赵晓帆

（海南涉铁建设发展有限公司，海南 海口 570100）

1 工程概况

1.1 隧道概况

海西高速公路网永定至上杭段新塘隧道位于龙岩市永定区西溪乡与金砂乡之间。该隧道起讫桩号右洞为YK17+848～YK19+950，长度2102 米，左洞为ZK17+843～ZK19+941，长度2098 米，属长隧道，采用分离式双洞四车道布置，隧道左右洞纵坡均为1.6%。整座隧道Ⅴ级围岩1397 米，Ⅳ级围岩1519 米，Ⅲ级围岩1284 米（单洞）。

换拱段位于该隧道进口左洞ZK17+914-ZK17+944.4 处，设计采用Z5-1 复合式衬砌结构，初期支护参数为24cm 厚的C25 喷射混凝土，工18 钢支撑、纵向间距0.5m/榀，施工辅助措施为F2-1 超前小导管，二衬厚度45cm，采用C30 钢筋混凝土结构。

1.2 地形地貌条件

隧道区属剥蚀丘陵地貌，地面起伏大，天然山坡坡度约20°～45°，山脊（顶） 陡峭。进口处地面高程310.0～315.0m，出口处地面高程345.0～350.0m，隧道轴线最大海拔标高470m，植被发育。进口段自然坡度30～40°。

1.3 工程地质、水文地质条件

该换拱段距离洞口71 米，洞顶覆盖层约30 米，为第四系残坡积层（Qel-dl），下伏震旦系楼子坝组（Z1l） 变粒岩、燕山早期侵入花岗岩及其风化层，未见破碎带、节理密集带、滑坡、崩塌等不良地质发育，无地表水系经过，地下水主要为基岩裂隙水及构造裂隙水。从实际开挖揭示的地质条件看，围岩岩性主要为全风化变粒岩，以软岩为主，风化剧烈、无自稳能力、岩体以砂土状结构为主、手捏易碎，围岩水理性差，遇水易软化、崩解、坍塌，地下水以线流状出水为主。

2 初支侵限过程及处理措施

该隧道左洞于2017 年8 月14 日以CD 法进洞，掘进30米后改变更为三台阶+预留核心土法。2017 年11 月中上旬连续降雨天气较多，11 月14 日晚突降暴雨，现场监控量测发现15 日当天拱顶最大沉降量达-8.1mm、-10.1mm，经现场勘查截水沟多处开裂，洞顶地表出现多条横向裂缝（与隧道轴线方向垂直），延伸长度达30 余米，宽度3-7 公分，深度1米（洞顶地表开裂情况如图1 所示）。

经多方讨论，立即停止掌子面掘进后进行小导管注浆加强，洞顶地表裂缝采用黏土+水泥浆封闭，并持续监测洞内及洞顶变形情况。经后续监测发现未施工仰拱段变形扔在持续，而完成仰拱段变形则趋于稳定，且因掌子面围岩性质较差、上台阶拱脚位置受水浸泡更加受力不足，故多方一致同意在变形段加强持续观测的同时，掌子面继续向前开挖，仰拱向前推进，尽快将初支封闭成环，二衬采取跳模施工的方式，留出侵限段待变形稳定后再进行拆换作业。

至初期支护监控量测变形趋于稳定后（拱顶沉降变形曲线如图2 所示），采用激光断面仪扫描发现ZK17+914-ZK17+944.4 段内多处侵限已超过设计及规范限值，其中左侧侵限5-28cm，右侧侵限尤为突出，最高达33-50cm，故需对初支进行换拱处理，典型侵限断面如图3 所示。

3 施工方案

3.1 总体思路

换拱作业期间掌子面开挖暂停、喷混封闭，采用加固的全断面初支台车作为换拱作业平台，拆除作业严禁爆破，以履带式破碎锤为主，辅以人工风镐配合，重建初期支护型式与原设计一致。

总体思路是“先加固、后拆换”、“一次拆换一榀，逐一顺次拆换”，其次换拱后，欠挖一次处理到位，防止换拱完成后出现二次侵限。

3.2 换拱施工流程

换拱段两端先施作二次衬砌，确认换拱段落初期支护封闭、完成仰拱及仰拱填充施作、变形收敛稳定→施作临时支撑→换拱地段径向注浆→注浆效果检测→换拱部位施作超前小导管→分单元凿除侵限段初期支护（1 榀） →开挖并安装型钢钢架→喷射混凝土→下一循环处理。

3.3 施工方法

根据激光断面仪测量结果，换拱以拱墙全环换拱为主，1、7 拱架单元及仰拱以下初支经测量未侵限、不需拆换，换拱时每榀钢架拆换顺序为：3-4-5-6-2 或5-4-3-2-6，如图4 所示。

1） 施作径向小导管。因原初期支护施工过程中已采用F2-1 超前小导管进行注浆处理（每循环33 根，环向间距0.5m，L=5m，Φ50mm），大部分围岩已与浆体形成固结整体，故换拱实施过程中需根据开挖情况及监控量测情况，有针对性地进行注浆处理。经查验注浆过程记录及小开口破除检验，初步确定注浆段落为ZK17+927-ZK17+935 段。

采用L=5m、Φ50mm 注浆小导管，沿拱墙径向打设，间距1m（环向） ×1m（纵向），注浆材料采用P.042.5 普通硅酸盐水泥，水灰比1:1，注浆压力1.0~1.2MPa。注浆完成后，先进行注浆效果效果检查，检查孔数量为钻孔数量的3%~5%，且不小于3 个，同时结合监控测量数据，确保岩体形成固结整体，变形无扩展迹象后方可进行换拱处理。

2） 拆除初期支护混凝土。拆除时主要采用履带式破碎锤对初支混凝土逐榀分块破除，辅以人工风稿配合，采用气割割除原注浆小导管、拱架与拱架间的连接筋和钢筋网，确保不破坏既有拱架受力，不损伤已重建的初支。拆除的拱架卸落时注意控制方向，下方严禁人员靠近。

因一次仅拆除1 榀拱架，且由于初支侵限数值大、扩挖深度大，导致作业空间极为有限，故扩挖基本轮廓采用破碎锤锤头代替挖掘机挖斗扩挖至要求轮廓为主，在测量人员全程测量指导下，局部由人工开挖到位，重建支护预留变形量调整为15cm。扩挖后对岩面进行混凝土初喷，以防止局部掉块。初支拆换施工过程中，由专人全程值守，避免意外情况。

3） 架设型钢拱架及喷射砼。每拆除完成1 榀拱架后，尽可能减少围岩的暴露时间，及时架设新的工18 型钢拱架，纵向间距保持原设计50cm 不变。为增强拱脚及拱架单元连接板等薄弱位置抵抗变形能力，替换原锁脚锚杆，在拱脚及拱架单元连接板位置各打设2 根Φ50mm 注浆小导管，单根长3.5m，向下呈45°角打设，注浆材料、配比、压力与注浆小导管相同，并与拱架焊接牢固，形成整体受力结构。钢筋网、连接筋安装时注意预留10cm 长的相邻搭接位置，复喷混凝土24cm。

4） 二衬施工。初支拆换纵向顺序为小里程向大里程方向逐榀顺序拆换，拆换过程中，一段（满足二衬施工10m 长度，二衬台车长度为12m） 拆换完成后，进行初支断面扫描，合格后立即组织施工二衬，二衬施工过程中初支拆换暂停，二衬每环长度10m，总计3 模。同时为保证隧道施工质量、安全性符合设计及规范要求，对于换拱段内二次衬砌设计进行加强：二衬主筋纵横向间距保持不变，将钢筋型号由Ф22 变更为Ф25，模筑混凝土提高一个标号，采用C35 防水砼。

4 结语

新塘隧道依以上处理措施和换拱工艺，确保了施工过程中作业人员的安全，并顺利完成换拱作业，经检测重建初支断面净空全部满足设计及规范要求。

通过梳理在初支急剧变形过程中所采取的处理措施，以及换拱过程当中的安全、质量控制要点，意在为在处理软弱围岩隧道换拱作业时提供一个可借鉴参考的案例。