CN102287196A - 一种长距离小净距隧道设计方法 - Google Patents

一种长距离小净距隧道设计方法 Download PDF

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张铁柱
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大连市市政设计研究院有限责任公司
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本发明公开了一种长距离小净距隧道设计方法,该方法在隧道开挖之前,根据围岩的不同级别选择不同的超前支护方式:对于V级围岩,采用大管棚超前支护方式;对于IV级围岩,采用小导管超前支护方式;对于III级围岩,采用纵向锚杆超前支护方式;并根据围岩级别选择不同的钢拱架型号和间距进行初期支护;采用钢筋混凝土和素混凝土两种形式;隧道爆破采用线性预裂爆破和弱爆破技术。本发明突破规范对小净距隧道的间距的限制,在施工过程中不断调整支护参数,针对的不同围岩级别建立相应可靠的支护体系,以指导设计及施工。采用本发明后,隧道之间的最小净距可以达到4.5米。

Description

一种长距离小净距隧道设计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种隧道设计技术,特别是一种长距离小净距隧道设计方法。 背景技术
[0002] 目前单洞隧道及分离式双洞隧道的相关技术已趋成熟,但对于开挖距离长、隧道相互之间距离小的长距离小净距隧道,再加上地质条件又是浅埋的软弱围岩和隧道间相互影响,这类隧道的施工仍然十分的困难。《公路隧道设计规范》JTG-2004 4. 3. 2条对分离式双洞的最小净距明确给出了要求,VI级围岩最小净距为3. 5倍的开挖断面宽度,以大连椒金山隧道为例,按照规范要求,其最小净距应为13米X3.5 = 45. 5米,而实际的平均净距只有5米,同时现有技术对小净距隧道围岩爆破震速上没有特定要求,对小净距岩柱的超前加固没有具体要求,施工过程中危险系数大。常规分离式双洞隧道虽然施工简单、技术成熟,但其洞口处占地面积大,导致城市中动迁量大。而长距离小净距隧道可避免大规模的占地和动迁,但存在小净距处岩柱加固困难和爆破震动的问题。
发明内容
[0003] 为解决现有技术存在的上述问题,本发明要设计一种可以解决小净距处岩柱加固困难和爆破震动问题的长距离小净距隧道设计方法。
[0004] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种长距离小净距隧道设计方法,包括以下步骤:
[0005] A、超前支护
[0006] 在隧道开挖之前,根据围岩的不同级别选择以下的超前支护方式:
[0007] Al、对于V级围岩,采用大管棚超前支护方式,具体施工步骤如下:先安装套拱,套拱为管棚的基础,它为混凝土和工字钢架设成的拱形构筑物,其上有套管,大管棚施工时依据套管的位置利用管棚钻机进行管棚钻孔,钻孔后在孔内插入直径108mm的钢管,钢管分段插入,段与段之间利用丝扣连接,插入长度30米;钢管插入完毕后在钢管内注浆,注满达到强度后进行开挖;
[0008] A2、对于IV级围岩,采用小导管超前支护方式,具体施工步骤如下:在开挖掌子面的上方钻孔,钻孔后插入直径42mm钢管,插入长度5m ;钢管插入后在钢管内注浆,注浆目的为加固岩体;
[0009] A3、对于III级围岩,采用纵向锚杆超前支护方式,具体施工步骤如下:在开挖掌子面的上方钻孔,钻孔后插入直径25mm钢管,插入长度:3m ;钢管插入后在钢管内注浆,注浆目的为加固岩体;
[0010] B、初期支护
[0011] 根据围岩级别选择不同的钢拱架型号和间距进行初期支护,并同步架设系统的径向锚杆和喷射混凝土 ;钢拱架型号和间距的选择标准如下:
[0012] Bi、对于V级围岩选择20#工字钢拱架和间距0. 5米;[0013] B2、对于IV级围岩选择14#工字钢拱架和间距0. 8米;
[0014] B3、对于III级围岩选择14#工字钢拱架和间距1米;
[0015] C、二次衬砌
[0016] 采用钢筋混凝土和素混凝土两种形式,在围岩条件差的地方采用钢筋混凝土衬砌,在围岩条件好的地方采用素混凝土衬砌;混凝土要求密实、外观平整、不得出现空洞; 具体施工步骤为:先利用施工台架绑扎钢筋,钢筋绑扎后采用混凝土整体台车进行混凝土外模支护,支护后利用台车上的孔道进行混凝土浇筑,浇筑时利用附着式振捣器进行振搗;
[0017] D、爆破控制
[0018] 为减少爆破对建筑物和既有隧道的影响,隧道爆破采用线性预裂爆破和弱爆破技术;参考铁路隧道爆破质检标准要求:爆破后围岩稳定,基本无剥落现象;爆破后围岩的扰动深度小于0. 8米;平均线形超挖量小于15厘米,最大线形超挖量小于25厘米;钻爆施工时的质点峰值速度,在特殊建筑物处控制在1. 5cm/s以下,其余位置控制在lOcm/s以下。
[0019] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0020] 1、本发明突破规范对小净距隧道的间距的限制,针对不同级别围岩建立本构模型,对围岩应力场进行分析,提出相应的支护及开挖方案,在施工过程中对围岩应力变化进行监控,不断调整支护参数,针对的不同围岩级别建立相应可靠的支护体系,以指导设计及施工。采用本发明后,隧道之间的最小净距可以达到4. 5米。
[0021] 2、本发明的超前支护设计采用了大管棚超前支护、小导管超前支护及注浆锚杆超前支护三种方式相结合。超前支护是小净距隧道设计的关键,超前支护设备要施工到位,不可偏移太大,注浆要求饱满,充分填满围岩裂隙,达到加固围岩的作用。
[0022] 3、大连市椒金山隧道工程,全长1100米,全部处于小净距范围内,平均净距5米, 左右各有一个已经建成的隧道,是典型的长距离小净距隧道。该隧道成功地运用了本发明的长距离小净距隧道设计方法,取得圆满成功,效果良好。
[0023] 4、本发明的控制爆破技术为大型土方开挖及楼房定向拆除中经常采用的方法,本发明在隧道开挖时采用了控制爆破技术中的预裂爆破和弱爆破技术,由于隧道间距非常近,在开挖是应尽可能的减少对隧道间岩柱的扰动,使其在开挖后起到有力的支撑作用,若开挖是对岩柱的扰动较大,将造成三个隧道的断面连通,后果不堪设想。
[0024] 5、目前《公路隧道设计规范》JTG D70-2004中规定,分离式独立双洞间的最小净距
为:
[0025]
围岩级别 丄 11 ill W V Vl最小净距(m) 1.0XB 1.5XB 2.0XB 2.5XB 3.5XB 4.0XB
[0026] 以大连椒金山隧道为例,若按照规范规定隧道最小间距规定,最小净距应为3. 5B =5x12.6 = 63米,乘以引道长度170米,则一侧洞口动迁面积为10710平方米,两侧为 21420平方米,按目前大连市的征地费,每平方米约1000元,洞口两侧动迁费用约为2142 万;若征地范围内有民用建筑,按大连市目前的动迁标准,二类用地3200/平方米,一栋居民楼平均建筑面积按5000平方米计算,节省动迁费约1600万元。而小净距隧道相对于一般距离隧道工程造价每公里约增加750万左右,该工程大约净节约资金3000万左右,同时也减少了对环境的破坏及对周围居民的影响,可见缩小隧道间最小净距对经济效益和社会效益的意义都非常重大。
[0027] 6、本发明的成功将极大地解决城市空间有限与城市交通拥堵之间的矛盾,在城市繁华地区或一些特定地段,受既有建筑物或地质条件的限制及地下空间综合开发利用的影响,隧道间距或隧道与其他结构物间的距离变得越来越小,为了适应这种发展,小净距隧道的修建也越来越多。小净距隧道是介于连拱隧道和普通分离式双洞隧道间的一种结构形式,在工程应用上有自身的特点:(1)造价与普通分离式双洞隧道相比差别较小,但比连拱隧道要低得多;(2)有利于道路整体线形规划和优化;有着极好的应用前景。
附图说明
[0028] 本发明共有附图3张,其中:
[0029] 图1是V级围岩支护及衬砌示意图。
[0030] 图2是IV级围岩支护及衬砌示意图。
[0031] 图3是III级围岩支护及衬砌示意图。
[0032] 图中:1、大管棚,2、小导管,3、纵向锚杆,4、径向锚杆,5、钢拱架,6、混凝土衬砌。 具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示,一种长距离小净距隧道设计方法,包括以下步骤:
[0034] A、超前支护
[0035] 在隧道开挖之前,根据围岩的不同级别选择以下的超前支护方式:
[0036] Al、对于V级围岩,采用大管棚1超前支护方式,具体施工步骤如下:先安装套拱, 套拱为管棚的基础,它为混凝土和工字钢架设成的拱形构筑物,其上有套管,大管棚1施工时依据套管的位置利用管棚钻机进行管棚钻孔,钻孔后在孔内插入直径108mm的钢管,钢管分段插入,段与段之间利用丝扣连接,插入长度30米;钢管插入完毕后在钢管内注浆,注满达到强度后进行开挖;
[0037] A2、对于IV级围岩,采用小导管2超前支护方式,具体施工步骤如下:在开挖掌子面的上方钻孔,钻孔后插入直径42mm钢管,插入长度5m ;钢管插入后在钢管内注浆,注浆目的为加固岩体;
[0038] A3、对于III级围岩,采用纵向锚杆3超前支护方式,具体施工步骤如下:在开挖掌子面的上方钻孔,钻孔后插入直径25mm钢管,插入长度:3m ;钢管插入后在钢管内注浆,注浆目的为加固岩体;
[0039] B、初期支护
[0040] 根据围岩级别选择不同的钢拱架5型号和间距进行初期支护,并同步架设系统的径向锚杆4和喷射混凝土 ;钢拱架5型号和间距的选择标准如下:
[0041] Bi、对于V级围岩选择20#工字钢拱架5和间距0. 5米;
[0042] B2、对于IV级围岩选择14#工字钢拱架5和间距0. 8米;[0043] B3、对于III级围岩选择14#工字钢拱架5和间距1米;
[0044] C、二次衬砌
[0045] 采用钢筋混凝土和素混凝土两种形式,在围岩条件差的地方采用钢筋混凝土衬砌 6,在围岩条件好的地方采用素混凝土衬砌6 ;混凝土要求密实、外观平整、不得出现空洞; 具体施工步骤为:先利用施工台架绑扎钢筋,钢筋绑扎后采用混凝土整体台车进行混凝土外模支护,支护后利用台车上的孔道进行混凝土浇筑,浇筑时利用附着式振捣器进行振搗;
[0046] D、爆破控制
[0047] 为减少爆破对建筑物和既有隧道的影响,隧道爆破采用线性预裂爆破和弱爆破技术;参考铁路隧道爆破质检标准要求:爆破后围岩稳定,基本无剥落现象;爆破后围岩的扰动深度小于0. 8米;平均线形超挖量小于15厘米,最大线形超挖量小于25厘米;钻爆施工时的质点峰值速度,在特殊建筑物处控制在1. 5cm/s以下,其余位置控制在lOcm/s以下。
[0048] 以下是本发明在大连市椒金山隧道工程的实施例:
[0049] 大连市椒金山隧道工程,全长1100米,全部处于小净距范围内,平均净距5米,左右各有一个已经建成的隧道,是典型的长距离小净距隧道,对隧道成功运用了长距离小净距隧道设计方法,目前已经建成通车,该项目采用的各类围岩支护参数如下:
[0050]
Figure CN102287196AD00061

Claims (1)

1. 一种长距离小净距隧道设计方法,其特征在于:包括以下步骤:A、超前支护在隧道开挖之前,根据围岩的不同级别选择以下的超前支护方式:Al、对于V级围岩,采用大管棚(1)超前支护方式,具体施工步骤如下:先安装套拱,套拱为管棚的基础,它为混凝土和工字钢架设成的拱形构筑物,其上有套管,大管棚(1)施工时依据套管的位置利用管棚钻机进行管棚钻孔,钻孔后在孔内插入直径108mm的钢管,钢管分段插入,段与段之间利用丝扣连接,插入长度30米;钢管插入完毕后在钢管内注浆,注满达到强度后进行开挖;A2、对于IV级围岩,采用小导管(2)超前支护方式,具体施工步骤如下:在开挖掌子面的上方钻孔,钻孔后插入直径42mm钢管,插入长度5m ;钢管插入后在钢管内注浆,注浆目的为加固岩体;A3、对于III级围岩,采用纵向锚杆(3)超前支护方式,具体施工步骤如下:在开挖掌子面的上方钻孔,钻孔后插入直径25mm钢管,插入长度:3m ;钢管插入后在钢管内注浆,注浆目的为加固岩体;B、初期支护根据围岩级别选择不同的钢拱架(5)型号和间距进行初期支护,并同步架设系统的径向锚杆(4)和喷射混凝土 ;钢拱架(¾型号和间距的选择标准如下:Bi、对于V级围岩选择20#工字钢拱架(5)和间距0. 5米;B2、对于IV级围岩选择14#工字钢拱架(5)和间距0. 8米;B3、对于III级围岩选择14#工字钢拱架(5)和间距1米;C、二次衬砌采用钢筋混凝土和素混凝土两种形式,在围岩条件差的地方采用钢筋混凝土衬砌(6), 在围岩条件好的地方采用素混凝土衬砌(6);混凝土要求密实、外观平整、不得出现空洞; 具体施工步骤为:先利用施工台架绑扎钢筋,钢筋绑扎后采用混凝土整体台车进行混凝土外模支护,支护后利用台车上的孔道进行混凝土浇筑,浇筑时利用附着式振捣器进行振搗;D、爆破控制为减少爆破对建筑物和既有隧道的影响,隧道爆破采用线性预裂爆破和弱爆破技术; 参考铁路隧道爆破质检标准要求:爆破后围岩稳定,基本无剥落现象;爆破后围岩的扰动深度小于0. 8米;平均线形超挖量小于15厘米,最大线形超挖量小于25厘米;钻爆施工时的质点峰值速度,在特殊建筑物处控制在1. 5cm/s以下,其余位置控制在lOcm/s以下。
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