陈家岭隧道大变形段注浆加固及换拱施工工艺浅析

陈家岭隧道大变形段注浆加固及换拱施工工艺浅析

刘杰

中铁十四局集团第五工程有限公司

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。因此，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，对隧道大变形导致倾限问题进行注浆加固及换拱施工工艺进一步研究，并能够延伸至同类施工项目。

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，我部将该情况上报至监理单位，监理单位要求立即停止掌子面继续掘进，掌子面采用挂网喷砼封闭，并要求加大监控量测频率。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、变形段处理方案

（一）总体思路

（1）DK75+677-DK75+622段拱顶采用Φ529mm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Φ50mm、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，每次只允许拆除一榀钢架，更换该榀钢架并喷射砼，待砼强度达到要求后，才可拆除、更换下榀钢架。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。

（二）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Φ50mm、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。

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。

2、换拱施工工艺

2.1拱架加工

对DK75+667-DK75+632段HW175钢架（58榀）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，每次只允许拆除一榀钢架；将原DK75+667-DK75+632段初期支护变形段拱架A、B、C单元钢架每榀整环拆除，更换该榀钢架并喷射砼，待砼强度达到要求后，才可拆除、更换下榀钢架。

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Φ25中空注浆锚杆，边墙C22砂浆锚杆，长度4.0m，间距环1.2m×纵1.0m，锁脚锚管采用Φ50壁厚3.5mm无缝钢管，长度4.5米。

四、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倾限导致衬砌厚度不足的质量红线问题。

参考文献：

[1]程骁、张凤祥、土建注浆施工与效果检测、同济大学出版社、1998年。

[2]岩土注浆理论与工程实例协作组、岩土注浆理论与工程实例[M]、科学出版社、2001年。

[3]曾秀荣、注浆技术经验汇编、煤炭工业出版社、1988年。

[4]朱义嘉、浅析隧道变形的处治和预防措施、西部探矿工程、2008年。