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摘要：由于地质条件较差、施工组织不到位或施工工艺不合理,隧道开挖且初期支护完成后, 拱部易发生下沉侵限。本文结合工程实例对隧道初期支护变形换拱技术进行了简要的探讨，其实践结果表明采取该应对措施的有效性和实用性。
关键字：支护; 变形;换拱
Abstract: Dued to poor geological conditions unreasonable construction organization or irrational construction technology. This article made a brief discussion about exchanging arch of tunnel initial support deformation with an engineering example. The results show that the applying of measures has effectiveness and practicality.
Keyword：SupportDeformationExchanging arch
引言
隨着国民经济的不断发展，铁路建设也呈现增长的趋势，在山岭地区修建的铁路隧道也越来越多。由于山区复杂的地质条件特别是软弱围岩给隧道施工加大不少难度。譬如隧道在施工期间容易产生裂缝、变形等现象。如支护变形过大，往往发生侵限或初期支护失去承载能力等，需换拱处理，这样不仅贻误工期，增加施工处理难度，还增大了潜在的安全风险，若处理不当，就会出现人机伤害事故，给工程留下隐患。因此对隧道变形段换拱是保证二衬设计厚度及隧道运营期间安全的重要保障，对其研究就显得十分重要了。
1 工程概况
某隧道全长617m，隧道进口里程DK22+168，出口里程DK22+785。隧道进出口均采用斜切式洞门。隧道内纵坡设置为单面下坡，坡度为4.5‰,坡长617m。在施工过程中监控量测发现，在DK22+748-DK22+758段右侧已经完成的初期支护变形量超标。侵入二衬部位均出现在DK22+748-DK22+758右侧腰处（环向长为4.5m），局部最大侵限达32.7cm，平均侵限19cm左右。侵限面积较大，影响了模筑衬砌施工质量。
该段围岩埋置浅，碳质页岩、岩心呈土状、软～硬塑、泡水性好、工程性质差、施工时易产生溜塌等不良现象，围岩均为碳质页岩夹泥质，开挖时岩体为片状或碎片状，围岩遇水易软化，并逐渐变成粉末状、软塑状，自稳能力较差。该段受地层接触带影响,岩层产状变化较大。
2 原因分析
该隧道出口洞口浅埋、碳质页岩、岩心呈土状、软~硬塑、泡水性好、工程性质差、施工时易产生溜塌等不良现象，围岩均为碳质页岩夹泥质，开挖时岩体为片状或碎片状，围岩遇水易软化，并逐渐变成粉末状、软塑状，自稳能力较差。
3 变形处理措施
为确保施工安全，换拱过程要按照安全锚锁加固，拱架置换先上后下的原则进行处理，对侵入二衬段一次处理到位，防止置换完成后出现二次侵限。
3.1 对侵限断面进行检查，划出侵限范围。
对初支变形地段每榀拱架进行断面净空检查，根据隧道断面检测的结果，将变形段内需要换拱处治的部位用红油漆标示出来。标示必须清晰、准确，并绘制成断面图。根据断面图所反映出的隧道侵限的里程、部位，综合研究确定出每段合理的换拱部位。
3.2 变形段周边注浆
在洞内变形稳定后，对变形段初期支护背后的围岩及周边围岩采用径向注浆加固。注浆管采用Φ50mm，壁厚 3.5mm 的热轧无缝钢管，钢管长 4.5m，管口应埋设牢固，并有良好的止浆措施。注浆孔按浆液扩散半径 1m 布设，注浆孔按梅花型布置，孔口环向间距约 120cm，纵向间距 150cm。注浆材料采用 1：1 普通水泥浆。
3.3 凿除侵限部位砼
根据标识的换拱位置，每次凿除侵限部位砼距离为1榀。同时进行换拱拱架的加工，首榀钢拱架加工完毕后，应在水泥地上试拼，各部尺寸必须符合设计要求，周边拼装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于 2cm，拱架加工预留 10～15cm 变形量。
3.4 换拱
在前期各项工作完成后，进行换拱。换拱为局部拱架置换，换拱时，应遵循从上到下依次拆除，避免掉拱隐患。
1) 从上到下拆除单元拱架，首先在应拆除拱架相邻拱架进行打设锁脚锚管锁定。打设锁脚锚管，L=4m,@42，并进行注浆，7字形卡，满焊固定。（上部拱架单元打设3组6根，间距1米，下部拱架单元打设2组4根，间距1.5米）。在拆除拱架单元的两侧50厘米处，人工用风镐凿出25厘米宽凹槽，用氧气焊切割连接钢筋和钢筋网片，使需拆除拱架单元与初支结构剥离。
2) 人工手持风镐凿除两端连接板处砼，拆除连接螺栓。
3) 单元拱架拆除后，及时进行初喷封闭。重复以上步骤对下步单元进行拱架拆除。
4) 拱架拆除后，重新对断面进行断面扫描，如果仍然侵限，首先进行侵限处理，方能安设拱架。
5) 拱架安装时，测量人员严格对拱架进行定位，质检人员根据验标检验拱架的垂直度和中线偏位，严格控制，坚决杜绝二次换拱。
6) 按照技术交底`进行拱架安设，安设完毕后，测量人员再次进行断面复测，保证超欠挖符合规范要求，留足二次衬砌厚度。
3.5 喷射砼
换拱后，按有关文件要求及时喷射砼，要求喷射饱满，无空洞。
3.6 断面复测
待喷射砼施工完毕后，马上对换拱断面进行复测，并埋设监控量测点，加强该断面的监控量测。稳定后方可进行下一榀拱架的置换施工。
4 换拱注意事项
1) 对拱架的置换应遵循先加固后置换、先墙后拱的原则，即置换前对置换段落进行注浆加固，经监控量测沉降及收敛已经达到稳定，并对不需置换的原拱架进行加密锁脚锚管加固锁定，然后按照先置换边墙部位的钢架，再置换拱部钢架的顺序，且每次置换钢架长度按原钢架节段长度一一对应进行置换。
2) 刻槽时主要以人工利用风镐刻槽为主，严禁采用爆破作业，且每次只能置换一榀，刻槽时注意预留沉降量不小于20cm。
3) 置换时确保钢架连接按照原设计钢板+连接螺栓的方式有效连接，并按照原设计位置施作锁脚锚管，锚管要紧贴钢架，并通过直径Φ22的U型钢筋有效焊接，及时喷射混凝土封闭。
4) 监控量测点的布设要与换拱作业同步进行，布点按纵1.5～2.0m一个断面，环向每个断面在分别在拱顶、拱腰、拱脚及边墙共布设7个观测点。
5) 对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。
6) 待换拱全部结束且围岩监测达到稳定后才可以进行掌子面开挖，开挖时严格执行相关文件要求，满足开挖进尺及安全步距要求。同时严格按照文件要求留足预留沉降量。
5 结语
隧道围岩加固、换拱施工，是对围岩有膨胀性的路段造成初期支护侵入二衬的处理方案。为限制围岩变形,防止沉降，确保施工安全及质量，加固、换拱施工实施中应加强监控量测注意围岩变形情况，做到信息化施工，将动态设计落在实处。
参考文献
[1] 李宁军. 隧道设计与施工百问[M]. 北京:人民交通出版社， 2004
[2] 关书宝. 隧道工程施工要点集[M]. 北京: 人民交通出版社， 2003
[3］TB10204-2002，铁路隧道施工规范［S］
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键字：支护; 变形;换拱
Abstract: Dued to poor geological conditions unreasonable construction organization or irrational construction technology. This article made a brief discussion about exchanging arch of tunnel initial support deformation with an engineering example. The results show that the applying of measures has effectiveness and practicality.
Keyword：SupportDeformationExchanging arch
引言
隨着国民经济的不断发展，铁路建设也呈现增长的趋势，在山岭地区修建的铁路隧道也越来越多。由于山区复杂的地质条件特别是软弱围岩给隧道施工加大不少难度。譬如隧道在施工期间容易产生裂缝、变形等现象。如支护变形过大，往往发生侵限或初期支护失去承载能力等，需换拱处理，这样不仅贻误工期，增加施工处理难度，还增大了潜在的安全风险，若处理不当，就会出现人机伤害事故，给工程留下隐患。因此对隧道变形段换拱是保证二衬设计厚度及隧道运营期间安全的重要保障，对其研究就显得十分重要了。
1 工程概况
某隧道全长617m，隧道进口里程DK22+168，出口里程DK22+785。隧道进出口均采用斜切式洞门。隧道内纵坡设置为单面下坡，坡度为4.5‰,坡长617m。在施工过程中监控量测发现，在DK22+748-DK22+758段右侧已经完成的初期支护变形量超标。侵入二衬部位均出现在DK22+748-DK22+758右侧腰处（环向长为4.5m），局部最大侵限达32.7cm，平均侵限19cm左右。侵限面积较大，影响了模筑衬砌施工质量。
该段围岩埋置浅，碳质页岩、岩心呈土状、软～硬塑、泡水性好、工程性质差、施工时易产生溜塌等不良现象，围岩均为碳质页岩夹泥质，开挖时岩体为片状或碎片状，围岩遇水易软化，并逐渐变成粉末状、软塑状，自稳能力较差。该段受地层接触带影响,岩层产状变化较大。
2 原因分析
该隧道出口洞口浅埋、碳质页岩、岩心呈土状、软~硬塑、泡水性好、工程性质差、施工时易产生溜塌等不良现象，围岩均为碳质页岩夹泥质，开挖时岩体为片状或碎片状，围岩遇水易软化，并逐渐变成粉末状、软塑状，自稳能力较差。
3 变形处理措施
为确保施工安全，换拱过程要按照安全锚锁加固，拱架置换先上后下的原则进行处理，对侵入二衬段一次处理到位，防止置换完成后出现二次侵限。
3.1 对侵限断面进行检查，划出侵限范围。
对初支变形地段每榀拱架进行断面净空检查，根据隧道断面检测的结果，将变形段内需要换拱处治的部位用红油漆标示出来。标示必须清晰、准确，并绘制成断面图。根据断面图所反映出的隧道侵限的里程、部位，综合研究确定出每段合理的换拱部位。
3.2 变形段周边注浆
在洞内变形稳定后，对变形段初期支护背后的围岩及周边围岩采用径向注浆加固。注浆管采用Φ50mm，壁厚 3.5mm 的热轧无缝钢管，钢管长 4.5m，管口应埋设牢固，并有良好的止浆措施。注浆孔按浆液扩散半径 1m 布设，注浆孔按梅花型布置，孔口环向间距约 120cm，纵向间距 150cm。注浆材料采用 1：1 普通水泥浆。
3.3 凿除侵限部位砼
根据标识的换拱位置，每次凿除侵限部位砼距离为1榀。同时进行换拱拱架的加工，首榀钢拱架加工完毕后，应在水泥地上试拼，各部尺寸必须符合设计要求，周边拼装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于 2cm，拱架加工预留 10～15cm 变形量。
3.4 换拱
在前期各项工作完成后，进行换拱。换拱为局部拱架置换，换拱时，应遵循从上到下依次拆除，避免掉拱隐患。
1) 从上到下拆除单元拱架，首先在应拆除拱架相邻拱架进行打设锁脚锚管锁定。打设锁脚锚管，L=4m,@42，并进行注浆，7字形卡，满焊固定。（上部拱架单元打设3组6根，间距1米，下部拱架单元打设2组4根，间距1.5米）。在拆除拱架单元的两侧50厘米处，人工用风镐凿出25厘米宽凹槽，用氧气焊切割连接钢筋和钢筋网片，使需拆除拱架单元与初支结构剥离。
2) 人工手持风镐凿除两端连接板处砼，拆除连接螺栓。
3) 单元拱架拆除后，及时进行初喷封闭。重复以上步骤对下步单元进行拱架拆除。
4) 拱架拆除后，重新对断面进行断面扫描，如果仍然侵限，首先进行侵限处理，方能安设拱架。
5) 拱架安装时，测量人员严格对拱架进行定位，质检人员根据验标检验拱架的垂直度和中线偏位，严格控制，坚决杜绝二次换拱。
6) 按照技术交底`进行拱架安设，安设完毕后，测量人员再次进行断面复测，保证超欠挖符合规范要求，留足二次衬砌厚度。
3.5 喷射砼
换拱后，按有关文件要求及时喷射砼，要求喷射饱满，无空洞。
3.6 断面复测
待喷射砼施工完毕后，马上对换拱断面进行复测，并埋设监控量测点，加强该断面的监控量测。稳定后方可进行下一榀拱架的置换施工。
4 换拱注意事项
1) 对拱架的置换应遵循先加固后置换、先墙后拱的原则，即置换前对置换段落进行注浆加固，经监控量测沉降及收敛已经达到稳定，并对不需置换的原拱架进行加密锁脚锚管加固锁定，然后按照先置换边墙部位的钢架，再置换拱部钢架的顺序，且每次置换钢架长度按原钢架节段长度一一对应进行置换。
2) 刻槽时主要以人工利用风镐刻槽为主，严禁采用爆破作业，且每次只能置换一榀，刻槽时注意预留沉降量不小于20cm。
3) 置换时确保钢架连接按照原设计钢板+连接螺栓的方式有效连接，并按照原设计位置施作锁脚锚管，锚管要紧贴钢架，并通过直径Φ22的U型钢筋有效焊接，及时喷射混凝土封闭。
4) 监控量测点的布设要与换拱作业同步进行，布点按纵1.5～2.0m一个断面，环向每个断面在分别在拱顶、拱腰、拱脚及边墙共布设7个观测点。
5) 对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。
6) 待换拱全部结束且围岩监测达到稳定后才可以进行掌子面开挖，开挖时严格执行相关文件要求，满足开挖进尺及安全步距要求。同时严格按照文件要求留足预留沉降量。
5 结语
隧道围岩加固、换拱施工，是对围岩有膨胀性的路段造成初期支护侵入二衬的处理方案。为限制围岩变形,防止沉降，确保施工安全及质量，加固、换拱施工实施中应加强监控量测注意围岩变形情况，做到信息化施工，将动态设计落在实处。
参考文献
[1] 李宁军. 隧道设计与施工百问[M]. 北京:人民交通出版社， 2004
[2] 关书宝. 隧道工程施工要点集[M]. 北京: 人民交通出版社， 2003
[3］TB10204-2002，铁路隧道施工规范［S］
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。