劉平成

（甘肅路橋第四公路工程有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

在公路工程施工中難度最大的分項目為隧道工程，在施工期間會受到地質情況的影響，一旦出現(xiàn)土體塑性變形、滑坡斷層等問題，將會造成塌方、初支噴射混凝開裂、鋼拱架變形等災害的發(fā)生。為保證隧道工程施工的順利進行，需結合Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形實際情況，強化變形換拱施工技術安全管理。因此對于Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術安全管理的探究具有重要意義。

1 工程概況

某高速公路隧道工程原設計屬于V形沖溝，埋深較淺，屬于分離式隧道，左行線與右行線長分別為2.086km、2.067km，進口與出口采用端式門洞與削竹式門洞。公路等級為Ⅰ級，行車速度為100km/h。隧道凈寬與凈高分別為10.76m 與5.1m。隧道初期采用錨網(wǎng)噴混凝土和鋼拱架的支護方式，由于地質條件相對較差，需采取不同的超前支護方式，保證施工質量，二次襯砌確定為鋼筋混凝土。

病害段地質情況：經(jīng)過調查發(fā)現(xiàn)在病害地質段右線距進洞口22.6～42.6m 的范圍內，圍巖為厚層塊狀砂巖。頂板相對比較穩(wěn)定，但是也有部分地段存在掉塊與塌落情況。為避免形成大面積塌落，需及時封閉洞口。換拱的原因：混凝土疏松剝落比較嚴重，強度下降，難以滿足實際使用要求。為保證隧道的使用安全性，需及時換拱。

2 換拱技術簡介

公路隧道工程施工中當屬于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖條件時，會使用復合式襯砌或整體式襯砌的方式在隧道洞口施工[1]。在實際施工過程中地層壓力、圍巖膨脹性壓力等都會影響隧道襯砌施工質量，導致公路隧道襯砌出現(xiàn)裂損變形等問題，影響其安全性能，所以換拱是病害處治的重要手段。對受損變形嚴重的隧道襯砌加固時，新鋼拱架是較常使用的方法。應用時要求隧道有足夠的凈空，便于在襯砌外架設鋼拱架；但如果凈空沒有富余可以采取鑿嵌入襯內的方式進行加固。凈空有富余時，將鋼筋混凝土或型鋼混凝土套拱增設到隧道內側。對于有開裂的襯砌，可通過鋼拱架臨時利用支護方式局部加固，將侵蝕嚴重的部分鑿除，采取網(wǎng)噴的方式提升錯臺的承載力。二次襯砌加固可以采取的方法有外貼鋼板、高強度碳纖維等。換襯砌需慎重選擇，這種方法雖然治理相對比較徹底，但由于費用高、勞動強度等問題無法有效推廣。

換拱對于初期支護與二次襯砌而言，具體步驟如下：檢測裂損襯砌與圍巖，了解具體損壞程度，制訂更換方案；為加固圍巖，使用注漿方式，更換承載方式；注漿凝固并達到設計強度后，將原有襯砌切割鑿除，切除的方法為切槽法[2]。

3 Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工安全管理措施

Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工安全管理需重視多個細節(jié)與要點，首先要做好準備工作，為換拱施工的開展奠定基礎，其次需完善監(jiān)控管理工作，然后開展換拱施工，確保施工的有效性。

3.1 做好準備工作

換拱前需做好準備工作，確保換拱工作的順利進行。具體需做好下面幾項工作。

（1）了解地質資料。通過地資料，明確隧道進口段地質情況，圍巖屬于Ⅵ級，容易發(fā)生變形、塌方等問題[3]。

（2）現(xiàn)場調查。在現(xiàn)場調查時發(fā)現(xiàn)拱頂位移較大，且速率不在允許范圍內。裂縫產生于初期支護與管棚套拱，裂縫發(fā)育較快。

（3）繪制隧道超欠挖斷面圖。通過檢查榀拱架斷面凈空，為圖形繪制提供支持。

（4）標識。根據(jù)檢測結果，在所需換拱處治的部分進行標記，標記材料為紅油漆，標記需精準清晰。

（5）確定換拱方案，做好技術交底[4]。

（6）將換拱的起止里程使用紅油漆予以明確，便于換拱施工的開展。

（7）準備好施工機械設備，在施工中所需的機械設備有模板臺車、混凝土輸送泵、攪拌機等。

3.2 完善監(jiān)控管理工作

圍巖監(jiān)控是本工程的關鍵所在，在監(jiān)控工作開展期間，洞內監(jiān)控與地表沉降監(jiān)控是重點所在。地表沉降監(jiān)控需保持精細化，監(jiān)控點位需在變形換拱前布置好，布置時需按照10m 縱向間距與5m 橫向間距進行確定[5]。在確定中線監(jiān)測范圍時，需合理控制，確保范圍在隧道開挖寬度與埋深之和以內。在對洞內進行監(jiān)控期間，監(jiān)控點位需布置在護拱上，斷面測點要在5～10m內布置，監(jiān)測工作需每天開展一次，精準記錄監(jiān)測結果，并建立監(jiān)測臺賬。同時也要精準計算用水量，為施工的安全開展提供支持。為提升監(jiān)測精準度，還需使用信息化設備，確保數(shù)據(jù)監(jiān)測的可靠性，并為施工安全提供幫助。

3.3 臨時加固初期圍護

3.3.1 支撐加固

臨時加固需在初期支護侵限段使用，在加固前需明確支撐加固要求。通過對施工現(xiàn)場的了解與分析，選擇扇形臨時支撐架設的方法，臨時護拱鋼架每兩榀設一環(huán)；鋼板楔緊并焊接為斜向支撐，為固定焊接需使用斜接工字鋼于接頭處焊接；為保證各個節(jié)點與支點能緊密連接，需做好節(jié)點緊固工作；支撐拱架間距需針對變形情況予以調整。

3.3.2 隧道全斷面徑向5m小導管帷幕注漿加固

（1）全斷面徑向注漿加固工作需在洞內臨時鋼支撐架設結束，變形穩(wěn)定后開展。將?42徑向注漿小導管設置在洞內全斷面，加固處理需從初期支護背后進行。通過梅花形布置注漿孔，保持孔口環(huán)向間距、縱向間距分別為100cm、120cm[6]。

（2）注漿鋼花管采用?42nm，選擇長度為5m 的熱軋無縫鋼管，壁厚為4mm，管口需埋設牢固，且能做好止?jié){工作。使用風機鉆開注漿孔，水泥-水玻璃雙液漿為注漿材料，合理控制注漿壓力，宜控制在0.5～1.5MPa。

（3）注漿結束有一定標準，操作人員需確保各項指標符合要求后方可停止注漿。其中注漿量需達到設計標準；注漿壓力確保能達到1.5MPa，壓力穩(wěn)定需控制在10min以上，注漿量需在設計注漿量的80%以上。

（4）注漿效果檢查。完成注漿后需做好檢查工作，了解注漿效果。打設檢查孔，深度為4m，檢查孔內要無明顯滲水現(xiàn)象，允許滴水出現(xiàn)，滲水量控制在2L/h以內，而且要求單軸抗壓強度為1.5MPa，這時就說明注漿效果良好。檢查孔布置，一般情況下為每個工作區(qū)段在拱部及兩邊墻各一個。檢查合格后需及時做全孔封堵處理，封堵材料為M10 水泥砂漿，檢查不合格則需補充注漿，確保符合設計標準[7]。

（5）做好安全防護。為避免發(fā)生安全事故，在施工過程中需做好安全防護。在施工過程中空間不足，施工人員交叉作業(yè)比較常見，為防止發(fā)生高空墜物等安全事故，要求在施工現(xiàn)場架設安全網(wǎng)，將防護棚設置在施工出入口。施工人員在施工全過程，必須按照安全管理制度進行操作，并做好安全防護，嚴格按照安全制度進行操作，設置防護欄，防護欄高度需大于1m。

3.4 做好鋼支撐架設

3.4.1 鋼支撐的制作要求

侵限換拱施工前，鋼支撐制作是關鍵所在。完成首榀支撐加工后，在水泥地上開展試拼工作，確保尺寸符合要求后，按照圖紙開始批量生產。偏差控制十分重要，周邊拼裝允許偏差、平面翹曲、拱架加工預留變形量需分別控制為±3cm、＜2cm、10～15cm。

3.4.2 初期支護拆除

為確保能滿足要求，完成注漿后初期支護的拆除需在圍巖變形穩(wěn)定后進行，拆除的部分為變形超限部分的初期支護單元，拆除需按層進行，從小里程開始向大里程遞進，拆除設備為液壓破碎炮機輔助風鎬，從下向上，先墻后拱進行拆除，每拆除一段就要支護一段。初期支護拆除需嚴格執(zhí)行相關要求，確保施工整體質量，在保證安全基礎上，保證施工的有序開展。

3.4.3 架設換拱鋼支撐

架設換拱鋼支撐需注意以下方面：①在正式安裝前，需將雜物清除干凈，然后使用C25噴射混凝土對超挖部分進行填充；②安裝過程中需合理控制偏差，橫向高程允許的偏差值為±5cm，垂直度允許偏差需控制為±2°[8]；③在作業(yè)面需人工組裝鋼支撐，使用螺栓將各個節(jié)點擰緊，連接接縫需三面焊滿；④在鋼架外緣需利用混凝土楔子臨時楔緊，楔緊間隔距離為2m；⑤對拱頂下沉問題進行控制，鋼支撐必須落到實地，嚴格按照設計要求使用鎖腳鋼管。

拱架的更換需保證與支護形式的一致性，而且布置間距需根據(jù)實際情況進行縱向調整。換拱結束后要立即噴射混凝土，拆換長度需合理控制，不宜過長，同時也要做好防水處理，嚴格控制二襯混凝土的澆筑[9]。如果支護初期變形情況比較嚴重，可以將一模二襯長度拆換。在混凝土強度達到設計的75%，臺車可以后退，并繼續(xù)進行換拱工作，對二次侵限進行有效控制，要通過專業(yè)的工作人員對工程進行監(jiān)控與測量。如果在監(jiān)測期間發(fā)現(xiàn)異常需及時處理。

3.4.4 侵限處控制要點

侵限處控制要點如下：①為保證施工安全，換拱前需先設置臨時支撐，保證結構安全，避免發(fā)生安全事故；②臨時支撐架設結束，且注漿后能達到設計要求，才能開展換拱施工；③一榀一榀換拱，嚴禁兩榀同時更換；④對于侵限部分，需做好清除工作，防止發(fā)生二次侵限問題；⑤為對拱架進行有效鎖固，需使用鎖腳錨桿將所有系統(tǒng)鎖固；⑥墊實預制混凝土塊底部；⑦為控制施工質量，還要對斷面進行觀測，觀測點設置保持3m 間距，監(jiān)測頻率需按照2 次/d、1 次/d、1 次/3d、1次/7d予以確定。

3.5 形成健全的施工保險制度

Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術安全管理工作的順利開展，要求能輔助以健全的施工保險制度。施工人員必須購買工程保險，為其提供保障。工程保險對施工人員具有較大的保障，投入較少，但在發(fā)生工程事故后能得到一定量的經(jīng)濟補償，降低事故對施工人員產生的不利影響。同時保險制度對施工人員而言，也有一定激勵作用，能不斷提升其安全意識，確保安全施工。

4 結語

Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術安全管理工作的順利開展，能確保換拱施工的整體質量，減少在施工期間發(fā)生的安全事故。在做好施工準備工作的基礎上，結合工程實際情況，制訂個性化施工方案，優(yōu)化施工細節(jié)，保證施工的安全性。為有效控制Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工，還需完善施工保險制度，為施工人員提供一份保障。公路隧道工程施工難度大、專業(yè)性強，如何確保施工安全性成為人們關注的重點，尤其是在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展背景下，更要重視Ⅴ級圍巖隧道圍巖變形換拱施工，強化施工技術安全管理，落實安全責任與制度，降低發(fā)生安全事故的概率。