楊 偉 張 文

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司， 河南 鄭州 450000）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)隧道初支侵限一般發(fā)生在特長(zhǎng)隧道地質(zhì)復(fù)雜地段，由于山體地下地質(zhì)的不均勻性，導(dǎo)致在深凹、淺埋的地層工程環(huán)境突然的改變，在初支封閉成環(huán)的過程中，應(yīng)力突然增大，造成侵限。而地坑院黃土隧道，表層為粉質(zhì)黃土，出口穿越地層改變地段泥巖,地層孔隙不均，特別是下雨天氣，造成泥巖膨脹，造成初支侵限。本工程對(duì)侵限部位采用局部換拱和整體快速換拱的方式，加強(qiáng)二襯鋼筋的措施，提高了結(jié)構(gòu)的安全性，為隧道初期侵限支護(hù)工程提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

國(guó)道310洛三界至三門峽西段南移新建工程地坑院隧道位于河南省三門峽市陜州區(qū)境內(nèi)，采用雙線分離式隧道，其中左線長(zhǎng)3456m，右線長(zhǎng)3440m，該隧道下穿5A級(jí)文物保護(hù)區(qū)陜州地坑院，隧道標(biāo)準(zhǔn)開挖斷面面積103.58m2，加寬段開挖斷面面積150.46m2。淺埋段處于濕陷性黃土之中，埋深10～30m，長(zhǎng)30～125m。深埋段為粉質(zhì)粘土，最大埋深170m左右。洞門采用端墻式洞門，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，主要以粉質(zhì)粘土為主，其中出口段有250m長(zhǎng)弱膠結(jié)泥巖，局部侵限高達(dá)2m左右，隧道拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弧的單曲墻式。

2 地質(zhì)及水文

路線所經(jīng)區(qū)域地層主要為第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、粉土等。上部粉土和粉質(zhì)黏土為黃土狀土，具濕陷性，下部粉質(zhì)黏土，硬塑狀，工程性質(zhì)較好。

具體描述如下：

1）第四系上更新統(tǒng)沖洪積土：黃土狀粉土，褐黃色，稍濕，土質(zhì)均勻，具孔隙，含白色鈣質(zhì)條紋，搖震反應(yīng)一般，干強(qiáng)度低，任性低。

2）第四系中更新統(tǒng)沖洪積土：粉質(zhì)黏土，硬塑，棕褐色，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，切面稍光，韌性中，強(qiáng)度中，無搖震反應(yīng)。

3）第四系中更新沖洪積土：粉質(zhì)黏土，弱膠結(jié)，紅褐色-灰白色，含少量碎石，膠結(jié)較好，局部夾由少量短柱半成泥巖，弱膠結(jié)，巖質(zhì)堅(jiān)硬。

3 原因分析

1）隧道圍巖類別為V級(jí)，圍巖自穩(wěn)能力差，黃土垂直節(jié)理發(fā)育，具有一定的延續(xù)性、多孔性，結(jié)構(gòu)疏松，密度低，遇水易崩解且地層變化頻繁，土質(zhì)粘結(jié)較差，易成塊脫落或坍塌。

2）隧道穿越水發(fā)育等地質(zhì)破碎斷層不良地段。

3）雨季期間，地質(zhì)裂隙較發(fā)育，雨水下滲，圍巖遇水具有弱膨脹性。

4）隧道地表高低起伏不一，邊坡陡立，匯水面較多，匯水面拱頂覆蓋層較薄，水體便于下滲，地表水外流較多，圍巖受力重新分配，造成初期支護(hù)收斂、下沉嚴(yán)重。

4 主要施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

換拱前布設(shè)好拱頂及收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，嚴(yán)密注意洞內(nèi)的變形情況，確定換拱段落圍巖收斂的穩(wěn)定性。對(duì)換拱段落進(jìn)行初支斷面檢查并放樣，確定初支侵限部位以及侵限情況并標(biāo)注于相應(yīng)部位。換拱施工平臺(tái)使用鋼筋綁扎臺(tái)架或開挖臺(tái)架，并在換拱段布設(shè)φ800*14mm的逃生管道，備好緊急物資。

4.2 臨時(shí)措施

采取暫停掌子面施工，并用C25砼噴射5cm厚及時(shí)封閉掌子面，增加臨時(shí)仰拱，采用I20a工字鋼進(jìn)行封閉成環(huán)，間距同初期支護(hù)鋼拱架，為保證水平支撐的整體性，鋼架間采用φ16鋼筋縱向連接，間距1m,前后交錯(cuò)布置，并采用C25進(jìn)行噴射,厚度30cm。

4.3 土體加固

首先對(duì)換拱部位初期支護(hù)背后土體進(jìn)行注漿加固，加固范圍為隧道輪廓線外5m，采用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，然后打入φ42*4注漿花管，長(zhǎng)4.5m，環(huán)向間距1.5m，縱向間距1.0m，呈梅花形布置，注漿孔與隧道呈60度角。采用水泥+水玻璃漿液，水泥漿/水玻璃=1:0.8(體積比)，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)2.6，濃度35-40Be，注漿壓力控制在0.8-1.5MPa，采用純壓式灌漿。

4.4 鋼拱架預(yù)加固

通過斷面掃描，對(duì)侵限位置進(jìn)行標(biāo)注，然后找出鋼拱架位置，每次環(huán)向換拱長(zhǎng)度不易過長(zhǎng)，一般控制在3m內(nèi)，對(duì)于未換部分在切割點(diǎn)處打設(shè)2根φ42*4鎖腳錨管，長(zhǎng)度4m，鎖腳錨管與水平線夾角應(yīng)在負(fù)30～45°之間。并注1:1的水泥漿，水泥為P.042.5水泥，注漿壓力不宜大于1.0MPa。

4.5 換拱施工

自上而下沿隧道縱向采取間隔換拱施工，間隔距離不得小于5m。初支砼采用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除，當(dāng)從未侵限段向侵限段拆除時(shí)，直接鑿除一榀鋼拱架距離，首次鋼拱架間距為40cm（安裝在侵限段拱架的一側(cè)），然掛網(wǎng)、噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度，當(dāng)從侵限段開始換拱時(shí)，采用風(fēng)鎬鑿除2榀鋼拱架間距中間的C25砼和鋼筋網(wǎng)，在鑿除兩榀拱架之間先安裝2榀I25a工字鋼，然后掛網(wǎng)、噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度，為防止再次侵限，采取加大預(yù)留量，預(yù)留量按40cm考慮，為保證鋼拱架的穩(wěn)定及剛度，鋼拱架之間在拱頂、拱腳處再增加縱向連接，縱向連接采用I20a工字鋼。鋼拱架上、中臺(tái)階鎖腳處采用4根φ42x4mm鎖腳錨管鎖腳，長(zhǎng)度4m。由于初期支護(hù)變形嚴(yán)重，為防止拱頂坍塌，在拱頂120°范圍內(nèi)施打密排小導(dǎo)管并進(jìn)行注漿，小導(dǎo)管采用φ42x4mm鋼花管，長(zhǎng)度4.5m，環(huán)向間距30cm，搭接長(zhǎng)度不小于3m。換拱封閉成環(huán)后方可進(jìn)行下一榀的拆除，每次換拱為1榀鋼架間距，禁止相鄰多榀鋼拱架同時(shí)切槽，工字鋼安裝間距55cm（對(duì)于中間換拱完成后如拱頂變形量超過預(yù)警值，增加臨時(shí)支撐），換拱完畢后及時(shí)封閉成環(huán)，一次換拱長(zhǎng)度不易過長(zhǎng)，當(dāng)一次換拱長(zhǎng)度達(dá)到5m時(shí)，進(jìn)行架設(shè)棧橋，開挖仰拱部位，每次循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于3m。開挖完成及時(shí)施作仰拱部位初期支護(hù)并封閉成環(huán)，成環(huán)后方可進(jìn)行下一段拱架的換拱。

噴射混凝土鑿除時(shí)鋼架切割處需多鑿除50-60cm。在鋼架上確定侵限范圍后，自上而下沿隧道縱向分段進(jìn)行，量好切割拱架內(nèi)弦線沿半徑方向切割。先按V級(jí)圍巖鋼架設(shè)計(jì)要求做好工字鋼架，計(jì)算好下料長(zhǎng)度，沿半徑方向裁制，備好連接鋼板。把焊好的鋼架運(yùn)至作業(yè)平臺(tái)上拼裝鋼架，就位調(diào)整后定位。換拱施工接頭盡量設(shè)置在原接頭處（連接鋼板27x27x1.5cm），如有困難，采取換上的鋼架與原鋼架進(jìn)行對(duì)接焊好后再分別與工字腹板和翼板上貼板加強(qiáng)焊接。噴射混凝土前預(yù)埋短鋼筋用于標(biāo)識(shí)噴射混凝土厚度，新老混凝土接頭應(yīng)圓順，不能有新的欠挖出現(xiàn)。每榀鋼架鑿除、噴射混凝土成環(huán)后，方可進(jìn)行下一榀拱架處理工作。

5 結(jié)語

國(guó)道310洛三界至三門峽西段南移新建工程地坑院隧道初支侵限換拱施工，保證了換拱過程中的侵限不大于5cm，通過良好的方案優(yōu)化，簡(jiǎn)化施工工序及緊湊的施工組織，保證了工程質(zhì)量和安全，提高了施工效率，減少了成本投入，加快了施工進(jìn)度。