论文部分内容阅读
摘要：对于特殊地质（地应力分布不均衡、岩体中还有大量地下水，围岩有膨胀性）的隧洞工程，初期支护侵线比较严重，故而对初期支护进行换拱处理，个别段落发生二次侵线，造成再次换拱，整体施工时间增长，效果不好。针对这样的状况，采取针对性的措施进行换拱变形控制。本文就初支变形原因、换拱施工技术、以及对换拱变形采取的技术措施进行简单地介绍。可供有类似的工程参考。
关键词：隧洞；换拱；特殊地质；变形
1工程概述
小浪底引黄工程Ⅵ标位于运城市闻喜县境内，本标工程主要包括2#引水隧洞34+090～47+430段主洞及10#、12#、13#支洞。隧洞主洞全长13.34km。13#支洞位于闻喜县河底镇连家坡村，支洞全长982m，支洞进口底高程为628m，设计坡度为15%，与主洞交汇点里程为45+637，交汇点底标高为482.09m，交角30.73°，支洞出碴采用无轨运输。
2初期支护变形情况
从45+623开始均由Ⅲ级围岩连续变更为V级围岩。按变更设计施工至45+598里程开始，初支施做完成后变形量变化速率逐渐增加，两侧拱腰及下台阶初支拱架出现不均匀收敛，线路右侧尤其明显。在施工过程中部分初支施做段落出现变形侵线情况，尤其在45+598-45+568段开挖暴露后围岩产生蠕动现象，初支发生较大变形，整体稳定后最大侵线处达到31cm。
3初支变形原因分析
（1）围岩变形导致初支变形由于围岩的挤压性，岩体中的破碎带含有大量的地下水、地应力偏高以及围岩自身的稳定性较差，导致围岩产生较大的变形。
（2）实际的地质状况与设计有差别导致初支发生较大的变形自2013年11月掘进至45+598时进入断层影响带，原设计此段落均为混合花岗岩，强风化，岩体较完整，Ⅲ级围岩。但实际开挖揭露围岩十分软弱、破碎，极不稳定，与设计地质情况不符，为黄褐色、白色、全风化花岗岩，呈松散体结构，构造极其发育，局部呈软塑状，接近流塑，有强烈蚀变现象，遇水软化，经地质试验结果显示有微膨胀性。
4初支换拱施工变形控制
拆除變形拱架前首先在施工部位进行径向注浆，注浆完成且达到一定强度后开始凿槽施工。拱架全部采用人工凿槽拆除，并切除原超前、锁脚导管及锚杆的外露部分，尽量减少对周边初支及围岩的扰动。
换拱主要有五个步骤：施工准备确认径向注浆完成、拆除变形拱架、进行人工凿槽、置换相邻两榀拱架以及喷射混凝土、形成新的支护结构。在前期换拱施工中为保证作业过程安全及换拱施工速度，采用单边换，在施工另一侧时对已换拱施工完成段落初支加临时横撑，虽施工过程安全得以保证，且单循环作业时间相对较短，但临时横撑与初支形成整体受力间歇时间也较长，个别段落发生二次侵线，造成再次换拱，整体施工时间增长，效果不好。针对这样的问题提出了相关的对策对换拱进行质量控制。
4.1优化拱架拼装结构
为保证钢架的整体性，提高钢架的稳定性，换拱前首先对拱架的拼装结构进行了优化，由原设计的7个拼装单元改为5个拼装单元。换拱前将制作好的钢架、钢筋网、锚杆运至现场，喷浆机等设备调试好。为了保证施工安全，在边墙初支凿除前利用挂布台车及开挖台车对处理钢架的上台阶部分及周边初支的拱部拱架逐榀用I20a工字钢进行临时支撑。
（1）钢架制作阶段严格控制螺栓孔的加工及连接板的焊接质量，在初支面钢架连接板处凿除时适当加大凿除面，预留足够的作业空间，钢架连接时螺栓先里后外逐个上紧，逐个检查，必须保证钢架问有效、牢固的连接。
（2）为确保置换过后拱架的承载能力和稳定性，防止拱架再次下沉，置换拱架时对锁脚技术参数进行加强。在2单元的中部、拱脚，3单元的拱脚部位打设锁脚，在原设计的基础上每点增加一组，单侧锁脚数量由4+2+2结构变为6+4+4结构，充分的加强拱架的稳固性，锁脚中锚管的布置数量和方式如下图1-1所示。
（3）在钢架置换完成后在施做二次超前支护，采用单层超前小导管，水平角度20°，长度3.5m，超前支护完成进行下一循环施工。在上台阶部分置换时拱脚虚渣要清理干净，拱脚连接板底部用槽钢进行支垫，避免钢架拱脚落空。同时在换拱完成后尽快进行下台阶及仰拱施工，进行初支闭合，形成整体受力。
4.3加设临时横撑
在左右侧交替换拱完成后，为保证拱架的稳定性，立即加设临时横撑，临时横撑采用116a工字钢如下图1-2所示：（1）加设临时横撑后，进行C25喷砼作业，整体换拱支护全部完成。在换拱完成后，对已换拱段及时布设监控量测点，每天量测次数不少于2次，并及时的进行数据比对分析，根据分析结果及时的调整施工作业进度，对单天变化值超过1cm的断面及时的在台阶底部另外加设了一道横撑有效的控制变形。
（2）针对整体已完换拱段落及时施做仰拱，一次开挖不超过3米，及时进行仰拱拱架安装、钢筋绑扎及混凝土浇筑，减少因初支暴露时间长而发生变形，尽快封闭成环以确保整体稳定。
5换拱变形控制效果验证
在现场试验施工的6米10榀拱架换拱完成后，对施工过程、结构闭合时间及监控量测数据进行了对比和分析，优化后的效果如表1中所示在施工后的一段时间的监控量测中数据基本正常，最大变形控制在10cm之内，基本达到了预期目标。
6总结
水利隧洞由于地质原因和施工原因导致围岩变形量变化速率逐渐增加，在施工过程中部分初支施做段落出现变形侵线情况，采取换拱进行处理，并在施工过程中对换拱进行质量控制，达到了更好的支护效果。
（1）在特殊地质段的隧洞施工要采取相对应的处理措施，施工过程中要及时根据变形观测来调整施工方法和支护参数，从而做到通过变形监测的数据分析来指导施工。
（2）隧洞初支换拱措施很多，在进行现场施工时，要根据地质状况和变形特点，采取有针对性的措施，减少钢架拼装单元，钢架连接板螺栓紧固逐个检查，增加锁脚数量，加强与钢架连接，保证钢架不下沉。
（3）在下一步的施工中及时掌握现场围岩情况，抓住软弱围岩隧洞工程特点，落实好“管超前、勤量测、弱爆破、强支护、早闭合”的施工技术关键环节。
关键词：隧洞；换拱；特殊地质；变形
1工程概述
小浪底引黄工程Ⅵ标位于运城市闻喜县境内，本标工程主要包括2#引水隧洞34+090～47+430段主洞及10#、12#、13#支洞。隧洞主洞全长13.34km。13#支洞位于闻喜县河底镇连家坡村，支洞全长982m，支洞进口底高程为628m，设计坡度为15%，与主洞交汇点里程为45+637，交汇点底标高为482.09m，交角30.73°，支洞出碴采用无轨运输。
2初期支护变形情况
从45+623开始均由Ⅲ级围岩连续变更为V级围岩。按变更设计施工至45+598里程开始，初支施做完成后变形量变化速率逐渐增加，两侧拱腰及下台阶初支拱架出现不均匀收敛，线路右侧尤其明显。在施工过程中部分初支施做段落出现变形侵线情况，尤其在45+598-45+568段开挖暴露后围岩产生蠕动现象，初支发生较大变形，整体稳定后最大侵线处达到31cm。
3初支变形原因分析
（1）围岩变形导致初支变形由于围岩的挤压性，岩体中的破碎带含有大量的地下水、地应力偏高以及围岩自身的稳定性较差，导致围岩产生较大的变形。
（2）实际的地质状况与设计有差别导致初支发生较大的变形自2013年11月掘进至45+598时进入断层影响带，原设计此段落均为混合花岗岩，强风化，岩体较完整，Ⅲ级围岩。但实际开挖揭露围岩十分软弱、破碎，极不稳定，与设计地质情况不符，为黄褐色、白色、全风化花岗岩，呈松散体结构，构造极其发育，局部呈软塑状，接近流塑，有强烈蚀变现象，遇水软化，经地质试验结果显示有微膨胀性。
4初支换拱施工变形控制
拆除變形拱架前首先在施工部位进行径向注浆，注浆完成且达到一定强度后开始凿槽施工。拱架全部采用人工凿槽拆除，并切除原超前、锁脚导管及锚杆的外露部分，尽量减少对周边初支及围岩的扰动。
换拱主要有五个步骤：施工准备确认径向注浆完成、拆除变形拱架、进行人工凿槽、置换相邻两榀拱架以及喷射混凝土、形成新的支护结构。在前期换拱施工中为保证作业过程安全及换拱施工速度，采用单边换，在施工另一侧时对已换拱施工完成段落初支加临时横撑，虽施工过程安全得以保证，且单循环作业时间相对较短，但临时横撑与初支形成整体受力间歇时间也较长，个别段落发生二次侵线，造成再次换拱，整体施工时间增长，效果不好。针对这样的问题提出了相关的对策对换拱进行质量控制。
4.1优化拱架拼装结构
为保证钢架的整体性，提高钢架的稳定性，换拱前首先对拱架的拼装结构进行了优化，由原设计的7个拼装单元改为5个拼装单元。换拱前将制作好的钢架、钢筋网、锚杆运至现场，喷浆机等设备调试好。为了保证施工安全，在边墙初支凿除前利用挂布台车及开挖台车对处理钢架的上台阶部分及周边初支的拱部拱架逐榀用I20a工字钢进行临时支撑。
（1）钢架制作阶段严格控制螺栓孔的加工及连接板的焊接质量，在初支面钢架连接板处凿除时适当加大凿除面，预留足够的作业空间，钢架连接时螺栓先里后外逐个上紧，逐个检查，必须保证钢架问有效、牢固的连接。
（2）为确保置换过后拱架的承载能力和稳定性，防止拱架再次下沉，置换拱架时对锁脚技术参数进行加强。在2单元的中部、拱脚，3单元的拱脚部位打设锁脚，在原设计的基础上每点增加一组，单侧锁脚数量由4+2+2结构变为6+4+4结构，充分的加强拱架的稳固性，锁脚中锚管的布置数量和方式如下图1-1所示。
（3）在钢架置换完成后在施做二次超前支护，采用单层超前小导管，水平角度20°，长度3.5m，超前支护完成进行下一循环施工。在上台阶部分置换时拱脚虚渣要清理干净，拱脚连接板底部用槽钢进行支垫，避免钢架拱脚落空。同时在换拱完成后尽快进行下台阶及仰拱施工，进行初支闭合，形成整体受力。
4.3加设临时横撑
在左右侧交替换拱完成后，为保证拱架的稳定性，立即加设临时横撑，临时横撑采用116a工字钢如下图1-2所示：（1）加设临时横撑后，进行C25喷砼作业，整体换拱支护全部完成。在换拱完成后，对已换拱段及时布设监控量测点，每天量测次数不少于2次，并及时的进行数据比对分析，根据分析结果及时的调整施工作业进度，对单天变化值超过1cm的断面及时的在台阶底部另外加设了一道横撑有效的控制变形。
（2）针对整体已完换拱段落及时施做仰拱，一次开挖不超过3米，及时进行仰拱拱架安装、钢筋绑扎及混凝土浇筑，减少因初支暴露时间长而发生变形，尽快封闭成环以确保整体稳定。
5换拱变形控制效果验证
在现场试验施工的6米10榀拱架换拱完成后，对施工过程、结构闭合时间及监控量测数据进行了对比和分析，优化后的效果如表1中所示在施工后的一段时间的监控量测中数据基本正常，最大变形控制在10cm之内，基本达到了预期目标。
6总结
水利隧洞由于地质原因和施工原因导致围岩变形量变化速率逐渐增加，在施工过程中部分初支施做段落出现变形侵线情况，采取换拱进行处理，并在施工过程中对换拱进行质量控制，达到了更好的支护效果。
（1）在特殊地质段的隧洞施工要采取相对应的处理措施，施工过程中要及时根据变形观测来调整施工方法和支护参数，从而做到通过变形监测的数据分析来指导施工。
（2）隧洞初支换拱措施很多，在进行现场施工时，要根据地质状况和变形特点，采取有针对性的措施，减少钢架拼装单元，钢架连接板螺栓紧固逐个检查，增加锁脚数量，加强与钢架连接，保证钢架不下沉。
（3）在下一步的施工中及时掌握现场围岩情况，抓住软弱围岩隧洞工程特点，落实好“管超前、勤量测、弱爆破、强支护、早闭合”的施工技术关键环节。