摘要：寶蘭客專喬家營(yíng)三號(hào)隧道為雙線隧道，屬于淺埋隧道。文章以寶蘭客專喬家營(yíng)三號(hào)隧道為背景，介紹了淺埋黃土隧道初支侵限后的換拱施工方法、人員組織、安全質(zhì)量保證措施等，為以后類似工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：黃土隧道；換拱施工技術(shù)；隧道工程；淺埋隧道；工程施工 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U455 文章編號(hào)：1009-2374（2017）05-0176-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.085

1 工程概況

寶蘭客專喬家營(yíng)三號(hào)隧道全長(zhǎng)241.6m，為雙線隧道，隧道工程范圍內(nèi)濕陷性黃土主要為風(fēng)積黃土，壁立性強(qiáng)，大孔隙發(fā)育，具Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土，濕陷性土層厚為30～40m。濕陷性黃土對(duì)工程有一定影響。隧道屬于淺埋隧道，洞身最大埋深40m。隧道洞身通過(guò)的地層主要是第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土。

隧道洞身穿越范圍內(nèi)為V級(jí)圍巖，斷面支護(hù)形式Ve，隧道出口DK1012+230.1～DK1012+242，初支侵限長(zhǎng)度11.9m，最大侵限近40cm。處于隧道出口處，也是隧道進(jìn)洞洞口，隧道進(jìn)洞超前支護(hù)采用拱部Φ108管棚+Φ42超前小導(dǎo)管，設(shè)計(jì)襯砌厚度60cm，除侵限部分外其余地段二次襯砌全部施工完成，隧道初支侵限斷面如圖1所示：

2 侵限原因分析

（1）該段隧道位于洞口處，埋設(shè)較淺，最大埋深為12m；（2）圍巖本身具有濕陷性，洞頂土質(zhì)較疏松，自身承載力較差，加大了拱架的外力作用；（3）洞口導(dǎo)向墻處地基承載力較小，導(dǎo)致進(jìn)洞開挖時(shí)導(dǎo)向墻沉降；（4）預(yù)留沉降量預(yù)判存在偏差，圍巖本身沉降量超出了預(yù)留沉降量范圍，造成侵限。

3 人員機(jī)械組織

施工班長(zhǎng)1名，技術(shù)人員1名，安全人員1名，施工人員10人，參與施工的所有人員應(yīng)是從事隧道開挖的人員，有隧道施工經(jīng)驗(yàn)。開工前準(zhǔn)備好挖機(jī)1臺(tái)（帶破碎頭）、風(fēng)槍2把、風(fēng)鎬10把、裝載機(jī)1臺(tái)、自卸車1臺(tái)、電焊機(jī)2臺(tái)及小型機(jī)具若干。作業(yè)平臺(tái)采用原隧道開挖過(guò)程中的防水板臺(tái)車，作業(yè)前確保防水板臺(tái)車結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，焊點(diǎn)牢靠。

4 換拱施工

4.1 總體思路

先在原有的導(dǎo)向墻外側(cè)施工第一環(huán)超前小導(dǎo)管，長(zhǎng)度5m，小導(dǎo)管一端支撐于現(xiàn)有的導(dǎo)向墻上，另一端打入后位于已經(jīng)施工的初支結(jié)構(gòu)上方，超前小導(dǎo)管的環(huán)向范圍為環(huán)向換拱范圍即原上臺(tái)階范圍。

第一環(huán)的超前施工完成后，開始由導(dǎo)向墻處內(nèi)側(cè)（保留導(dǎo)向墻）向洞內(nèi)逐榀拆除侵限段的拱架，采用挖機(jī)帶破碎頭拆除，人工持風(fēng)鎬輔助拆除。拆除時(shí)，應(yīng)拆除一榀支護(hù)一榀，其余超前支護(hù)及支護(hù)參數(shù)同原設(shè)計(jì)。環(huán)向拆除范圍為原上臺(tái)階全部拱架。拱架拆除前后，在地表布點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)。

4.2 施工準(zhǔn)備

在侵限處理施工前組織技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，班前下發(fā)“技術(shù)交底書”，進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底培訓(xùn)，保證每一位施工人員熟悉施工方案內(nèi)容、施工流程及安全注意事項(xiàng)。

拆換作業(yè)前三天，必須進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。地表和洞內(nèi)同時(shí)觀測(cè)，量測(cè)斷面布設(shè)間距不得大于5m，量測(cè)頻率不得少于3次/天，量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳圍巖監(jiān)控量測(cè)信息化平臺(tái)。及時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，確定圍巖和初支穩(wěn)定的情況下，才能進(jìn)行作業(yè)。在臨近二襯布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并及時(shí)上傳數(shù)據(jù)，嚴(yán)密監(jiān)控臨近二襯變形情況。

4.3 超前小導(dǎo)管施工

在原有的導(dǎo)向墻外側(cè)施工第一環(huán)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用Φ42鋼管，長(zhǎng)度5m，間距0.3m，超前小導(dǎo)管的環(huán)向范圍為環(huán)向換拱范圍即原隧道開挖上臺(tái)階范圍。其余超前小導(dǎo)管施工同原設(shè)計(jì)參數(shù)。小導(dǎo)管施工平臺(tái)利用現(xiàn)有的鋪掛防水板臺(tái)車組建而成。

4.4 原拱架拆除

路線縱向范圍拆除順序由洞口往洞內(nèi)進(jìn)行逐榀拆除，單個(gè)型鋼骨架先拆除原上臺(tái)階三節(jié)拱架的中間一節(jié)，再拆除兩側(cè)另外兩節(jié)的拱架。拆除采用挖機(jī)破碎頭加風(fēng)鎬施工，首先由挖機(jī)破碎頭將需要換拱的拱架周圍的初噴混凝土及鋼筋網(wǎng)片慢慢鑿除掉，不適宜用挖機(jī)破碎頭的由人工采用風(fēng)鎬配合鑿除，露出型鋼骨架。此時(shí)用裝載機(jī)將鑿下的混凝土及鋼筋廢渣統(tǒng)一由洞內(nèi)推到洞外，保證地面平坦，然后將防水板臺(tái)車移至拱架下方，由人工將原開挖上下臺(tái)階拱架之間連接的螺栓拆除，型鋼拆除按照自上而下的原則，逐節(jié)將型鋼拆卸至平臺(tái)上，通過(guò)挖機(jī)將拆下的型鋼吊裝至地面。拆除時(shí)應(yīng)保護(hù)好原中臺(tái)階拱架連接板，以便換新拱架時(shí)順利連接。部分型鋼可能由于變形導(dǎo)致型鋼連接螺栓無(wú)法拆除的現(xiàn)象，此時(shí)可以采用氧氣、乙炔對(duì)型鋼進(jìn)行切割。需要注意的時(shí)，在型鋼螺栓拆除及切割過(guò)程中一定要有相關(guān)輔助措施保證型鋼臨時(shí)固定。人員拆除時(shí)要站在型鋼旁邊，不要站在型鋼下面進(jìn)行拆除，確保施工作業(yè)安全。

原拱架拆除完成后，需要對(duì)土體進(jìn)行開挖，此時(shí)由人工采用風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，開挖的深度通過(guò)前后拱架的侵限范圍來(lái)確定，施工中首先通過(guò)前后拱架侵限深度，通過(guò)拉線方式初步確定土體開挖的深度，然后對(duì)土體進(jìn)行開挖到要求輪廓線。

4.5 新拱架的安裝

侵限拱架每榀拆除后立刻換立新拱架，新拱架按照原設(shè)計(jì)參數(shù)加工，拱架分三節(jié)，新拱架連接于每環(huán)未拆除的原中臺(tái)階拱架上，采用墊板螺栓連接，每節(jié)長(zhǎng)度按照實(shí)際情況確定。新的拱架由挖機(jī)吊裝到作業(yè)平臺(tái)，再采用人工直接進(jìn)行安裝，安裝過(guò)程中采用鋼管等物體對(duì)型鋼進(jìn)行臨時(shí)固定。如果未拆除的原中臺(tái)階型鋼螺栓連接板在拆除過(guò)程中因變形而無(wú)法安裝螺栓進(jìn)行固定時(shí)，應(yīng)對(duì)原螺栓連接板和新的螺栓連接板進(jìn)行滿焊固定，間隙過(guò)大不能直接滿焊的要采取加塞鋼筋等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)滿焊，保證新舊型鋼骨架連接穩(wěn)固。新拱架按照設(shè)計(jì)采用間距100cm的Φ22螺紋鋼與相鄰鋼架焊接牢固。拱架安裝完成后，利用已安裝好的拱架，及時(shí)施做超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管打入角度5°～10°，相鄰兩排超前小導(dǎo)管的水平搭接長(zhǎng)度不小于100cm。每榀拱架安裝完成后及時(shí)按要求施做。

4.6 噴射混凝土施工

型鋼安裝完成后及時(shí)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，防止掉頂；立即進(jìn)行初期支護(hù)。噴射時(shí)使噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為1.5～2.0m；噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動(dòng)，一圈壓半圈；若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí)，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度太小，會(huì)形成混凝土物料在受噴面上的滾動(dòng)，產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質(zhì)量。噴射混凝土終凝2小時(shí)后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。初噴混凝土等待強(qiáng)度同時(shí)，可組織人員進(jìn)行對(duì)另外相鄰拱架或另側(cè)拱架的拆除作業(yè)。

5 施工技術(shù)要求

拱架拆換要連續(xù)施工，逐榀拆除與換拱，按照自上而下，每次一榀逐段處理，嚴(yán)禁大跨度連續(xù)拆除。換立新拱架，左右兩側(cè)拱架測(cè)量放點(diǎn)必須對(duì)稱，避免鋼拱架扭曲和拱部錯(cuò)臺(tái)。新拱架要與原拱架連接牢固，有錯(cuò)臺(tái)的可用法蘭鋼板或短工字鋼連接。拱架拆換完成后，在適當(dāng)位置布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)（拱頂、邊墻與仰拱填充面），量測(cè)斷面間距3m，量測(cè)頻率3次/天，嚴(yán)密監(jiān)控鄰近二襯的變形與沉降情況，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳圍巖監(jiān)控量測(cè)信息化平臺(tái)。

6 安全措施

（1）加強(qiáng)洞內(nèi)、地表圍巖監(jiān)控量測(cè)工作。根據(jù)量測(cè)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整換拱方法及支護(hù)參數(shù)，確保隧道安全；（2）在拆除作業(yè)前，在拆除施工段安放各不小于24m的逃生管道，滿足要求后，方可進(jìn)行拆除作業(yè)；（3）技術(shù)員、安全員跟班作業(yè)。在隧道換拱全過(guò)程中專職安全員、技術(shù)人員進(jìn)行跟班作業(yè)，隨時(shí)查看圍巖變化情況，遇到緊急情況及時(shí)撤走人員。技術(shù)人員對(duì)工人施工作業(yè)隨時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，確保型鋼骨架安裝滿足要求；（4）施工中設(shè)置安全警戒區(qū)域，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)；（5）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作。成立監(jiān)控量測(cè)隊(duì)，每次換工前及換拱過(guò)程中動(dòng)態(tài)進(jìn)行圍巖變形的監(jiān)控量測(cè)，若發(fā)生異常變化時(shí)立即停止施工，并確保換拱位置一次成功；（6）建立并完善換拱應(yīng)急救援預(yù)案，落實(shí)各級(jí)職責(zé)，并對(duì)應(yīng)急救援預(yù)案進(jìn)行演練，在出現(xiàn)特殊情況時(shí)將損失減少到最小。

7 結(jié)語(yǔ)

隧道在施工過(guò)程中，難免會(huì)因?yàn)槭┕た刂撇坏轿?、地基沉降等原因造成初支侵限的情況出現(xiàn)，而對(duì)于侵限初支的處理又是項(xiàng)極其危險(xiǎn)的工作，如何保證換拱過(guò)程的快捷、安全成了我們施工方案主要解決的問(wèn)題。通過(guò)以上換拱施工方案在黃土隧道中的應(yīng)用，一天可以組織人員進(jìn)行3榀拱架的拆換，拆換速度快，能保證施工安全。在以上項(xiàng)目的應(yīng)用中一次換拱成功，沒(méi)有出現(xiàn)任何安全質(zhì)量事故。

參考文獻(xiàn)

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[3] 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南（鐵建設(shè)[2010]241號(hào)）[S].

作者簡(jiǎn)介：徐仁華（1983-），男，中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司工程師。

（責(zé)任編輯：小 燕）