偏压、浅埋隧道换拱技术

偏压、浅埋隧道换拱技术

以铁路客运专线某隧道为工程背景，针对该隧道的偏压、浅埋，且全隧道均为全风化石英砂岩，受降雨影响大，施工过程中产生大变形导致初支侵限，不得不采取换拱措施。

标签：浅埋偏压换拱

1 工程概况

隧道位于湖南省境内，全长570m，为双线客专隧道，隧道内设置8.4‰的纵坡。

隧道位于低山丘陵区，沟谷切割发育，植被发育，地形起伏较大。隧道进口自然坡度15°～20°；出口自然坡度20°～25°。最小埋深1.9m，最大埋深约33m。围岩地质情况：隧道全部为V级围岩。地质情况：隧道区覆盖第四系残坡积层粉质粘土，褐红色，硬塑，土质均一，含5%-10%细角砾，母岩以砂岩为主，粒径0.2-2cm，其中0-0.5m为种植土，含少量植物根系，揭露厚度0.8-5.0m；细角砾土，稍密-微密，褐红色加褐黄色，稍湿，砾石母岩以砂质为主，粒径0.2-5cm，最大达18cm，孔隙间由粘性土充填，揭露厚度为3.1-9m；粗角砾土，褐黄-棕红色，稍湿，密室。

隧道在施工过程中，产生了较大的变形，超过了预留量，发生侵限。

2 隧道大变形原因分析

2.1 地质原因

变形段开挖揭示围岩软弱，岩层分界面起伏大，差异风化严重，岩体结构松散，围岩稳定性极差。拱墙部以全风化石英砂岩为主，拱部围岩风化成土状。浅埋段施工，遇连续降雨，雨水下渗后软化土体致围岩失稳。

2.2 施工原因

对软弱围岩隧道雨季期施工认识不足。在施工过程控制、变形控制、工序衔接方面不到位。工艺施作不到位。支护封闭不及时；台阶长度过大；超前小导管注浆施作不到位；锁脚锚管与钢架连接不牢固；监控量测成果未及时反馈及指导施工；围岩及初支变形量超限时，未及时采取加固措施。

3 换拱施工方案

3.1 总体施工方案

待监控量测稳定后，对侵限的松散土层范围内进行径向注浆，待注浆强度达到100%后，由浇筑二衬侧往掌子面逐榀施工，先施做小导管，后全环拆换；若变形超限，则自下而上拆换。拆换完毕后，再进行下台阶及仰拱开挖，同时缩短台阶长度，仰拱及二衬紧跟。待步序调整完毕后，再进行掌子面掘进开挖，掘进开挖前应先对虚碴进行注浆固结处理，注浆强度达到75%后，再按三台阶临时仰拱法掘进开挖，上台阶预留核心土+扩大拱脚，中台阶加设I18临时仰拱。

3.2 关键工序及技术要点

待初支稳定后，采用3.5m长Φ42超前小导管对塌落部位进行注浆处理，确保掌子面及前方围岩稳定。超前小导管布置范围为拱顶180°范围，环向间距40cm。

对需要换拱范围内的松散土体初支进行径向注浆，注浆孔深度4m，孔口环向间距1m，孔底环向间距1.0m，纵向间距每1.0m一环。注浆孔采用风钻开孔，注浆孔孔口管采用Φ42mm无缝钢管，采用4m长的小导管。注浆采用水泥净浆，自下而上按照梅花形顺序进行注浆，注浆压力控制在0.8～1.0Mpa。

径向注浆管每隔两榀间距，即1.0m布置一环注浆管，梅花形布置。注浆管应靠近需拆换钢架附近，即避免注浆管侵入凿除初支范围，又能保证需拆换钢拱架背后松散土体的注浆效果。注浆管施作位置同时应注意避免影响钢拱架拆换。

为保证拆换钢架时施工安全，拆换钢架前采用3.5m

Φ42mm超前小导管进行超前支护，超前小导管按纵向间距1.2m一环，环向间距0.4m，超前小导管施作角度15～20°，应保证超前小导管均匀布置。第一环超前小导管在拆换钢架前施作，此后每拆换两榀钢架施作一环超前小导管。施作超前小导管应与新支立的钢拱架焊接稳固，且从钢拱架腹部预留孔穿过。

凿除初支施工以人工配合机械施工，严禁采用爆破作业；逐榀先立后拆，先施作小导管，后全环拆换；若变形超限，则自下而上拆换，严禁围岩长时间暴露，凿除初支完成后应初喷混凝土，然后再支立钢拱架，挂网喷射混凝土，切槽槽壁应初喷射混凝土5～8cm，防止围岩暴露而产生滑塌。

每榀钢拱架按设计位置于每侧拱脚处打设4m长φ42锁脚锚管6根，每台阶增加共12根。锁脚锚管并采用“U”型或“L”型卡焊接牢固。

中上台阶拆换拱架后在中台阶加设I22临时仰拱，该段后续中下台阶开挖时在拱脚增设扩大拱脚或拱脚垫槽钢，以防止初支下沉。

4 总结

经过采用加强超前支护，增加锁脚锚管数量，径向注浆等措施后，在采取炮机凿除侵限初支时，能够明显地发现径向注浆的浆液充满了松散土体内部，起到

了加固作用，保证了拆换过程的安全性，实际施工中可达到每天拆换两榀钢拱架，顺利完成了换拱任务，并保证了换拱以后的初支稳定性，可为今后的高铁隧道偏压浅埋、复杂地质隧道换拱提供经验。

参考文献：

[1]铁路客运专线隧道工程质量检查与控制.西南交通大学出版社，2008.

[2]TB10753-2010高速铁路隧道工程施工质量验收标准.北京：中国铁道部出版社.

[3]TB10424-2010铁路混凝土工程施工质量验收标准.北京：中国铁道出版社.

王毅（1975-），男，陕西乾县人，毕业于石家庄铁道学院，研究方向：工程管理。