隧道马蹄形二衬纵向拆除切割

隧道马蹄形二衬纵向拆除切割是指沿隧道轴线方向对马蹄形二次衬砌进行分段切割拆除的工艺，常用于隧道扩建、结构病害处理或线路改移等场景。由于马蹄形断面（拱顶弧形 + 边墙直墙 + 仰拱）的结构特殊性，纵向拆除需兼顾弧度与直线段的协同切割，以下从技术要点展开说明：

一、施工场景与拆除需求

隧道扩建改造

例：单线隧道扩双线时，需纵向拆除一侧二衬（长度可达 50-100m），原马蹄形断面半径 4.5m，边墙高度 3.2m，仰拱宽度 5.8m。

结构病害处理

二衬纵向裂缝贯通（缝宽＞0.5mm）、仰拱隆起等需局部拆除重建（如某隧道仰拱纵向 15m 范围因基底沉降需拆除）。

临时开口施工

盾构隧道联络通道施工时，需在马蹄形二衬上纵向切割长条形开口（如宽 1.2m× 高 2.5m，沿隧道轴线方向）。

二、核心工艺与操作流程

（一）施工流程分解

前期支护加固

沿拆除段前后各 5m 施作 Φ42 锁脚锚杆（长度 3.5m，间距 1.0m×1.0m），并架设 I20a 型钢支架（间距 0.8m），支架与二衬间用木楔塞紧。

测量放线与分块设计

按设计图纸用全站仪标记纵向切割线，分块原则：单块重量≤800kg，拱顶弧形段分块长度≤2.0m，边墙直墙段≤3.0m，仰拱段≤2.5m（例：拱顶分块尺寸 2.0m×1.5m，重量约 750kg）。

纵向切割实施

拱顶弧形段：采用金刚石绳锯（直径 10mm），沿弧形轨道匀速切割（线速度 0.6-0.8m/min），切割深度需超过二衬厚度 10cm（如厚度 35cm，切割深度 45cm）。

边墙直墙段：用液压墙锯（型号 HS-450）沿纵向直线切割，轨道固定于台车支架，切割速度 1.0-1.2m/min，配合水钻（Φ100mm）钻孔预裂。

仰拱段：采用液压分裂机（楔块组推力≥500T）沿纵向切割线分裂混凝土，避免扰动基底防水层。

块体移除与安全支护

用电动葫芦（起重量 1T）配合吊带吊装块体，移除后立即施作临时支护（如挂网喷射 C25 混凝土，厚度 10cm）。

（二）关键技术参数

项目       标准要求       控制措施

纵向切割线偏差    ≤10mm/10m（沿隧道轴线）   每 5m 用全站仪复测切割线

分块平整度    ≤8mm/2m（直墙段）、≤5mm/2m（拱顶）  切割后用靠尺检查，超差处用角磨机打磨

振动控制       周边结构振速≤2.5cm/s      采用静态切割工艺，分块尺寸≤2m³

三、设备选型与工况适配

（一）设备组合方案

施工部位       推荐设备       技术参数       效率       适用场景

拱顶弧形段    金刚石绳锯    功率 30kW，线速度 0.5-1m/min     1.5-2m²/h    厚度＞30cm 的弧形切割

边墙直墙段    液压墙锯       切割深度 45cm，轨道长度 6m 3-4m²/h 直线段纵向切割

仰拱段    液压分裂机 + 水钻     楔块压力 500T，钻孔间距 30cm     2m / 小时（线性长度）       需保护基底结构的场景

小面积修补    手持液压切割锯    切割深度 15cm，重量 8kg 0.8m²/h  边角缺陷处理

（二）特殊工况应对

富水地层：切割前需在拆除段前后施作 Φ108 止水帷幕（深度≥5m），切割时预埋导流管（Φ50mm）引流，防止水压破坏结构。

运营隧道：采用低噪音设备（如液压墙锯噪音≤85dB），夜间施工时切割速度降低 50%，并设置减震沟（深 2m，宽 0.5m）减少振动影响。

四、安全控制与质量验收

安全核心要点

临时支撑强度：型钢支架需验算抗压承载力（如 I20a 支架间距 0.8m 时，单榀承载力≥150kN），支架与二衬间隙用 C30 细石混凝土填塞。

吊装安全：块体吊点需经计算（如 750kg 块体设置 4 个吊点，吊绳安全系数≥6），吊装时下方严禁站人，设置警戒范围（半径 10m）。

通风防尘：切割时启动隧道轴流风机（风量≥3000m³/h），配合水雾降尘（雾滴粒径≤50μm），粉尘浓度控制≤1mg/m³。

质量验收标准

结构完整性：拆除后用地质雷达检测周边二衬，确保无纵向裂缝延伸（检测范围为切割面两侧各 2m）。

防水处理：拆除段边缘需预留防水板搭接茬口（宽度≥20cm），采用双焊缝焊接（焊缝宽度≥15mm），充气检测压力 0.25MPa，保压 30min 压降≤10%。

五、常见问题与解决方案

问题现象       原因分析       解决措施

切割面错台＞10mm    轨道固定不牢或切割速度不均    增加轨道锚固点（间距≤1.5m），设置速度控制器

拱顶块体坠落风险       吊点设置不合理或块体分裂不均       采用 CAD 模拟块体重心，增设辅助吊点，切割前预裂钻孔

仰拱切割时基底隆起    基底应力释放不均       先施工仰拱临时支撑（如 Φ25@50cm 锚杆），分块对称切割

六、工程案例：某公路隧道扩建纵向拆除

工程背景：原单线马蹄形隧道（半径 4.8m，二衬厚度 40cm）扩双线，需纵向拆除左侧边墙及拱顶 120° 范围，长度 80m。

方案设计：

分 10 段施工（每段 8m），拱顶用绳锯切割（分块 2m×1.8m），边墙用墙锯切割（分块 3m×2.5m），仰拱采用静态爆破（膨胀剂型号 HS-Ⅱ）。

临时支护：拆除前施作 18m 长管棚（Φ108×6mm，间距 0.4m），架设 I22b 型钢支架（间距 0.6m）。

实施效果：切割面平整度≤6mm/2m，纵向轴线偏差≤8mm/10m，无结构裂缝扩展，工期 28 天，较传统爆破工艺减少振动影响区域 60%。

七、技术拓展：智能切割技术应用

机器人切割系统：采用轨道式切割机器人（如德国 Hilti PR 700），搭载激光定位（精度 ±3mm），可自动沿纵向轨迹切割，适用于曲率变化小的长距离拆除。

BIM + 切割模拟：通过 BIM 模型预演分块方案，计算块体重心与吊装路径，优化切割顺序（如从拱顶向边墙对称切割），减少结构受力突变。

如需针对具体工程的受力验算或方案优化，可提供隧道断面尺寸、二衬强度等级及拆除长度等参数，进一步深化技术细节。