高速公路隧道初期支护换拱技术研究

高学华

【摘 要】换拱是解决隧道在施工过程中发生了初期支护变形过大，侵入二衬范围隧道病害的有效措施，本文结合上坪隧道的换拱方案，阐述了在软弱围岩地质条件下，高速公路隧道换拱的施工工艺及流程，为类似工程提供可用经

验。%Exchanging humps is a usefull treatment of the serious diseases which primary support deformation is so large that into the range of the secondary lining, This paper combining with the exchanging humps construction process of Shangping tunnel, elaborated the construction technology and specific construction process of highway tunnel

exchanging humps under weak surrounding rock condition and provides available experience for similar engineering. 【期刊名称】《价值工程》 【年(卷),期】2014(000)012 【总页数】3页(P104-105,106)

【关键词】高速公路隧道;初期支护;换拱;软弱围岩 【作 者】高学华

【作者单位】中铁十七局集团第四工程有限公司，重庆404100 【正文语种】中 文 【中图分类】TU502

0 引言

随着我国高速公路建设的快速发展，在山岭地区修建的公路隧道越来越多，我国在复杂的地质条件下的隧道修建技术也得到了飞速发展，但是山岭地区的特殊地质条件特别是软弱围岩给隧道设计及施工加大了不少难度。

在隧道设计中，初支断面均会预留一定的变形空间，以确保二衬的厚度，但是在实际施工中，往往由于地层压力、地下水压力或者突发灾害等作用以及施工过程中的人为因素的影响等，导致支护变形过大发生侵限，严重影响后续施工。这时就需要进行换拱处理。但是换拱施工难度大，若处理不当极易出现工程事故。

本文结合大广高速公路上坪隧道右线出口端的侵限处理方案对隧道换拱进行研究，为以后类似工程提供具有参考价值和指导作用的结论和建议。 1 隧道初期支护换拱条件及原则

由于侵限而换拱的前提条件是隧道初期支护结构变形已稳定，一般要求为：收敛速率≤0.2mm/d，沉降速率≤0.15mm/d。隧道换拱必须坚持先支撑、锁定，再换拱的原则。换拱区域的两侧务必加强竖向的支撑，可以采用临时护拱。每次拆除一榀钢架为宜，在拆除前将两侧三榀钢架支撑稳定，同时必须保证竖向支撑与拱顶和基底为面接触，为防止其因柱脚下沉而失去支撑作用，接触面必须固定。确保钢架连接按照设计钢板+连接螺栓的方式进行有效连接，对上下连接钢板进行骑缝焊。此外，对注浆量以及注浆压力做好记录，待支撑锁定和注浆完毕后才能进行换拱施工。 2 工程实例

上坪隧道右线YK17+399～YK20+977全长3578米，是大广高速公路控制性工程。上坪隧道出口端右洞YK20+959～YK20+880段位于Ⅴ级围岩，主要由坡积粉质粘土、全～强风化泥质粉砂岩、砂岩等组成，强度较低，遇水易软化。 近2个月连续下雨的影响，上坪隧道整个山体处于饱水状态，围岩软化，根据监

控量测资料显示前期出现过初期支护收敛，拱顶下沉、地表沉降过大、局部初支开裂等现象，再加上偏压的原因导致右洞右导洞出现大量变形，出现严重侵限现象，为了保证二衬施工质量及施工安全，必须及时对隧道洞内右洞YK20+947～YK20+880段初支拱架进行替换（左导坑掌子面里程YK20+895，右导坑掌子面里程YK20+880，中导坑掌子面里程YK20+916）。 图1 初期支护断面侵限示意图 3 重难点分析

隧道侵限区域位于Ⅴ级围岩中，由坡积粉质粘土、全～强风化泥质粉砂岩、砂岩等组成，在雨水侵蚀下，围岩软化明显，强度进一步降低，且存在偏压，同时初支已出现开裂现象，随时都有坍塌的风险。因此，在换拱施工中要尽可能的减少对周围围岩的扰动，保证支护结构的稳定和施工人员的安全，所以换拱施工必须简单易行，减少作业人员在变形区的暴露时间。 4 施工方案

4.1 围岩加固措施 为了防止在换拱过程中隧道支护结构的安全以及替换的初期支护不会发生较大的变形，因此，在换拱之前需要对围岩松动区域进行加固处理。 ①YK20+880～YK20+959断面径向采用直径为φ42，长度4米小导管对初支进行注浆加固，水泥浆水灰比1:1，间距1m*1m梅花型布置。

②YK20+918～YK20+942段进行临时支护，采用竖向I22b工字钢，纵向间距2.5m，加设范围隧道中线左2米，横向I18工字钢，间距2m，顶部设2m纵向横梁，并加设I18工字钢斜向支撑，钢架宽2m，间隔5m设置2榀，为使支撑钢架保持整体性，须加设φ25钢筋进行纵向连接，间距50cm，焊接牢固。 图2 临时支撑示意图

③在支护完成后由于连续强降雨，洞口段围岩压力过大，钢架整体受力弯曲，已起不到支撑作用，在YK20+932～YK20+942隧道中线及右侧偏压处设置两道混凝

土立柱对初衬进行支护。

图3 YK20+942～932混凝土立柱示意图

④因洞顶框格梁正在施工，当换拱施工至YK20～935时，为保证洞内施工安全，预防初支变形、掉块，造成塌方，须对YK20+916～YK20+932段进行加固，循环设置临时护拱，采用I25b型钢，间距50cm，拱架与初支面的间隙应用木楔塞紧，C20喷射混凝土厚31cm，加设I20b临时仰拱（26cm厚C20喷射混凝土连成整体），直径φ400mm的螺旋管，间距2.5m，顶部和底部设置两块100cm*100cm*1.5cm支撑钢板，增加受力面积，进行全断面支护。 图4 临时护拱示意图 图5 搭建临时护拱

4.2 初支换拱施工工序 在支撑锁定注浆完毕后即可进行初支换拱。主要施工工序如下：

①由大里程向小里程方向逐榀对侵限初支钢架进行置换，每榀置换后及时进行喷射混凝土封闭，置换长度根据现场量测结果灵活确定。

②注浆加固、仰拱成环后，进行换拱施工，换拱采用破碎锤对原初期支护混凝土进行凿除，采用逐榀替换的方式进行施工。施工时首先施工长度为2.5米，环向间距为40cm的φ42超前小导管，进行超前支护，开挖半径增大50cm。

③YK20+947～YK20+916段如换拱示意图图6所示，进行②、③、④、⑤号拱架替换施工，设置I20b临时仰拱（C20喷射混凝土连接）。

④YK20+916～YK20+880段左右导坑如换拱示意图图6所示，先进行②号拱架替换施工，该部位施做5-8m后进行替换⑤号拱架，待左右侧下导施做后进行中央拱顶五号导坑施工，沿隧道纵向每5m设置φ400钢管进行支撑，顶部和底部设置两块100cm*100cm支撑钢板，及时施做六号导坑，对初期支护闭合，同时每4-5米施工仰拱。

图6 换拱示意图

⑤对于拱脚侵限部分根据现场实际情况加大拱架连接处的钢板，便于换拱时的连接。 ⑥右洞所施工的混凝土支撑墙及临时套拱的拆除与换拱同时进行，每循环拆除进尺与换拱进尺一致。换拱进行5～8米后，初期支护稳定或沉降、收敛无明显变化时进行二次衬砌施工。 4.3 初支换拱技术要点

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：标志、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。

②根据中线、水平、隧道断面和预留沉落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新拱架与原拱架间焊接要牢靠、平顺。

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°。 5 安全保证措施

①凿除喷射混凝土采用破碎锤配合人工施工，严禁采用爆破作业。

②置换时确保钢架连接按照设计钢板+连接螺栓的方式有效连接，对上下连接钢板进行骑缝焊，并按照原设计位置施作锁脚锚管，锚管要紧贴钢架，并通过直径φ22的连接钢筋有效焊接，及时喷射混凝土封闭。

③隧道内应加强照明，漏水地段照明应采用防水灯头和灯罩。

④隧道内有涌水、渗水的地段应加强排水措施，增加抽水设备，同时地面做好排水沟槽，及时将积水排除。

⑤施作临时钢支撑时支护柱脚下虚渣必需清除干净，底层松软时应加设垫板或用混凝土加固地基，防止因柱脚下沉而失去支撑作用。

⑥为确保施工安全，凿出初期支护时必须加强周边围岩的监控，若发现周边围岩有异常情况则立即停止施工，并迅速撤离所有人员，待围岩稳定后采取相应措施或报告相关单位进行处理。

⑥拆换初期支护时应逐榀施作，为防止因下台阶变形初期支护拱脚悬空距离过长而产生安全隐患，每次拆换不超过2榀。 6 结语

由于周围环境的不确定性，所以在隧道施工中采用的方法和技术都应该是动态的，根据工程的自身情况和特点选择最适合的施工方法。加强对施工期间的监控量测，结合监测结果及时调整支护参数以及施工工艺，防止围岩产生有害变形。 在换拱过程中一定要坚持先支撑、锁定，再换拱的首要原则，保证换拱过程中围岩的稳定性，此隧道的成功换拱无疑为以后类似工程提供了可资借鉴的宝贵经验。 参考文献：

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