CN105156121A - 一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其施工步骤包括：1）首先在进洞施工前，对边仰坡进行开挖防护；2）在进洞处边仰坡施工完成后，修筑钢筋混凝土导向墙；3）在导向墙施工完成后，打入长管棚进行超前支护；4）在大管棚超前支护的基础上配合型钢钢架施做超前小导管进行支护；5）隧道采用少分部超短台阶开挖工法施工，施工时加强监控量测，及时施做初期支护和二次衬砌。本发明能有效地减小隧道开挖变形对地表的影响，保证进洞浅埋段隧道开挖稳定性，加快了施工进度，解决了大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工技术难题，确保隧道施工安全性；同时节省投资，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及隧道建筑领域，特别是一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法。
背景技术
随着国家西部大开发战略决策的实施，西部地区交通基础设施建设得到前所未有的发展，高速公路、铁路正向西部地区快速延伸，穿越西部黄土地区的交通隧道也将越来越多。黄土作为第四系堆积的陆相沉积物，具有大孔隙、有垂直节理和管状孔道等特点，遇水时土颗粒易崩解，表现为较强的湿陷性。黄土隧道开挖时洞室易发生塌方、大变形，浅埋黄土隧道施工时方法不当还会引起地表塌陷，从而大大增加了区域内隧道施工难度。采用传统的双侧壁导坑法尽管可解决隧道施工安全性，但其施工复杂、工期长、造价高；其它传统施工方法（如台阶法或中隔壁法）又不易保证进洞浅埋段大断面黄土隧道施工安全性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，通过该方法可有效地减少隧道开挖对围岩的扰动，增强大断面浅埋黄土隧道开挖施工稳定性，确保大断面黄土隧道进洞浅埋段施工安全性；同时又可加快施工进度，节省工程材料，降低工程造价，解决了大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工技术难题。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
本发明提出一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，具体施工步骤如下：
（1）首先在进洞施工前，对洞口边仰坡进行开挖防护；
（2）对洞口边仰坡完成施工后，在洞口施作钢筋混凝土导向墙；
（3）以所述钢筋混凝土导向墙为基准，打入长管棚进行超前支护；
（4）隧道进洞浅埋段的拱部在长管棚超前支护的基础上配合型钢钢架施做超前小导管进行支护；
（5）对隧道进洞浅埋段的洞身采用少分部超短台阶法开挖施工，同时加强监控量测，及时施做初期支护和二次衬砌；
（５.１）以隧道洞身每向内推进２m-4ｍ为一循环进尺单元，首先开挖隧道洞身顶部的弧形导坑，向掌子面垂直打入玻璃纤维锚杆，喷混凝土；施作弧形导坑周边初期支护，架设钢架，施作锁脚钢管；
（５.２）接着依次开挖隧道洞身左、右侧的上、下导坑，向掌子面打入玻璃纤维锚杆，喷混凝土，施作导坑周边初期支护，并在左、右侧上导坑拱脚处设置锁脚钢管；
（５.３）然后分台阶开挖中间预留核心土；再开挖隧底、施作初期支护，灌注仰拱二次衬砌及隧底填充；最后拆除临时支撑，施作拱墙二次衬砌；
（５.４）重复步骤（５.１）－（５.３），直到完成隧道洞身的施工。
本发明中，步骤（1）的施工过程为：现场测出边仰坡开挖边缘线，在开挖边缘线5m以外做好截水天沟，随后由上而下分层开挖洞口边仰坡，开挖后立刻进行喷混凝土封闭。
本发明中，步骤（2）的施工过程为：在隧道洞口施作宽2m、厚1m的C35混凝土导向墙，混凝土导向墙施工时，预埋Φ150mm、管壁厚6mm的导向管，环向间距为30cm。
本发明中，步骤（3）的施工过程为：在隧道拱部140°范围内，以预埋的Φ150mm、管壁厚6mm的导向管为基准，打入φ108mm的大管棚进行超前支护，大管棚长40m，管壁厚为5.0mm，环向间距30cm，外插角为1°～3°，注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。
本发明中，步骤（4）的施工过程为：在隧道拱部140°范围内设置φ42mm小导管超前支护，小导管长6m，管壁厚为3.5mm，环向间距30cm，外插角1°～3°，注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。超前小导管配合钢架使用，每1.8m（3榀）施做一环，纵向搭接长度不小于1m。
本发明中，步骤（5）中，初期支护采用双层钢拱架；锁脚钢管为Ф50mm钢管，管壁厚3.5mm，长度4~4.5m；二次衬砌拱墙及仰拱采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度为60cm，仰拱厚度为70cm。
本发明中，各分部的前后台阶长度控制在2m~4m，临时支撑一次拆除的长度控制在6m以内，二次衬砌一次施作4～6m，二衬距掌子面距离控制在20m以内。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：能有效地减小隧道开挖变形对地表的影响，保证进洞浅埋段隧道开挖稳定性，加快了施工进度，解决了大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工技术难题，确保隧道施工安全性；同时节省投资，提高了经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例隧道洞口边仰坡断面示意图；
图2是本发明实施例隧道进洞导向墙横断面示意图；
图3是本发明实施大管棚超前支护横断面布置示意图；
图4是本发明实施小导管超前支护横断面布置示意图；
图5是本发明实施小导管超前支护纵断面布置示意图；
图6是本发明实施少分部超短台阶法横断面施工工序图；
图7是本发明实施少分部超短台阶法施工工序平面图；
图8是本发明实施少分部超短台阶法纵断面施工工序图；
图中，①-第一步开挖的顶部弧形导坑，②-第二步开挖的左侧上导坑，③-第三步开挖的右侧上导坑，④-第四步开挖的左侧下导坑，⑤-第五步开挖的右侧下导坑，⑥-第六步依次开挖的上、中、下台阶预留的核心土，⑦-第七步开挖的隧道底部；Ⅰ-第一步的初期支护，Ⅱ-第二步的初期支护，Ⅲ-第三步的初期支护，Ⅳ-第四步的初期支护，Ⅴ-第五步的初期支护，Ⅶ-第七步的初期支护，Ⅷ-仰拱二次衬砌，Ⅸ-侧墙和拱部二次衬砌。
具体实施方式:
为了更进一步地说明本发明，通过下述实施例及具体实施方式对本发明的各步骤进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述实施例的说明，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：本发明技术方案在实施施工时，选取了西部地区某客运专线大断面黄土隧道进洞浅埋段工程（里程DK204+702~DK204+752，埋深4~10m），并成功应用该方法，主要施工工序如附图1~8所示。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
步骤一.洞口边仰坡开挖防护。开挖前，测出边仰坡开挖边缘线；在开挖线5m以外做好截水天沟。洞口边仰坡按设计，由上而下分层开挖，边仰坡坡度为1：0.75。边仰坡开挖后，立即初喷4cm厚C25混凝土封闭，施作Ф22砂浆锚杆，长为3.5m，间距2.0m×2.0m，梅花形布置，并铺设Ф8钢筋网，网格间距25cm×25cm；复喷C25混凝土至15cm。隧道洞口边仰坡断面示意见附图1。
步骤二.隧道进口处通过模筑施作宽2m、厚1m的C35混凝土导向墙。
采用环形开挖预留核心土至导向墙基底，架设定位型钢，埋设导向管(φ150×6mm的热轧无缝钢管，长2m，环向间距为30cm，为后继大管棚施作作为基准。隧道进洞导向墙横断面示意见附图2。
步骤三.通过导向墙作为基准施作大管棚超前支护，在隧道拱部140°范围内，通过导向墙，一次性打入一环φ108mm大管棚进行超前加强支护，大管棚长度40m，管壁厚5.0mm，环向间距30cm。外插角1°～3°，注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。大管棚布置示意见附图3。
步骤四.在进洞浅埋段隧道拱部施作小导管超前支护；在隧道进洞浅埋段拱部140°范围内，打入φ42mm超前小导管进行支护，小导管长6m，管壁厚为3.5mm，环向间距30cm，外插角1°～3°，小导管注M20水泥砂浆，注浆压力为0.5～1.0Mpa，浆液初凝时间为1～2min。。超前小导管配合型钢钢架使用，每1.8m（3榀）施作一环，其纵向搭接长度不小于1m。小导管布置示意见附图4-5。
步骤五.隧道进洞浅埋段的洞身采用少分部超短台阶法开挖施工，同时加强施工监控量测，及时施作初期支护和二次衬砌。少分部超短台阶法开挖施工工序见附图6-8。
（1）首先利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。然后开挖顶部弧形导坑①部，同时，每循环进尺一次(2m~4m)，向掌子面垂直打入玻璃纤维锚杆、喷5cm厚混凝土封闭。再分部施作第一步开挖的顶部弧形导坑①的初期支护Ⅰ，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，施作锁脚钢管，最后钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
（2）在滞后于第一步开挖的顶部弧形导坑①施工一段距离(2m~4m)后，左右交错开挖左侧上导坑②、右侧上导坑③。然后向掌子面垂直打入玻璃纤维锚杆、喷5cm厚混凝土封闭掌子面。再施作左侧上导坑②、右侧上导坑③的初期支护Ⅱ、Ⅲ，即初喷4cm厚混凝土，施作钢架，并设锁脚钢管，最后钻设径向锚杆后复喷射混凝土至设计厚度。
（3）在滞后于右侧上导坑③施工一段距离后(2m~4m)，左右交错开挖左侧下导坑④、右侧下导坑⑤。然后施作左侧下导坑④、右侧下导坑⑤的初期支护Ⅳ、Ⅴ，即初喷4cm厚钢纤维混凝土，施作钢架,最后钻设径向锚杆后复喷射混凝土至设计厚度。
（4）依次分上、中、下台阶三步开挖预留的核心土⑥。
（5）开挖隧道底部⑦。然后施作隧道底部⑦的初期支护Ⅶ，即对隧底周边部分初喷4cm厚混凝土，施作钢架，最后复喷射混凝土至设计厚度。
（6）灌注Ⅷ部仰拱二次衬砌及隧底填充。
（7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑拱部和侧墙的二次衬砌Ⅸ部衬砌。拱部、侧墙及仰拱的二次衬砌采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度为60cm，仰拱厚度为70cm。
以上所述的少分部超短台阶法，各分部的前后台阶长度控制在2m~4m，临时支撑一次拆除的长度控制在6m以内，二次衬砌一次施作4～6m，二衬距掌子面距离控制在20m以内。
以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，以本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其特征在于具体施工步骤如下：
（1）首先在进洞施工前，对洞口边仰坡进行开挖防护；
（2）对洞口边仰坡完成施工后，在洞口施作钢筋混凝土导向墙；
（3）以所述钢筋混凝土导向墙为基准，打入长管棚进行超前支护；
（4）隧道进洞浅埋段的拱部在长管棚超前支护的基础上配合型钢钢架施做超前小导管进行支护；
（5）对隧道进洞浅埋段的洞身采用少分部超短台阶法开挖施工，同时加强监控量测，及时施做初期支护和二次衬砌；
（５.１）以隧道洞身每向内推进2m-4ｍ为一循环进尺单元，首先开挖隧道洞身顶部的弧形导坑，向掌子面垂直打入玻璃纤维锚杆，喷混凝土；施作弧形导坑周边初期支护，架设钢架，施作锁脚钢管；
（５.２）接着依次开挖隧道洞身左、右侧的上、下导坑，向掌子面打入玻璃纤维锚杆，喷混凝土，施作导坑周边初期支护，并在左、右侧上导坑拱脚处设置锁脚钢管；
（５.３）然后分台阶开挖中间预留核心土；再开挖隧底、施作初期支护，灌注仰拱二次衬砌及隧底填充；最后拆除临时支撑，施作拱墙二次衬砌；
（５.４）重复步骤（５.１）－（５.３），直到完成隧道洞身的施工。
2.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其特征在于步骤（1）的施工过程为：现场测出边仰坡开挖边缘线，在开挖边缘线5m以外做好截水天沟，随后由上而下分层开挖洞口边仰坡，开挖后立刻进行喷混凝土封闭。
3.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其特征在于步骤（2）的施工过程为：在隧道洞口施作宽2m、厚1m的C35混凝土导向墙，混凝土导向墙施工时，预埋Φ150mm、管壁厚6mm的导向管，环向间距为30cm。
4.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其特征在于步骤（3）的施工过程为：在隧道拱部140°范围内，以预埋的Φ150mm、管壁厚6mm的导向管为基准，打入φ108mm的大管棚进行超前支护，大管棚长40m，管壁厚为5.0mm，环向间距30cm，外插角为1°～3°，注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。
5.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其特征在于步骤（4）的施工过程为：在隧道拱部140°范围内设置φ42mm小导管超前支护，小导管长6m，管壁厚为3.5mm，环向间距30cm，外插角1°～3°，注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆，超前小导管配合钢架使用，每1.8m（3榀）施做一环，纵向搭接长度不小于1m。
6.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道进洞浅埋段的施工方法，其特征在于步骤（5）中，初期支护采用双层钢拱架；锁脚钢管为Ф50mm钢管，管壁厚3.5mm，长度4~4.5m；二次衬砌拱墙及仰拱采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度为60cm，仰拱厚度为70cm。
7.根据权利要求1中所述的一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于各分部的前后台阶长度控制在2m~4m，临时支撑一次拆除的长度控制在6m以内，二次衬砌一次施作4～6m，二衬距掌子面距离控制在20m以内。
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