CN102678127B - 一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程施工技术，具体为一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法。其特征在于：在新建隧道顶部并排设立3个临时洞室，在左、右两个临时洞室中施打混凝土钻孔护壁桩，中间临时洞室施工钢筋混凝土顶板，左右两侧面钻孔护壁桩和钢筋混凝土顶板组成混凝土地下箱式框架结构，隧道在地下箱式框架结构内建成。本发明的有益效果在于取代了新奥法修建隧道的原理与体系，改用在地下箱式框架结构内修建隧道，有效避开了新奥法超前预加固效果差、系统锚杆扰动岩体、地下水影响围岩产生塑变、拱顶围岩下沉与水平收敛较大、初期支护变形失稳等技术难题。

Description

一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程施工技术领域，具体为一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法。 

背景技术

在铁路隧道施工中，常遇到未成砂岩地质结构，其工程地质特征为：无水松散，有水胶结、塑变、且不透水，无水开挖流干沙，有水开挖涌泥状，注浆、降水困难，施工怕扰动，修建的初期支护结构不稳定，安全隐患较大，施工进度极度缓慢。由于开挖支护存在漏(涌)砂，拱顶围岩下沉和水平收敛值较大，隧道初支垮塌事件时有发生，施工处处受阻，曾采用围岩固结、真空降水、盾构、快速流水作业的施工，但收效甚微，目前被铁道部称之为：“国内罕见、世界难题”的隧道施工技术。 

目前我国铁路隧道软弱围岩的施工以新奥法技术为主，多种方法配套施工：、采用三台阶七部开挖是软弱围岩隧道施工的主要方法，但隧道跨度大，围岩下沉、水平收敛较大，初期支护开裂变形，支护结构不稳定。二、双侧壁导坑和CRD开挖方法，是将隧道开挖断面分成左右上下4个断面开挖，存在初支拆换工序多，进度慢，拆换临时支护时，易发生变形垮塌。三、冷冻法施工，将开挖掌子面的岩面进行冻结后开挖，方法可行，但隧道断面大、成本高，且没有成功的经验可以借鉴。四、盾构施工法，场地受限，没有安装TBM设备的条件。五、帷幕注浆开挖法，是将掌子曲前方围岩超前注浆固结后，进行隧道 开挖，但通过注浆试验，证明了未成砂岩只是将注浆管内浆液注实，管外未成砂岩浆液不扩散。六、水平旋喷桩技术加固围岩法，是将需要开挖的岩体进行搅拌加入水泥及附加剂，使其围岩固结后在进行开挖，但该方法不仅将岩体搅拌破坏，存在短时间的安全风险，而且工艺循环周期长，进度慢。七、初期支护措施加强是我国高铁隧道大断面施工中常用的方法，但仍不能避免隧道围岩拱顶下沉与水平收敛，安全、质量、工期得不到保证。 

发明内容

本发明的目的在于提供了一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法，克服了新奥法超前预加固效果差、系统锚杆扰动岩体、拱顶围岩下沉与水平收敛不可控制、初期支护变形失稳等技术难题，解决了弱胶结未成砂岩，开挖后即成粉细砂、有水松散、有水胶结塑变的施工问题。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法，其特征在于：在新建隧道顶部并排设立3个临时洞室，在左右两个临时洞室中施打混凝土钻孔护壁桩，中间临时洞室施工钢筋混凝土顶板，左右两侧面钻孔护壁桩和钢筋混凝土顶板形成钢筋混凝土地下箱式框架结构，隧道在地下箱式框架结构内建成。 

它包括下述步骤： 

(一)、根据隧道拱顶以上无水的情况，在新建隧道顶部修建同样大小并排的临时洞室3个，其中左、右洞室大小满足桩机长、宽、高的作业范围，用以施打混凝土钻孔护壁桩，来挡护隧道左、右两侧的围岩压力，中间洞室是施工钢筋混凝土顶板用，其采用钻孔置筋的办法将3个临时洞室的底板连成共同的 受力结构，作为地下箱式框架结构的顶板，即钢筋混凝土顶板。 

(二)、当隧道左右两侧面的钻孔护壁桩和钢筋混凝土顶板形成地下箱式框架结构后，即可在框架内进行土方开挖，开挖按三台阶方法，上台阶按左、右半幅开挖，并及时在钻孔护壁桩与钢筋混凝土顶板间安装工字钢斜撑，连接处采用锁脚锚杆分别固定在钻孔护壁桩与钢筋混凝土顶板上，并在工字钢斜撑的空挡内挂钢筋网，喷混凝土。下台阶开挖之后，在隧道的底部设置钢筋混凝土底梁，以防止护壁桩向内侧移动，钢筋混凝土底梁的中间部位设计为隧道仰拱的圆弧状，框架底角底板混凝土以上砌筑砖体矮边墙，以留出隧道仰拱外露连接筋的空间。 

(三)、隧道在地下箱式框架结构内建成，分三部分：第一部分包括，铺设仰拱防水板→绑扎仰拱钢筋→浇筑仰拱混凝土→仰拱混凝土填充；第二部分包括，一次衬砌台车就位→浇筑一次混凝土拱圈；第三部分包括，铺设隧道拱圈防水板→绑扎拱圈钢筋→二次衬砌台车就位→二次浇筑拱圈钢筋混凝土。 

(四)、隧道建成后，临时洞室采用原土回填，小型机具夯实。 

本发明一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法，所述的临时洞室是从斜井内适当位置引出支洞到隧道洞顶地下水位线以上，3个临时洞室先施工左、右2个洞室，后施工中间洞室。 

所述的钻孔护壁桩是需选用600cm(长)×180cm(宽)×600cm(高)的钻孔桩机，钻孔桩长度18mm，桩长伸入仰拱底面以下5m。 

所述的钢筋混凝土顶板，其厚度为1m，是采用钻孔置筋的办法将3个临时 洞室的底板连成共同的受力结构，作为地下箱式框架结构的顶板。 

所述的地下箱式框架结构内土方开挖，是在完成施工步骤1、2形成了不小于50m的地下箱式框架结构后，进行土方开挖，开挖按三台阶，上台阶辛幅开挖，前后错开。 

所述的工字钢斜撑是指在左、右幅开挖空间一旦形成，应及时在钻孔护壁桩与钢筋混凝土顶板间安装工字钢斜撑，连接处采用锁脚锚杆分别固定在钻孔护壁桩与钢筋混凝土顶板上，并在工字钢斜撑的空挡内挂钢筋网，喷混凝土。 

所述的钢筋混凝土底梁，其厚度为60cm，采用钢架跳板施工，如施工某段里程，就将钢架跳板置放在该里程上，进行挖、装、运土方和浇筑混凝土施工，不影响隧道洞内施工运输，开挖纵向长度不大于5m。同时在钻孔护壁桩的底角砌筑M10砖体矮边墙，高度1.5m，留出隧道仰拱连接钢筋的空间，矮边墙与一衬台车的边模贴近吻合。 

所述的铺设仰拱防水板时，基槽内不得有水，采用热熔焊接防水板 

所述的仰拱钢筋混凝土，是按设计图纸进行绑扎钢筋，浇筑仰拱混凝上。 

所述的仰拱填充混凝土，比仰拱钢筋混凝土标号低，特殊地质可以考虑与仰拱钢筋混凝土标号一样，进行同时浇筑。 

所述的一次混凝土拱圈，是采用一次衬砌台车浇筑，使地下箱式框架结构形成隧道外园轮廓线，替代施工图设计的初期支护结构。 

所述的铺设拱圈防水板，采用热熔焊接防水板。 

所述的二次浇筑拱圈钢筋混凝土，是按设计绑扎拱圈钢筋，采用二次衬砌台车断面，浇筑隧道的拱圈混凝土。 

所述的隧道建成后的临时洞室回填，采用原土回填，选用小型土方机具分层填筑。

与现设计、施工技术比较，本发明的有益效果是： 

本发明采用的施工方法，形成地下箱式框架结构，修建隧道不受未成砂岩降水困难、围岩下沉收敛、初支变形失稳和涌(漏)砂塌方的影响，建成隧道比较容易。 

本发明取代了新奥法修建隧道的原理与体系，改用在地下箱式框架结构内修建隧道，有效避开了新奥法超前预加固效果差、系统锚杆扰动岩体、拱顶围岩下沉与水平收敛较大、初期支护变形失稳等技术难题。 

本发明钻孔护壁桩外的围岩扰动小，钢筋混凝土顶板与钻孔护壁桩组成的地下箱式框架结构，支护体系稳定，变形小，将地下水封闭在框架箱体之外，克服了地下水对未成砂岩施工的影响，保证了施工安全，可以按部就班的组织施工，开挖由上至下，衬砌由下至上，类似在地面上施工，可以精工细做。 

本发明避开了粉细砂降水困难、初期支护变形拆换、涌(漏)砂、塌方等施工安全质量问题的处理，消除了以往隧道施工有水造成的安全质量通病，特别是有效地解决了运营期间地下水对隧道的危害。 

本发明一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法，建成的隧道置于地下水位以下，防水性能好，隧道洞身稳定、耐久，确保以后列车运营安全。 

附图说明

附图为本发明一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法的施工布置图。 

图中：临时洞室1、钻孔护壁桩2，钢筋混凝上顶板3，隧道洞射开挖4， 工字钢斜撑5、钢筋混凝土底梁6、仰拱防水板7、仰拱钢筋混凝土8，仰拱混凝土填充9，一次混凝土拱圈10，拱圈防水板11，二次浇筑拱圈钢筋混凝土12，临时洞室回填13。 

具体实施方式

实施例1、下面结合附图与本实施例对本发明做进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。 

本实施例为兰渝铁路修建期间，桃树坪未成砂岩隧道施工工程。 

兰渝铁路在修建期间，遇到了桃树坪未成砂岩隧道，该隧道工程地质特征为无水松散，且密实；有水胶结、塑变，且不透水。无水开挖流干沙，有水开挖涌泥状，注浆、降水困难，施工怕扰动，修建的初期支护结构不稳定，安全隐患较大，施工进度极度缓慢。本隧道合同工期为2010年12月隧道主体工程完成，当隧道贯通后，形成从兰州端铺架的通道，但隧道开工一年多来，由于开挖支护存在漏(涌)砂，拱顶围岩下沉和水平收敛值较大，隧道初支垮塌事件时有发生，施工处处受阻，仅全长3220m的桃树坪隧道，设有5座斜井13个工作面，至今斜井没有进入隧道正洞施工。2010年度，兰渝铁路公司先后提出了围岩固结、真空降水、盾构、快速流水作业的施工试验，但收效甚微，为了解决这一问题，本项目采用一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法。 

采用的技术方案如以下步骤： 

(一)、根据隧道拱顶以上无水的地质情况，在新建隧道顶部修建同样大小并排的3个临时洞室1，洞室净高715×630cm，其中左、右洞室满足桩机600cm(长)×180cm(宽)×600cm(高)的作业范围，用以施打 混凝土的钻 孔护壁桩2，来挡护隧道左、右两侧的围岩压力，中间洞室是施工隧道钢筋混凝土顶板3，其厚度为100cm，采用钻眼置筋的方法，将3个临时洞室的底板连成共同的受力结构，作为地下箱式框架结构的顶板，即钢筋混凝土顶板3。 

(二)、当隧道侧面的钻孔护壁桩2和钢筋混凝土顶板3形成不小于50m的箱式框架结构后，即可在框架内进行隧道洞身开挖4，开挖按三台阶方法。上台阶按左、右半幅开挖，一旦左、右幅空间形成，应及时在钻孔护壁桩2与钢筋混凝土顶板3之间安装工字钢斜撑5，连接处采用 锁脚锚杆分别固定在钻孔护壁桩2与钢筋混凝土顶板3上，并在工字钢斜撑5的空挡内挂 钢筋网，喷C25混凝土。下台阶开挖之后，在隧道的底部设置厚60cm的钢筋混凝土底梁6，以防止钻孔护壁桩2向内侧移动，钢筋混凝土底梁6的中间部位设计为隧道仰拱的圆弧状，框架底角底板以上砌筑M10高1.5m的砖体矮边墙，留出隧道仰拱外露连接筋的空间。 

(三)、隧道在箱式框架结构内建成，分三部分：第一部分，铺设仰拱防水板7→绑扎仰拱钢筋→浇筑仰拱钢筋混凝土8→仰拱混凝土填充9；第二部分，一次衬砌台车就位→浇筑一次混凝土拱圈10；第三部分，铺设隧道拱圈防水板11→绑扎拱圈钢筋→二次衬砌台车就位→二次浇筑拱圈钢筋混凝上12。 

(四)、隧道建成后，3个临时洞室1采用原土回填，小型机具夯实。 

Claims (2)

1.一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法，其特征在于：在新建隧道顶部并排设立3个临时洞室，在左右两个临时洞室中施打混凝土钻孔护壁桩，中间临时洞室施工钢筋混凝土顶板，左右两侧面钻孔护壁桩和钢筋混凝土顶板形成混凝土制地下箱式框架结构，隧道在地下箱式框架结构内建成；该方法包括以下施工步骤：

(1)、根据隧道拱顶以上无水的地质情况，在新建隧道顶部修建同样大小并排的临时洞室3个，其中左、右洞室大小满足桩机长、宽、高的作业范围，用以施打混凝土钻孔护壁桩，来挡护隧道左、右两侧的围岩压力，中间洞室是施工钢筋混凝土顶板用，其采用钻孔置筋的办法将3个临时洞室的底板连成共同的受力结构，作为地下箱式框架结构的顶板，即钢筋混凝土顶板；

(2)、隧道左右两侧面的钻孔护壁桩和钢筋混凝土顶板形成地下箱式框架结构后，即可在框架内进行土方开挖，开挖按三台阶方法，上台阶按左、右半幅开挖，并及时在钻孔护壁桩与钢筋混凝土顶板间安装工字钢斜撑，连接处采用锁脚锚杆分别固定在钻孔护壁桩与钢筋混凝土顶板上，并在工字钢斜撑的空挡内挂钢筋网，喷混凝土；下台阶开挖之后，在隧道的底部设置钢筋混凝土底梁，以防止护壁桩向内侧移动，钢筋混凝土底梁的中间部位设计为隧道仰拱的圆弧状，框架底角混凝土底板上砌筑砖体矮边墙，留出隧道仰拱外露连接筋的空间；

(3)、隧道在地下箱式框架结构内建成，分三部分：第一部分包括，铺设仰拱防水板→绑扎仰拱钢筋→浇筑仰拱混凝土→仰拱混凝土填充；第二部分包括，一次衬砌台车就位→浇筑一次混凝土拱圈；第三部分包括，铺设隧道拱圈防水板→绑扎拱圈钢筋→二次衬砌台车就位→二次浇筑拱圈钢筋混凝土；

(4)、隧道建成后，临时洞室采用原土回填，小型机具夯实。

2.如权利要求1所述的一种弱胶结未成砂岩隧道施工方法，其特征在于所述铺设仰拱防水板时，采用热熔焊接防水板，基槽内不得有水；所述的一次混凝土拱圈，是采用一次衬砌台车浇筑，使地下箱式框架结构形成隧道外圆轮廓线，替代施工图设计的初期支护结构；所述的二次浇筑拱圈钢筋混凝土，是按设计绑扎拱圈钢筋，采用二次衬砌台车断面，浇筑拱圈混凝土。