CN103410524A - 一种软岩隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软岩隧道施工方法，包括以下步骤：格栅拱架密排进洞法、格栅拱架安装固定、挂网待钢拱架、网片安装完成经过验收后，进行顶拱和边墙的喷护、钢模台车操作、边墙砼浇筑：顶拱砼浇筑：养护时间。本发明提供的这种软岩隧道施工方法，可提高软岩隧洞的施工效率，确保施工安全和降低施工成本。

Description

一种软岩隧道施工方法

技术领域

本发明涉及一种软岩隧道施工方法，属于机械技术领域。

背景技术

目前我国大多数水利工程隧洞都是在坚硬或较坚硬的岩体中建成的,由于岩体强度较高,开挖后围岩的自稳能力较强,只要在施工过程中严格遵循施工规程和规范,施工期一般不会出现安全问题。而软岩隧洞洞室一经开挖，边顶沙石随即塌落，在砂层透镜体分布地段，塌落严重，所以常规岩石隧洞施工方法即边顶拱喷砼，超前锚杆及超前管棚预注浆，随机锚杆加钢筋网等支护方式已不能适应软岩隧洞的施工。而软岩隧洞施工许多关键技术问题目前尚无可供借鉴的规程规范，只能在施工中不断去探索。

发明内容

本发明提供一种软岩隧道施工方法，可提高软岩隧洞的施工效率，确保施工安全和降低施工成本。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：施工方法包括的步骤如下：

①格栅拱架密排进洞法：洞底起坡处1m的距离，先立一榀导向钢拱架，钢拱架应伸入建基面以下50㎝，并浇筑30㎝宽C25条状砼，然后立拱架依次连接。从导向钢拱架向洞口方向每0.5m～1.0m立一榀钢拱架

 ②格栅拱架安装固定、挂网：每两榀钢拱架支立完成后，立即进行联系筋焊接（φ22,间距1m）和挂网(φ8,15×15㎝)施工,并对钢拱架后有软岩部位采用喷C25砼厚20㎝进行加固处理（钢拱架固定采用起拱处增设2根L50×5角钢（L=60cm）伸至岩体内，喷护C25砼固定，并与钢拱架焊接牢固）。

 ③待钢拱架、网片安装完成经过验收后，进行顶拱和边墙的喷护，喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）使砼不密实，造成失稳。以上属于一次支护施工

 ④钢模台车操作方法：隧洞边顶拱衬砌采用钢模台车进行立模浇筑，钢模台车总长10.3m，为整体式钢架结构，台车顶部平整上设2排共计6个千斤顶6个垂直丝杆用于支撑顶拱模板，侧面起拱处各设一排（每排5个）水平丝杆，下部砼侧压力最大处各设一排油压千斤顶（自动调节），用于调整及加固模板。钢模左右两侧对称分布有2排共计12个窗口，用于砼入仓及作为进人孔便于仓面平仓振捣，顶拱设两个垂直封拱孔。钢模表面布有12台附着式平板振动器，用于砼振捣。

 ⑤边墙砼浇筑：边墙砼由钢模台车各窗口入仓，人工进行平仓，仓内采用插入式振捣器进行振捣。仓外采用附着式振捣器振捣。振捣时，振动棒每30cm一层进行分层插入振捣，振动棒应插入下层砼10cm，快插慢提，使气泡充分排出，振捣止水部位时，要防止止水移位或翻卷，同时要注意止水两侧砼是否填充密实。边墙砼浇筑时，各窗口应依次入仓，两侧墙砼均匀水平上升，分层厚度不得大于30cm。砼浇筑至各窗口下平面时，仓内人员由窗口退出，将截断的钢筋焊接好后，窗口即关闭平整，以免砼出现错台。

 ⑥顶拱砼浇筑：顶拱砼入仓时，必须先从已浇筑好的砼接缝处向堵头方向浇筑顶拱砼，通过钢模台车顶部的冲天尾管及端头的预留孔入仓。砼振捣通过钢模台车上的附着式振捣器进行振捣，确保砼密实。端头最高处应预留观察孔，便于观测顶拱砼是否浇满，避免顶部托空。如顶部端头模板最高处已漏浆，说明砼已浇满，即可停止砼泵送，封拱采用活塞式封拱装置，将冲天尾管处砼压平，砼即浇筑结束。以上属于二次支护施工。

 ⑦养护时间：砼浇筑完强度达到设计强度后，经质检人员同意后，可进行脱模。脱模后喷养护剂或洒水养护，养护时间不得少于28天。

本发明的目的是这样实现的：在隧洞施工中严格遵守砂砾石隧洞施工规则即“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的方法进行施工。在隧洞进洞施工时采用格栅拱架密排进洞技术，钢拱架强支护取代传统的弧型导坑砼外衬的方法，确保了施工安全、进度和效益。在隧洞掘进时，由于围岩结构松散，边顶拱分布有多层砂层透镜体等原因，顶拱塌落严重，施工中采用封闭掌子面，回填灌浆等方法，确保掘进顺利进行。一次支护时，在钢拱架拱脚和直线底部增设C25砼加固。针对隧洞洞身局部存在的大漂石，采用了静态破碎法清除，针对洞身沙石松散及砂层透镜体段，采用了钢丝网及钢板反贴技术。隧洞测量是施工的关键，用红外线指向仪定向，提高了测量精度，同时将测量频次由2天一次减少为15天一次，减少了人员投入，相应加快了施工进度。导线测量时，采用了洞内导线和洞外导线相结合的方法，两条导线通过通风坚井采用红外线投点仪进行相互校核，确保了隧洞施工精度。在做好基本测量的同时，以隧洞贯通测量为重点，分别在进出口掌子面差200m、100m、30m时进行三次贯通测量，有力保证了贯通精度，贯通精度为：横向5mm、纵向3mm、高程4mm。

附图说明

图1为本发明洞室开挖及支护施工顺序示意图；

图2为本发明钢筋拱架结构示意图；

图3为本发明二次衬砌施工流程图；

图4为本发明隧洞钢模台车示意图。

具体实施方式

如图1所示，第一步：一次支护施工

1、洞室开挖

采用两台阶分步平行开挖法进行施工。先开挖上导洞，上导洞部分Ⅰ区人工用风镐、铁锹开挖至设计线，小挖掘机（0.2m³）配合出碴。当上导洞开挖完成后立即进行钢筋拱架、网片和连系筋的安装，并喷护C25砼至一衬设计线。然后用小挖掘机（0.2m³）开挖核心土台（Ⅱ区，长3m左右）和Ⅲ区。同步进行边墙部位Ⅳ区（Ⅴ区）的开挖，即采用小挖掘机直接开挖装碴，3～5辆5T自卸车进行运输，同时人工用十字镐，风镐配合挖掘机修至设计面，开挖完成后立即进行钢筋拱架、网片和联系筋的安装，并喷护C25砼至一衬设计线。每循环进尺一般控制在0.5m～1.2m为宜。为尽量避免施工干扰，并有效减小核心土台的高度，确保施工安全，上下台阶应相错15～20m为宜。 

1、钢拱架安装、挂网

如图2所示，钢拱架支撑由主筋（φ25螺纹钢）、附筋（φ12、φ8圆钢）组成“△”，底部宽度为18㎝，高度为16cm。每榀钢拱架由四段组成，每段钢拱架的端部设一块钢脚板（δ=1cm），钢拱架与钢板用U型和L型φ20螺纹钢筋可靠焊接，相临两块钢板采用3根Φ20螺纹刚连接，每榀拱架之间由φ22螺纹钢筋连接。钢拱架固定采用起拱处增设2根∠50*4角钢（L=60cm）伸至岩体内，喷护C25砼固定，并与钢拱架焊接牢固。

待Ⅰ区开挖完成后，立即进行顶拱钢筋拱架的安装，安装过程中应确保拱架位置在设计断面上，各项偏差在规范的允许范围内，拱架调整好后将φ22螺纹连系钢筋、φ8钢筋网焊接牢固。顶拱拱架安装结束后，跟进安装边墙拱架。

2、喷射砼

待钢拱架、网片安装完成经过验收后，进行顶拱和边墙的喷护，喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）使砼不密实，造成失稳。先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动，并使喷头尽量与受喷面保持垂直，喷嘴口与受喷面距离以0.6m～1.0m为宜。喷射砼表面应大面平整并湿润光泽。

3、一次支护施工注意事项

（1）、开挖时按设计开挖边线应预留20cm保护层，人工采用十字镐或榔头修整至设计面，尽量减少超挖量。

（2）、开挖时左右侧墙不得同时开挖，应错开2m以上，避免出现同一榀拱架两个拱脚同时悬空现象。

（3）、安装边墙钢拱架时应伸入标准开挖断面以下30～50cm，并浇筑30cm宽的条状锁脚砼，确保拱架受力稳定。

（4）、施工中要将钢拱架置于坚实的地基上，确保钢拱架受力。

（5）、钢拱架平面应垂直于隧洞轴线，其倾斜度不应大于2度，钢拱架的任何部位偏离铅垂面不应大于5度。

（6）、为增强钢拱架的整体稳定性，应将钢拱架与纵向连接筋、网片、锁脚角钢焊接牢固。

（7）、安装钢拱架时，连接接头一定要连接牢固。拱脚部位易发生塑性剪切破坏，该部位接头除栓接处，还应用钢筋焊接，确保接头的刚度和强度。

（8）、当钢拱架与砼初喷层间存在较大间隙时应想办法将空隙填充密实；钢拱架与围岩的间距不应大于5cm。

（9）、严格按设计要求进行顶拱下沉及周边收敛位移量测，通过监控量测的信息反馈，及时调整一次支护的各参数和砼的衬砌施工时间。

5、围岩地质条件较差段施工工艺措施

隧洞掘进至地质条件较差段时，除上述施工工艺及方法外，还应采取如下措施：

（1）地质勘探

在开挖过程中，加强地质跟踪及预测，以便采取恰当的施工程序及措施，确保围岩稳定。

（2）土料开挖

开挖严格按照“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则施工。

（3）一次支护

支护位置提前具备，经安全处理和平碴后，立即施作一次支护，采用钢格栅拱架、挂网喷砼等支护手段，形成一柔性封闭环，确保围岩稳定。同时缩小钢拱架的间距，确保一次支护的强度和刚度。

（4）施工监测措施

成洞后按设计要求及时埋设各种观测仪器，并开始观测，十倍洞径距离以后，视变形速率情况可拉开测量时间间隔。通过勤量测及时反馈信息，指导开挖支护施工，确保隧洞稳定和施工安全。

第二步：二次衬砌施工

1、施工工艺流程，如图3所示。

2、钢模台车操作方法

（1）钢模台车结构

如图4所示，隧洞边顶拱衬砌采用钢模台车进行立模浇筑，钢模台车总长10.3m，为整体式钢架结构，台车顶部平整上设2排共计6个千斤顶6个垂直丝杆用于支撑顶拱模板，侧面起拱处各设一排（每排5个）水平丝杆，下部砼侧压力最大处各设一排油压千斤顶（自动调节），用于调整及加固模板。钢模左右两侧对称分布有2排共计12个窗口，用于砼入仓及作为进人孔便于仓面平仓振捣，顶拱设两个垂直封拱孔。钢模表面布有12台附着式平板振动器，用于砼振捣。

（2）轨道安装

钢模台车利用外力（挖掘机牵引）行走在钢轨上，轨道安装要求较高。经测量人员放线定位后，两钢轨中线与隧洞轴线距离偏差不得大于2cm，高程偏差不得大于1cm，钢轨下每80cm布设一道枕木,确保轨道受力均匀。轨道通过道钉固定于枕木上，每10m铺设一段轨道，与钢模台车相对应。

（3）钢模台车就位

在钢模台车上划定中轴线和起拱线，测量人员测定隧洞轴线及高程后，通过调整台车顶部的千斤及两侧的油缸，将钢模台车精确定位于设计断面上。定位时，首先调整钢模台车轴线，使其位于隧洞轴线上，再通过升降台车顶部的千斤，将顶模固定于顶拱设计高程处，最后利用两侧的自动油压系统调整两侧模板，使其位于设计断面上。

钢模台车定位后，再次复核钢模是否与设计断面相符，确定在规定的误差范围之后，将台车上所有的丝杆加固。

（4）底部侧模安装

参照常规模板安装方法实施。

（5）堵头安装

堵头采用定型钢模板拼装，内设对拉螺杆，外设方木进行加固，确保分缝砼面平直、密实，同时也可保证橡皮止水安装质量。

（6）模板表面处理

钢模台车模板表面处理方法，与常规模板类似。

2、边顶拱二衬砼浇筑

（1）边墙砼浇筑

边墙砼由钢模台车各窗口入仓，人工进行平仓，仓内采用插入式振捣器进行振捣。仓外采用附着式振捣器振捣。振捣时，振动棒每30cm一层进行分层插入振捣，振动棒应插入下层砼10cm，快插慢提，使气泡充分排出，振捣止水部位时，要防止止水移位或翻卷，同时要注意止水两侧砼是否填充密实。边墙砼浇筑时，各窗口应依次入仓，两侧墙砼均匀水平上升，分层厚度不得大于30cm。砼浇筑至各窗口下平面时，仓内人员由窗口退出，将截断的钢筋焊接好后，窗口即关闭平整，以免砼出现错台。

（2）顶拱砼浇筑

顶拱砼入仓时，必须先从已浇筑好的砼接缝处向堵头方向浇筑顶拱砼，通过钢模台车顶部的冲天尾管及端头的预留孔入仓。砼振捣通过钢模台车上的附着式振捣器进行振捣，确保砼密实。端头最高处应预留观察孔，便于观测顶拱砼是否浇满，避免顶部托空。如顶部端头模板最高处已漏浆，说明砼已浇满，即可停止砼泵送，封拱采用活塞式封拱装置，将冲天尾管处砼压平，砼即浇筑结束。

（3）养护时间

砼浇筑完强度达到设计强度后，经质检人员同意后，可进行脱模。脱模后喷养护剂或洒水养护，养护时间不得少于28天。

（4）注意事项

砼浇筑过程中，应保持连续浇筑，各窗口及顶拱封拱，接输送泵时，施工人员动作要迅速，严格控制砼间歇时间, 避免出现冷缝。

3、洞衬砼浇筑常见问题质量控制

（1）砼纵向接缝错台处理方法

钢模台车面板与砼接缝处应用丝杆或木料顶紧，最短不少于8cm，浇筑时随时检查支撑情况。

（2）施工缝处理

施工缝凿好毛后，用GB止水条紧贴在砼面上，浇筑时加强振捣。

（3）止水固定

用钢筋夹固定，浇筑时加强平仓，并派专人看守，搞好止水周边砼浇筑，防止止水翻卷。

（4）顶部脱空问题

加密尾管，布置检查孔，在侧面检查顶拱是否浇满。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种软岩隧道施工方法，其特征在于，所述施工方法包括的步骤如下：

一次支护施工：

格栅拱架密排进洞法：洞底起坡处1m的距离，先立一榀导向钢拱架，钢拱架伸入建基面以下，并浇筑条状砼，然后立拱架依次连接；从导向钢拱架向洞口方向每隔一段距离立一榀钢拱架；

格栅拱架安装固定、挂网：每两榀钢拱架支立完成后，立即进行连钢筋焊接和挂网施工，并对钢拱架后有软岩部位采用砼进行加固处理，钢拱架固定采用起拱处增设2根及以上角钢伸至岩体内，喷护砼固定，并与钢拱架焊接牢固；

待钢拱架、网片安装完成经过验收后，进行顶拱和边墙的喷护，喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）使砼不密实，造成失稳；

二次支护施工：

钢模台车操作方法：隧洞边顶拱衬砌采用钢模台车进行立模浇筑，为整体式钢架结构，台车顶部平整上设多排千斤顶和垂直丝杆用于支撑顶拱模板，侧面起拱处各设一排，每排多个水平丝杆，下部砼侧压力最大处各设一排油压千斤顶，用于调整及加固模板；钢模左右两侧对称分布有多个窗口，用于砼入仓及作为进人孔便于仓面平仓振捣，顶拱设有垂直封拱孔；钢模表面布有附着式平板振动器，用于砼振捣；

边墙砼浇筑：边墙砼由钢模台车各窗口入仓，人工进行平仓，仓内采用插入式振捣器进行振捣，仓外采用附着式振捣器振捣；振捣时，振动棒进行分层插入振捣，振动棒应插入下层砼，快插慢提，使气泡充分排出，振捣止水部位时，要防止止水移位或翻卷，同时要注意止水两侧砼是否填充密实；边墙砼浇筑时，各窗口依次入仓，两侧墙砼均匀水平上升，砼浇筑至各窗口下平面时，仓内人员由窗口退出，将截断的钢筋焊接好后，窗口即关闭平整，以免砼出现错台；

顶拱砼浇筑：顶拱砼入仓时，先从已浇筑好的砼接缝处向堵头方向浇筑顶拱砼，通过钢模台车顶部的冲天尾管及端头的预留孔入仓；砼振捣通过钢模台车上的附着式振捣器进行振捣，确保砼密实；端头最高处应预留观察孔，便于观测顶拱砼是否浇满，避免顶部托空；如顶部端头模板最高处已漏浆，说明砼已浇满，即可停止砼泵送，封拱采用活塞式封拱装置，将冲天尾管处砼压平，砼即浇筑结束；

养护时间：砼浇筑完强度达到设计强度后，经质检人员同意后，可进行脱模；脱模后喷养护剂或洒水养护，养护时间不得少于28天。

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