摘要 隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展，高速公路隧道的維護(hù)與更新日益重要，隧道換拱是高速公路隧道維護(hù)中的關(guān)鍵工程，涉及拆除舊拱、處理基礎(chǔ)、安裝新拱等多個(gè)步驟。該文重點(diǎn)探討了高速公路隧道換拱施工的策略及流程，介紹了換拱施工前的準(zhǔn)備工作，闡述了拱架拆除與新拱架安裝的過(guò)程，此外還討論了換拱后監(jiān)控測(cè)量的措施和標(biāo)準(zhǔn)，以確保整個(gè)換拱施工過(guò)程的順利進(jìn)行和隧道結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 隧道換拱；施工方案；流程分析

中圖分類號(hào) U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0098-04

0 引言

高速公路隧道作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其安全性與穩(wěn)定性至關(guān)重要。在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，隧道拱部可能會(huì)出現(xiàn)各種病害，需要進(jìn)行及時(shí)的維修和更換，因此該文旨在深入研究和分析高速公路隧道換拱施工的方案及流程，為實(shí)際工程提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 工程概況

花山1號(hào)隧道進(jìn)口端位于寧南縣竹壽鎮(zhèn)陽(yáng)甸村境內(nèi)，出口端位于寧南縣松林鎮(zhèn)花山村境內(nèi)，花山1號(hào)隧道左洞起訖樁號(hào)為ZK268+219～ZK270+650，長(zhǎng)2 431 m，V級(jí)圍巖979 m，IV級(jí)圍巖1 452 m；花山1號(hào)隧道右洞起訖樁號(hào)為K268+204～K270+660，長(zhǎng)2 456 m，V級(jí)圍巖1 010 m，IV級(jí)圍巖1 446 m；共計(jì)2處車行橫道、6處人行橫道，全長(zhǎng)198.85 m；緊急停車帶2處，全長(zhǎng)140 m；寧南端及攀枝花端洞口洞門形式均采取端墻式，不良地質(zhì)有斷層、沖溝、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、巖溶、瓦斯地層等。

花山1號(hào)隧道設(shè)計(jì)為雙向分離式隧道，最大埋深325 m，拱高7.15 m，洞寬11.0 m。隧道斷面采用三心圓曲線邊墻式斷面，上半圓半徑為5.53 m，隧道建筑限凈寬為11 m，凈高為5 m，左線設(shè)計(jì)縱坡2.496/2 431 m，右線設(shè)計(jì)縱坡2.480/2 445 m。隧道洞身結(jié)構(gòu)按新奧法施工原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，即以系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼架等組成的初期支護(hù)與二次模筑混凝土相結(jié)合的復(fù)合襯砌形式，二次襯砌采用C30防水混凝土。

2 隧道換拱成因

花山1號(hào)隧道出口端左線ZK269+980～ZK270+030段初支變形開裂，滲水，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示拱墻侵限嚴(yán)重，遂決定對(duì)該段初支施作護(hù)拱，加強(qiáng)支護(hù)，防止拱墻繼續(xù)變形?，F(xiàn)護(hù)拱施工已完成，經(jīng)監(jiān)測(cè)，拱墻已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，遂決定對(duì)侵限部位拱墻進(jìn)行換拱處理。

3 施工要求

（1）加強(qiáng)警戒與巡查

初支結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生變形或開裂，不僅可能危及施工安全，還可能給后續(xù)施工帶來(lái)極大的隱患，因此對(duì)于初支變形的預(yù)防與應(yīng)對(duì)措施，必須予以高度的重視。當(dāng)發(fā)現(xiàn)初支結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形段落時(shí)，應(yīng)立即設(shè)置警戒線，以阻止無(wú)關(guān)人員靠近。在警戒線的設(shè)置過(guò)程中，應(yīng)確保標(biāo)識(shí)明顯、易于識(shí)別，并配以必要的警示標(biāo)語(yǔ)，以提醒人們注意安全，同時(shí)，對(duì)洞內(nèi)已有的初支結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面排查也是至關(guān)重要的。排查工作應(yīng)細(xì)致入微，不留死角，以確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)其他可能存在的變形或開裂段落，在排查過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)初支變形段落有增加的趨勢(shì)，或者初支開裂變形的情況加劇，應(yīng)立即啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制[1]。

預(yù)警機(jī)制的啟動(dòng)意味著必須迅速撤離洞內(nèi)相關(guān)人員，確保他們的生命安全，此外還應(yīng)及時(shí)上報(bào)參建各方，以便各方能夠迅速作出反應(yīng)，共同應(yīng)對(duì)初支變形帶來(lái)的挑戰(zhàn)。參建各方包括設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等，其各自擁有不同的專業(yè)知識(shí)和技能，只有協(xié)同合作，才能有效地解決初支變形問(wèn)題。

通過(guò)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理，增強(qiáng)工人的安全意識(shí)和操作技能，可以有效地減少初支變形的發(fā)生，完善施工方法和技術(shù)措施，以提高隧道施工的安全性和效率[2]。

（2）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

加強(qiáng)洞內(nèi)初支變形收斂的監(jiān)控量測(cè)頻率，一天監(jiān)測(cè)兩次，加密測(cè)量點(diǎn)，建議該段5 m布設(shè)一個(gè)點(diǎn)[3]。如變形過(guò)大或有異常及時(shí)反饋參建各方，同時(shí)，針對(duì)目前的情況，建議施工單位也同時(shí)對(duì)初支變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有異常應(yīng)及時(shí)預(yù)警并上報(bào)參建各方。

（3）施工注意事項(xiàng)

加強(qiáng)既有初支的變形監(jiān)測(cè)，包含初支裂縫觀測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，若有異常立即上報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)隱患排查、應(yīng)急處治時(shí)應(yīng)設(shè)置安全員旁站，若有異常及時(shí)撤出相關(guān)人員與設(shè)備。嚴(yán)禁在ZK269+980～ZK270+030段初支補(bǔ)強(qiáng)施工前，開挖此段下臺(tái)階，嚴(yán)禁在初期支護(hù)變形收斂之前澆筑二襯，二襯澆筑前必須對(duì)初期支護(hù)凈空進(jìn)行掃描檢測(cè)，嚴(yán)禁二襯侵入隧道建筑限界。

4 施工工藝流程

換拱施工工藝流程如圖1所示。

5 施工方法及步驟

（1）準(zhǔn)備工作

測(cè)量組對(duì)初支變形地段的每榀拱架進(jìn)行斷面凈空檢查，檢查內(nèi)容包括拱架的尺寸、形狀、位置以及變形情況等，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和比對(duì)，測(cè)量組準(zhǔn)確掌握每榀拱架的實(shí)際情況，基于斷面凈空檢查的結(jié)果，繪制詳細(xì)的超欠挖斷面圖，對(duì)比分析超欠挖斷面圖判斷和調(diào)整施工方案。

（2）注漿管加固

拆除施工之前，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)周邊巖體的全面安全評(píng)估，檢查隧道周圍是否有開裂、掉塊或其他可能表明巖體不穩(wěn)定的安全隱患，確保周邊環(huán)境安全后，進(jìn)行注漿管的安裝、注漿工作。打設(shè)L=3 m、φ42 mm注漿小導(dǎo)管，沿隧道拱墻周壁進(jìn)行圍巖徑向注漿加固，注漿鋼管間距為1 m（環(huán)向）×1 m（縱向）。注漿采用1∶1水泥漿，注漿壓力1.2～1.4 MPa，計(jì)提注漿壓力根據(jù)施工過(guò)程中圍巖變化、注漿情況適當(dāng)調(diào)整，注漿前要對(duì)注漿設(shè)備及壓力表進(jìn)行檢驗(yàn)，每次注漿前要確保壓力表歸零，安排專人觀察注漿壓力值。

（3）監(jiān)測(cè)及鑿除侵限部位混凝土

換拱施工開始前，監(jiān)測(cè)圍巖變形、壓力情況及拱頂下沉情況，保證圍巖穩(wěn)定和施工安全，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，掌握地層穩(wěn)定性變化規(guī)律，及時(shí)調(diào)整、修整支護(hù)參數(shù)及施工方法。當(dāng)隧道周邊變形趨勢(shì)有明顯減緩說(shuō)明隧道變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后對(duì)拱架表面侵限位置的混凝土進(jìn)行精細(xì)的鑿除工作。進(jìn)行剝離超挖施工前，在拱頂區(qū)域噴上一層混凝土，預(yù)防剝離超挖施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的拱頂零星掉塊，確保施工人員的安全。剝離完超挖部分的圍巖后，為了防止新的掉塊傷人，立即進(jìn)行第二次噴漿作業(yè)，噴漿完成后，迅速架立拱架，確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[4]。

（4）拆除部位拱架

每次僅操作一榀拱架，遵循從上至下的順序進(jìn)行，先用人工風(fēng)鎬鏟除噴射混凝土后，再松動(dòng)螺絲，螺絲松動(dòng)順序?yàn)橄纫欢送旰螅偎蓜?dòng)另一端，松動(dòng)另一端螺絲時(shí)，應(yīng)用機(jī)械配合人工穩(wěn)固拱架，使其兩端螺絲拆除完后拱架不直接掉下砸傷人或砸壞物。第一榀采用風(fēng)鎬鑿除的寬度略比鋼支撐寬，鑿除一節(jié)，安裝一節(jié)鋼支撐。換第二榀時(shí)，鑿除寬度為第一榀與第二榀之前的設(shè)計(jì)寬度，嚴(yán)禁放炮或劇烈震動(dòng)造成寬度過(guò)大，拱架安裝完成后及時(shí)搭設(shè)鎖腳錨桿進(jìn)行固定，并與鋼支撐焊接牢固，鎖腳錨桿長(zhǎng)度L=3.5 m，焊接好單層φ8 mm鋼筋網(wǎng)后，噴射26 cm厚C20的混凝土，施工第三榀及第四榀方法同第二榀，在此過(guò)程中，嚴(yán)禁進(jìn)行交叉作業(yè)，以確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全和秩序。

（5）安裝新拱架

在拱架拆除后，立即更換新拱架是確保工程連續(xù)性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟[5-7]，新拱架采用冷彎成型技術(shù)，冷彎成型技術(shù)能夠精確控制拱架的形狀和尺寸，從而滿足工程要求。焊接部位必須嚴(yán)格避免出現(xiàn)假焊、漏焊現(xiàn)象，因?yàn)榇祟悊?wèn)題都可能導(dǎo)致拱架在受力時(shí)發(fā)生斷裂，此外焊縫表面也不能有裂紋、漏焊等缺陷，為了確保拱架安裝的準(zhǔn)確性，架設(shè)拱架時(shí)，測(cè)量人員需要精確確定拱架所在里程點(diǎn)的中線、法線和高程。這些參數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到拱架是否能夠正確安裝并發(fā)揮應(yīng)有的支撐作用，在鋼拱架架立過(guò)程中，連接螺栓的擰緊程度和數(shù)量都需要符合設(shè)計(jì)要求。此外，節(jié)點(diǎn)板必須緊密貼合并對(duì)正，以確保拱架的整體受力性能，拱腳下方的松渣和虛渣應(yīng)及時(shí)清除，并在下方增加墊塊以確保拱架的穩(wěn)定性和受力均勻性，相鄰拱架之間采用φ22 mm鋼筋進(jìn)行縱向連接，并通過(guò)焊接牢固地連接在一起。焊接可以增強(qiáng)拱架的整體穩(wěn)定性，使其能夠更好地承受來(lái)自上方的壓力，在上導(dǎo)拱架中，每榀鎖腳小導(dǎo)管的數(shù)量增加至四個(gè)，長(zhǎng)度達(dá)到3 m。而在下導(dǎo)拱架中，每榀鎖腳小導(dǎo)管的數(shù)量增加至兩個(gè)，長(zhǎng)度同樣為3 m，這樣的設(shè)計(jì)可以增加拱架在受力時(shí)的穩(wěn)定性，并提高其承載能力。

（6）噴射混凝土

噴射混凝土的坍落度是反映混凝土流動(dòng)性和可泵性的重要指標(biāo)，在施工過(guò)程中，坍落度的控制至關(guān)重要。根據(jù)工程實(shí)踐和相關(guān)研究，噴射混凝土的坍落度宜控制在80～120 mm范圍內(nèi)，此范圍的坍落度既能保證混凝土的流動(dòng)性，又能確保其在噴射過(guò)程中不易發(fā)生離析和泌水現(xiàn)象，從而保證噴射混凝土的均勻性和密實(shí)性[8]。

在噴射混凝土施工過(guò)程中，鋼支撐起到了關(guān)鍵作用，首先鋼支撐能夠有效支撐噴射混凝土的初凝體，防止其變形和塌陷，其次鋼支撐與噴射混凝土之間形成良好的黏結(jié)，使兩者共同受力，提高整體結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，為了實(shí)現(xiàn)鋼支撐與混凝土的緊密連接，施工過(guò)程中需先將鋼支撐之間的空隙噴滿混凝土，然后逐步覆蓋整個(gè)鋼支撐，確保鋼支撐與混凝土之間的有效連接。

噴射混凝土作業(yè)應(yīng)遵循分段、分片、分層依次進(jìn)行的原則，首先從低洼處開始噴射，大致噴平后再自下而上順序進(jìn)行，每一層的噴射應(yīng)覆蓋前一層的一半，以保證混凝土的均勻分布和密實(shí)性，同時(shí)在噴射過(guò)程中要注意控制噴射速度和角度，避免混凝土產(chǎn)生沖刷和空鼓現(xiàn)象，此外噴射作業(yè)還應(yīng)注意施工環(huán)境的溫度和濕度等因素，以確保混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度。

6 監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施

換拱后，監(jiān)控測(cè)量是隧道施工中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其目的是通過(guò)對(duì)隧道的地質(zhì)狀態(tài)、拱頂沉降、地表沉降及周邊位移等進(jìn)行實(shí)時(shí)的量測(cè)，對(duì)圍巖和支護(hù)、襯砌的力學(xué)行為以及其之間的力學(xué)關(guān)系進(jìn)行觀察和評(píng)價(jià)，從而確保隧道的穩(wěn)定性和安全性。

在監(jiān)控測(cè)量過(guò)程中，要進(jìn)行洞內(nèi)外觀察，在隧道每次開挖完成之后，觀察工作面狀態(tài)、圍巖變形、圍巖風(fēng)化情況，分析其完整性和穩(wěn)定性，判斷其與設(shè)計(jì)是否一致，此外還需觀察是否存在裂隙和剝落，地表是否存在鼓起現(xiàn)象[9]。對(duì)于隧道洞外觀察，重點(diǎn)應(yīng)放在洞口段及淺埋段，觀察地表是否出現(xiàn)裂縫、沉陷、邊坡和仰坡穩(wěn)定狀態(tài)等，以判斷隧道的開挖是否影響到洞外，監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

（1）實(shí)測(cè)最大值或回歸預(yù)測(cè)最大值應(yīng)不大于允許值或設(shè)計(jì)最大值。

（2）根據(jù)位移速率判別：

1）當(dāng)位移速率小于0.2 mm/d時(shí)，則認(rèn)為圍巖位移達(dá)到基本穩(wěn)定；

2）當(dāng)位移速率在0.2～1.0 mm/d時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，做好加固的準(zhǔn)備；

3）當(dāng)位移速率大于1.0 mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)；

4）當(dāng)位移速率大于5.0 mm/d時(shí)，加大監(jiān)測(cè)頻率，并報(bào)警，進(jìn)行加固。

（3）根據(jù)位移時(shí)態(tài)曲線的形態(tài)判別：

1）當(dāng)位移速率不斷下降時(shí)（du2/d2t<0），表明圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)；

2）當(dāng)位移速率保持不變時(shí)（du2/d2t=0），表明圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)考慮加強(qiáng)支護(hù)；

3）當(dāng)位移速率不斷上升時(shí)（du2/d2t>0），表示圍巖進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即停止開挖，加強(qiáng)支護(hù)[10]。

8 結(jié)語(yǔ)

高速公路隧道換拱施工是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、安全要求高的工程，施工方案的設(shè)計(jì)首先必須基于詳盡的現(xiàn)場(chǎng)勘查和安全評(píng)估，確保施工過(guò)程中的每一步都緊密銜接，減少安全隱患。其次，注漿作業(yè)和拱架安裝是換拱施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格按照規(guī)范操作，確保施工質(zhì)量和穩(wěn)定性，監(jiān)控測(cè)量和數(shù)據(jù)分析至關(guān)重要，其為及時(shí)調(diào)整施工方案、確保后續(xù)施工效果提供了有力支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和工程需求的不斷變化，需要持續(xù)更新和完善施工方案，以適應(yīng)新的挑戰(zhàn)和需求。

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