CN110617084A - 隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于衬砌厚度略欠、裂损中等的隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法，旨在解决加固后抗压、抗弯、抗剪能力欠佳，衬砌结构承载能力弱，安全性差技术问题，本发明经过断面监测复测→衬砌凿毛→涂刷界面剂→锚栓锚固→挂设钢筋网→喷射作业→喷层整平→养护；同时还公开了一种隧道复测的方法，通过全站仪实测隧道断面附近任意点的三维坐标；反算出此点的设计桩号和中线偏距，计算出设计标高；再对实测数据加以计算、成图；将复测断面与原设计断面进行对比；本发明具有施工成本低、现场可操作性强、工艺简单等优点，同时钢纤维混凝土配合钢筋网具有抗剪、抗裂、抗拉能力强等优点，能够在很大程度上起到加强整体结构的作用。

Description

隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法

技术领域

本发明涉及一种地下隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速稳定的发展，对交通运输的需求量和等级要求越来越高，高等级公路、铁路的建设蓬勃发展，修建的隧道数量越来越多。由于干湿交替、日光曝晒、沿海盐雾及潮湿空气等腐蚀作用，使得隧道混凝土表面逐渐形成多孔的腐蚀面，腐蚀介质通过混凝土表面的细微缝隙进一步渗入混凝土内部，造成钢筋混凝土结构内部的钢筋锈蚀，进而导致隧道衬砌的开裂、渗漏水、大变形等；如果不能及时采用有效的加固材料和适当的加固方法处理，钢筋的锈蚀问题将会迅速扩大，引发更大面积的结构破坏，可能造成非常严重的安全问题。因此，针对衬砌结构加固问题具有重要研究意义，目前，盾构隧道主要采用钢环加固与粘贴纤维布加固，但其主要针对的是管片上存在的大的变形及裂缝，无法弥补隧道衬砌欠厚的问题，同时受到材料本身性能条件限制，针对衬砌厚度略欠、裂损中等的隧道段落没有比较完善的加固方案。

因此，迫切需要一种针对衬砌厚度略欠、裂损中等的隧道段落加固的有效修复加固方法，此种方法加固后的隧道具有抗压、抗弯、抗剪强度高，承载能力，安全性高；同时具有抗震、抗冲击性能好及抗裂性能高等优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于衬砌厚度略欠、裂损中等的隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法，以解决加固后抗压、抗弯、抗剪能力欠佳，衬砌结构承载能力弱，安全性差技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法，包括如下步骤：

（1）断面监测复测：对隧道待加固段的内轮廓施工监测、复测，并核查隧道左右拱腰位置，确定隧道待加固段的锚固区的位置；

（2）衬砌凿毛：对待加固段的锚固区衬砌表面的抹灰层、装饰层、附着物及油污清除干净，并除去混凝土粉尘及松散、剥落颗粒，确保待加固段的衬砌表面平整洁净；

（3）涂刷界面剂：将界面剂涂在步骤（2）所述待加固段的锚固区的衬砌表面；

（4）锚栓锚固：在待加固段的锚固区的衬砌表面的端部及中部打设锚孔，量测锚孔孔深、孔径、扩孔孔径，符合要求后，对所述锚孔进行清理，并将锚栓放入锚孔，量测锚栓的钢筒和螺杆相对于基材面的外露长度，使其外露长度为6～8cm，安装钢筒，复测钢筒与基面的距离为6～8cm，满足要求后再安装螺杆，所述锚栓有效锚固深度至少为10cm，锚孔中心至混凝土施工缝到距离至少为0.8倍有效锚固深度，临界边距大于1.5倍有效锚固深度，群锚最小间距应至少为1.0倍有效锚固深度，所述临界边距是指最外侧锚栓至待加固区边缘的直线距离，所述群锚是指至少2个锚栓；

（5）挂设钢筋网：将钢筋网固定于所述锚栓上，每片钢筋网之间采用搭接的方式固定，搭接网格至少1个网格，并在钢筋网的搭接区域设置U型卡具固定；

（6）喷射作业：对衬砌凿毛区域内钢筋网喷射钢纤维掺量为38～42kg/m³钢纤维混凝土，喷射作业分为初喷和复喷，初喷厚度为4.5～5.5cm，待初喷终凝后进行复喷，复喷厚度为4.5～5.5cm，所形成的喷层厚度为9～11cm；

（7）喷层整平：对所述步骤（6）喷层表面整平处理，在已平整的喷层表面涂防火涂层，将设在边墙至拱腰部位的射钉与所述钢筋网固定，将铅丝网固定在所述射钉上，用聚合物砂浆抹面；

（8）养护：经修补后的基面进行喷水养护，养护时间不得少于24h。

优选的，在所述步骤（2）中，每次衬砌凿毛的长度不大于2m，凿毛厚度不大于原衬砌厚度的2/3。

优选的，所述锚孔的深度至少为10cm，所述孔径为10～14cm，所述扩孔径为12～16cm。

优选的，所述步骤（4）中，锚栓锚固施工前，检测衬砌基材原钢筋的位置，避免钻锚孔损伤原钢筋，所述锚孔为间距60cm×60cm梅花型布置，所述钢筋网片孔径呈20cm×20cm正方形，锚栓安装完成后，对待加固段的锚固区的衬砌表面再次进行清理。

优选的，在所述步骤（4）中，清理锚孔完成后若未立即安装锚栓，应暂时封闭其孔口。

优选的，所述步骤（6）中的钢纤维混凝土是由水泥：细集料：粗集料：减水剂：速凝剂：钢纤维以2.5：4.77：4.77：0.03：0.2：0.22的比例干混，混匀后加入水混匀制成，所制得的钢纤维混凝土放置不得大于30min。

优选的，在所述步骤（6）中采用机械臂式湿喷机喷射钢纤维混凝土，喷嘴与受喷面的夹角呈90°，喷射距离1.5～2m，风压保持在0.9～1.1MPa，喷射分段、分片由下而上顺序进行，喷射过程中检查混凝土的隧道侧壁和拱部的回弹率，所述隧道侧壁回弹率不大于15%，拱部回弹率不大于25%，每次喷射作业区段纵向长度不宜超过6m，所述喷射作业完成后及时进行厚度检测，所述厚度检测采用埋钉法设置喷射混凝土喷射厚度标识，终凝后2h应喷雾覆盖养护至少7天。

对上述隧道是否符合相关标准或施工要求进行复测的方法，包括如下步骤：

（1）在围岩和支护的测点上埋设反射片，用带有道路测设程序和有坐标反算桩号计算的程序的计算器结合全站仪实测隧道断面附近任意点的三维坐标；

（2）用计算器反算出此点的设计桩号和中线偏距，根据中桩桩号计算该路面的设计标高；（3）再对实测数据加以计算、成图；

（4）将复测断面与原设计断面进行对比，计算拱顶下沉和净空收敛的变形绝对值，获得围岩和支护工作状态的有关数据。

优选的，所述全站仪采用非接触方法量测隧道周边三维变形，所述反射测点包括反射膜片及觇标，所述反射膜片的尺寸采用60×60mm，所述觇标埋设在未拆换拱和已拆换拱的喷砼层上。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果包括：

1.本发明采用钢筋网+喷射钢纤维混凝土+聚合物砂浆组合施工，具有施工成本低、现场可操作性强、工艺简单等优点，同时钢纤维混凝土配合钢筋网具有抗剪、抗裂、抗拉等优点，能够在很大程度上起到加强整体结构的作用。

2.本发明在二衬表面设置了钢纤维砼和钢筋网，钢纤维砼和钢筋网共同受力，提高衬砌结构承载能力，提高了修复后二衬结构的稳定性，同时也能抑制因混凝土的收缩和温度变化等原因产生的裂缝；喷射混凝土中掺加适量的钢纤维，可提高其抗拉、抗弯强度，并大幅度地提高其韧性和抗冲击强度。由于混凝土中钢纤维的存在可以有效的减少温度变化而引起的混凝土内的抗拉应力集中，阻止了微裂缝的进一步扩展；钢纤维由于良好的阻裂效果，从而大大减少裂缝的发生和发展，网状纤维极为有效地控制砼塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制裂缝的形成和发展。

3.本发明网喷段采用钢筋网与锚栓相连接的方式进行加固，克服了现使用的碳纤维编织网无法焊接，且其拉伸强度大，在重力作用下容易变形的技术难题；采用本发明所述的聚合物砂浆对喷射混凝土面进行修整，方便后期对隧道的涂装，又可以避免聚合砂浆由于干缩、变形引起的裂缝及裂缝的延伸；此种聚合物水泥砂浆是一种特种水泥，主要成分是由水泥、骨料和可以分散在水中的有机聚合物搅拌而成；其优点粘结强度高、极为优良的抗渗性，抗裂性、抗冲击性、耐侯性好，耐碱性能良好。

4.本发明采用的界面剂具有超强的粘接力，优良的耐水性，耐老化性，提高抹灰砂浆对基层的粘结强度可有效避免抹灰层空鼓，脱落，收缩开裂等问题。

5.本发明选用在射钉上挂设的铅丝网具有柔韧性好，方便施工，容易固定的优点。

附图说明

图1为隧道衬砌标准段网喷射钢纤维混凝土示意图。

图2为隧道衬砌加固区域局部放大图。

图3为锚栓的布置图。

图4为隧道衬砌测点布置图。

其中，1.支护结构，2.衬砌结构，3.待隧道锚固区，31.网喷钢纤维层，32.聚合砂浆层，4. 锚栓，5. 钢筋网，51.钢筋网孔，6.拱顶，7.沉降线，8.净空收敛线，81.收敛线1，82.收敛线2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法，参见图1-4，包括如下步骤：

（1）断面监测复测：在隧道维修过程中，应对围岩和支护结构1病害、裂缝、周边位移及拱顶下沉情况进行监测，并相应指标做现场标注，通过监测的数据判断围岩和支护结构1体系的稳定性及工作状态，确定选择和修正支护参数及指导施工，其量测方法及布置按《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009)规定执行；在隧道加固前，二衬加固段按10～50m一个断面布置，重新施测对衬砌结构2待加固段按5m间距进行内轮廓施工复测，并核查隧道左右拱腰位置，确定待隧道锚固区3。

（2）衬砌凿毛：对待隧道锚固区3衬砌表面的抹灰层、装饰层、附着物、油污清除干净，露出原混凝土新鲜面，并保证基材表面坚实、平整，不应有蜂窝、麻面等局部缺陷，清洗并除去混凝土粉尘及松散、剥落颗粒，优选的，每次衬砌凿毛的长度不大于2m，厚度不大于原厚度的2/3，对于多凿除的部分，采用聚合物砂浆修补，对原二衬裂缝进行修补，对衬砌背后脱空回填处治，遵循“先治理后加固”的原则。

（3）涂刷界面剂：将乙酸乙烯酯乳液与粉状按规定配比在搅拌桶中配制，电动搅拌器搅拌均匀，立即均匀涂于衬砌凿毛区域，界面剂涂刷或喷涂2mm；此种界面剂具有超强的粘接力，此种界面剂具有优良的耐水性，耐老化性，提高抹灰砂浆对基层的粘结强度，可有效避免抹灰层空鼓、脱落、收缩开裂等问题。

（4）锚栓锚固：锚栓4施工前，检测基材原钢筋位置，确保锚孔时不得损伤原钢筋，当设计孔位与钢筋相碰或锚栓4完全处于混凝土保护层内时，应通知设计单位，采用相应措施，在衬砌凿毛区域待加固表面的端部及中部锚孔内打上不锈钢锚栓4，锚栓4有效锚固深度为锚栓4螺杆插入二衬砼的深度，锚栓4有效锚固深度不小于100mm，有效锚固深度不含装饰层、抹灰层，锚栓4最小边距大于0.8倍有效锚固深度，临界边距大于1.5倍有效锚固深度，群锚最小间距应不小于1.0倍有效锚固深度，群锚是指共同工作的的多个锚栓4，即一个面上共同受力的多个锚栓4；临界边距不小于3.0倍有效锚固深度，量测锚孔孔深、孔径、扩孔锚栓4采用间距60cm×60cm梅花型布置，使用吸尘器和专用毛刷清理锚孔内的粉尘，清理合格后方可安装后扩底锚栓4，锚栓4放入锚孔后，应量测锚栓4的钢筒和螺杆相对于基材面的外露长度，满足要求后，将锚栓4钢筒打击到位，锚栓4钢筒安装到位后，应复测钢筒与基面的距离，满足要求后再安装锚固件，安装锚栓4时应采用专用配套注胶桶或送胶棒，不得采用将螺杆从胶桶中粘胶直接塞进孔洞的施工方法；当设计孔位与钢筋相碰或锚栓4完全处于混凝土保护层内时，有效锚固深度不包含装饰层、抹灰层；锚栓4安装完成后，再次对隧道待加固段进行清理，保证基面清洁干净并达到涂刷混凝土界面剂的标准；清理锚孔后若未立即安装锚栓4，应暂时将毛孔封闭，在施工过程中产生的废弃的锚孔采用高强度聚合物砂浆填充密实。

（5）挂设钢筋网：在满足产品规定的固化温度和对应的静置固化时间后，进行验收，将挂设Φ12钢筋网5挂在锚栓4上，优选的，每片钢筋网孔51为20cm×20cm，钢筋网5之间采用搭接的方式固定，搭接网格3个网格，钢筋网5与锚栓4采用铁丝交叉绑扎牢固或点焊牢固，并在钢筋网5的搭接区域设置U型卡具固定。

（6）喷射作业：将水泥、集料、钢纤维加入强制式搅拌机混匀后（至少1.5min），然后加入水混匀制成钢纤维掺量为40kg/m³的钢纤维混凝土，钢纤维混凝土相应成分及比例为水：水泥：细集料：粗集料：减水剂：速凝剂：钢纤维=1:2.5:4.77:4.77:0.03:0.2:0.22，其中水泥、细集料、粗集料、减水剂、速凝剂、钢纤维先干混，混匀后加入水再混匀；所制得的钢纤维混凝土放置不得大于30min，经检验其性能符合设计要求后方可使用；最好立即采用机械臂式混凝土湿喷机喷射钢纤维混凝土，其喷嘴与受喷面呈夹角呈90°度，喷射距离1.8m，风压保持在1.0MPa，以减小回弹，保证强度，喷射分段、分片由下而上顺序进行作业，喷射作业中检查混凝土的回弹率，隧道侧壁回弹率不大于15%，拱部不大于25%，每次喷射作业区段纵向长度不宜超过6m，喷射作业分为初喷和复喷，初喷厚度为5cm，待初喷终凝后进行复喷，复喷厚度为5cm，其中采用埋钉法设置喷射混凝土喷射厚度标识，喷射完成后形成网喷钢纤维层31，并及时检测网喷钢纤维层31进行厚度，不符合要求及时补喷，终凝后2h应喷雾覆盖养护，养护时间至少为7天，喷射混凝土支护应与衬砌紧密粘结，结合牢固，喷层厚度应符合要求，不能有空洞，喷层内不容许添加木板等杂物，必要时应进行粘结力测试。

（7）喷层整平：对步骤（6）喷层表面整平处理，在已平整的喷层表面涂防火涂层，将在边墙至拱腰部位采用50×50cm间距布设钢筋射钉，并将钢筋射钉与钢筋网5固定，将A3铅丝网固定在射钉上；用聚合物砂浆抹面形成聚合砂浆层32，严禁不挂A3铅丝网直接涂抹，以免剥落掉块。

（8）养护：经修补后的基面进行喷水养护，养护时间不得少于24h。

上述隧道复测的方法，包括如下步骤：

（1）用带有道路测设程序和有坐标反算桩号的采用卡西欧5800计算器，结合全站仪实测隧道断面附近任意点的三维坐标，全站仪采用非接触方法量测隧道周边三维变形，反射测点包括反射膜片及觇标，反射膜片的尺寸采用60×60mm，觇标埋设在未拆换拱和已拆换拱的喷砼层上；

（2）用计算器反算出此点的设计桩号和中线偏距，根据中桩桩号计算该路面的设计标高；

（3）再对实测数据加以计算、成图；

（4）将复测断面与原设计断面进行对比，计算拱顶6下沉，沉降线7、收敛线A81和收敛线B82，计算出净空收敛的变形绝对值，获得围岩和支护工作状态的有关数据。

现场施工测量采用相对坐标法，假设进口端为K0+000，出口端桩号为K4+590.并根据原有电缆槽分中假设为隧道中线，根据方位角定向来确定方向及偏中距，然后利用fx-5800计算器根据勾股定理进行简单编程并计算出需要测量的标高断面超欠挖。

其中核对锚栓、钢筋网型号、规格、数量等，锚栓、钢筋网、粘胶的类别与规格应符合设计要求，锚栓和粘胶应有产品制造商提供的产品合格证书、使用说明书、检测报告或认证报告。

效果例

天定高速公路是国家高速公路东西横向线-G30连霍高速公路的重要组成部分，TD3标秦州隧道位于天水市关子镇西边，为分离式4车道高速公路隧道，设置5处紧急停车带、6处人行横洞、5处车行横洞。上行线起讫桩号SK162+180～166+810，隧道全长4630m，最大埋深184m。下行线起讫桩号XK162+250～XK166+840，隧道全长4590m，最大埋深183.7m；在XK164+750左侧25m处设置φ6.7m通风竖井1座。本项目2007年10月开工建设，2011年6月全线通车运营，设计速度为80公里/小时，隧道净宽10.25米，隧道净高5米。

隧道段落原设计均为Ⅳ级围岩，下行线拆换长度166.5m（7段，其中3段保留仰拱），加固段落及参数统计见表1所示。

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表2为在隧道网喷钢纤维砼加固所使用的主要机械。

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表3为施工过程中所使用的主要材料所选的型号及规格，具体见表3。

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表4为隧道现场监控量测项目及量测要求，见表4。

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表5 隧道现场监控量测数据变化值。

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对所有量测点进行编号、记录，第一次所测数据作为初始值，以后按照测量周期对每组点进行测量、记录，并与第一次相应数据进行比较得出变化值，对前面每次变化值相加，得出累计变形量。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种隧道网喷钢纤维砼隧道加固的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）断面监测复测：对隧道待加固段的内轮廓施工监测、复测，并核查隧道左右拱腰位置，确定隧道待加固段的锚固区的位置；

（2）衬砌凿毛：对待加固段的锚固区衬砌表面的抹灰层、装饰层、附着物及油污清除干净，并除去混凝土粉尘及松散、剥落颗粒，确保待加固段的衬砌表面平整洁净；

（3）涂刷界面剂：将界面剂涂在步骤（2）所述待加固段的锚固区的衬砌表面；

（4）锚栓锚固：在待加固段的锚固区的衬砌表面的端部及中部打设锚孔，量测锚孔孔深、孔径、扩孔孔径，符合要求后，对所述锚孔进行清理，并将锚栓放入锚孔，量测锚栓的钢筒和螺杆相对于基材面的外露长度，使其外露长度为6～8cm，安装钢筒，复测钢筒与基面的距离为6～8cm，满足要求后再安装螺杆，所述锚栓有效锚固深度至少为10cm，锚孔中心至混凝土施工缝到距离至少为0.8倍有效锚固深度，临界边距大于1.5倍有效锚固深度，群锚最小间距应至少为1.0倍有效锚固深度，所述临界边距是指最外侧锚栓至待加固区边缘的直线距离，所述群锚是指至少2个锚栓；

（5）挂设钢筋网：将钢筋网固定于所述锚栓上，每片钢筋网之间采用搭接的方式固定，搭接网格至少1个网格，并在钢筋网的搭接区域设置U型卡具固定；

（6）喷射作业：对衬砌凿毛区域内钢筋网喷射钢纤维掺量为38～42kg/m³钢纤维混凝土，喷射作业分为初喷和复喷，初喷厚度为4.5～5.5cm，待初喷终凝后进行复喷，复喷厚度为4.5～5.5cm，所形成的喷层厚度为9～11cm；

（7）喷层整平：对所述步骤（6）喷层表面整平处理，在已平整的喷层表面涂防火涂层，将设在边墙至拱腰部位的射钉与所述钢筋网固定，将铅丝网固定在所述射钉上，用聚合物砂浆抹面；

（8）养护：经修补后的基面进行喷水养护，养护时间不少于24h。

2.根据权利要求1所述的隧道网喷钢纤维砼加固的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，每次衬砌凿毛的长度不大于2m，凿毛厚度不大于原衬砌厚度的2/3。

3.根据权利要求1所述的隧道网喷钢纤维砼加固的方法，其特征在于，所述锚孔的深度至少为10cm，所述孔径为10～14cm，所述扩孔径为12～16cm。

4.根据权利要求1所述的隧道网喷钢纤维砼加固的方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，锚栓锚固施工前，检测衬砌基材原钢筋的位置，避免钻锚孔损伤原钢筋，所述锚孔为间距60cm×60cm梅花型布置，所述钢筋网片孔径呈20cm×20cm正方形，锚栓安装完成后，对待加固段的锚固区的衬砌表面再次进行清理。

5.根据权利要求1所述的隧道网喷钢纤维砼加固的方法，其特征在于，若所述步骤（4）中清理锚孔完成后若未立即安装锚栓，应暂时封闭其孔口。

6.根据权利要求1所述的隧道网喷钢纤维砼加固的方法，其特征在于，在所述步骤（6）中，钢纤维混凝土是由水泥：细集料：粗集料：减水剂：速凝剂：钢纤维以2.5：4.77：4.77：0.03：0.2：0.22的质量比干混，再加水混匀制成，所得钢纤维混凝土放置时间不得大于30min。

7.根据权利要求1所述的隧道网喷钢纤维砼加固的方法，其特征在于，在所述步骤（6）中，采用机械臂式湿喷机喷射钢纤维混凝土，喷嘴与受喷面的夹角呈90°，喷射距离1.5～2m，风压保持在0.9～1.1MPa，喷射分段、分片由下而上顺序进行，喷射过程中检查混凝土的隧道侧壁和拱部的回弹率，所述隧道侧壁回弹率不大于15%，拱部回弹率不大于25%，每次喷射作业区段纵向长度不宜超过6m，所述喷射作业完成后及时进行厚度检测，所述厚度检测采用埋钉法设置喷射混凝土喷射厚度标识，终凝后2h应喷雾覆盖养护至少7天。

8.权利要求1所述的隧道复测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在围岩和支护的测点上埋设反射片，用带有道路测设程序和有坐标反算桩号计算的程序的计算器结合全站仪实测隧道断面附近任意点的三维坐标；

（2）用计算器反算出此点的设计桩号和中线偏距，根据中桩桩号计算该路面的设计标高；

（3）再对实测数据加以计算、成图；

（4）将复测断面与原设计断面进行对比，计算拱顶下沉和净空收敛的变形绝对值，获得围岩和支护工作状态的有关数据。

9.根据权利要求8所述的隧道复测的方法，其特征在于，所述全站仪采用非接触方法量测隧道周边三维变形，所述反射测点包括反射膜片及觇标，所述反射膜片的尺寸采用60×60mm，所述觇标埋设在未拆换拱和已拆换拱的喷砼层上。