初研隧道变形的处理方法

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1处理方案

待初支变形稳定后，回填土反压夯实至上导位置，并在洞内设置集水井（见图2）、布设引水管路，将掌子面的水及时抽至已设置好的集水井里面，再通过集水井将水及时排出洞外。由于地质条件较差，采用三台阶法掘进施工，每开挖循环进尺严格控制在0.6m以内，采用单工序作业及时进行衬砌。上台阶施作φ42超前小导管（按照设计要求加工），长度2.5m，环向间距1m/3根，共39根，外插角度为10～15°，上台阶每榀都施作小导管。钢筋网片：采用φ8盘条，网格间距20*20cm，加工厂加工、现场安装，搭接长度均不得小于30cm；I20a型钢钢架：间距0.6m；连接筋：Φ22钢筋连接，环向间距1.0m；φ42锁脚锚管：增加锁脚锚管至每点4根，单根长度4m，两侧对称锁定钢架基脚。整个变形段掘进过程中预留变形量不小于30cm。

2施工中存在的问题及处理措施

根据上述方法上台阶换拱至DK232＋901时出现DK232＋912.3～DK232＋901段整体下沉，且下沉量大，导致初期支护侵入净空。针对洞内换拱后出现的整体下沉情况，我们采取了设置临时横支撑、斜支撑及径向注浆加固的处理措施。

（1）横支撑临时横支撑每两榀拱架设置一道，采用I20a工字钢，每道横支撑用两根工字钢并在一起对初期支护拱架进行支撑。

（2）斜支撑斜支撑设置在DK232＋911.53断面，从隧道中线所在的填充面向左右线初支面各设置一道，每道均采用两根I20a工字钢并在一起进行支撑。

（3）径向注浆径向注浆采用风枪在初支面上以2m×2m的间距梅花行布孔，孔深4.5m，安装注浆管，注浆管采用φ42无缝钢管，在加工场加工，现场安装，具体加工大样如图5所示。安装完注浆管后进行注浆，注浆浆液采用1:1单液浆，注浆压力控制在1.5MPa以上，注浆顺序按梅花形交错进行。通过对现场勘察、测量并进行分析，发生以上问题的原因：该段地下水发育造成开挖后拱脚基础软、承载力差，发生塌方后周围土体松散，基本没有自稳能力，周围土体对拱架的作用力过大，而拱架拱脚基础无法给出相应的反作用力，从而造成初期支护整体下沉。

3施工方案优化

3.1导向墙施工

首先在DK232＋913.5～911.5段施作C35混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱紧贴着原初支面施作，套拱以已施作的仰拱作为基础，套拱宽2m，厚1m，内埋设5榀I20a工字型钢支撑间距50cm，拱架间以Φ22钢筋纵向连接，由于二衬离变形段太近无法施作管棚工作室，以与衬砌外缘线11°46′6″的夹角焊接2.5m长φ140mm的导向管，钢支撑与管棚导向管用Φ22钢筋固定焊成整体。导向管支撑稳固后，进行模板安装及C35砼浇筑。等换拱至DK232＋895时，再在DK232＋895～DK232＋893施作一个导向墙，施作24m长管棚，两管棚搭接长度6m。在DK232＋911及DK232＋894处全环（包括上台阶、中台阶、下台阶）施作大管棚，大管棚设计参数：大管棚采用热轧无缝钢管φ108，壁厚6mm，节长分别为3m、6m；管距：环向间距30cm；倾角：第一次施作的管棚钢管与衬砌外缘线夹角为11°46′6″，第二次施作的管棚钢管与衬砌外缘线夹角为3°；管棚长度为24m，钢管接头采用φ114×6mm，长15cm丝扣连接，同一端面内接头数量不得超过总钢管数的50%，相邻钢管的接头至少错开1m；⑤采用C35套拱混凝土作为长管棚导向墙，截面尺寸为1m（厚）×2m（宽），内设5榀I20a工字钢拱架；DK232+894处导向管采用φ140无缝钢管导向大管棚施工。制管：超前管棚采用外径108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管加工制成，长3m和6m，内设钢筋笼。钢管两端分别车上阴阳螺纹，钢管间采用丝扣连接，接成24m的长管棚，钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm；管棚前端加工成锥形，为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节采用6m钢管。全断面长管棚注浆采用水泥浆液，水泥浆液水灰比1︰1（重量比）。注浆压力在1.5MPa以上，注浆结束后用M7.5水泥砂浆充填钢管以增强管棚强度。在初期支护混凝土表面径向施作中空注浆锚杆，锚杆长3.5m，间距1m，呈梅花形布置，全环布设，并进行注浆，水泥浆液水灰比及注浆压力同上。

3.2换拱

拆除临时仰拱及拱架，对变形的初期支护进行换拱，换拱后的拱架采用双层I20a工字作为一榀拱架。换拱段为DK232＋912～DK232＋878。换拱支护参数如下：

（1）初喷4cm厚C25混凝土；

（2）施作锚杆；

（3）钢筋网片：采用φ8盘条，网格间距20*20cm，加工厂加工、现场安装，搭接长度均不得小于30cm；

（4）I20a型钢钢架：间距0.6m，拱脚采用28b槽钢垫实，并将槽钢连成整体；每点设2根自进式锚杆锁脚，单根长6m，两侧对称锁定钢架基脚，并进行注浆；

（5）连接筋：Φ22钢筋连接，环向间距1.0m，并将每台阶拱脚处两根连接筋利用I16工字钢代替Φ22钢筋（双侧4根）；

（6）φ42超前小导管：拱部施作双层φ42长5m小导管，间距30cm；

（7）C25喷砼厚25cm。第一层拱架喷砼完成后及时进行第二层拱架施作，拱架间用Φ22钢筋焊接牢固，第二层拱架每节点再施作2根6m长自进式锁脚锚管，两次打设的锚杆一起牢牢锁住两层拱架并对锚杆进行注浆。

（8）换拱以后初支预留变形量不小于30cm。

（9）拆除DK232＋913.5～911.5段导向墙及DK232＋912～DK232＋905段一次换拱后拱架，并对其进行二次换拱处理。

（10）整个换拱过程采用三台阶法进行，设临时仰拱，必要时加坚向支撑。6.5仰拱基底处理因此隧道段裂隙水发育，水流量大，成股流出，流量为12m3/h，仰拱底软弱，应及时做好引排水，仰拱采用基底注浆加固处理。仰拱基底处理的各项参数如下：

（1）浆液扩散半径为2.0m；

（2）孔口环向间距由为1.25m；

（3）孔口纵向间距为2.0m；

（4）注浆深度为5.0m。6.6衬砌施工为保证施工安全顺利的进行，在处理塌方过程中采用单工序作业，及时封闭成环，为保证工程质量，将二衬厚度由原设计45cm增加至60cm，采用C35钢筋混凝土。

4结语

施作双层拱架增加了拱架的刚性；增强了钢拱架的整体连接性；对仰拱进行注浆处理增加了基底的承载力。此方法在隧道塌方处理中取得了良好的效果，非常具有可行性，有效的保证了施工的安全，达到了预期的目的。

作者:王海平单位：中铁十七局集团第五工程有限公司