杜传海
中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710021
摘要：宁安铁路（南京至安庆）铜池段（铜陵至池州段）由于标准提高桥梁梁型改变，为满足桥梁运架的净空要求需对已完成开挖、支护的隧道进行扩孔换拱处理。扩孔换拱施工会对隧道围岩造成二次扰动，使隧道结构应力重新组合，最终达到新的平衡，施工难度及风险极高。本文结合宁安铁路岱岭1#隧道、九华隧道、马衙隧道扩拱施工实例，详细介绍扩孔换拱施工方案，并总结了施工经验。
关键词：隧道；扩孔换拱；处理
1 换拱扩孔原因
宁安铁路岱岭1#隧道、九华隧道、马衙隧道于2009年9月相继开始进行暗洞（V级围岩）开挖支护施工，施工过程中由于宁安铁路标准提高，由有碴轨道变为无碴轨道，梁型由原来的“桥通（2008）2224A”12m梁宽变更为“桥通（2009）2229”12.2m梁宽，所以原隧道设计断面90.2m2无法满足运架一体机带梁通过隧道的要求，梁翼缘板超出隧道轮廓12cm，因此需要对已完成开挖支护的隧道进行换拱扩孔处理。
2 工程概况
岱岭1#隧道起讫里程DK192+745.00～DK193+000，长度255.00m；进洞里程DK192+761，需要扩孔换拱施工76m，其中Ⅴ级围岩加强复合衬砌类型50m，Ⅴ级围岩复合衬砌类型26m；九华隧道DK197+205.00～DK197+340，长度135.00m；进洞里程DK197+324；需要扩孔换拱施工64m，全部为Ⅴ级围岩加强复合衬砌类型；马衙隧道DK205+250.00～DK205+565，长度315.00m，需要扩孔换拱施工114m，其中Ⅴ级围岩加强复合衬砌类型4m，Ⅳ级围岩加强复合衬砌类型30m，Ⅳ级围岩复合衬砌类型80m。扩孔换拱施工均位于隧道洞口段浅埋偏压地段地质复杂，且以V级围岩为主。
原设计轨面以上衬砌半径为r=6.38m，扩孔后设计轨面以上衬砌半径为r=6.65m，内轨顶面标高抬高17.8cm，隧道拱顶标高整体提高71.8cm，详见图1。
3 扩孔换拱方案
3.1 总体方案
扩孔换拱施工前先对已掘进地段进行加固圈3m全断面径向注浆加固，加固后由内向外对隧道进行回填反压，回填至距拱顶3米，利用反压土作后续施工工作平台，扩孔开挖时采用三台阶临时仰拱开挖法由外向内扩孔换拱施工。
图2 加固圈3m径向注浆断面图
（1）注浆孔布置
注浆孔按浆液扩散半径1m考虑，注浆孔梅花型布置，孔口环向间距约100cm孔底环向间距约150cm，纵向间距150cm，注浆孔在用风动凿岩机成孔，孔径50mm，见图2。
（2）注浆管设置
注浆管采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长3.2m，为便于导管插入钢管前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋，见图3。
图3 加固圈3m径向注浆施工图
3）注浆材料采用普通水泥浆，注浆参数
a、水灰比：1；1；注浆压力：0.5～1.0MPa
b、注浆量计算
单孔注浆量：Q=Aμ=лR2Lμ+лr2L
μ-围岩空隙率，根隧道地质情况确定，本隧道按5%计算；
R-扩散半径，根隧道地质情况确定，本隧道按1计算；
r-注浆孔直径
L-注浆孔深度
3.3 回填反压
利用原隧道碴对洞内进行返压回填，回填至距拱顶3米。
3.4 初期支护拆除及扩大断面施工
（1）在导向墙与暗洞结合处施作小导管
①小导管先用风钻成孔，倾角：仰角20°，孔径为50mm，成孔后用人工或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出；
②小导管搭接长度＞1米；
③小导管布设在隧道扩孔段拱部；
④小导管长度3．5m、环向间距30cm；
⑤注浆前进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。
⑥注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录，以便分析注浆效果。
⑦注浆材料需满足下列要求：浆液流动性好，固结后收缩小，具有良好的粘结和较高的早期强度；结石体透水性低，抗渗性能好。
⑧注浆终压为0.5～1.0MPa，并派专人做好记录。注浆结束后检查其效果，不合格者补浆，注浆达到需要的强度后方可进行凿除混凝土和开挖。
（2）初期支护拆除施工
在初期支护喷射混凝土面上时行径向打孔，孔深30cm，炮孔环向间距50cm，每个炮孔内装放半节炸药，对喷射混凝土进行松动爆破，每次松动爆破一榀拱架；
（3）扩大断面施工
松动爆破后人工配合风镐凿除砼并扩孔开挖至设计断面，用氧气切割拆除钢构件；
3.5 重新施作初期支护
开挖至设计断面后按设计及验标要求重新施作初期支护详见下图；
3.6 中、下台阶施工
按同样方法开挖6榀拱架后开始施工中台阶，中台阶施工5榀后进行下台阶开挖，仰拱紧跟，当仰拱够一模二衬长度时，立即进行衬砌施工；
4 监控量测
开展有效围岩监控量测，采用无棱角激光测距全站仪，检测围岩位移等；对地表进行全天观测，记录详细数据。严格按照量测数据指导现场进行洞内涌体处理。
监控量测管理基准，为便于操作，以变形速率为准，任何作业必须在变形速率v≤5mm/d，加速率a＜0mm/d2的前提下开展，当变形速率v≥10mm/d时应停止任何作业，将人员撤离作业面，加强监测。
5 注意事项
1、逐榀替换钢架，开挖时预留沉降量为15cm，工字钢拱架径向放大10cm；
2、由于在替换拱架后，上台阶的拱脚处是反压土，无承载能力，为加强拱脚或墙脚纵向强度，根据情况可对替换后的拱架在拱脚处施作托梁加固，见图4。
结束语
本文通过宁安铁路（南京至安庆）铜池段（铜陵至池州段）三座隧道的扩孔换拱实例，总结出隧道扩孔换拱施工技术，有效的将加固圈3m径向注浆、小导管及拱脚托梁结合运用，安全高效的完成了隧道扩孔换拱施工，为后续的隧道改造、纠偏及同类隧道扩孔换拱施工提供宝贵的经验和好的施工方法。
图4 加固圈3m径向注浆施工图
论文作者:杜传海
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/23
标签：隧道论文; 注浆论文; 围岩论文; 宁安论文; 导管论文; 断面论文; 长度论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;