范圍起拱線至左側(cè)塌方范圍內(nèi)，標(biāo)注管棚孔位，環(huán)向間距50cm;②安放并固定鉆機，根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整鉆孔方位與線路軸線外插角;③開動鉆機，鉆進(jìn)時低速低壓，鋼管隨進(jìn)度一根一根連續(xù)接長，直到預(yù)定位置，鋼管尾端焊接法蘭與止?jié){閥;

b.管棚注漿：管棚注漿采用m30水泥砂漿，目的是將鋼管內(nèi)空腔填滿，增加鋼管的強度，讓管棚具有更好的支撐作用。注漿完畢，用水清洗注漿機與注漿管,待漿液凝結(jié)，管棚具有一定強度和剛度后，在進(jìn)行空腔回填處理;

c.加強塌方段支護(hù):①初期支護(hù)加強，加強塌方空腔段初期支護(hù)，采用i22a工字鋼支護(hù)，工字鋼間距調(diào)整為50cm，φ22連接鋼筋調(diào)整為上下兩層，環(huán)向間距調(diào)整為50cm/根，交錯布置,全環(huán)布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，用c25噴射混凝土封閉;②空腔分層回填，初期支護(hù)施做時，先埋設(shè)兩根預(yù)留管，一根用于泵混凝土，另一根用于排氣管,塌方段初期支護(hù)完成后，先用c30混凝土回填，厚度3m，形成保護(hù)殼，再用粉煤灰回填,混凝土每次回填厚度不宜超過50cm，待混凝土強度達(dá)到設(shè)計60%，再進(jìn)行回填，保證混凝土具有一定的自穩(wěn)能力，回填期間，要不間斷觀測初期支護(hù)變化情況。

施工中所需的材料與設(shè)備如表1所示

表1

質(zhì)量控制

超前注漿及徑向注漿要保證，注漿質(zhì)量。

1、嚴(yán)把初期支護(hù)拆除采用鉆爆法施工，避免引起相鄰襯砌和圍巖發(fā)生爆破震動，造成對隧道圍巖和鄰近結(jié)構(gòu)物力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。

2、拱架拆除時，為避免隧道初支拆除過程中出現(xiàn)整體脫落，鋼拱架按照每次更換一榀的原則，拆除從上往下進(jìn)行，按照先外后內(nèi)的原則進(jìn)行拆除。

3、拆換后的拱架單元恰巧不能螺栓連接時，要采用型鋼或16mm鋼板對連接處楔緊并四面滿焊。

4、拆換拱架前，對施工作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，施工時盡量減少正面對著換拱作業(yè)面的時間。

大萬山隧道右線k39+083-k39+143段處理是采用洞渣固結(jié)封閉掌子面，管棚超前，增強支護(hù)。在進(jìn)行開挖過程中，小間距逐步推進(jìn)，支護(hù)及時到位。同時加強監(jiān)控量測，特別是拱頂沉降和周邊位移，及時掌握圍巖和支護(hù)受力狀況，避免了在施工過程中的安全隱患，運用本工法共計一個月澆筑任務(wù)，保證了大萬山隧道后期施工的安全，節(jié)約了施工時間，產(chǎn)生了較好的社會效益。

技術(shù)特征：

1.隧道塌方處的換拱施工方法，其特征在于，包括下列步驟：

1）洞渣反壓回填：將洞渣運至二襯端頭，利用機械作業(yè)將洞渣向塌方段落逐漸推進(jìn)，形成反壓形式，減少臨空面；

2）超前注漿：采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，從拱腳到拱頂全斷面注漿：采用風(fēng)動鑿巖機沿隧道拱部開挖輪廓線外10cm施鉆，成孔后安裝超前小導(dǎo)管,將小導(dǎo)管尾部與鋼拱架焊接牢固，并用鋼板將小導(dǎo)管與縱向鋼拱架固定，然后沿小導(dǎo)管布置線噴砼形成止?jié){盤；

3）徑向注漿:徑向注漿采用梅花狀布置的中空注漿錨桿；

4)初期支護(hù)鑿除：采用人工風(fēng)鎬加破碎錘開挖法進(jìn)行施工，拆除時，按照從上往下、先外后內(nèi)的原則進(jìn)行拆除；

a.利用洞渣在施工段落墊出施工平臺后，破碎錘從拱頂向兩側(cè)均勻拆除初支，局部位置用人工風(fēng)鎬進(jìn)行拆除；

b.在拆除鋼拱架前，采用地質(zhì)雷達(dá)對隧道圍巖進(jìn)行掃描，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示圍巖初期支護(hù)穩(wěn)定后，進(jìn)行鋼拱架的拆換，鋼拱架按照每次更換一榀的原則，對拆除段落鋼拱架進(jìn)行拆除，環(huán)向鋼拱架按照從上到下的順序進(jìn)行拆除；

c.拆除鋼拱架時，破碎錘破除鋼拱架背后的巖土，當(dāng)用破碎錘不便于操作時，采用風(fēng)鎬鑿除鋼拱架背后的巖土；

鋼拱架切割應(yīng)沿半徑方向，一次割除一個鋼拱架單元，割除前采用頂撐頂住被割除段的鋼拱架單元，每個鋼拱架單元兩端用氣焊割除后，再割除鋼拱架原有的縱向連接鋼筋、鋼筋網(wǎng)片，然后用錘頭先輕敲震動鋼拱架單元，使鋼拱架單元松動，此時采用機械設(shè)備對鋼拱架單元進(jìn)行支撐，再由多名工人配合拖住鋼拱架單元，1人用撬棍從一端到另一端逐步撬動，直至鋼拱架單元順利拆除；

在鋼拱架拆除完成后，人工進(jìn)行欠挖處理，對于局部殘留的砼采用風(fēng)鎬破除，錨管支護(hù)類鋼結(jié)構(gòu)采用氣焊切除，直至輪廓滿足施工和設(shè)計要求；

5)鋼拱架更換：把加工好的鋼拱架運至作業(yè)面，調(diào)整后定位安裝；每節(jié)鋼拱架打設(shè)2根鎖腳錨管，鎖腳錨管的尾端彎制成l型與鋼拱架焊接牢固；

按設(shè)計要求將縱向連接筋與鋼拱架焊接，焊接長度雙面焊不小于5d，相鄰兩榀鋼拱架之間采用梅花型布置連接鋼筋；

焊接鋼筋網(wǎng)片，搭接長度1個網(wǎng)格；

6)空腔處理：

a.管棚施工；

①測量放樣，標(biāo)注孔位：沿掌子面右側(cè)塌方范圍起拱線至左側(cè)塌方范圍內(nèi)標(biāo)注管棚孔位；②安放并固定鉆機，根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整鉆孔方位與線路軸線外插角；③開動鉆機，鉆進(jìn)時低速低壓，鋼管隨進(jìn)度一根一根連續(xù)接長，直到預(yù)定位置，鋼管尾端焊接法蘭與止?jié){閥；

b.管棚注漿：采用水泥砂漿將鋼管內(nèi)空腔填滿；

c.加強塌方段支護(hù)：①初期支護(hù)加強，采用工字鋼支護(hù)，交錯布置,全環(huán)布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，用噴射混凝土封閉：②空腔分層回填：初期支護(hù)施做時，先埋設(shè)兩根預(yù)留管，一根用于泵混凝土，另一根用于排氣管,塌方段初期支護(hù)完成后，先用混凝土回填，形成保護(hù)殼，再用粉煤灰回填。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及隧道的換拱施工工法，具體為隧道塌方處的換拱施工方法。本發(fā)明為了解決由于隧道塌方部位的巖石還不穩(wěn)定，仍有繼續(xù)塌方可能，從而導(dǎo)致處理隧道塌方處的難度較大、危險性高，極易導(dǎo)致安全事故發(fā)生的問題，故提供了一套相對成熟、完善、安全系數(shù)高的隧道塌方處的換拱施工方法，施工步驟如下：洞渣反壓回填?超前注漿?徑向注漿?初期支護(hù)鑿除?鋼拱架更換?空腔處理，該施工方法既有效的保證了安全、質(zhì)量，又節(jié)省了臨時支護(hù)等。

技術(shù)研發(fā)人員：劉恩滔;金路;劉釗;徐宏雷;羅強;陸陽;高昌偉;安晉哲;靖博;任愛虎;王浩天;郭昭;支京亮;宋元元;陳傳明;秦雷雷;蘭星;劉志平;易建華;楊偉強;高榮鑫;王瑞哲;李帥;梁梓懿;張超;趙杰;閆淑琦;王超

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵六局集團(tuán)太原鐵路建設(shè)有限公司;中鐵六局集團(tuán)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.09

技術(shù)公布日：2021.06.22