隧洞塌方段套拱施工技术

郑 毅，陈定章，王运兴

（1.江西瑞林建设监理有限公司西藏项目部，850000，拉萨；2.中国华冶科工集团西南分公司西藏项目部，850000，拉萨）

隧洞塌方段套拱施工技术

郑 毅1，陈定章2，王运兴2

（1.江西瑞林建设监理有限公司西藏项目部，850000，拉萨；2.中国华冶科工集团西南分公司西藏项目部，850000，拉萨）

隧洞；塌方段；套拱；施工技术；西藏

西藏自治区拉萨市墨竹工卡生态水引水隧洞工程在掘进施工中，由于地质原因多次发生塌方。中国华冶科工集团西南分公司西藏项目部、江西瑞林建设监理有限公司和湖南长沙有色金属设计研究院，对墨竹工卡生态水引水隧洞工程整体处于岩石破碎段的#2通风洞进行开发研究，创新使用隧洞塌方段套拱施工技术处理塌方并取得满意效果。套拱施工技术通过在#2通风洞上下行、#3通风洞上行中的实际应用，并不断总结改进，逐渐成为一项成熟的施工技术，并于2015年10月成功申报国家专利。该技术提高了塌方段施工安全性和效率，可供类似工程参考。

一、墨竹工卡生态水引水隧洞施工难题

墨竹工卡生态水引水隧洞工程所在地的绢云千枚岩属于软岩，中等风化，为Ⅴ类围岩。隧洞施工揭露地质条件为全风化岩、泥岩及粉质黏土且含有少量碎砾石。全风化岩及泥岩占80%，遇水易崩解。

塌方段及围岩破碎段临时支护施工技术一直以来都是隧洞工程施工的重点、难点。目前隧洞塌方段施工采用的技术，首先由超前小导管注浆固结岩体，然后再用钢拱架+挂网+喷护+系统锚杆进行联合支护，最后为了保证临时支护在隧洞掘进时能正常使用，在塌方段提前进行二次钢筋混凝土衬砌。

不利的地质条件使墨竹工卡生态水引水隧洞工程施工极易出现塌方，给施工带来困难，目前惯用的隧洞塌方段施工技术不适合该工程。一是超前小导管注浆对岩体要求高，岩体较稳定时，超前小导管注浆才可有效地固结岩体；二是进行钢拱架、挂网、系统锚杆支护时，需对塌方段已稳定的塌方体进行扰动施工，开挖安全隐患大，极易出现二次塌方，现场施工作业人员安全无法得到保证；三是采用联合支护技术及提前二次衬砌，施工进度慢、成本高且安全无保证。

二、套拱施工技术原理

套拱施工技术是隧洞施工塌方段及围岩破碎段临时支护的一种新型支护形式，较传统隧洞塌方段施工具有质量稳定、劳动强度低、施工进度快、投资少、降低环境污染等优点，比传统隧洞塌方段施工技术能更有效防止隧洞二次垮塌，能更有效、快速通过塌方段。

1.套拱基本构造

套拱为两榀拱架与超前型钢焊接为一个整体形成一个完整的受力结构，用装载机或其他液压设备将超前型钢环向打入，操作时应尽可能穿过塌方段，将超前型钢打入稳定岩层。套拱与超前型钢联合支护形成一个环向封闭的稳定整体，塌方段渣石落入巷道洞顶，起到缓冲作用。

套拱施工技术具有拱形的受力特性，超前型钢形成的缓冲层既可以避免隧洞不稳定段二次垮塌，保证施工安全，还可以将土压力分散至基本受力单元钢支撑上进行受力。

2.套拱的基本形式

套拱可选用工字钢、槽钢，其型号可在I12～I16内任意调整，可根据隧洞不同情况进行选择。套拱冷弯成型尺寸可为2700、3 200、3 600、3 900、5 200 mm等，套拱冷弯直径不宜超过5 400 mm。为保证套拱不出现单榀倾覆现象，宜采用500~800 mm纵向连接筋或采用与钢支撑同材质型钢焊接成整体。套拱间距可根据隧洞围岩条件进行调整，套拱最大间距为500 mm，隧洞塌方高度大于3 m时，钢支撑间距不得大于200 mm。

3.套拱结构受力原理

套拱采用半圆形结构，这种半圆形受力均匀，结构稳定不易变形；立柱采取延伸柱腿至底板以下，并增设底部支撑梁，可有效抵抗因围岩变化收敛产生的对柱腿侧向的水平推力，超前工字钢增加受力面积，分散受力点，使相邻两组套拱连成一个整体，继而使所有套拱连成一个整体，增强抗倾覆性，增加结构的稳定性，超前型钢支护可以有效避免土体散落到洞内，对洞内施工人员起到保护作用，进而增加循环速度使施工进度加快。

套拱支护结构受力原理见图1。

图1 套拱支护结构受力原理

图2 塌方段套拱施工技术工程实例

三、施工方案

1.施工准备

①型钢构件进场检验：检查产品出厂合格证书、试验报告。检查型钢的表面质量，检查有无裂缝、缺损，凡不符合质量要求的不得使用。

②钢支撑加工严格按照设计图纸要求制作，连接板螺栓孔采用钻孔成孔，不宜采用气割扩孔。

③检查钢支撑加工制作质量，应满足 《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2001）的规定。

2.套拱安装

①根据现场实际掘进地质及塌方情况，钢支撑安装间距采用500~1 000 mm，必要时可根据现场实际情况减小钢支撑安装间距。钢支撑采用现场安装，将加工好的拱架分片运至工作面，按设计要求分片组装成一个整体。检查钢支撑安装质量，主要检查钢支撑安装垂直度，保证钢支撑安装完成后受力结构符合设计要求。两榀钢支撑采用上下安装并采用同材质型钢焊接形成一个整体套拱，两榀钢支撑拱部确保一定间距，保证超前工字钢顺利穿过。

②螺栓连接时以一个操作工使用普通扳手靠自己的力量拧紧螺母即可，保证被连接接触面能密贴，无明显的间隙。为了使连接接头中螺栓受力均匀，螺栓的紧固次序应对称进行；应采用复拧，即两次紧固方法，保证接头内各个螺栓能均匀受力。

③螺栓连接紧固检验采用锤击法，即用3 kg小锤，一手扶螺栓（或螺母)头，另一手敲锤，要求螺栓头(螺母)不偏移、不颤动、不松动，锤声比较干脆；否则说明螺栓紧固质量不好，需要重新紧固施工。

④相邻两榀套拱之间焊接同材质型钢纵向连接，环向间距为0.5~0.8 m焊接成一个稳定的整体，防止单榀钢支撑出现倾覆，保证施工安全。

3.超前型钢

①超前支护采用同材质型钢，从套拱间隙中打入超前工字钢与工作面相连，形成一个保护假顶。超前工字钢环向布置，且避免留有间隙，并焊接成一整体。

②超前型钢紧密环向布置形成一整体，利用塌方渣石重量保持其稳定性，防止塌方进一步恶化，起到缓冲作用，保证支护结构安全。

③超前型钢采用装载机或其他液压设备向塌方体内打入，直至工作面稳定在岩体中，避免隧洞二次塌方。可快速通过塌方段，保证隧洞掘进施工安全及施工进度。

四、套拱施工技术适用范围及优点

隧洞塌方段套拱施工技术适用于各类隧洞、隧道的掘进施工，如公路隧道、铁路隧道、水利工程引水隧洞等隧洞（道）进洞洞顶覆土小、隧洞（道）围岩破碎段掘进、隧洞（道）塌方段掘进工程施工。

采用套拱施工技术缩短了隧洞塌方段及围岩破碎段掘进工期，隧洞塌方段使用套拱施工技术及时对塌方段进行支护，避免二次塌方，上方塌落下渣石可以与临时支护形成紧密整体，从而减小塌方顶板与塌落渣石的临空面，确保施工安全。采用这项技术可减少施工步骤，对保证工程进度、设备台班等方面产生了一定效益。使用传统过塌方段施工技术“超前注浆—出渣—支护”每循环需168小时，而隧洞塌方段套拱施工技术实现每循环需16小时。

在施工成本方面，使用隧洞塌方段套拱施工技术极大地降低了隧洞施工的运行成本。

[1]中华人民共和国水利部.水工隧洞设计规范[S].2003.

[2]王润生.浅析隧道塌方段长大管棚施工技术[J].科技与企业,2012（24）.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.冶金矿山井巷工程施工质量验收规范[S].2014.

[4]熊华辉，等.某引水隧洞开挖塌方处理施工技术[J].城市建筑,2015（12）.

责任编辑 张金慧

TV541

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1000-1123（2016）12-0027-02

2016-04-25

郑毅，工程师。