CN105781571A - 一种软岩变形隧道衬砌支护拆换拱施工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种软岩变形隧道衬砌支护拆换拱施工方法。
背景技术
[0002]铁路建设在西部地区面临着复杂环境和不良地质安全施工问题的挑战。由于复杂特殊的地质构造环境，隧道围岩强度低、自稳能力差、支护结构变形受力等特点，同时受高地应力、地下水及岩层产状等不利因素的影响，在隧道开挖过程中常引起围岩大变形，导致初期支护结构，甚至是隧道二次衬砌变形侵限开裂失稳而不得不频繁进行拆换。尤其是二次衬砌混凝土甚至发生开裂、掉块的破坏现象，严重影响隧道施工安全和结构安全。
[0003]为了确保隧道结构安全及后期运营安全，对发生侵限和严重裂损段，在进行衬砌拆换、扩挖的同时应根据围岩变形的不对称性，有针对性地利用锚杆、注浆等手段对支护进行加强。在工期紧张和安全要求标准高的前提下，工法的安全性和可靠性需要进一步提高，因此在总结以往施工经验的基础上，施工采用一次性全断面拆除衬砌支护的工法，加之进一步加强施工技术措施，从而保证了施工安全，重新施作的衬砌满足设计要求，工法操作简单，便于施工现场施工组织管理。
发明内容
[0004]为了克服现有方法不可以一次全断面整体拆换衬砌支护，施作不安全的问题，本发明提供一种软岩变形隧道衬砌支护拆换拱施工方法，本发明没有设置加固衬砌的台架，采用临时套拱，施工空间大，有利于机械化快速施工，通过拆换施工保证了隧道衬砌结构原有的承载能力、整体性、侵蚀性及防水抗渗性能;施工作业人员可以在有效的保护下安全作业，可以有效的规避和减少了拆除初期支护过程中顶部掉块或塌方的危险，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业，加快了施工进度，有效地节约了施工工期。
[0005]本发明采用的技术方案为:
一种软岩变形隧道衬砌支护拆换拱施工方法，其特征在于:具体施工方法步骤为: 第一步:洞内导线复测，人员、机械设备进场；
第二步:采用型钢对待拆换二衬进行套拱加固作业，该工作前期已完成，并对保留区端头位置设置3榀I20b型钢钢架锁口；
第三步:拆除待拆换初支前，在衬砌表面采用Φ 42小导管对拱墙进行径向钻孔注浆加固，同时在仰拱填充顶面采用φ 89钢管对仰拱基底进行竖向钻孔注浆加固；钢管安装完毕后进行注浆，采用高压注水泥浆，注浆压力1.0MPa-3MPa，每延米设计注浆量为2m3，注浆时添加早强剂以提高早期强度，确保注浆加固体产生强度后再拆除；
第四步:拆除待拆换二衬，对已加固套拱进行拆除，拆除长度按每段2米确定;采用液压破碎锤拆除二衬，长度按每段2米确定，保留初支；
第五步:拆换待拆换初支，拱墙初支拆换每次不得超过I棉I;新装拱架附近有径向小导管时，采用焊接的方法将两者连接形成整体； 第六步:在第一层初期支护拱脚分别打设两根Φ 89钢管并进行注浆；
第七步:拱脚钢管注浆完成后根据监控量测情况，确定施作拱墙第二层初期支护，两层初支之间的距离控制在4〜6m，在仰拱保留段与拆换段分界线处切割20〜30cm深、Icm宽的减震槽；
第八步:第二层初期初支施做长度达到6〜9m时，对待拆除仰拱进行仰拱拆换;静态爆破辅助液压破碎锤拆除仰拱填充砼；
第九步:拆除仰拱钢筋砼，保留隧底初支，拆除长度不得超过3m;
第十步:施作待拆换隧底初支，每次拆换长度不得大于3m，及时封闭；
第十一步:仰拱恢复，按照设计要求施作新施作仰拱，每板仰拱长度不得超过3m;
第十二步:仰拱填充恢复，在仰拱混凝土终凝后进行填充混凝土的浇筑；
以上三〜十二步完成后进入下一循环重复以上步骤进行拆换;在仰拱恢复长度满足二衬施工要求且量测变形速率小于等于0.2mm/d的情况下及时重新施作二衬砼，二衬按Sm进行施作；
按照上述步骤循环流水作业，直到隧道衬砌支护拆换完成。
[0006]步骤第三步中，拆除待拆换初支前，在衬砌表面采用Φ 42小导管对拱墙进行径向钻孔注楽加固，小导管长5.5m，间距1.5mX 1.5m，梅花形布置，注楽压力1.0MPa_3MPa，每延米设计注浆量为3.5m3;在仰拱填充顶面采用Φ 89钢管对仰拱基底进行竖向钻孔注浆加固，钢管长5.2-6.5m，间距1.5m X 1.5m，梅花形布置，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10〜16mm，尾部长度不小于10cm不钻孔。
[0007]步骤第二步中，拱墙衬砌拆除前应在拱墙架设临时套拱加固衬砌，套拱采用工20b型钢，间距I榀/0.6m，钢架间设置Φ 22纵向连接钢筋，环向间距0.5m;在保留区与拆除区交界处测量划线，确定切割边界。
[0008]步骤第三步中，在拆除已侵限破坏的二衬前进行注浆加固，先采用全液压履带锚固钻机在二衬表面钻孔，孔深4.6m，孔间距为1.5mX 1.5m，梅花形布置，钻孔完成后，安装Φ42注浆钢管，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10〜16mm，尾部长度10cm范围内不钻孔作为止浆段，钢管安装完毕后进行注浆，采用高压注水泥浆，注浆压力1.0MPa-3MPa，分2〜3次进行注浆，确保二衬背后围岩固结，提供围岩承载能力和结构安全系数。
[0009]所述步骤第四步中拆除时，先从一侧的边墙中部开始，向拱顶方向逐步推进，直到另一侧边墙;拆除宽度每次不超过I榀钢架宽度，然后扩挖到位后立即对岩面进行初喷砼，然后施作钢架、喷砼;初支具体拆换步骤如下为:第一步先对原初支进行拆换，一次一榀;第二步为施作锁脚锚管;第三步再对拱脚钢管注浆完成后施作拱墙第二层支护，采用绑焊的方法将注浆钢管与新拱架连接形成整体加强拱架受力;第二层初支钢架与第一层初支钢架错开布置，便于仰拱钢架的连接，第二层钢架连接板位置应高于第一层钢架连接板15〜20cm，避免在同一截面。
[0010]拆除初期支护前应对拱墙初支背后围岩进行径向注浆加固，固结厚度不小于4m，使其周围形成“硬壳”，拱墙注浆采用Φ42注浆小导管，长4m，间距1.5X1.5m，梅花型布置，采用高压压注水泥浆，注浆压力控制在1.0MPa-3.0MPa，注浆应采用从下到上的顺序进行；另在墙脚两侧各设两根Φ 89钢管粧注浆加固墙脚基础，Φ 89管长6m，纵向间距1.0m，与水平夹角分别为30°和45°，注浆压力不小于3.0MPa。[OO11 ]在初拆初期支护完成滞后12m-15m后，进行仰拱拆换，仰拱每次拆除控制在3m范围内，突破口选择在中心排水管处，长度为3m，宽度Im，明确标出拆除范围内，拆除前应在拆除区和保留区之间利用切割机切割20〜30cm的凹槽作为减震槽;切槽完成后对拆除段进行钻孔实施静态爆破，每3m为一个循环，采用风枪钻孔，钻孔孔径42mm，横向孔距20-30cm，纵向排距30-40cm，钻孔深度为目标破碎体的80%至90%，装药深度为孔深的100%，每孔需要膨胀剂约2.lKg/m;由于仰拱填充层中心部位厚，边墙部位较薄，钻孔的深度现场进行调整，可实施多次静态爆破;仰拱钢筋砼采用静态爆破辅助液压破碎锤拆除;仰拱拆除长度满足3m时，应立即停住拆除工作，及时施做仰拱衬砌。
[0012]所述步骤第八步中，在拆除仰拱填充后，应立即对基底围岩进行注浆加固，固结厚度不小于4m，使基底形成“硬壳”，注浆采用Φ 89注浆钢管，长4m，间距1.5 X 1.5m，梅花型布置，采用高压注水泥浆，注浆压力控制在1.0MPa〜3.0MPa。
[0013]施作新施工的双层初期支护长度，拆除长度满足不大于35m时即初期支护施工完成后，应立即停住拆除工作，及时施做二次衬砌;每次施做二次衬砌长度为6m，预留3m的操作空间，重新施做衬砌时监控量测变形应稳定且满足规范要求;重新施做二次衬砌时应在初支表面重新铺设环向盲管、土工布、防水板等防排水措施，并确保与既有防排水措施的顺利搭接;在保留区二次衬砌接头处用手持切割机沿环向切割深50mm缝人工凿槽，对两端二衬端头安装止水带和止水条
本发明的有益效果为:
1、本发明与传统的施工方法相比，没有设置加固衬砌的台架，采用临时套拱，施工空间大，有利于机械化快速施工，通过拆换施工保证了隧道衬砌结构原有的承载能力、整体性、侵蚀性及防水抗渗性能。
[0014] 2、本发明适应性高，可以有效节约工期，确保施工人员安全，也保证了换拱后结构的承载能力能满足要求，无需投入特殊设备，人工劳动强度低。
[0015] 3、本发明可以一次全断面整体拆换衬砌支护，优点在于在拆换之前先对已失去承载力的衬砌进行注浆加固处理，再外加临时套拱进行加固，然后逐步拆除衬砌支护，避免了因拆除或移除临时台架而造成的安全隐患，有效的规避了一些安全风险。
[0016] 4、本发明现场投入的机械设备少，施工工艺简单，可操作性强，一次性投入较少，节约了施工成本。
[0017] 5、本发明在临时套拱和锁脚注浆锚管的保护下，施工作业人员可以在有效的保护下安全作业，可以有效的规避和减少了拆除初期支护过程中顶部掉块或塌方的危险，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业，加快了施工进度，有效地节约了施工工期。
[0018] 6、本发明可广泛适用于因隧道穿越特殊复杂地质发生的软弱围岩大变形，从导致隧道衬砌支护拱部和侧墙同时变形开裂侵限失去承载力，进行安全有效进行拆换拱处理的有效方法。也可适用于浅埋或偏压的地质隧道出现拱部下沉侵限、侧墙内敛过大而侵限，必须对隧道衬砌支护进行拆换拱的施工。
[0019]以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
[0020]图1隧道衬砌支护拆换拱施工横断面示意图。
[0021]图2隧道拆换施工工序及流程纵断面示意图。
具体实施方式
[0022] 实施例1:
为了克服现有方法不可以一次全断面整体拆换衬砌支护，施作不安全的问题，本发明提供如图1、图2所示的一种软岩变形隧道衬砌支护拆换拱施工方法，本发明没有设置加固衬砌的台架，采用临时套拱，施工空间大，有利于机械化快速施工，通过拆换施工保证了隧道衬砌结构原有的承载能力、整体性、侵蚀性及防水抗渗性能;施工作业人员可以在有效的保护下安全作业，可以有效的规避和减少了拆除初期支护过程中顶部掉块或塌方的危险，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业，加快了施工进度，有效地节约了施工工期。
[0023] —种软岩变形隧道衬砌支护拆换拱施工方法，具体施工方法步骤为:
第一步:洞内导线复测，人员、机械设备进场；
第二步:采用型钢对待拆换二衬进行套拱加固作业，该工作前期已完成，并对保留区端头位置设置3榀I20b型钢钢架锁口；
第三步:拆除待拆换初支前，在衬砌表面采用Φ 42小导管对拱墙进行径向钻孔注浆加固，同时在仰拱填充顶面采用φ 89钢管对仰拱基底进行竖向钻孔注浆加固；钢管安装完毕后进行注浆，采用高压注水泥浆，注浆压力1.0MPa-3MPa，每延米设计注浆量为2m3，注浆时添加早强剂以提高早期强度，确保注浆加固体产生强度后再拆除；
第四步:拆除待拆换二衬，对已加固套拱进行拆除，拆除长度按每段2米确定;采用液压破碎锤拆除二衬，长度按每段2米确定，保留初支；
第五步:拆换待拆换初支，拱墙初支拆换每次不得超过I棉I;新装拱架附近有径向小导管时，采用焊接的方法将两者连接形成整体；
第六步:在第一层初期支护拱脚分别打设两根Φ 89钢管并进行注浆；
第七步:拱脚钢管注浆完成后根据监控量测情况，确定施作拱墙第二层初期支护，两层初支之间的距离控制在4〜6m，在仰拱保留段与拆换段分界线处切割20〜30cm深、Icm宽的减震槽；
第八步:第二层初期初支施做长度达到6〜9m时，对待拆除仰拱进行仰拱拆换;静态爆破辅助液压破碎锤拆除仰拱填充砼；
第九步:拆除仰拱钢筋砼，保留隧底初支，拆除长度不得超过3m;
第十步:施作待拆换隧底初支，每次拆换长度不得大于3m，及时封闭；
第十一步:仰拱恢复，按照设计要求施作新施作仰拱，每板仰拱长度不得超过3m;
第十二步:仰拱填充恢复，在仰拱混凝土终凝后进行填充混凝土的浇筑；
以上三〜十二步完成后进入下一循环重复以上步骤进行拆换;在仰拱恢复长度满足二衬施工要求且量测变形速率小于等于0.2mm/d的情况下及时重新施作二衬砼，二衬按Sm进行施作；
按照上述步骤循环流水作业，直到隧道衬砌支护拆换完成。
[0024]本发明中首先对待拆换侵限和变形开裂的衬砌区段进行评估和调查，对隧道内进行导线复测和断面监测，人员、机械设备进场。本发明与传统的施工方法相比，没有设置加固衬砌的台架，采用临时套拱，施工空间大，有利于机械化快速施工，通过拆换施工保证了隧道衬砌结构原有的承载能力、整体性、侵蚀性及防水抗渗性能。
[0025]本发明适应性高，可以有效节约工期，确保施工人员安全，也保证了换拱后结构的承载能力能满足要求，无需投入特殊设备，人工劳动强度低。
[0026]本发明可以一次全断面整体拆换衬砌支护，优点在于在拆换之前先对已失去承载力的衬砌进行注浆加固处理，再外加临时套拱进行加固，然后逐步拆除衬砌支护，避免了因拆除或移除临时台架而造成的安全隐患，有效的规避了一些安全风险。
[0027]本发明现场投入的机械设备少，施工工艺简单，可操作性强，一次性投入较少，节约了施工成本。
[0028]本发明在临时套拱和锁脚注浆锚管的保护下，施工作业人员可以在有效的保护下安全作业，可以有效的规避和减少了拆除初期支护过程中顶部掉块或塌方的危险，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业，加快了施工进度，有效地节约了施工工期。
[0029]本发明可广泛适用于因隧道穿越特殊复杂地质发生的软弱围岩大变形，从导致隧道衬砌支护拱部和侧墙同时变形开裂侵限失去承载力，进行安全有效进行拆换拱处理的有效方法。也可适用于浅埋或偏压的地质隧道出现拱部下沉侵限、侧墙内敛过大而侵限，必须对隧道衬砌支护进行拆换拱的施工。
[0030] 实施例2:
基于实施例1的基础上，本实施例中步骤第三步中，拆除待拆换初支前，在衬砌表面采用Φ 42小导管对拱墙进行径向钻孔注浆加固，小导管长5.5m，间距1.5mX 1.5m，梅花形布置，注浆压力1.0MPa-3MPa，每延米设计注浆量为3.5m3;在仰拱填充顶面采用Φ 89钢管对仰拱基底进行竖向钻孔注浆加固，钢管长5.2-6.5m，间距1.5m X 1.5m，梅花形布置，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10〜16mm，尾部长度不小于10cm不钻孔。
[0031]采用型钢对待拆换二衬进行套拱加固作业，拆除前应在拱墙架设临时套拱加固衬砌，套拱采用工20b型钢，间距I榀/0.6m，钢架间设置Φ 22纵向连接钢筋，环向间距0.5m，并对保留区端头位置设置3榀I20b型钢钢架锁口。拆除衬砌前，在衬砌表面采用Φ 42小导管对拱墙进行径向钻孔注楽加固，小导管长4.6m(5.5m)，间距1.5mX 1.5m，梅花形布置，注楽压力1.0MPa-3MPa，每延米设计注浆量为3.5m3;同时在仰拱填充顶面采用Φ 89钢管对仰拱基底进行竖向钻孔注浆加固，钢管长5.2-6.5m(随仰拱填充厚度调整)，间距1.5mX 1.5m，梅花形布置，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10〜16mm，尾部长度不小于10cm不钻孔。钢管安装完毕后进行注浆，采用高压注水泥浆，注浆压力1.0MPa-3MPa，注浆时添加适当的早强剂以提高早期强度，固结厚度不小于4m，使其周围形成“硬壳”，起到护拱作用，确保注浆加固体产生强度后再拆除。
[0032]步骤第二步中，拱墙衬砌拆除前应在拱墙架设临时套拱加固衬砌，套拱采用工20b型钢，间距I榀/0.6m，钢架间设置Φ 22纵向连接钢筋，环向间距0.5m;在保留区与拆除区交界处测量划线，确定切割边界。
[0033]步骤第三步中，在拆除已侵限破坏的二衬前进行注浆加固，先采用全液压履带锚固钻机在二衬表面钻孔，孔深4.6m，孔间距为1.5mX 1.5m，梅花形布置，钻孔完成后，安装Φ42注浆钢管，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10〜16mm，尾部长度10cm范围内不钻孔作为止浆段，钢管安装完毕后进行注浆，采用高压注水泥浆，注浆压力1.0MPa-3MPa，分2〜3次进行注浆，确保二衬背后围岩固结，提供围岩承载能力和结构安全系数。
[0034]所述步骤第四步中拆除时，先从一侧的边墙中部开始，向拱顶方向逐步推进，直到另一侧边墙;拆除宽度每次不超过I榀钢架宽度，然后扩挖到位后立即对岩面进行初喷砼，然后施作钢架、喷砼;初支具体拆换步骤如下为:第一步先对原初支进行拆换，一次一榀;第二步为施作锁脚锚管;第三步再对拱脚钢管注浆完成后施作拱墙第二层支护，采用绑焊的方法将注浆钢管与新拱架连接形成整体加强拱架受力;第二层初支钢架与第一层初支钢架错开布置，便于仰拱钢架的连接，第二层钢架连接板位置应高于第一层钢架连接板15〜20cm，避免在同一截面。
[0035]拆换初支，拱墙初支拆换每次不得超过I榀。新装拱架附近有径向小导管时，采用焊接的方法将两者连接形成整体，以提高拱架承载能力。初期支护拆除应从外向内逐榀拆除，逐榀施做，严禁大面积拆除，防止发生塌方，确保施工安全。
[0036]拱架拆除时应每次施工I榀，从上往下进行，先用人工风镐铲除喷射混凝土后，再松动螺丝，螺丝松动顺序为先一端完后，再松动另一端，松动另一端螺丝时，应用机械配合人工稳固拱架，使其两端螺丝拆除完后拱架不直接掉下砸伤人或砸坏物，依次慢慢拆除下部拱架，直至整榀拱架拆除完毕;拆除时，严禁交叉作业。
[0037]拆除初期支护前应对拱墙初支背后围岩进行径向注浆加固，固结厚度不小于4m，使其周围形成“硬壳”，拱墙注浆采用Φ42注浆小导管，长4m，间距1.5X1.5m，梅花型布置，采用高压压注水泥浆，注浆压力控制在1.0MPa-3.0MPa，注浆应采用从下到上的顺序进行；另在墙脚两侧各设两根Φ 89钢管粧注浆加固墙脚基础，Φ 89管长6m，纵向间距1.0m，与水平夹角分别为30°和45°，注浆压力不小于3.0MPa。
[OO38 ]在初拆初期支护完成滞后12m-15m后，进行仰拱拆换，仰拱每次拆除控制在3m范围内，突破口选择在中心排水管处，长度为3m，宽度Im，明确标出拆除范围内，拆除前应在拆除区和保留区之间利用切割机切割20〜30cm的凹槽作为减震槽;切槽完成后对拆除段进行钻孔实施静态爆破，每3m为一个循环，采用风枪钻孔，钻孔孔径42mm，横向孔距20-30cm，纵向排距30-40cm，钻孔深度为目标破碎体的80%至90%，装药深度为孔深的100%，每孔需要膨胀剂约2.lKg/m;由于仰拱填充层中心部位厚，边墙部位较薄，钻孔的深度现场进行调整，可实施多次静态爆破;仰拱钢筋砼采用静态爆破辅助液压破碎锤拆除;仰拱拆除长度满足3m时，应立即停住拆除工作，及时施做仰拱衬砌。
[0039]所述步骤第八步中，在拆除仰拱填充后，应立即对基底围岩进行注浆加固，固结厚度不小于4m，使基底形成“硬壳”，注浆采用Φ 89注浆钢管，长4m，间距1.5 X 1.5m，梅花型布置，采用高压注水泥浆，注浆压力控制在1.0MPa〜3.0MPa。
[0040]根据锁脚锚管注浆加固情况，在施作第二层初支时，确保两层初支之间的距离控制在4〜6m。第二层初支施做长度达到6〜9m时，也就是在拱墙初支拆换长度达到15m时，进行仰拱拆换。静态爆破辅助液压破碎锤拆除仰拱填充砼。拆除仰拱初支，每次拆换长度不得大于3m，及时封闭。仰拱恢复，按照设计要求重新施作仰拱，每板仰拱长度不得超过3m。循环重复以上步骤进行拆换。在仰拱恢复长度满足二衬施工要求且量测变形速率小于等于
0.2mm/d的情况下及时重新施作二衬轮，二衬按8m进行施作。最终实现隧道衬砌支护拆换施工。
[0041]本发明中步骤一之前，先要对已衬砌开裂侵限地段进行套拱加固处理，以确保后续拆换二衬期间施工安全。
[0042]拆除仰拱基底初期支护之前，必须先施作锁脚锚管，初期支护要及时施作封闭成环，隧底拆换开挖每循环进尺3〜4榀拱架，仰拱施作端头与掌子面间距控制在25〜30m。
[0043]在满足作业机械空间的前提下，尽量缩短拆换仰拱与待拆除二衬之间的长度，严禁在未施作锁脚锚杆之前拆除仰拱，左右对称同时落底接长拱架。
[0044]施作新施工的双层初期支护长度，拆除长度满足不大于35m时即初期支护施工完成后，应立即停住拆除工作，及时施做二次衬砌;每次施做二次衬砌长度为6m，预留3m的操作空间，重新施做衬砌时监控量测变形应稳定且满足规范要求;重新施做二次衬砌时应在初支表面重新铺设环向盲管、土工布、防水板等防排水措施，并确保与既有防排水措施的顺利搭接;在保留区二次衬砌接头处用手持切割机沿环向切割深50mm缝人工凿槽，对两端二衬端头安装止水带和止水条。
[0045]在整个拆换衬砌支护过程中，应将断面监控量测和超前预注浆纳入工序:
1、对隧道拆换衬砌断面进行沉降监控量测
套拱封闭后，按5m间距布设监控量测断面，每个断面设I个拱顶下沉观测点和2个水平收敛观测点，设专人定期进行观测，发现异常及时反馈，确保施工安全。
[0046] 2、对拆换衬砌必须预先进行注浆加固处理。
[0047]拆换过程中在段落端头采用4m长Φ 42超前小导管对拱部进行补强注浆加固，超前注浆小导管环向间距40cm，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10〜16mm，尾部长度10cm范围内不钻孔作为止浆段，钢管安装完毕后进行注浆，采用高压注水泥浆，注浆压力1.0MPa-2MPa，每环纵向搭接不小于Im，先注后拆，循环推进，确保拆换过程安全。
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