CN108194102B - 隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，包括步骤：一、拱墙注浆加固：对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固；二、施工段划分：沿隧道延伸方向将隧道初期支护变形侵限段由后向前划分为多个施工段，施工段为一期施工段或二期施工段且二者呈交错布设；三、临时砼衬砌施工：在每个二期施工段内均施工一个临时砼衬砌；四、一期施工段初支拆除及安全受力转换施工；五、二期施工段初支拆除及安全受力转换施工。本发明通过临时砼衬砌进行临时支撑的方式实现面支撑，加固强度大，安全风险大幅度减小，并且能实现多工作面同步进行初支拆除及安全受力转换施工，施工进度快，施工过程安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法。
背景技术
隧道是人类利用地下空间的一种形式，是埋置于地层中的工程建筑物。隧道施工过程中，需对开挖成型的隧道洞及时进行支护，隧道支护有初期支护和后期支护并组成如图1-1所示的隧道复合式衬砌结构。所述隧道复合式衬砌结构包括隧道初期支护结构和位于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌1，所述隧道初期支护结构为对隧道洞2的拱墙进行支护的隧道初支结构，所述隧道二次衬砌1为对隧道洞2的拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述隧道二次衬砌1与对隧道洞2底部进行支护的仰拱衬砌9组成对隧道洞2进行全断面支护的隧道支护衬砌，所述隧道初期支护结构与隧道二次衬砌1之间设置有防水层4。隧道施工过程中，先沿隧道延伸方向由后向前对隧道洞2进行开挖，开挖过程中由后向前对开挖形成的隧道洞2进行初期支护，并获得隧道初期支护结构；初期支护过程中，由后向前在隧道洞内施工仰拱衬砌9，仰拱衬砌9施工过程中，由后向前在施工完成的所述隧道初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌1，所述隧道二次衬砌1位于施工完成的仰拱衬砌9上方。
结合图1-2，所述隧道初期支护结构采用钢拱架与锚网喷联合支护结构且其包括多榀沿隧道延伸方向由后向前布设的钢拱架3、多个沿隧道延伸方向由后向前布设的锚杆支护结构、挂装在多个所述钢拱架3上的钢筋网片和喷射在隧道洞2内壁上的混凝土喷射层5，所述钢筋网片和多个所述钢拱架3均固定于混凝土喷射层5内；所述钢拱架3为对隧道洞2的拱墙进行支撑的拱形支架，相邻两个所述钢拱架3之间均通过多根纵向连接钢筋进行紧固连接，所述纵向连接钢筋布设于所述混凝土喷射层5；每个所述锚杆支护结构均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道洞2的拱墙上的锚杆6，每个所述锚杆6均锚固在隧道洞2的拱墙外侧的岩体内，多个所述锚杆6均布设在隧道洞2的同一个隧道横断面上；前后相邻两个所述锚杆支护结构中的锚杆6呈交错布设。
隧道修建过程中由于水文、地质条件、施工方法等诸多因素的影响，特别是遇到土质、泥岩、炭质片岩、千枚岩、页岩等强度较低的围岩且赋存的环境发育有地下水时，围岩的C(即粘聚力)和φ(内摩擦角)值大大降低，在山体压力作用下产生蠕滑作用，导致围岩变形加剧变形，隧道初支钢架(即钢拱架3)扭曲变形，喷砼(即混凝土喷射层5)表面开裂掉块，隧道初支结构受力失效，隧道初期支护结构整体侵入隧道二衬衬砌所处的施工断面后无法及时施作二衬砼，安全风险加大，因此拆除发生侵限的隧道初支结构(隧道初期支护变形侵限段)的情形在所难免。隧道侵限(又称为隧道侵线)，指在隧道施工过程和运营中，隧道衬砌及附属设备的内轮廓是否符合标准(在隧道建筑限界内)，如果超出隧道建筑限界，则被称为隧道侵限。其中，隧道初期支护变形侵限段是指隧道初期支护结构发生变形并侵入隧道二衬衬砌所处施工断面的隧道段。
目前，对隧道初期支护变形侵限段的隧道初期支护结构进行拆换时，拆换的方法如下：第一步先回填土反压缩小临空面；第二步对每榀钢拱架3，设横竖撑(即点支撑方式)进行临时加固；第三步从一端开始逐榀拆换，完成一段隧道初期支护结构拆换后再施作二衬砼，一边支护一边换拱，防止换拱过程中出现塌方。此方法加固工程量大，临时支护过程繁琐，并且其加固方式是点支撑，拆换拱时易造成横、竖支撑的移动失效，另外换拱顺序受制约、换拱与掌子面前方施工不能同时作业，存在制约施工进度、工效较低的缺点。并且，全断面进行横竖撑加固作业难度大，且对下一步拆换作业带来限制，稍有不慎，临时横撑会松动失效，起不到加固作用，局部坍塌的风险增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其通过临时砼衬砌进行临时支撑的方式实现面支撑，加固强度大，安全风险大幅度减小，并且能实现多工作面同步进行初支拆除及安全受力转换施工，施工进度快，施工过程安全可靠。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、拱墙注浆加固：对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固；
所述隧道初期支护变形侵限段为位于已施工完成隧道段前侧且隧道初期支护结构已施工完成的隧道段，所述已施工完成隧道段为所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌均已施工完成的隧道段；
步骤二、施工段划分：沿隧道延伸方向将所述隧道初期支护变形侵限段由后向前划分为多个施工段，所述施工段为一期施工段或二期施工段，所述一期施工段和所述二期施工段呈交错布设；多个所述施工段中位于最前侧的施工段为二期施工段，多个所述施工段中位于最后侧的施工段为一期施工段；
步骤三、临时砼衬砌施工：在步骤二中每个所述二期施工段内均施工一个临时砼衬砌；
所述临时砼衬砌为对所述二期施工段的拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述临时砼衬砌支撑于所述二期施工段的所述隧道初期支护结构内侧；所述临时砼衬砌位于所述二期施工段的中部，所述临时砼衬砌的长度小于所处二期施工段的长度；
步骤四、一期施工段初支拆除及安全受力转换施工：待步骤三中每个所述二期施工段内的临时砼衬砌均施工完成后，对步骤二中多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工，多个所述一期施工段的初支拆除及安全受力转换施工方法均相同；
对任一个所述一期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工时，过程如下：
步骤401、换拱施工：对该一期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对该一期施工段进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构；
步骤402、二衬施工：在步骤401中所述更换后初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌，完成该一期施工段的初支拆除及安全受力转换施工过程；
步骤五、二期施工段初支拆除及安全受力转换施工：待步骤四中多个所述一期施工段均完成初支拆除及安全受力转换施工后，对步骤二中多个所述二期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工，多个所述二期施工段的初支拆除及安全受力转换施工方法均相同；
对任一个所述二期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工时，过程如下：
步骤501、临时砼衬砌拆除：对该二期施工段内的临时砼衬砌进行拆除；
步骤502、换拱施工：对该二期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对该二期施工段进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构；
步骤503、二衬施工：在步骤502中所述更换后初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌，完成该二期施工段的初支拆除及安全受力转换施工过程。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：所述隧道初期支护变形侵限段位于已施工完成隧道段与未开挖完成隧道段之间，所述未开挖完成隧道段为位于所述隧道初期支护变形侵限段前侧且采用上下台阶法进行开挖的隧道段，所述未开挖完成隧道段的隧道洞包括通过上台阶开挖形成的上部洞体和通过下台阶开挖形成的下部洞体，所述未开挖完成隧道段为所述上部洞体已开挖完成且所述下部洞体未开挖完成的隧道段；
步骤一中进行拱墙注浆加固之前，在未开挖完成隧道段的后侧隧道节段的所述上部洞体内回填渣土并形成反压回填段，所述反压回填段的长度不小于10m。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤四中对多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，对多个所述一期施工段同步进行初支拆除及安全受力转换施工；
步骤五中对多个所述二期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，对多个所述二期施工段同步进行初支拆除及安全受力转换施工。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中进行拱墙注浆加固之前，先在所述隧道初期支护变形侵限段的地表开挖排水沟，并在所述隧道初期支护变形侵限段的地表上和所述排水沟上均覆盖有防渗层。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤五中二期施工段初支拆除及安全受力转换施工完成后，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的所述更换后初期支护结构的结构和尺寸均相同，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的所述更换后初期支护结构紧固连接为一体；所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的隧道二次衬砌的结构和尺寸均相同，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的隧道二次衬砌紧固连接为一体。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构、步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且三者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构；
步骤一中所述已施工完成隧道段内的隧道二次衬砌以及步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌均为对隧道拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述隧道二次衬砌与对隧道底部进行支护的仰拱衬砌组成对隧道全断面支护衬砌；
步骤一中进行拱墙注浆加固之前，所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构和仰拱衬砌均已施工完成；
步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌均与位于其下方的仰拱衬砌紧固连接为一体。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段为位于软弱围岩内的隧道段，对所述隧道初期支护变形侵限段进行开挖时，采用钻爆法且根据预先确定的所述隧道初期支护变形侵限段的预留变形量D进行开挖；
步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除过程中，还需根据预先设计的所述隧道初期支护变形侵限段的开挖轮廓线，对当前所施工的施工段进行二次开挖，并获得二次开挖后的隧道洞；实际进行二次开挖时，采用人工凿除方法对围岩进行开挖且预留变形量d＜D；
其中，D＝25cm～30cm，d＝10cm～15cm。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构、步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且三者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构；
所述钢拱架与锚网喷联合支护结构包括多榀沿隧道延伸方向由后向前布设的钢拱架、多个沿隧道延伸方向由后向前布设的锚杆支护结构、挂装在多个所述钢拱架上的钢筋网片和喷射在隧道洞内壁上的混凝土喷射层，所述钢筋网片和多个所述钢拱架均固定于混凝土喷射层内；所述钢拱架为对隧道拱墙进行支撑的拱形支架；每个所述锚杆支护结构均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道拱墙上的锚杆，多个所述锚杆均布设在同一个隧道横断面上；前后相邻两个所述锚杆支护结构中的锚杆呈交错布设；
步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道延伸方向由后向前进行拆除。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道延伸方向由后向前凿除混凝土喷射层；对混凝土喷射层进行凿除过程中，由后向前对位于混凝土喷射层外侧的钢拱架进行逐一更换。
上述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固时，先沿隧道延伸方向由后向前在隧道拱墙上内钻设多组注浆孔；每组所述注浆孔均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道拱墙上的注浆孔，多个所述注浆孔布设于同一隧道断面上；相邻两组所述注浆孔之间的间距为1.5m～2m，所述注浆孔的孔深为3m～3.5m；
每组所述注浆孔均为一个注浆孔组，所述注浆孔组为一次注浆孔组或二次注浆孔组，所述一次注浆孔组与所述二次注浆孔组呈交错布设；
待多组所述注浆孔均钻设完成后，先采用注浆设备且通过多个所述一次注浆孔组分别进行注浆加固，再采用注浆设备且通过多个所述二次注浆孔组分别进行注浆加固。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、施工方法步骤设计合理、操作简单且实现方便。
2、采用临时砼衬砌作为换拱临时支撑，安全风险大大减小，各工序交叉作业，施工顺序制约小，施工进度快，有较好的社会效益、安全性和经济性。并且，临时砼衬砌与仰拱衬砌组成的带状砼加固圈，用该带状砼加固圈代替传统的临时横竖撑加固方法，实现了由点支撑向面支撑的转换，大大提高了拆换的安全度，且成本较低。采用临时砼衬砌在换拱施工时安全性能高，在不影响前方各工序施工的同时能有效保证不会出现回头塌。
3、施工简便且使用效果好，材料使用量小，有较高的经济效益。
如果采用常规换拱施工工艺，在工期紧张的情况下，增设的临时支撑将制约前方掌子面、仰拱、二衬等施工，并且每循环需进行支护处理，施工周期长，并且常规换拱只能由已衬砌段(即已施工完成隧道段)落向掌子面推进，工作面受到局限，而临时砼衬砌施作完成后，可分多个工作面在两个临时砼衬砌之间进行换拱施工，从而实现全断面多工作面换拱，具有以下优点：第一、对已开挖形成的全断面变形段(即隧道初期支护变形侵限段)不作反压回填处理，施工通道更通畅；第二、可实现多断面同时拆换，改变了原传统的只能由一端顺序逐榀拆换的方法，极大程度上提供了工效；第三、拆换作业时，掌子面的开挖作业(即未开挖完成隧道段的开挖作业)可正常进行，改变了传统的在拆换时掌子面停止或在隧道贯通后进行拆换作业，目的是避免回头坍带来的危险。因而，在铁路施工工期紧的情况下，采用本发明能有效解决隧道换拱施工中各工序之间施工制约，具有加快施工进度、确保施工安全、减少临时材料用量等优点。
综上所述，本发明通过临时砼衬砌进行临时支撑的方式实现面支撑，加固强度大，安全风险大幅度减小，并且能实现多工作面同步进行初支拆除及安全受力转换施工，施工进度快，施工过程安全可靠。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图1-1为本发明隧道复合式衬砌结构的横断面结构示意图。
图1-2为本发明隧道复合式衬砌结构的结构示意图。
图2为本发明注浆孔的布设位置示意图。
图3为本发明通过注浆孔进行注浆加固时的施工状态示意图。
图4为本发明临时砼衬砌施工完成后的施工状态示意图。
图5为本发明一期施工段初支拆除及安全受力转换施工完成后的施工状态示意图。
图6为本发明二期施工段初支拆除及安全受力转换施工完成后的施工状态示意图。
附图标记说明:
1—隧道二次衬砌； 2—隧道洞； 3—钢拱架；
4—防水层； 5—混凝土喷射层； 6—锚杆；
7—未开挖完成隧道段； 8—反压回填段； 9—仰拱衬砌；
10—注浆孔； 11—已施工完成隧道段； 12—孔口管；
13—止回阀； 14—拱墙初期支护结构；
15—更换后拱墙初支结构； 16—临时砼衬砌。
具体实施方式
如图1所示的一种隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，包括以下步骤：
步骤一、拱墙注浆加固：对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固；
所述隧道初期支护变形侵限段为位于已施工完成隧道段11前侧且隧道初期支护结构已施工完成的隧道段，所述已施工完成隧道段11为所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌1均已施工完成的隧道段，详见图4；
步骤二、施工段划分：沿隧道延伸方向将所述隧道初期支护变形侵限段由后向前划分为多个施工段，所述施工段为一期施工段或二期施工段，所述一期施工段和所述二期施工段呈交错布设；多个所述施工段中位于最前侧的施工段为二期施工段，多个所述施工段中位于最后侧的施工段为一期施工段；
步骤三、临时砼衬砌施工：在步骤二中每个所述二期施工段内均施工一个临时砼衬砌16；
如图4所示，所述临时砼衬砌16为对所述二期施工段的拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述临时砼衬砌16支撑于所述二期施工段的所述隧道初期支护结构内侧；所述临时砼衬砌16位于所述二期施工段的中部，所述临时砼衬砌16的长度小于所处二期施工段的长度；
步骤四、一期施工段初支拆除及安全受力转换施工：如图5所示，待步骤三中每个所述二期施工段内的临时砼衬砌16均施工完成后，对步骤二中多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工，多个所述一期施工段的初支拆除及安全受力转换施工方法均相同；
对任一个所述一期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工时，过程如下：
步骤401、换拱施工：对该一期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对该一期施工段进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构；
步骤402、二衬施工：在步骤401中所述更换后初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌1，完成该一期施工段的初支拆除及安全受力转换施工过程；
步骤五、二期施工段初支拆除及安全受力转换施工：如图6所示，待步骤四中多个所述一期施工段均完成初支拆除及安全受力转换施工后，对步骤二中多个所述二期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工，多个所述二期施工段的初支拆除及安全受力转换施工方法均相同；
对任一个所述二期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工时，过程如下：
步骤501、临时砼衬砌拆除：对该二期施工段内的临时砼衬砌16进行拆除；
步骤502、换拱施工：对该二期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对该二期施工段进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构；
步骤503、二衬施工：在步骤502中所述更换后初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌1，完成该二期施工段的初支拆除及安全受力转换施工过程。
本实施例中，所述临时砼衬砌16的长度为3m～4m。
实际施工时，可根据具体需要，对临时砼衬砌16的长度进行相应调整。
所述已施工完成隧道段11内的隧道二次衬砌1以及步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌1均采用所述二次衬砌台车进行施工。
本实施例中，步骤二中多个所述施工段中位于最前侧的施工段为前侧施工段，多个所述施工段中除所述前侧施工段之外的其它施工段的长度均相同且其长度均为L1，其中其中，D为所述隧道初期支护变形侵限段的隧道横断面的等效直径。
本实施例中，所述的L1为4m。
所述前侧施工段的长度不大于L1。
本实施例中，多个所述施工段中位于最后侧的施工段为后侧施工段，步骤401中对该一期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除时，对所述后侧施工段与已施工完成隧道段11之间的所述隧道初期支护结构以及相邻两个所述临时砼衬砌10之间的所述隧道初期支护结构均进行拆除，拆除过程中对拆除区域同步进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构。因而，步骤401中所述更换后初期支护结构的长度均大于L1。
相应地，步骤502中对任一个所述二期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除时，只需对临时砼衬砌10所处区域的所述隧道初期支护结构均进行拆除，拆除过程中对拆除区域同步进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构。因而，步骤502中所述更换后初期支护结构的长度均与所拆除临时砼衬砌10的长度相同。
本实施例中，步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构、步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且三者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构。
步骤一中所述已施工完成隧道段11内的隧道二次衬砌1以及步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌1均为对隧道拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述隧道二次衬砌1与对隧道底部进行支护的仰拱衬砌9组成对隧道全断面支护衬砌。
步骤一中进行拱墙注浆加固之前，所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构和仰拱衬砌9均已施工完成；
步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌1均与位于其下方的仰拱衬砌9紧固连接为一体。
本实施例中，步骤三中所述临时砼衬砌16施工完成，所述临时砼衬砌16支撑于仰拱衬砌9上并与仰拱衬砌9组成隧道全断面支护结构，该隧道全断面支护结构采用面支撑方式，结构简便且施工方便，加固效果好。
所述临时砼衬砌16的厚度与所述已施工完成隧道段11内的隧道二次衬砌1的厚度相同。
为施工简便，所述临时砼衬砌16采用二次衬砌台车进行施工。只需将所述二次衬砌台车的模板体系进行调整即可。
本实施例中，步骤一中对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固时，先沿隧道延伸方向由后向前在隧道拱墙上内钻设多组注浆孔10；每组所述注浆孔10均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道拱墙上的注浆孔10，多个所述注浆孔10布设于同一隧道断面上，详见图2。
相邻两组所述注浆孔10之间的间距为1.5m～2m，所述注浆孔10的孔深为3m～3.5m。
每组所述注浆孔10均为一个注浆孔组，所述注浆孔组为一次注浆孔组或二次注浆孔组，所述一次注浆孔组与所述二次注浆孔组呈交错布设；
待多组所述注浆孔10均钻设完成后，先采用注浆设备且通过多个所述一次注浆孔组分别进行注浆加固，再采用注浆设备且通过多个所述二次注浆孔组分别进行注浆加固。
本实施例中，步骤一中进行拱墙注浆加固之前，先在所述隧道初期支护变形侵限段的地表开挖排水沟，并在所述隧道初期支护变形侵限段的地表上和所述排水沟上均覆盖有防渗层。
本实施例中，步骤三中每个所述临时砼衬砌16与所述隧道初期支护结构之间均通过防水板进行分隔。
因而，对临时砼衬砌16进行施工前，先在所述隧道初期支护结构布设一层防水板。所述防水板的长度不小于临时砼衬砌16的长度。
步骤501中对该二期施工段内的临时砼衬砌16进行拆除时，还需对所述防水板进行拆除。
本实施例中，步骤三中对临时砼衬砌16进行施工时，对所述隧道初期支护变形侵限段的所有临时砼衬砌16同步进行施工。
相应地，步骤501中对该二期施工段内的临时砼衬砌16进行拆除时，所述隧道初期支护变形侵限段的所有临时砼衬砌16同步进行拆除。
本实施例中，所述隧道初期支护变形侵限段位于已施工完成隧道段11与未开挖完成隧道段7之间，所述未开挖完成隧道段7为位于所述隧道初期支护变形侵限段前侧且采用上下台阶法进行开挖的隧道段，所述未开挖完成隧道段7的隧道洞2包括通过上台阶开挖形成的上部洞体和通过下台阶开挖形成的下部洞体，所述未开挖完成隧道段7为所述上部洞体已开挖完成且所述下部洞体未开挖完成的隧道段。
为施工安全，步骤一中进行拱墙注浆加固之前，在未开挖完成隧道段7的后侧隧道节段的所述上部洞体内回填渣土并形成反压回填段8，所述反压回填段8的长度不小于10m。
本实施例中，步骤四中对多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，对多个所述一期施工段同步进行初支拆除及安全受力转换施工；
步骤五中对多个所述二期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，对多个所述二期施工段同步进行初支拆除及安全受力转换施工，因而施工效率大幅度提高。
本实施例中，步骤五中二期施工段初支拆除及安全受力转换施工完成后，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的所述更换后初期支护结构的结构和尺寸均相同，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的所述更换后初期支护结构紧固连接为一体；所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的隧道二次衬砌1的结构和尺寸均相同，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的隧道二次衬砌1紧固连接为一体。
本实施例中，步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段为位于软弱围岩内的隧道段，对所述隧道初期支护变形侵限段进行开挖时，采用钻爆法且根据预先确定的所述隧道初期支护变形侵限段的预留变形量D进行开挖；
步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除过程中，还需根据预先设计的所述隧道初期支护变形侵限段的开挖轮廓线，对当前所施工的施工段进行二次开挖，并获得二次开挖后的隧道洞2；实际进行二次开挖时，采用人工凿除方法对围岩进行开挖且预留变形量d＜D；
其中，D＝25cm～30cm，d＝10cm～15cm。
实际施工时，可根据具体需要，对D和d的取值大小进行相应调整。
本实施例中，步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段和已施工完成隧道段11内的所述隧道初期支护结构均为拱墙初期支护结构14。
步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为更换后拱墙初支结构15。
本实施例中，步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构、步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且三者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构。
结合图1-2，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构包括多榀沿隧道延伸方向由后向前布设的钢拱架3、多个沿隧道延伸方向由后向前布设的锚杆支护结构、挂装在多个所述钢拱架3上的钢筋网片和喷射在隧道洞2内壁上的混凝土喷射层5，所述钢筋网片和多个所述钢拱架3均固定于混凝土喷射层5内；所述钢拱架3为对隧道拱墙进行支撑的拱形支架；每个所述锚杆支护结构均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道拱墙上的锚杆6，多个所述锚杆6均布设在同一个隧道横断面上；前后相邻两个所述锚杆支护结构中的锚杆6呈交错布设。
本实施例中，步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道延伸方向由后向前进行拆除。
本实施例中，步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道延伸方向由后向前凿除混凝土喷射层5；对混凝土喷射层5进行凿除过程中，由后向前对位于混凝土喷射层5外侧的钢拱架3进行逐一更换。
本实施例中，所述隧道初期支护变形侵限段的隧道围岩为炭质页岩，浅埋为7m-10m，原地貌植被茂盛，开工后农民造田，原地貌破坏，围岩裂隙打开，雨水下渗对围岩的软化、泥化情况明显，初支变形加剧，并形成全断面(仰拱已封闭)的初支变形侵限，侵限量为30cm，已不满足施作二衬条件，需拆换初支，安全风险升级。
步骤一中进行拱墙注浆加固之前，在所述隧道初期支护变形侵限段的地表坡顶及坡脚外5m位置处均设置临时截水沟，横向两侧排水沟间采用彩条布覆盖，将雨水引至排水沟内；并设置地表警戒线。防止雨水下渗，恶化围岩地质条件。
由于变形后围岩已松弛，拆除前必须对拆除段(即所述隧道初期支护变形侵限段)进行注浆加固。
本实施例中，所述注浆孔10呈梅花形布置，浆液扩散半径按1.0m布设，每组所述注浆孔10包括22个所述注浆孔10，其中所述隧道拱部120°范围内注浆孔10的孔口环向间距1.2m，孔底环向间距为1.7m，隧道拱部120°范围内注浆孔10共设置11孔；两侧边墙上所布设注浆孔10的孔口环向间距为0.9m，孔底环向间距为1.7m，每侧边墙上各设置6个所述注浆孔10。并根据地层特点、现场试验结果不断完善和调整，注浆方式为单孔一次性注浆。
钻孔注浆顺序由下坡段向上坡段、由拱墙向拱顶、由无水到有水、隔孔进行注浆。
根据注浆孔10在隧道展开面上的布置位置，分为两次注浆，交错进行。注浆压力达到设计终压，持续注浆15分钟压力不降低。
如图3所示，实际进行注浆时，先在注浆孔10的孔口上安装长度为1m的孔口管12，并对孔口管12与所处注浆孔10孔口之间的间隙进行封堵，所述孔口管12的外端设置有止回阀13且所述孔口管12的外端通过注浆管与注浆设备连接。
所述孔口管12为管壁上开有多个注浆通孔的钢管且其与所处注浆孔10呈同轴布设。
本实施例中，所述临时砼衬砌16的长度为4m，所述防水板的长度为5m。
实际施工时，可根据具体需要，对临时砼衬砌16的长度和所述防水板的长度进行相应调整。
本实施例中，所述反压回填段8的长度为14m，可根据具体需要，对所述反压回填段8的长度进行相应调整。
其中，人工凿除方法是指人工采用凿除工具对围岩进行凿除。
并且，对围岩和喷射混凝土层5进行凿除时，均采用风镐进行凿除。
本实施例中，步骤401和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，先搭设拆除用的作业平台，自拱顶向拱脚对所述隧道初期支护结构内的钢拱架3进行拆除。
拆除时，采用人工风镐凿除砼法，严禁爆破法，先拱部后墙部，拆一榀钢拱架3，及时恢复一榀钢拱架3，并及时喷射混凝土且待喷砼完成后3h以上，再拆除下一榀钢拱架3。全环凿除两榀钢拱架3之间的初支砼(即喷射混凝土层5)，逐段安装钢拱架3，严禁爆破，减小围岩扰动。施工前，在靠近仰拱衬砌9两侧的边墙位置设置逃生管道至隧道二次衬砌1。
本实施例中，所述隧道二次衬砌1的长度为6m。
并且，步骤501中对临时砼衬砌16进行拆除时，采用人工凿除法进行拆除。
步骤401和步骤502中换拱施工完成后，需及时施工隧道二次衬砌1(即永久二衬)。
实际施工时，需注意：地表必须做好临时排水设施，防止雨水下渗，并且严禁重型机械行走并设置警戒。径向注浆必须进行效果验证，技术人员对注浆过程全程见证，严禁偷工减料。
对临时砼衬砌16进行施工前，先在所述隧道初期支护结构的表面铺设一层防水板，与初支砼分离，以便临时砼衬砌16凿除。
本实施例中，所述临时砼衬砌16的厚度不小于40cm，以确保支护强度。
对临时砼衬砌16施工前，仰拱衬砌9两侧的预留钢筋采用PVC管包裹，确保对临时砼衬砌16进行砼凿除时不损坏仰拱衬砌9内的钢筋。
所述临时砼衬砌16施工时，需控制好长度且两端的端头平整度，确保后续衬砌(即一期施工段内的隧道二次衬砌1)施工有足够的作业空间。
本实施例中，所述钢拱架3由多个拱架节段拼接而成，对钢拱架3进行拆除时，拆换一节更换一节，并打设径向锚杆，同时设置超前小导管及锁脚锚管并与更换后的钢拱架3焊接牢靠。
根据现场实际情况，及时调整拱架节段的长度；初支砼凿除后，需及时喷砼封闭，严禁围岩暴露时间过长。并且，喷砼前需完成所述更换后初期支护结构中钢筋网片与纵向连接钢筋的布设。
初支砼凿除过程中，需对所述隧道初期支护结构的钢筋网片与纵向连接钢筋同步进行拆除。
所述隧道二次衬砌1的施工利用二衬模板台车(即二次衬砌台车)挂设6m长的面板施作，必须严格按照设计要求做好钢筋绑扎，防水板、纵横向排水盲管、背贴式、中埋式止水带、环向排水板等防排水施工；分段换拱完成后，及时进行永久二衬才可进行下一段换拱施工。
实际施工时，为确保施工安全，步骤四中对多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，按照隧道延伸方向由后向前对多个所述一期施工段逐一进行初支拆除及安全受力转换施工；
并且，步骤五中对多个所述二期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，按照隧道延伸方向由后向前对多个所述二期施工段逐一进行初支拆除及安全受力转换施工。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、拱墙注浆加固：对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固；
所述隧道初期支护变形侵限段为位于已施工完成隧道段(11)前侧且隧道初期支护结构已施工完成的隧道段，所述已施工完成隧道段(11)为所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌(1)均已施工完成的隧道段；
步骤二、施工段划分：沿隧道延伸方向将所述隧道初期支护变形侵限段由后向前划分为多个施工段，所述施工段为一期施工段或二期施工段，所述一期施工段和所述二期施工段呈交错布设；多个所述施工段中位于最前侧的施工段为二期施工段，多个所述施工段中位于最后侧的施工段为一期施工段；
步骤三、临时砼衬砌施工：在步骤二中每个所述二期施工段内均施工一个临时砼衬砌(16)；
所述临时砼衬砌(16)为对所述二期施工段的拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述临时砼衬砌(16)支撑于所述二期施工段的所述隧道初期支护结构内侧；所述临时砼衬砌(16)位于所述二期施工段的中部，所述临时砼衬砌(16)的长度小于所处二期施工段的长度；
步骤四、一期施工段初支拆除及安全受力转换施工：待步骤三中每个所述二期施工段内的临时砼衬砌(16)均施工完成后，对步骤二中多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工，多个所述一期施工段的初支拆除及安全受力转换施工方法均相同；
对任一个所述一期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工时，过程如下：
步骤401、换拱施工：对该一期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对该一期施工段进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构；
步骤402、二衬施工：在步骤401中所述更换后初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌(1)，完成该一期施工段的初支拆除及安全受力转换施工过程；
步骤五、二期施工段初支拆除及安全受力转换施工：待步骤四中多个所述一期施工段均完成初支拆除及安全受力转换施工后，对步骤二中多个所述二期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工，多个所述二期施工段的初支拆除及安全受力转换施工方法均相同；
对任一个所述二期施工段进行初支拆除及安全受力转换施工时，过程如下：
步骤501、临时砼衬砌拆除：对该二期施工段内的临时砼衬砌(16)进行拆除；
步骤502、换拱施工：对该二期施工段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对该二期施工段进行初期支护施工，获得更换后初期支护结构；
步骤503、二衬施工：在步骤502中所述更换后初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌(1)，完成该二期施工段的初支拆除及安全受力转换施工过程。
2.按照权利要求1所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：所述隧道初期支护变形侵限段位于已施工完成隧道段(11)与未开挖完成隧道段(7)之间，所述未开挖完成隧道段(7)为位于所述隧道初期支护变形侵限段前侧且采用上下台阶法进行开挖的隧道段，所述未开挖完成隧道段(7)的隧道洞(2)包括通过上台阶开挖形成的上部洞体和通过下台阶开挖形成的下部洞体，所述未开挖完成隧道段(7)为所述上部洞体已开挖完成且所述下部洞体未开挖完成的隧道段；
步骤一中进行拱墙注浆加固之前，在未开挖完成隧道段(7)的后侧隧道节段的所述上部洞体内回填渣土并形成反压回填段(8)，所述反压回填段(8)的长度不小于10m。
3.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤四中对多个所述一期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，对多个所述一期施工段同步进行初支拆除及安全受力转换施工；
步骤五中对多个所述二期施工段分别进行初支拆除及安全受力转换施工时，对多个所述二期施工段同步进行初支拆除及安全受力转换施工。
4.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中进行拱墙注浆加固之前，先在所述隧道初期支护变形侵限段的地表开挖排水沟，并在所述隧道初期支护变形侵限段的地表上和所述排水沟上均覆盖有防渗层。
5.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤五中二期施工段初支拆除及安全受力转换施工完成后，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的所述更换后初期支护结构的结构和尺寸均相同，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的所述更换后初期支护结构紧固连接为一体；所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的隧道二次衬砌(1)的结构和尺寸均相同，所述隧道初期支护变形侵限段中所有施工段的隧道二次衬砌(1)紧固连接为一体。
6.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构、步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且三者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构；
步骤一中所述已施工完成隧道段(11)内的隧道二次衬砌(1)以及步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌(1)均为对隧道拱墙进行支护的混凝土衬砌，所述隧道二次衬砌(1)与对隧道底部进行支护的仰拱衬砌(9)组成对隧道全断面支护衬砌；
步骤一中进行拱墙注浆加固之前，所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构和仰拱衬砌(9)均已施工完成；
步骤402和步骤503中所述隧道二次衬砌(1)均与位于其下方的仰拱衬砌(9)紧固连接为一体。
7.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段为位于软弱围岩内的隧道段，对所述隧道初期支护变形侵限段进行开挖时，采用钻爆法且根据预先确定的所述隧道初期支护变形侵限段的预留变形量D进行开挖；
步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除过程中，还需根据预先设计的所述隧道初期支护变形侵限段的开挖轮廓线，对当前所施工的施工段进行二次开挖，并获得二次开挖后的隧道洞(2)；实际进行二次开挖时，采用人工凿除方法对围岩进行开挖且预留变形量d＜D；
其中，D＝25cm～30cm，d＝10cm～15cm。
8.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中所述隧道初期支护变形侵限段内的所述隧道初期支护结构、步骤401中所述更换后初期支护结构和步骤502中所述更换后初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且三者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构；
所述钢拱架与锚网喷联合支护结构包括多榀沿隧道延伸方向由后向前布设的钢拱架(3)、多个沿隧道延伸方向由后向前布设的锚杆支护结构、挂装在多个所述钢拱架(3)上的钢筋网片和喷射在隧道洞(2)内壁上的混凝土喷射层(5)，所述钢筋网片和多个所述钢拱架(3)均固定于混凝土喷射层(5)内；所述钢拱架(3)为对隧道拱墙进行支撑的拱形支架；每个所述锚杆支护结构均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道拱墙上的锚杆(6)，多个所述锚杆(6)均布设在同一个隧道横断面上；前后相邻两个所述锚杆支护结构中的锚杆(6)呈交错布设；
步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道延伸方向由后向前进行拆除。
9.按照权利要求8所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤401中和步骤502中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道延伸方向由后向前凿除混凝土喷射层(5)；对混凝土喷射层(5)进行凿除过程中，由后向前对位于混凝土喷射层(5)外侧的钢拱架(3)进行逐一更换。
10.按照权利要求1或2所述的隧道初期支护变形侵限段拆除及安全受力转换施工方法，其特征在于：步骤一中对隧道初期支护变形侵限段的拱墙进行注浆加固时，先沿隧道延伸方向由后向前在隧道拱墙上内钻设多组注浆孔(10)；每组所述注浆孔(10)均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道拱墙上的注浆孔(10)，多个所述注浆孔(10)布设于同一隧道断面上；相邻两组所述注浆孔(10)之间的间距为1.5m～2m，所述注浆孔(10)的孔深为3m～3.5m；
每组所述注浆孔(10)均为一个注浆孔组，所述注浆孔组为一次注浆孔组或二次注浆孔组，所述一次注浆孔组与所述二次注浆孔组呈交错布设；
待多组所述注浆孔(10)均钻设完成后，先采用注浆设备且通过多个所述一次注浆孔组分别进行注浆加固，再采用注浆设备且通过多个所述二次注浆孔组分别进行注浆加固。
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