隧道工程项目二衬与初支置换探讨

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摘要：山地丘陵地带，由于地质条件复杂，隧道占比例较高，隧道施工安全隐患突出，初支变形和二衬结构开裂病害集中。为提高隧道施工和后期行车安全性，本文结合某高速公路隧道初支变形和二衬结构开裂病害治理实践，分析了二衬与初支置换工艺原理，总结了二衬与初支置换施工技术要点，可为后期同类工程施工提供借鉴。

关键词:不良地质；隧道工程；二衬初支；置换

近年来我国西南地区高速公路通车里程连创新高，而西南地区均为山岭重丘地形，隧道所占比例较高且地质复杂，断层破碎带、泥灰岩段、滑坡段等不良地段多，严重影响隧道施工和后期行车安全。该隧道不良地质段二衬、初支置换，主要通过改进技术工艺和增加新材料，在确保施工安全、技术可靠的基础上，实现不良地质段的低成本、高质量治理。

1工程概况

某高速公路隧道，属分幅式隧道，其左洞有共218m出现二衬侵界15-50cm不等、矮边墙开裂渗水、隧道右洞共80m出现初支工字钢大变形。施工单位针对以上情况采用“先护后拆”，并对初支进行了成功置换，并通过监控检测，该段沉降和收敛数据稳定，其它各项指标合格，满足了通车运营要求。

2工艺原理

2.1采用120a工字钢先对换拱段进行临时钢支撑加固，使该段受力均衡。

2.2分两次施作6m和4m直径42*3.5mm长、短小导管，形成6m厚的承压圈，并通过钻芯取样、对注浆形成的承压拱圈进行注浆效果检验。

2.3利用啄木鸟机械法分段跳槽拆除临时钢拱架、二衬和初支，按加强后的围岩设计参数，进行初支和二衬重构，从而确保了隧道的换拱施工安全。

3二衬与初支置换施工技术要点

3.1临时钢拱架支撑

临时拱架搭设，和上台阶钢支撑的安设方法一致。但需在工字钢两头落脚处设置2cm厚的纵向钢板，宽度为0.5m，工字钢与钢板焊结牢固，使临时钢拱架整体受力均衡。

3.2注浆固结

3.2.1注浆方案。3.2.1.1第一次注浆采用6m长直径42*3.5mm小导管，纵环间距为2.4*2.4m，注浆孔尺寸、布置和间距情况见图1。3.2.1.2第二次注浆采用4m长的直径42*3.5mm小导管，纵环间距为2.4*2.4m，注浆孔尺寸、布置和间距情况见图2。3.2.2现场注浆管布置及安装。3.2.2.1在二衬混凝土表面，按纵环向2.4m的间距，用风钻打孔，孔深5.6m，方向为垂直砼外表面方向。钻孔完成后打入小导管，孔口钢管外沿与砼密贴，加止浆塞；3.2.2.2测量:在原二衬或初支上，根据设计和施工规范要求，准确测定本循环增设小导管孔位；3.2.2.3钻孔:使用凿岩风钻，在小导管孔位定位处，钻设孔洞；3.2.2.4安装注浆管：待小导管孔钻设施作完毕，及时清孔检查，在无坍孔、探头石的孔洞内，安装注浆管，注浆管外露30-40cm；3.2.2.5注浆管固定和孔口密封：孔洞末端焊接铁箍，并用胶泥麻筋缠箍成楔形，用于入孔注浆管的固定与孔口密封。3.2.3小导管注浆。3.2.3.1浆液配比:注浆采用超细快硬型硫铝盐42.5水泥，配合比(W/C)为l:1-0.75:1（初始低浓度），需先稀后浓，依吸浆情况逐步加浓浆液；3.2.3.2试泵:用系统额定注浆压力1.5-2倍压力，测试系统耐压性能，检查系统是否存在渗液、漏液等密封隐患；检查系统各导管出浆压力和出浆稳定性，确保线路连接正确；试泵持续二、三分钟泵管及机械设备不出故障，方可进行注浆作业施工；3.2.3.3注浆顺序:遵循由疏至密，由两侧向中间的注浆顺序；3.2.3.4注浆压力:根据作业面地质条件、吸浆量和注浆粘稠度等因素，综合确定；在注浆过程中，为避免前期注浆压力过低，导致裂缝被堵塞，或细小裂缝注浆效果不佳，遗留质量和安全隐患，适宜采用“一次升压法”，以保证注浆效果；3.2.3.5注浆结束标准:达到规定压力，吸浆量小于0.5升/分钟，稳压5-10分钟；如果长时间压力不上升，吸浆量很大时应停止注浆，分析原因；3.2.3.6封孔:注浆施作完毕后，应及时拔除注浆套管，并使用C15砼封闭注浆孔。3.2.4第二次加固注浆。在第一次6m长的小导管注浆完成并凝固后，再采用4m长的小导管按纵环向2.4m的间距进行第二次注浆，尾部100cm不钻注浆孔作为止浆段。3.2.5注浆异常处理。在注浆施作过程中，若注浆压力突然增高，应立即停止注浆作业，并马上换注清水，待注浆泵恢复正常时，再重新开始注浆作业；当吸浆量过大，注浆压力始终保持低位时，应及时调整注浆浓度，适当增加凝胶速度，并合理减小注浆量和注浆压力，或合理采用间歇式注浆。3.2.6注浆效果检测。3.2.6.1钻孔取芯检查法:在每一个试验区钻孔三个，全长取出岩芯；交力学试验室进行试压，得出的结果与原岩强度进行比较；3.2.6.2微型摄像机成相检查法：用风钻打孔深6m，清孔后，把微型摄像机探头伸入孔内并录像，检查注浆效果；3.2.6.3效果检验：如注浆效果良好，注浆后形成良好的水泥结石。如果注浆后没有形成良好的水泥结石，证明注浆效果不好，注浆效果检测情况见图3。

3.3临时钢拱架拆除

为确保施工安全，用挖掘机安装破碎头对需换拱段临时钢拱架I20a工字钢进行破除，破除应从拱腰工字钢连接的薄弱处开始往拱顶进行，待拱腰以上工字钢破除后再破除拱腰以下工字钢。

3.4二衬拆除

为减少对围岩的扰动，确保施工过程中的安全管控，采用人工风镐配合挖掘机安装破碎头跳槽拆除整模二衬混凝土，二衬混凝土拆除时须自上而下，分块分段进行；拆除顺序为I1→II1→III1→IV1→I2→………→I108→II108→III108→IV108；拆除顺序见图4。

3.5初支置换

二衬拆除后，对揭露出的初支断面进行检测，若检测发现初支变形面积大，则须对初支进行拆除置换，初支置换采取全断面整体置换；初支拆除置换采取1-2榀钢拱架一循环，每榻钢架拱部及拱脚增设8根直径22mm锁脚锚杆。3.5.1初支破除。初支拆除工作同二衬拆除一样，先开一道50cm宽、24cm深的槽口，然后用挖掘机安装破碎头在原初支拱架的拱腰的工字钢连接薄弱处往拱顶开始破除；初支破除施工时，为避免破除施工对围岩的影响，应合理确定破除施工时振幅和次数；第1段破除施作完毕后，应马上跳至第5段施工。3.5.2拆除后重新支护。3.5.2.1初支拆除施作完毕后，应使用断面仪等仪器，精确测量围岩断面，及时修整欠挖断面，保证断面符合设计要求；3.5.2.2断面修整完毕，应及时清理作业断面，并喷射2cm混凝土，以达到保护围岩断面，防止岩壁脱落、坍塌，保障后续施工安全；3.5.2.3初支空洞处理：支护与围岩之间若存在空洞，会影响围岩结构整体性和稳固性，并会改变支护应力结构，对结构支护能力产生不利影响，增加后续施工和后期隧道行车安全隐患；因此在初支施工期间，若检测到初支空洞，应及时采用打孔预埋泵送管，向空洞内泵送C20砼；3.5.2.4初支完成后，每5m在拱顶和拱腰处布设沉降观测和周边收敛点，待数据稳定和初支断面满足设计要求后，即可进行后续二衬施工。

4结论

本文结合具体工程，探讨了隧道初支变形和二衬结构开裂病害治理的二衬与初支置换施工技术要点，结论如下：

4.1在搭设临时钢拱架支撑时，工字钢两头落脚处设置纵向钢板，并将之与工字钢焊接固定，提高了拱架整体受力均衡性。

4.2在注浆施作过程中，应注意注浆异常处理，若注浆压力突然增高，应立即停止注浆作业，并马上换注清水，待注浆泵恢复正常时，再重新开始注浆作业；当吸浆量过大，注浆压力始终保持低位时，应及时调整注浆浓度，适当增加凝胶速度，并合理减小注浆量和注浆压力，或合理采用间歇式注浆。

4.3初支破除施作过程中，应合理确定施工时振幅和次数，避免扰动围岩；破除施作完毕，应及时修整围岩断面，并喷设混凝土保护层；初支重支后，应重视空洞处理，及时采用C20砼泵送回填。

作者:夏黄鹏 单位:湖南路桥建设集团有限责任公司一分公司