隧道圍巖變形換拱施工安全管理

劉平成

（甘肅路橋第四公路工程有限責(zé)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(xiàng)目為隧道工程，在施工期間會(huì)受到地質(zhì)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(huì)造成塌方、初支噴射混凝開裂、鋼拱架變形等災(zāi)害的發(fā)生。為保證隧道工程施工的順利進(jìn)行，需結(jié)合Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形實(shí)際情況，強(qiáng)化變形換拱施工技術(shù)安全管理。因此對(duì)于Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術(shù)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(shè)計(jì)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(zhǎng)分別為2.086km、2.067km，進(jìn)口與出口采用端式門洞與削竹式門洞。公路等級(jí)為Ⅰ級(jí)，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(hù)方式，由于地質(zhì)條件相對(duì)較差，需采取不同的超前支護(hù)方式，保證施工質(zhì)量，二次襯砌確定為鋼筋混凝土。

病害段地質(zhì)情況：經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在病害地質(zhì)段右線距進(jìn)洞口22.6～42.6m 的范圍內(nèi)，圍巖為厚層塊狀砂巖。頂板相對(duì)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(shí)封閉洞口。換拱的原因：混凝土疏松剝落比較嚴(yán)重，強(qiáng)度下降，難以滿足實(shí)際使用要求。為保證隧道的使用安全性，需及時(shí)換拱。

2 換拱技術(shù)簡(jiǎn)介

公路隧道工程施工中當(dāng)屬于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖條件時(shí)，會(huì)使用復(fù)合式襯砌或整體式襯砌的方式在隧道洞口施工[1]。在實(shí)際施工過程中地層壓力、圍巖膨脹性壓力等都會(huì)影響隧道襯砌施工質(zhì)量，導(dǎo)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(duì)受損變形嚴(yán)重的隧道襯砌加固時(shí)，新鋼拱架是較常使用的方法。應(yīng)用時(shí)要求隧道有足夠的凈空，便于在襯砌外架設(shè)鋼拱架；但如果凈空沒有富余可以采取鑿嵌入襯內(nèi)的方式進(jìn)行加固。凈空有富余時(shí)，將鋼筋混凝土或型鋼混凝土套拱增設(shè)到隧道內(nèi)側(cè)。對(duì)于有開裂的襯砌，可通過鋼拱架臨時(shí)利用支護(hù)方式局部加固，將侵蝕嚴(yán)重的部分鑿除，采取網(wǎng)噴的方式提升錯(cuò)臺(tái)的承載力。二次襯砌加固可以采取的方法有外貼鋼板、高強(qiáng)度碳纖維等。換襯砌需慎重選擇，這種方法雖然治理相對(duì)比較徹底，但由于費(fèi)用高、勞動(dòng)強(qiáng)度等問題無法有效推廣。

換拱對(duì)于初期支護(hù)與二次襯砌而言，具體步驟如下：檢測(cè)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(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，將原有襯砌切割鑿除，切除的方法為切槽法[2]。

3 Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工安全管理措施

Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工安全管理需重視多個(gè)細(xì)節(jié)與要點(diǎn)，首先要做好準(zhǔn)備工作，為換拱施工的開展奠定基礎(chǔ)，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(zhǔn)備工作

換拱前需做好準(zhǔn)備工作，確保換拱工作的順利進(jìn)行。具體需做好下面幾項(xiàng)工作。

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

（2）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)拱頂位移較大，且速率不在允許范圍內(nèi)。裂縫產(chǎn)生于初期支護(hù)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(biāo)識(shí)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，在所需換拱處治的部分進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記材料為紅油漆，標(biāo)記需精準(zhǔn)清晰。

（5）確定換拱方案，做好技術(shù)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(zhǔn)備好施工機(jī)械設(shè)備，在施工中所需的機(jī)械設(shè)備有模板臺(tái)車、混凝土輸送泵、攪拌機(jī)等。

3.2 完善監(jiān)控管理工作

圍巖監(jiān)控是本工程的關(guān)鍵所在，在監(jiān)控工作開展期間，洞內(nèi)監(jiān)控與地表沉降監(jiān)控是重點(diǎn)所在。地表沉降監(jiān)控需保持精細(xì)化，監(jiān)控點(diǎn)位需在變形換拱前布置好，布置時(shí)需按照10m 縱向間距與5m 橫向間距進(jìn)行確定[5]。在確定中線監(jiān)測(cè)范圍時(shí)，需合理控制，確保范圍在隧道開挖寬度與埋深之和以內(nèi)。在對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控期間，監(jiān)控點(diǎn)位需布置在護(hù)拱上，斷面測(cè)點(diǎn)要在5～10m內(nèi)布置，監(jiān)測(cè)工作需每天開展一次，精準(zhǔn)記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果，并建立監(jiān)測(cè)臺(tái)賬。同時(shí)也要精準(zhǔn)計(jì)算用水量，為施工的安全開展提供支持。為提升監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度，還需使用信息化設(shè)備，確保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的可靠性，并為施工安全提供幫助。

3.3 臨時(shí)加固初期圍護(hù)

3.3.1 支撐加固

臨時(shí)加固需在初期支護(hù)侵限段使用，在加固前需明確支撐加固要求。通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的了解與分析，選擇扇形臨時(shí)支撐架設(shè)的方法，臨時(shí)護(hù)拱鋼架每?jī)砷O(shè)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(gè)節(jié)點(diǎn)與支點(diǎn)能緊密連接，需做好節(jié)點(diǎn)緊固工作；支撐拱架間距需針對(duì)變形情況予以調(diào)整。

3.3.2 隧道全斷面徑向5m小導(dǎo)管帷幕注漿加固

（1）全斷面徑向注漿加固工作需在洞內(nèi)臨時(shí)鋼支撐架設(shè)結(jié)束，變形穩(wěn)定后開展。將?42徑向注漿小導(dǎo)管設(shè)置在洞內(nèi)全斷面，加固處理需從初期支護(hù)背后進(jìn)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(zhǎng)度為5m 的熱軋無縫鋼管，壁厚為4mm，管口需埋設(shè)牢固，且能做好止?jié){工作。使用風(fēng)機(jī)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(jié)束有一定標(biāo)準(zhǔn)，操作人員需確保各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后方可停止注漿。其中注漿量需達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；注漿壓力確保能達(dá)到1.5MPa，壓力穩(wěn)定需控制在10min以上，注漿量需在設(shè)計(jì)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(shè)檢查孔，深度為4m，檢查孔內(nèi)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(nèi)，而且要求單軸抗壓強(qiáng)度為1.5MPa，這時(shí)就說明注漿效果良好。檢查孔布置，一般情況下為每個(gè)工作區(qū)段在拱部及兩邊墻各一個(gè)。檢查合格后需及時(shí)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(bǔ)充注漿，確保符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[7]。

（5）做好安全防護(hù)。為避免發(fā)生安全事故，在施工過程中需做好安全防護(hù)。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(chǎng)架設(shè)安全網(wǎng)，將防護(hù)棚設(shè)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(jìn)行操作，并做好安全防護(hù)，嚴(yán)格按照安全制度進(jìn)行操作，設(shè)置防護(hù)欄，防護(hù)欄高度需大于1m。

3.4 做好鋼支撐架設(shè)

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(guān)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?qǐng)D紙開始批量生產(chǎn)。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(yù)留變形量需分別控制為±3cm、＜2cm、10～15cm。

3.4.2 初期支護(hù)拆除

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

3.4.3 架設(shè)換拱鋼支撐

架設(shè)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(duì)超挖部分進(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(shí)楔緊，楔緊間隔距離為2m；⑤對(duì)拱頂下沉問題進(jìn)行控制，鋼支撐必須落到實(shí)地，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求使用鎖腳鋼管。

拱架的更換需保證與支護(hù)形式的一致性，而且布置間距需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行縱向調(diào)整。換拱結(jié)束后要立即噴射混凝土，拆換長(zhǎng)度需合理控制，不宜過長(zhǎng)，同時(shí)也要做好防水處理，嚴(yán)格控制二襯混凝土的澆筑[9]。如果支護(hù)初期變形情況比較嚴(yán)重，可以將一模二襯長(zhǎng)度拆換。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的75%，臺(tái)車可以后退，并繼續(xù)進(jìn)行換拱工作，對(duì)二次侵限進(jìn)行有效控制，要通過專業(yè)的工作人員對(duì)工程進(jìn)行監(jiān)控與測(cè)量。如果在監(jiān)測(cè)期間發(fā)現(xiàn)異常需及時(shí)處理。

3.4.4 侵限處控制要點(diǎn)

侵限處控制要點(diǎn)如下：①為保證施工安全，換拱前需先設(shè)置臨時(shí)支撐，保證結(jié)構(gòu)安全，避免發(fā)生安全事故；②臨時(shí)支撐架設(shè)結(jié)束，且注漿后能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，才能開展換拱施工；③一榀一榀換拱，嚴(yán)禁兩榀同時(shí)更換；④對(duì)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(duì)拱架進(jìn)行有效鎖固，需使用鎖腳錨桿將所有系統(tǒng)鎖固；⑥墊實(shí)預(yù)制混凝土塊底部；⑦為控制施工質(zhì)量，還要對(duì)斷面進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置保持3m 間距，監(jiān)測(cè)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(xiǎn)制度

Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術(shù)安全管理工作的順利開展，要求能輔助以健全的施工保險(xiǎn)制度。施工人員必須購(gòu)買工程保險(xiǎn)，為其提供保障。工程保險(xiǎn)對(duì)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(jì)補(bǔ)償，降低事故對(duì)施工人員產(chǎn)生的不利影響。同時(shí)保險(xiǎn)制度對(duì)施工人員而言，也有一定激勵(lì)作用，能不斷提升其安全意識(shí)，確保安全施工。

4 結(jié)語

Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術(shù)安全管理工作的順利開展，能確保換拱施工的整體質(zhì)量，減少在施工期間發(fā)生的安全事故。在做好施工準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際情況，制訂個(gè)性化施工方案，優(yōu)化施工細(xì)節(jié)，保證施工的安全性。為有效控制Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工，還需完善施工保險(xiǎn)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(qiáng)，如何確保施工安全性成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，尤其是在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，更要重視Ⅴ級(jí)圍巖隧道圍巖變形換拱施工，強(qiáng)化施工技術(shù)安全管理，落實(shí)安全責(zé)任與制度，降低發(fā)生安全事故的概率。