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1、摘 要石（门）长（沙）铁路增建第二线工程牛老村隧道起讫桩号DK154+981DK155+628，全长647m，为单线隧道，设计时速160km/h。其中DK155+470+530段位于山坳内，为隧道洞身浅埋偏压段，最小埋深位于DK155+500里程处，洞顶埋深约4.9m，且该里程处地表为一条冲沟，常年有小股水流，雨季时水流量较大，地表植被发育。该隧道自大里程方向向小里程方向开挖，因国家政策性影响自2010年9月1日停工，上台阶掌子面施工至DK155+478里程处，隧道掌子面停止继续掘进。因长时间停工造成已施工完成的部分初期支护发生鼓胀开裂严重变形并侵入二次衬砌范围。为确保隧道施工质量及安全，采用
2、工字钢临时支撑加固原有初期支护，小导管注水泥浆固结围岩，然后拆除原初期支护。该方案对类似工程有一定的指导和借鉴意义。关键词： 变形 侵限 加固 换拱 施工技术第一章 工程设计概况1.1 工程概况牛老村隧道位于湖南省益阳市桃江县境内，起讫桩号为DK154+981DK155+628，全长647m，为单线隧道，进出口内轨设计顶面标高分别为56.829m和60.387m。隧道最大埋深56m。本隧道全部位于左偏曲线上，曲线半径为1600m，路面横坡为2%。隧道内设单面上坡，为5.50，坡长1160m,洞内坡长647m。DK155+470+530段位于山坳内，为隧道洞身浅埋偏压段，最小埋深位于DK155+
3、500里程处，洞顶埋深约4.9m，且该里程处地表为一条冲沟，常年有小股水流，雨季时水流量较大，地表植被发育。DK155+460+588段设计采用42mm壁厚4.0mm超前小导管预支护，短台阶法施工；初期支护拱墙及仰拱喷射混凝土厚25cm，I18工字钢架加强，钢架全环设置，纵向间距0.60m/榀；二次衬砌采用c型衬砌结构，模筑钢筋混凝土厚50cm。1.2 隧道地质1.2.1工程地质隧道位于剥蚀丘陵地貌，地势略有起伏，隧道区段地面标高一般55-117m，山体自然坡度10-400，坡脚全强风化基岩出露。该段表层粉质粘土覆盖厚0.52.8m,下伏基岩为远古界板溪群马底驿组变质砂岩夹板岩，全风化弱风化，
4、全风化基岩，岩芯呈砂土状，强风化基岩褐黄青灰灰绿色，岩体破碎，隧道出口出露泥质板岩，全强风化层厚1030m；弱风化基岩岩质较软，主要岩体产状：4080、2047；主要节理产状：11761，11050。1.2.2 水文地质隧道进出口丘陵地下水一般不发育，主要赋存在第四系覆盖层内，仅有少量基岩裂隙水，但在富水条件较好的断层破碎层，地下水相对丰富。 1.2.3 地震动参数根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），隧址区地震动峰值加速度分区为0.05g。地震反应谱特征周期为0.35s1.2.4 岩土施工工程分级与基本承载力粉质黏土，硬塑，级，o=150Kpa；条带状板岩，全风化，级，o=2
5、50Kpa； 条带状板岩，强风化，级，o=400Kpa；条带状板岩，弱风化，级，o=800Kpa。第二章 初期支护变形情况2.1 初期支护变形情况2012年3月，为积极响应建设单位要求，确保工程后续正常复工，全线施工单位即积极组织技术人员对所有停工隧道进行全面检查。经组织检查发现牛老村隧道DK155+500段前后初期支护有变形现象，初步发现DK155+513+493段监控量测点的变形量已超出预留变形量，施工的隧道初期支护在线路前进方向右侧拱部与边墙的钢架单元接头处出现水平裂缝、变形，侵入二次衬砌范围。为详细掌握隧道初期支护变形及发展情况，测量人员对隧道尚未施作二次衬砌的DK155+522+47
6、8段初期支护进行了逐米断面测量，发现在DK155+517+489段计28米范围内拱部及两侧边墙初期支护均发生了变形，侵入了二次衬砌范围。洞周收敛变形后侵限最大值21.9cm，位于DK155+512.03里程处右侧边墙。第三章 初期支护变形原因分析在国内隧道施工过程中，各地均不同程度的出现过隧道侵限不得不进行处理的现象。根据各地对隧道侵限发生进行的调查统计，不外乎以下几种原因：与隧道的工程特征关系不大。隧道的工程特征主要表现为隧道的埋深和隧道的跨度两个方面。由各种统计数据看，由于对双线浅埋地段隧道比较重视，工程质量有保证，因此，发生侵限现状比较少。相反，对于深埋隧道、单线隧道变形侵限概率相应要大
7、一些。可见，隧道变形侵限与隧道的工程特征关系不大，主要在于是否对其重视。不良地质是造成初支侵限的客观原因。由各种统计数据看，隧道变形侵限地段大多岩性较差，围岩级别为级、级。根据国内目前施工水平现状，构造、高地应力、地下水、隐伏岩岩溶只是造成隧道初期支护变形侵限的因素，施工中只要高度重视，认真对待，不良地质地段隧道变形侵限是可以避免的。施工原因是隧道变形侵限主观原因之一。根据国内发生变形侵限隧道统计数据看，除对高地应力的认知水平外，其他情况下均与施工有关，表现在施工方法、初期支护闭合、监控量测三个方面。因此施工中如何加强施工方法控制、加强初期支护闭合的及时性、加强监控量测是减免初期支护变形的重要
8、手段。设计原因也是变形侵限主观原因之一。由国内统计数据看，对个别大宽度软岩隧道，由于受各种原因影响，设计施工方法为短台阶，由现场施工情况看，采取短台阶施工也难以避免变形侵限，因此，针对大跨度软岩隧道，设计施工方法或辅助工法仍应加强。结合牛老村隧道变形分析，本隧道出现变形侵限的因素也无外乎以上原因，但由于国家宏观政策的调整造成长时间停工，也是不可忽视的原因之一。因此结合隧道出现变形侵限的原因分析并提出合理的处置方案是进行该类隧道进行技术处理的关键。3.1 直接原因该隧道DK155+470+530段位于山坳浅埋段，且偏压，洞身围岩为全风化强风化变质砂岩夹泥质板岩，节理发育，岩体破碎，为级围岩地段，
9、开挖后围岩产生变形大。隧道开挖后，长时间摆放会使洞周岩体产生卸荷裂隙，山坡浅埋冲沟表水渗入裂隙，产生鼓胀。3.2 间接原因由于2011年受国家宏观政策调整影响，铁道部铁路项目投资减少，大多项目处于停工状态，致使牛老村隧道停工时间长达9个月，初期支护摆放时间过长，在承受偏压状态下造成初支侵限。3.3 处理总体方案为保证隧道施工质量与安全，经与中铁第四勘测设计院集团有限公司称地院有关人员现场调研分析，决定采取加固围岩换拱的施工方案进行处理，即采用工字钢临时支撑加固现有初期支护，小导管注水泥浆固结围岩，然后拆换原初期支护，以达到确保隧道施工质量和最终的铁路运营安全。第四章 施工前准备及施工步骤4.1
10、 施工前准备洞内清危及观测。换拱施工前，先对原有支护进行观测和观察，对有掉块混凝土部位先进行清危处理。待确保支护相对稳定、喷射混凝土无掉块后，人员设备方可进洞。在洞顶山体表面沿开挖段隧道轴线每5m 布设观测点，并将山体附着物清理干净，以便在施工过程中观察和观测山体的变化情况。4.2 施工步骤架设临时支撑。洞内清危完成，首先架设临时工字钢支撑。架设临时工字钢支撑前需在原有初期支护上打设锚杆，用来固定倒链，采用装载机、作业台架和倒链架设临时工字钢支撑。临时支撑拱脚需落在仰拱填充层混凝土上，将拱脚采用锚杆固定，临时钢支撑与原有初期支护间空隙采用钢楔塞紧，并将钢楔与支撑焊接，支撑间采用连接筋连接牢固。
11、注浆加固围岩。洞身临时支撑施工完成15m 左右，即采取注浆小导管注水泥浆进行加固围岩。因围岩较差且遇水软化膨胀，采用水泥浆可迅速固结围岩，提高围岩强度，尽量避免安全隐患。注浆加固一段距离后（一般情况下待该段注浆7 d 后），开始换拱施工。 拆换初期支护。换拱前需逐榀拆除临时支撑，每换一榀拱架即拆除一榀临时支撑。换拱逐榀进行，采取微爆破配合人工凿除喷射混凝土，氧气割分段切断原有钢拱架和钢筋网。 架设钢拱架及钢筋网片。按设计要求加工并架设钢拱架，拱架架设完成后及时铺设钢筋网并喷射混凝土封闭，拱架拱脚与仰拱拱架拱脚利用连接钢板采用高强螺栓连接，然后采用骑缝焊接。 喷射初支混凝土。完成钢拱架架设及钢筋
12、网片安装后，及时喷射初支混凝土，喷射混凝土由下自上逐环喷射并确保喷射质量。 挂设防水板。换拱完成初期支护稳定后，及时按设计要求挂设土工布及防水板和排水盲管。 施作二衬。换拱每完成一段（二衬台车长9 m），待初期支护基本稳定并挂设排水板后，立即施作二次衬砌。第五章 具体的施工方法5.1 架设临时支撑临时支撑采用I18 工字钢拱架衬于原有初期支护内侧，用以加强原衬砌支护，防止注浆过程中原初期支护喷射混凝土崩裂和工字钢拱架再次出现大的变形，确保施工作业安全。5.1.1 钢架加工制作型钢钢架预先在结构件厂分单元加工成型，试拼合格后，用装载机运至施工现场。加工场地用混凝土硬化，按设计放出加工大样。型钢放
13、样时根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割刨边的加工余量。钢架由拱部、边墙及仰拱各单元钢构件拼装而成。各单元用螺栓连接。钢架加工后进行试拼，允许误差：沿隧道周边轮廓误差不大于1cm；螺栓孔眼中心间误差不超过0.5cm；钢架平放时，平面翘曲小于2cm。具体加工注意事项：A、型钢支撑的加工在专设的加工场地进行集中加工，先进行技术放样，采用冷弯机械按放样半径分段分节加工。B、加工场地表面用混凝土铺筑。加工场地根据设计图纸准确测放出拱架的大样，用油漆绘出其轮廓线，每隔2m安装一个定位装置，定位装置要牢固可靠。C、加工场地施工完成先进行检验认可后，才能进行拱架的加工。D、拱架加工完成后，进行试拼，其平面扭曲
14、不得大于20mm，尺寸偏差不得大于10mm，轮廓线偏差不得大于10mm。5.1.2 钢架架设工艺钢拱架按设计断面架设，拱架采用I18工字钢，架体自身重、高度大，装载机无法达到拱顶。因此，在架设里程（与架设里程相距腹板宽度）处拱部预先打设两根锚杆，锚杆间距2m，锚杆采用25钢筋，杆体长1.5m，锚杆尾端预加工成弯勾，用来挂倒链。采用倒链、作业台架、装载机及人工相配合，装载机将拱架运输到场，通过倒链将拱架拉到设计位置，人工在作业台架上将拱架安装就位。为保证钢架安装准确，安装前要进行中线、高程测量，按设计在工字钢架连接板处预留凹槽，尽量使钢支撑与原有初期支护密贴。钢拱架准确就位后，立即将拱架与预设的
15、两根锚杆焊接牢固，然后打设定位锚杆，锚杆与拱架焊接。架设好第一榀钢架后，其它拱架可采用钢筋连接固定。钢支撑拱脚的稳定性是支撑受力的关键，拱脚垫板必须与仰拱填充混凝土密贴，若有空隙采用钢板垫实。垫板的四周打设30cm 短锚杆并与垫板焊接，确保拱脚稳定。因原有初期支护变形较严重，隧道轮廓不规则，钢支撑与喷射混凝土表面难免存在缝隙。缝隙窄而长时，采用钢板打入缝隙中，塞紧后与拱架点焊；缝隙较宽时，用工字钢加工成钢楔，前后两侧楔入空隙，然后将两楔块与工字钢焊接牢固，确保喷射混凝土面与钢架密贴、牢靠、稳固。5.2 注浆加固围岩待临时钢支撑完成40m 左右，即可安排注浆加固工作。在安排该工序前，首先按设计要求将钢管加工成钢花管，顶端加工成尖角，尾端车成丝扣，以便安装止浆阀。围岩加固采用3m 长标准504 无缝钢管，注水泥液浆，纵向环向1.5m1.5m梅花形布置。注浆采用水灰比1：1（重量比）水泥浆液，注浆压力0.2MPa。径向小导管预注浆在该段临时支撑结束后进行，其施工步骤为：沿初期支护轮廓布置注浆孔。按布置的注浆眼位置钻孔，孔径
