CN105350973A - 一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其施工步骤包括：1）首先在隧道下穿段前部开挖管棚工作室；2）在管棚工作室施作大管棚超前支护；3）在下穿段隧道拱部施作小导管超前支护；4）在下穿段隧道施工掌子面打入垂直玻璃纤维锚杆进行开挖加固；5）下穿段隧道采用少分部超短台阶法开挖施工，同时加强施工监控量测，及时施做初期支护和二次衬砌。本发明能有效地减小隧道开挖对地面高速公路的影响，加快施工进度，解决了大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工技术难题，确保隧道施工和既有高速公路运营的安全性。

Description

一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法
技术领域
本发明涉及隧道建筑领域，特别是一种下穿高速公路的大跨断面黄土隧道的施工方法。
背景技术
随着铁路建设规模的不断扩大，导致大量新建铁路以隧道形式下穿既有公路。下穿既有公路的隧道施工不可避免地会对地层产生扰动，引起地面产生不同程度的沉降，且大跨断面黄土隧道施工易产生塌方、大变形等施工风险；施工方法不当还会导致隧道上部既有高速公路出现地面开裂、塌陷等危害，影响交通正常运行，易引起严重的安全事故和造成较大经济损失。而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）又不易保证下穿大跨黄土隧道施工安全性和既有高速公路运营的安全性。
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跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，通过该方法可最大限度地减少隧道施工对地面高速公路的影响，确保下穿隧道施工和既有高速公路运营的安全性；同时可加快施工进度，节省工程材料，降低工程造价，解决了大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工技术难题。
本发明解决技术问题所采用的方案是:
本发明提出一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，具体施工步骤如下：
（1）在隧道下穿段的前部开挖管棚工作室，所述管棚工作室比正常隧道洞径扩挖1m；
（2）在管棚工作室施作大管棚超前支护；
（3）隧道下穿段的拱部施作小导管超前支护；
（4）在隧道下穿段的施工掌子面打入垂直玻璃纤维锚杆进行开挖加固；
（5）对隧道下穿段的洞身采用少分部超短台阶法开挖施工，加强施工监控量测，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；接着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（2）的施工过程为：在下穿段隧道拱部150°范围内，一次性打入一环φ159mm大管棚进行超前加强支护，大管棚长120m，管壁厚为9mm，环向间距40cm,外插角为3°，注浆材料为水泥水玻璃双液浆。
本发明中，步骤（3）的施工过程为，在下穿段隧道拱部150°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3°～5°，注浆材料为M20水泥砂浆。超前小导管配合钢架使用，每3m（5榀）施做一环，纵向搭接长度不小于3.0m。
本发明中，步骤（4）的施工过程为，向掌子面垂直打入玻璃纤维锚杆进行加固，玻璃纤维锚杆长12m，玻璃纤维锚杆间距60cm×80cm（水平×竖向），每8m一环，搭接长度4m；注浆材料为纯水泥浆。
本发明中，步骤（5）中，初期支护采用双层钢拱架，喷射混凝土采用钢纤维混凝土；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，步骤（５）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，本发明能有效地减小隧道开挖对地面高速公路的影响，加快施工进度，解决了大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工技术难题，确保隧道施工和既有高速公路运营的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例隧道下穿高速公路平面示意图；
图2是本发明实施例隧道下穿高速公路断面示意图；
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，选取了某客运专线大跨断面黄土铁路隧道下穿高速公路工程（下穿段平面和横断面见附图1~2），并成功应用该施工方法穿越公路，施工主要工序见附图3~8所示。
该大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法的具体步骤为：
步骤一.在隧道下穿段前部（DK206+820~DK206+830段）开挖管棚工作室；在下穿高速公路段开挖施工之前，前期施工中预留长管棚工作室。工作室比正常隧道扩挖1米，以保证后期φ159mm大管棚施工作业空间。
步骤二.在管棚工作室施作大管棚超前支护；在下穿段隧道拱部150°范围内，通过预留的工作室，一次性打入一环φ159mm大管棚进行超前加强支护，大管棚长120m，管壁厚为9mm，环向间距40cm。外插角3°，注浆材料为水泥水玻璃双液浆。大管棚布置示意见附图3。
步骤三.在下穿段隧道拱部施作小导管超前支护；在隧道下穿段的拱部150°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3°~5°。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。超前小导管配合钢架使用，每3m（5榀）施做一环，纵向搭接长度不小于3.0m。小导管布置示意见附图4-5。
步骤四.在隧道下穿段的施工掌子面打入垂直玻璃纤维锚杆进行开挖加固。玻璃纤维锚杆长12m，锚杆间距60cm×80cm（水平×竖向），每8m一环，搭接长度4m。
玻璃纤维锚杆注水泥浆，水灰比1:1。注浆压力为0.5～1.0MPa，由现场试验确定。注浆采用压力与注浆量双重控制：玻纤锚杆当注浆量大于0.326m3，注浆压力大于0.5MPa时可结束注浆；当注浆压力大于1.2MPa，注浆量大于0.009m3时可结束注浆。
步骤五.隧道下穿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，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。再分部施作弧形导坑①的初期支护Ⅰ，即初喷4cm厚钢纤维混凝土，架立钢架，施作Ф50mm、管壁厚3.5mm、长度4.5m的锁脚钢管，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厚钢纤维混凝土，架立钢架，并施作Ф50mm、管壁厚3.5mm、长度4m的锁脚钢管，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厚钢纤维混凝土，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。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 (6)

1.一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于具体施工步骤如下：
（１）在隧道下穿段的前部开挖管棚工作室，所述管棚工作室比正常隧道洞径扩挖1m；
（２）在管棚工作室施作大管棚超前支护；
（３）隧道下穿段的拱部施作小导管超前支护；
（４）在隧道下穿段的施工掌子面打入垂直玻璃纤维锚杆进行开挖加固；
（５）对隧道下穿段的洞身采用少分部超短台阶法开挖施工，加强施工监控量测，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所述的一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于步骤（２）的施工过程为：在下穿段隧道拱部150°范围内，一次性打入一环φ159mm大管棚进行超前加强支护，大管棚长为120m，管壁厚为9mm，环向间距为40cm,外插角为3°，注浆材料为水泥水玻璃双液浆。
3.根据权利要求1所述的一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于步骤（３）的施工过程为：在下穿段隧道拱部150°范围内设置φ42mm小导管超前支护，小导管长为6m，管壁厚为3.5mm，环向间距为30cm，外插角3°～5°，注浆材料为M20水泥砂浆，超前小导管配合钢架使用，每3m（5榀）施做一环，纵向搭接长度不小于3.0m。
4.根据权利要求1所述的一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于步骤（４）的施工过程为：向掌子面垂直打入玻璃纤维锚杆进行加固，玻璃纤维锚杆长12m，玻璃纤维锚杆间距60cm×80cm（水平×竖向），每8m一环，搭接长度4m；注浆材料为纯水泥浆。
5.根据权利要求1所述的一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于步骤（５）中，初期支护采用双层钢拱架，喷射混凝土采用钢纤维混凝土；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。
6.根据权利要求1所述的一种大跨断面黄土隧道下穿高速公路的施工方法，其特征在于步骤（５）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。
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