摘要：宝兰客专乔家营三号隧道为双线隧道，属于浅埋隧道。文章以宝兰客专乔家营三号隧道为背景，介绍了浅埋黄土隧道初支侵限后的换拱施工方法、人员组织、安全质量保证措施等，为以后类似工程施工提供了经验。

关键词：黄土隧道；换拱施工技术；隧道工程；浅埋隧道；工程施工 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2017）05-0176-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.085

1 工程概况

宝兰客专乔家营三号隧道全长241.6m，为双线隧道，隧道工程范围内湿陷性黄土主要为风积黄土，壁立性强，大孔隙发育，具Ⅳ级自重湿陷性黄土，湿陷性土层厚为30～40m。湿陷性黄土对工程有一定影响。隧道属于浅埋隧道，洞身最大埋深40m。隧道洞身通过的地层主要是第四系上更新统风积砂质黄土。

隧道洞身穿越范围内为V级围岩，断面支护形式Ve，隧道出口DK1012+230.1～DK1012+242，初支侵限长度11.9m，最大侵限近40cm。处于隧道出口处，也是隧道进洞洞口，隧道进洞超前支护采用拱部Φ108管棚+Φ42超前小导管，设计衬砌厚度60cm，除侵限部分外其余地段二次衬砌全部施工完成，隧道初支侵限断面如图1所示：

2 侵限原因分析

（1）该段隧道位于洞口处，埋设较浅，最大埋深为12m；（2）围岩本身具有湿陷性，洞顶土质较疏松，自身承载力较差，加大了拱架的外力作用；（3）洞口导向墙处地基承载力较小，导致进洞开挖时导向墙沉降；（4）预留沉降量预判存在偏差，围岩本身沉降量超出了预留沉降量范围，造成侵限。

3 人员机械组织

施工班长1名，技术人员1名，安全人员1名，施工人员10人，参与施工的所有人员应是从事隧道开挖的人员，有隧道施工经验。开工前准备好挖机1台（带破碎头）、风枪2把、风镐10把、装载机1台、自卸车1台、电焊机2台及小型机具若干。作业平台采用原隧道开挖过程中的防水板台车，作业前确保防水板台车结构稳固，焊点牢靠。

4 换拱施工

4.1 总体思路

先在原有的导向墙外侧施工第一环超前小导管，长度5m，小导管一端支撑于现有的导向墙上，另一端打入后位于已经施工的初支结构上方，超前小导管的环向范围为环向换拱范围即原上台阶范围。

第一环的超前施工完成后，开始由导向墙处内侧（保留导向墙）向洞内逐榀拆除侵限段的拱架，采用挖机带破碎头拆除，人工持风镐辅助拆除。拆除时，应拆除一榀支护一榀，其余超前支护及支护参数同原设计。环向拆除范围为原上台阶全部拱架。拱架拆除前后，在地表布点进行沉降观测。

4.2 施工准备

在侵限处理施工前组织技术人员、现场施工人员进行培训，班前下发“技术交底书”，进行技术交底、安全交底培训，保证每一位施工人员熟悉施工方案内容、施工流程及安全注意事项。

拆换作业前三天，必须进行监控量测。地表和洞内同时观测，量测断面布设间距不得大于5m，量测频率不得少于3次/天，量测数据及时上传围岩监控量测信息化平台。及时对量测数据进行统计和分析，确定围岩和初支稳定的情况下，才能进行作业。在临近二衬布设监测点，并及时上传数据，严密监控临近二衬变形情况。

4.3 超前小导管施工

在原有的导向墙外侧施工第一环超前小导管，小导管采用Φ42钢管，长度5m，间距0.3m，超前小导管的环向范围为环向换拱范围即原隧道开挖上台阶范围。其余超前小导管施工同原设计参数。小导管施工平台利用现有的铺挂防水板台车组建而成。

4.4 原拱架拆除

路线纵向范围拆除顺序由洞口往洞内进行逐榀拆除，单个型钢骨架先拆除原上台阶三节拱架的中间一节，再拆除两侧另外两节的拱架。拆除采用挖機破碎头加风镐施工，首先由挖机破碎头将需要换拱的拱架周围的初喷混凝土及钢筋网片慢慢凿除掉，不适宜用挖机破碎头的由人工采用风镐配合凿除，露出型钢骨架。此时用装载机将凿下的混凝土及钢筋废渣统一由洞内推到洞外，保证地面平坦，然后将防水板台车移至拱架下方，由人工将原开挖上下台阶拱架之间连接的螺栓拆除，型钢拆除按照自上而下的原则，逐节将型钢拆卸至平台上，通过挖机将拆下的型钢吊装至地面。拆除时应保护好原中台阶拱架连接板，以便换新拱架时顺利连接。部分型钢可能由于变形导致型钢连接螺栓无法拆除的现象，此时可以采用氧气、乙炔对型钢进行切割。需要注意的时，在型钢螺栓拆除及切割过程中一定要有相关辅助措施保证型钢临时固定。人员拆除时要站在型钢旁边，不要站在型钢下面进行拆除，确保施工作业安全。

原拱架拆除完成后，需要对土体进行开挖，此时由人工采用风镐进行开挖，开挖的深度通过前后拱架的侵限范围来确定，施工中首先通过前后拱架侵限深度，通过拉线方式初步确定土体开挖的深度，然后对土体进行开挖到要求轮廓线。

4.5 新拱架的安装

侵限拱架每榀拆除后立刻换立新拱架，新拱架按照原设计参数加工，拱架分三节，新拱架连接于每环未拆除的原中台阶拱架上，采用垫板螺栓连接，每节长度按照实际情况确定。新的拱架由挖机吊装到作业平台，再采用人工直接进行安装，安装过程中采用钢管等物体对型钢进行临时固定。如果未拆除的原中台阶型钢螺栓连接板在拆除过程中因变形而无法安装螺栓进行固定时，应对原螺栓连接板和新的螺栓连接板进行满焊固定，间隙过大不能直接满焊的要采取加塞钢筋等措施来实现满焊，保证新旧型钢骨架连接稳固。新拱架按照设计采用间距100cm的Φ22螺纹钢与相邻钢架焊接牢固。拱架安装完成后，利用已安装好的拱架，及时施做超前小导管，超前小导管打入角度5°～10°，相邻两排超前小导管的水平搭接长度不小于100cm。每榀拱架安装完成后及时按要求施做。

4.6 喷射混凝土施工

型钢安装完成后及時挂设钢筋网片，防止掉顶；立即进行初期支护。喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距宜为1.5～2.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果喷嘴与受喷面的角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。喷射混凝土终凝2小时后，应进行养护。初喷混凝土等待强度同时，可组织人员进行对另外相邻拱架或另侧拱架的拆除作业。

5 施工技术要求

拱架拆换要连续施工，逐榀拆除与换拱，按照自上而下，每次一榀逐段处理，严禁大跨度连续拆除。换立新拱架，左右两侧拱架测量放点必须对称，避免钢拱架扭曲和拱部错台。新拱架要与原拱架连接牢固，有错台的可用法兰钢板或短工字钢连接。拱架拆换完成后，在适当位置布设监控量测点（拱顶、边墙与仰拱填充面），量测断面间距3m，量测频率3次/天，严密监控邻近二衬的变形与沉降情况，对量测数据进行统计分析，及时将数据上传围岩监控量测信息化平台。

6 安全措施

（1）加强洞内、地表围岩监控量测工作。根据量测结果，及时调整换拱方法及支护参数，确保隧道安全；（2）在拆除作业前，在拆除施工段安放各不小于24m的逃生管道，满足要求后，方可进行拆除作业；（3）技术员、安全员跟班作业。在隧道换拱全过程中专职安全员、技术人员进行跟班作业，随时查看围岩变化情况，遇到紧急情况及时撤走人员。技术人员对工人施工作业随时进行指导，确保型钢骨架安装满足要求；（4）施工中设置安全警戒区域，禁止无关人员进入施工现场；（5）加强监控量测工作。成立监控量测队，每次换工前及换拱过程中动态进行围岩变形的监控量测，若发生异常变化时立即停止施工，并确保换拱位置一次成功；（6）建立并完善换拱应急救援预案，落实各级职责，并对应急救援预案进行演练，在出现特殊情况时将损失减少到最小。

7 结语

隧道在施工过程中，难免会因为施工控制不到位、地基沉降等原因造成初支侵限的情况出现，而对于侵限初支的处理又是项极其危险的工作，如何保证换拱过程的快捷、安全成了我们施工方案主要解决的问题。通过以上换拱施工方案在黄土隧道中的应用，一天可以组织人员进行3榀拱架的拆换，拆换速度快，能保证施工安全。在以上项目的应用中一次换拱成功，没有出现任何安全质量事故。

参考文献

[1] 铁路隧道工程施工安全技术规程（TB 10304-2009）[S].

[2] 高速铁路隧道工程施工质量验收标准（TB 10753-2010）[S].

[3] 高速铁路隧道工程施工技术指南（铁建设[2010]241号）[S].

作者简介：徐仁华（1983-），男，中铁二十三局集团第三工程有限公司工程师。

（责任编辑：小 燕）