陈家岭隧道大变形段整治施工技术

陈家岭隧道大变形段整治施工技术摘要：随着铁路施工的大面积铺开，对施工技术的要求不断提高。为全面落实"强基达标、提质增效〃工作主题，铁路总公司又下发了关于铁路工程施工质量安全红线的规定。特别强调隧道施工必须确保施工质量及安全。本文结合陈家岭隧道大变形段实际情况，对隧道大变形导致侵限问题进行注浆加固及换拱施工工艺进一步研究，以期为同类工程提供借鉴和参考。关键词：大变形；径向注浆；换拱一、工程概况陈家岭隧道起于浙江省嵊州市金庭镇柿头村附近，止于浙江省嵊州市金庭蟠龙山村附近。隧址区为剥蚀低山区，山体陡峻，流水侵蚀切割剧烈，地形起伏较大，自然坡度约25°〜35°，局部40°〜50°。植被较发育，主要为果树及灌木丛。隧道进出口均通有道路，交通较便利。隧道设计起讫里程DK71+479〜DK75+765，全长4286m，隧道最大埋深约149m，隧址区交通较好。二、 DK75+667-DK75+632段变形过程2018年4月29日、4月30日连续两日出现大规模降雨，气象资料显示最大降雨量为32.8mm，在降雨前洞内DK75+667-DK75+632段监控量测沉降稳定，最大累计沉降量为9.8mm。降雨后DK75+667-DK75+632段拱顶开始出现滴水现象，局部滴水呈线状。4月30日晚上监控量测数据反馈DK75+642处拱顶沉降13mm，立即停止掌子面掘进，掌子面采用挂网喷砼封闭，并进行了加大监控量测频率。5月1日上午8:00监控量测数据反馈DK75+667-DK75+632段沉降及收敛数据发生连续变化，截止到下午19:00时，最大沉降量224.7mm，变形最大处侵入二衬净空90mm。19：00后沉降趋于稳定。三、 处治总体思路根据DK75+667-DK75+632段拱顶土体发生了松动且已侵限的实际情况，经过分析，确定了对松动土体进行注浆加固以及对侵限部分的换拱的总体方案，具体情况如下：1、 DK75+677-DK75+622段拱顶采用①529mm螺旋管进行竖向支撑，DK75+652-DK75+632段纵向间距3m，其他段纵向间距5m，螺旋管之间采用HW175型钢进行纵向连接。2、 DK75+677-DK75+612段段采用5m径向注浆加固，加固范围从两侧仰拱顶面至拱顶。3、 注浆孔按梅花型布置，孔口环向间距120cm；注浆孔纵向间距200cm。钻孔孔径为52mm，孔口管采用①50mm、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长1.5m；注浆材料采用1:1普通水泥浆，注浆压力按1〜1.5Mpa控制。4、 注浆完成7天后，进行钻孔查看注浆止水效果，若有明显渗水应进行补充注浆。5、 本段监控量测数据显示稳定后方可进行换拱施工，每次只允许拆除一棉钢架，更换该棉钢架并喷射砼，待砼强度达到要求后，才可拆除、更换下棉钢架。该段初支预留变形量按10cm设置。6、该段换拱期间掌子面应停止开挖，并进行挂网喷砼封闭。7、该段凸壳型排水板需满铺设置，仰拱未施工段两侧边墙纵向排水管出口间距加密至2m。四、注浆加固和换拱施工工艺1、注浆加固施工工艺对DK75+677-DK75+612段进行注浆加固（如图1所示），注浆孔按梅花型布置，孔口环向间距120cm，注浆孔纵向间距200cm。钻孔孔径为52mm，孔口管采用①50mm、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长1.5m；注浆材料采用硫铝酸盐水泥，水灰比1:1，单孔注浆压力按1〜1.5Mpa控制。1.1钻孔、注浆管安装先根据放样将注浆孔的孔位用红油漆标出，用手持风钻钻孔，钻孔的方向垂直于初支断面，钻孔孔径为52mm，孔深为5m，钻至设计孔深后，用吹管将碎渣吹出，避免塌孔；成孔后，及时下注浆管；注浆管深入围岩的深度为1.0m左右，止浆盘位置采用土工布包裹无缝钢管，并用锚固剂将管口密封，防止注浆过程中漏浆。图1注浆加固布置图1.2注浆首先将掌子面用喷射砼封闭，暂停施工。注浆采用普通纯水泥浆液，水泥浆水灰比1:1，水泥采用硫铝酸盐水泥，拌合用水采用饮用水源。自制水泥浆搅拌桶，严格按照设计配合比配制浆液。配浆时，需要对搅拌桶进行刻度划分标识，以利于现场配比。浆液搅拌均匀，先加水后加水泥拌和，搅拌时间为3〜5分钟，未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。为了防止浆液含有颗粒，在搅拌桶和储浆桶之间加虑网。储浆桶加搅拌设备以保证浆液的流动性。注浆顺序：首先注浆里程桩号为DK75+677，DK75+612附近的注浆管，以便形成止浆墙，防止DK75+677-DK75+612注浆段注浆时水流扩散；注浆由下往上、先注边墙，后注隧道拱部，采用跳跃式间隔注浆。注浆过程中，时刻注意注浆压力和流量的变化，对于吸浆量很小但压力突然升高、吸浆量很大但注浆压力长时间不上升、串浆、跑浆等异常情况，应查明原因，及时进行处理。注浆中，注浆量和注浆压力是两个关键参数；一般规律是：初始阶段压力较低，注入量增大；正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏状态，但总的比较平稳；压密注满阶段注入量迅速递减而压力迅速升高；在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制。注浆量和注浆压力随时间变化趋势图详见图2。单孔注浆结束条件：达到终压后并稳定10min，且注浆量不小于设计注浆量的80%、进浆速度为开始进浆速度的1/4。注浆效果检查：注浆完成后，对注浆效果进行检查，当初期支护表面仍有滴水现象，必须进行补充注浆。图2注浆趋势图2、换拱施工工艺2.1拱架加工对DK75+667-DK75+632段HW175钢架（58棉）重新画图交底，该段初支预留变形量按10cm设置。2.2换拱施工监控量测数据显示稳定后方可进行换拱施工，每次只允许拆除一棉钢架；将原DK75+667-DK75+632段初期支护变形段拱架A、B、C单元钢架每棉整环拆除，更换该棉钢架并喷射砼，待砼强度达到要求后，才可拆除、更换下棉钢架。2.3变形段初支参数换拱支护采用HW175工字钢，间距0.6m。系统锚杆：拱部①25中空注浆锚杆，边墙C22砂浆锚杆，长度4.0m，间距环1.2mx纵1.0m，锁脚锚管采用①50壁厚3.5mm无缝钢管，长度4.5米。2.4换拱施工工艺分节换，先换边墙，重新立架后采用锁脚固定并及时喷射混凝土。利用防水板铺挂台车，采用切割机在第一棉需要拆除的钢拱架两侧环切2道，深度约10cm，切缝距钢架位置20cm左右，目的是防止破碎锤在施工过程中产生不规则裂缝，对周边未侵限的初支产生影响。采用破碎锤将初支表面的混凝土破除，从拱脚向拱顶破除，钢筋网片与连接钢筋型钢采用氧气乙炔切割，在切割时，要用破碎锤抵住钢拱架，防止钢架切断后掉落伤人。钢筋网片用手持式风镐剔出来，在切除时要注意预留1-2个网格的搭接长度，钢筋网片之间连接采用焊接。初支背后侵限的围岩用手持式风镐开挖。每次换拱只允许换一棉钢架，换拱长度满足12米时，先施工二衬，二衬施工结束后再继续进行换拱。拱架拆除后按原设计参数尽快进行支护，喷射混凝土结束3h后进行下一棉钢架的拆除。图3换拱示意图五、 效果评定首先从两端向中间进行注浆加固，目的形成止浆墙防止扩大水流范围，最终打孔验证止浆墙效果明显，满足预期要求；接下来通过逐环的方式进行注浆加固，固结围岩防止初支进一步变形，并通过监控量测显示拱顶无进一步下沉、边墙无收敛的发生，注浆加固稳定了初支变形，为换拱创造了条件；换拱采用分棉、分单元的方式，解决了换拱风险高，难度大的因素。实践证明，采取以上操作方法很好的解决了DK75+667-DK75+632段大变形问题。六、 结束语陈家岭隧道大变形段通过注浆加固及换拱的施工技术，保证了隧道施工过程中的质量和安全，并解决了因围岩应力变化产生初支侵限导致衬砌厚度不足的质量红线问题，