論隧道二襯、初支置換及換拱段監(jiān)控量測(cè)方案

邱太寧

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

山區(qū)高速公路建設(shè)為適應(yīng)沿線(xiàn)地形、地質(zhì)條件，隧道工程占比較高，且由于山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層破碎帶、溶洞帶、滑坡段等不利地質(zhì)多，嚴(yán)重影響隧道施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度[1-3]。某隧道改進(jìn)二襯、初支置換施工工藝，采用新型材料的方式，在確保安全、縮短工期和降低施工成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了隧道施工安全，順利通過(guò)了不良地質(zhì)段[4-5]?；诖耍撐囊栽摴こ虨橐劳?，對(duì)其二襯、初支置換及換拱段監(jiān)控量測(cè)方案展開(kāi)研究，具有十分重要的實(shí)踐意義。

1 工程概況

某高速公路隧道項(xiàng)目，采用左右洞分幅設(shè)計(jì)，隧道最大埋深約186.0 m，隧道左洞有共218 m 隧道段，發(fā)生二襯侵界、滲水等質(zhì)量問(wèn)題；右洞共80 m 隧道段，發(fā)生初支工字鋼變形幅度多大、初支下沉等質(zhì)量弊病。針對(duì)左右幅隧道上述情況，采用“先護(hù)后拆” 拆除原初支和二襯，并綜合超前地質(zhì)掃描、鉆芯取樣、鉆孔成像儀等技術(shù)資料對(duì)該隧道二襯、初支進(jìn)行了成功置換，并通過(guò)監(jiān)控量測(cè)單位和第三方檢測(cè)單位檢測(cè)隧道沉降等數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，施工段沉降、收斂數(shù)據(jù)穩(wěn)定，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)均處于固定限值以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足隧道通車(chē)運(yùn)行安全要求。

2 隧道二襯拆除施工

2.1 臨時(shí)鋼拱架支撐

臨時(shí)拱架安裝方法基本和上臺(tái)階鋼支撐一致，其不同之處在于臨時(shí)拱架工字鋼兩頭落腳處需要設(shè)置2 cm 厚、0.5 m 寬縱向鋼板，縱向鋼板接合處采用鋼板焊接，外側(cè)采用1.5 m 長(zhǎng)的直徑22 cm 定位筋固定，工字鋼與鋼板間采用焊接連接固定，保證拱架受力均勻，且工字鋼連接處鋼板必須無(wú)縫對(duì)接。

2.2 注漿固結(jié)

（1）首次注漿施工，采用6 m 長(zhǎng)直徑42*3.5 mm 小導(dǎo)管，縱環(huán)間距為2.4*2.4 m，鋼管前端設(shè)置為尖錐狀，端頭進(jìn)行封堵處理，管壁四周鉆設(shè)直徑6 mm 注漿孔，注漿孔中心距20 cm，布設(shè)為梅花形，鋼管尾部100 cm 為止?jié){段，不鉆設(shè)注漿孔。

（2）二次注漿施工，采用4 m 長(zhǎng)小導(dǎo)管，直徑、縱環(huán)間距、注漿孔孔徑、孔間距等與首次注漿施工參數(shù)一致，端頭不進(jìn)行封堵處理，與首次注漿小導(dǎo)管交錯(cuò)布置，進(jìn)行注漿施工。

2.3 臨時(shí)鋼拱架拆除

為保證施工安全性，換拱段臨時(shí)鋼拱架I20a 工字鋼采用安裝破碎頭挖掘機(jī)從拱腰處破除，逐步向拱頂進(jìn)行，拱腰至拱頂工字鋼拆除后，再拆除拱腰以下部分工字鋼，廢料則用焊工配合挖機(jī)切割并用后八輪轉(zhuǎn)運(yùn)出洞。

2.4 二襯拆除

（1）為減少二襯拆除施工對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)，防止圍巖失穩(wěn)脫落，采用人工風(fēng)鎬配合挖機(jī)拆除二襯混凝土；為避免拆除段二襯混凝土拆除擾動(dòng)非拆除段混凝土，兩段間鑿出40 cm 寬、原二襯混凝土厚槽坑，保證非拆除段落襯砌混凝土穩(wěn)定性。拆除二襯前，須將待拆除循環(huán)段臨時(shí)鋼拱架拆除[6]。

（2）二襯混凝土按自上而下順序拆除，分塊、分段逐步進(jìn)行，并采用汽割切割二襯及初支鋼筋。施工過(guò)程中，須嚴(yán)格控制拆除段交通，嚴(yán)禁非作業(yè)人員、車(chē)輛進(jìn)入。

3 隧道初支置換

二襯拆除完畢，在暴露出的初支斷面布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，若初支變形面積大(環(huán)向長(zhǎng)度超過(guò)2 m)或侵限嚴(yán)重(重構(gòu)二襯厚度小于35 cm)，須對(duì)原有初支采取全斷面整體置換，按1-2 榀鋼拱架一循環(huán)，每榻鋼架拱部、拱腳處，增設(shè)8 根直徑22 mm 鎖腳錨桿。

3.1 初支破除

初支拆除工序基本與二襯一致，先在破除段與非破除段間人工開(kāi)鑿一道50 cm 寬、24 cm 深的槽口，再利用挖掘機(jī)安裝破碎頭破除原初支拱架工字鋼，破除施工時(shí)，根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置破碎頭振幅、破碎次數(shù)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，第1 段破除施工完畢后，立即開(kāi)展第5 段初支破除施工。

3.2 拆除后重新支護(hù)

（1）初支拆除后采用斷面儀對(duì)整個(gè)圍巖進(jìn)行測(cè)量，采用人工風(fēng)鎬配合炮機(jī)方式，修整欠挖部分?jǐn)嗝?，確保斷面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并噴射2 cm 混凝土保護(hù)圍巖，防止松動(dòng)的圍巖有大面積的掉塊現(xiàn)象[7]。

（2）初支空洞處理：若發(fā)現(xiàn)該段初支背后存在空洞，則采用打孔預(yù)埋3 根長(zhǎng)短不一的泵送管泵送C20 混凝土進(jìn)行回填處理；若空腔厚度小于50 cm 時(shí)，采用噴射混凝土全部填充。

（3）超前支護(hù)：為確保二襯砌拆除過(guò)程中的安全，在圍巖較破碎段對(duì)待拆除段拱腰至拱頂采取超前小導(dǎo)管支護(hù)。

（4）初支施工完畢，拱頂、拱腰處按5 m 間距布設(shè)沉降觀測(cè)和周邊收斂點(diǎn)，初支沉降、收斂穩(wěn)定后，方可開(kāi)展二襯施工[8]。

4 仰拱置換

（1）測(cè)量放樣：測(cè)量后，在須拆除置換的起止樁號(hào)兩側(cè)的邊墻上做好標(biāo)記。

（2）仰拱開(kāi)挖：用破碎頭配合挖機(jī)完成全幅開(kāi)挖，為減少作業(yè)干擾，在施工段采用棧橋通行。出碴時(shí)專(zhuān)人觀察并現(xiàn)場(chǎng)指揮，防止仰拱超挖，松碴需徹底清除，見(jiàn)圖1。

圖1 仰拱破除示意圖

（3）仰拱初期支護(hù)：仰拱開(kāi)挖后，先架設(shè)棧橋，用噴射混凝土對(duì)其巖面進(jìn)行初噴，厚度為3～5 cm，后用I20b 工字鋼進(jìn)行安裝，工字鋼縱向布設(shè)間距與上部拱架一致，采用螺栓連接固定與邊墻拱架，形成環(huán)狀封閉結(jié)構(gòu)，最后采用濕噴工藝復(fù)噴混凝土。仰拱重構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 仰拱重構(gòu)示意圖

5 二襯重構(gòu)

（1）施工要求及組織：初支置換施工完畢，在其拱腰、拱頂處，布設(shè)沉降和周邊收斂觀測(cè)點(diǎn)，當(dāng)監(jiān)控量測(cè)報(bào)告顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，立即進(jìn)行二次襯砌施工。二襯臺(tái)車(chē)分兩頭緊跟初支，二襯臺(tái)車(chē)見(jiàn)圖3。

圖3 二襯臺(tái)車(chē)簡(jiǎn)圖

（2）新舊二襯混凝土端頭交界處施工：為確保新舊二襯混凝土間施工縫防水質(zhì)量，對(duì)兩端頭未拆除段二襯接觸面厚度中心位置切割中槽，深度15 cm，寬度10 mm，預(yù)埋中埋式止水帶，并用環(huán)氧樹(shù)脂密封槽口。其他施工縫處防水按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。

（3）防水施工：土工布鋪設(shè)前，先清理初支表面裸露錨桿頭、鋼筋，并用細(xì)石混凝土抹平；土工布用專(zhuān)用熱熔襯墊及射釘固定于混凝土表面。防水板采用焊接連接，板間搭接寬度≥10 cm，單條焊縫寬≥125 mm。

（4）擋頭板定位準(zhǔn)確，與巖壁間隙嵌填密實(shí)，頂部留設(shè)觀察口，便于掌握封頂混凝土施工質(zhì)量。在隧道拱頂位置通過(guò)預(yù)埋排氣孔和壓注漿管孔，以確保二襯拱頂無(wú)空洞現(xiàn)象。

（5）養(yǎng)護(hù)：二襯混凝土采用養(yǎng)護(hù)噴管?chē)娝B(yǎng)護(hù)，模板拆除前，充分沖洗模板表面；模板拆除后，采用高壓水槍噴灑混凝土表面，保持混凝土表面濕潤(rùn)，降低水化熱；洞口100 m 處，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于14 d；洞身混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7 d；已貫通隧道二襯混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d[9]。

（6）二襯換拱施工由兩頭向中間進(jìn)行，采用逐段跳躍式施工，循環(huán)加固，保證二襯置換施工安全性，施工組織方案示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 先鋒隧道二襯置換組織施工示意圖

6 換拱段監(jiān)控量測(cè)方案

（1）拆換后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拱頂沉降和周邊收斂的觀測(cè)，斷面間距為每次拆除段落（暫定2 m）布設(shè)一組，且在二襯拆除或初支置換后，及時(shí)將工作臺(tái)車(chē)移出監(jiān)測(cè)斷面位置，以便監(jiān)控兩側(cè)的工作正常開(kāi)展。

（2）監(jiān)控量測(cè)頻率按照規(guī)范要求適當(dāng)增大，按表1、表2 取大值執(zhí)行。

表1 周邊收斂和拱頂下沉的量測(cè)頻率（按位移速度）

表2 周邊收斂和拱頂下沉的量測(cè)頻率（按量測(cè)間隔時(shí)間）

（3）為保證施工安全，施工過(guò)程中一旦檢測(cè)到異常數(shù)據(jù)，應(yīng)立即上報(bào)處理。位移與時(shí)間正常曲線(xiàn)和反常曲線(xiàn)見(jiàn)圖5，其中反常曲線(xiàn)表示施工監(jiān)測(cè)段發(fā)生的非施工引起的位移急劇增長(zhǎng)現(xiàn)象。

圖5 位移與時(shí)間的正常曲線(xiàn)和反常曲線(xiàn)

7 結(jié)論

綜上所述，隧道二襯、初支置換及換拱段監(jiān)控量測(cè)方案，對(duì)隧道二襯拆除施工、初支置換、仰拱置換、二襯重構(gòu)等施工安全、施工質(zhì)量影響顯著，準(zhǔn)確、可靠的施工檢測(cè)數(shù)據(jù)，是指導(dǎo)隧道不良地質(zhì)段二襯、初支置換施工的必要手段。施工階段，應(yīng)嚴(yán)格按照監(jiān)控量測(cè)方案確定的量測(cè)頻率進(jìn)行施工監(jiān)控，及時(shí)上報(bào)監(jiān)控異常，并采取針對(duì)性治理對(duì)策，保證施工安全性。