CN105507906A - 一种含无覆土段隧道的施工方法 - Google Patents

一种含无覆土段隧道的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含无覆土段隧道的施工方法,包括在同一隧道段的径向上依次施做超前中管棚支护、初支及二衬,所述隧道沿其开挖方向由后至前依次包括第一中管棚常规段、第一中管棚加密段、位于原施工设计中两个明暗交界处之间的无覆土段、第二中管棚加密段及第二中管棚常规段,且两个中管棚加密段的轴向长度均为0.5-2倍的隧道洞径,在所述第一中管棚加密段或无覆土段的拱顶部还设置有连通外界与所述隧道内部的天窗,以便后续施工人员、设备以及材料的运输。本发明提供的一种含无覆土段隧道的施工方法,可在保证施工安全的前提下,实现无覆土段隧道的迅速施工,缩短施工工期、降低工程成本,并减少对周边环境的影响。

Description

一种含无覆土段隧道的施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道施工工程技术领域,具体地,涉及一种适用于复杂地形下含无覆 土段的隧道的施工方法。

背景技术

[0002] 隧道是人类利用地下空间的一种形式,随着道路交通的快速发展,人们需要面对 穿山越岭的情况越来越多,在隧道修建过程中遇到的工程地质地形情况也越来越复杂,尤 其是在河谷冲沟等低洼地段,按照正常的施工设计,隧道往往在通过该地段时会出现洞顶 覆土厚度过浅甚至无覆土的情况。针对该种工况,传统的施工措施是采用明挖法,将整个低 洼地段完全挖开后再修建隧道结构,最后将露天开挖出的明洞与埋设在覆土下的暗洞连接 起来,相当于完成了一次出洞和进洞作业。整个施工过程包括出洞及进洞端仰坡开挖和支 护、进洞洞口支护等,同时为了方便大型施工设备及人员、材料运输还需修筑施工便道以及 圬工,不仅工程量大、施工工期长、投资成本高,还会因开挖仰坡对周边环境和植被造成不 必要的影响和破坏。

[0003] 现有发明专利CN201410770708公开了一种超无埋地段隧道施工方法,其包括如下 步骤:沿隧道开挖轮廓线的外侧间隔设置多根超前大中管棚,所述超前大中管棚沿隧道开 挖轮廓线呈设定角度倾斜设置;在相邻的所述超前大中管棚之间设置超前中中管棚,所述 超前中中管棚沿隧道开挖轮廓线呈设定角度倾斜设置;在所述超前大中管棚和超前中中管 棚的超前支护下,弱爆破开挖上台阶,在上台阶的上开挖面上施作初喷混凝土;在所述上台 阶的上开挖面上铺设钢筋网,架设上台阶钢架,在上台阶钢架的拱脚处施作锁脚锚管,在上 台阶钢架上喷混凝土,待混凝土凝固后施作径向锚杆并注浆。该发明主要是应用于无埋于 强风化构造带岩体中的隧道施工,因为该类型的岩体富有裂隙且极易破碎,容易引起土石 的坍塌从而对整个隧道的修建带来隐患,需要对隧道整体进行加固,但是对因地形地势变 化而形成的无覆土段隧道,由于其距离短、位置分散、且离覆土表层极近,不满足施做中管 棚的条件,无法适用上述发明。

发明内容

[0004] 为克服现有技术中工期长、成本高、环境影响大的技术问题,本发明提供一种含无 覆土段隧道的施工方法,可在保证施工安全的前提下,实现隧道迅速通过无覆土段,缩短施 工工期、降低工程成本,并减少对周边环境的影响。

[0005] -种含无覆土段隧道的施工方法,包括在同一隧道段的径向上依次施做超前中管 棚支护、初支及二衬,且所述隧道沿其开挖方向由后至前依次包括第一中管棚常规段、第一 中管棚加密段、位于原施工设计中两个明暗交界处之间的无覆土段、第二中管棚加密段及 第二中管棚常规段;其中,两个中管棚常规段均采用原施工规定的密度施做所述超前中管 棚支护,而两个中管棚加密段则采用高于两个中管棚常规段的密度施做所述超前中管棚支 护,且在所述第一中管棚加密段或无覆土段的拱顶部还设置有连通外界与所述隧道内部的 天窗,以便后续施工人员、设备以及材料的运输。

[0006] 上述施工方法具体包括如下步骤:

[0007] 1)所述隧道正常开挖,在其径向上采用原施工规定的密度连续施做所述超前中管 棚支护,使得在所述无覆土段的后方形成第一中管棚常规段;

[0008] 2)当所述隧道开挖至接近所述无覆土段时,将其径向上的超前中管棚支护改换用 高于原施工规定的密度继续施做,使得所述无覆土段和所述第一中管棚常规段间形成第一 中管棚加密段;

[0009] 3)当所述隧道开挖至原设计后端的明暗交界处时,停止施做位于其拱顶部的所述 超前中管棚支护,且在所述第一中管棚加密段或无覆土段的拱顶部还施做有连通外界与所 述隧道内部的天窗,以便后续施工人员、设备以及材料的运输;

[0010] 4)当所述隧道开挖至原设计前端的明暗交界处时,采用高于原施工规定的密度对 其整体施做所述超前中管棚支护,使得在所述无覆土段的前方形成第二中管棚加密段;

[0011] 5)随着所述隧道的继续开挖,将其径向上的超前中管棚支护改换为原施工规定的 密度继续施做,使得在所述第二中管棚加密段的前方形成第二中管棚常规段;

[0012] 6)在整个隧道的开挖过程中,随着掌子面的推进,需及时对所述隧道的内壁施做 初支及二衬;

[0013] 7)在所述无覆土段的上方回填土石,修筑地表排水系统并恢复周围生态。

[0014] 本发明中所述掌子面为本领域技术人员熟知的术语,即隧道开挖时不断向前推进 的工作面,所述明暗交界处也为本领域技术人员熟知的术语,即采用明挖法开挖的隧道与 采用暗挖法开挖的隧道的交界处,两个明暗交界处之间为无覆土段,一般该段隧道的覆土 的平均厚度小于待修建隧道的0.5倍洞径。

[0015] 在本发明中,所述第一中管棚加密段和第二中管棚加密段的轴向长度均为0.5-2 倍的隧道洞径,优选地,所述第一中管棚加密段和第二中管棚加密段的轴向长度均为1倍的 隧道洞径。

[0016] 在本发明中,所述超前中管棚支护在两个中管棚加密段中的施做密度为其在两个 中管棚常规段中施做密度的大于1倍至小于等于1.5倍,优选地,所述超前中管棚支护在两 个中管棚加密段中的施做密度为其在两个中管棚常规段中施做密度的1.2倍。

[0017] 在本发明中,所述无覆土段的两侧边墙可以选择施做或不施做超前中管棚支护, 若选择施做,则根据本发明的一个优选实施例,所述超前中管棚支护的施做密度与其在所 述中管棚加密段的施做密度保持一致。

[0018] 根据本发明的一个优选实施例,位于两个中管棚加密段及两个中管棚常规段中的 超前中管棚支护,在隧道的拱顶及两侧边墙上呈120° -180°弧形范围内施做。

[0019]根据本发明的一个优选实施例,所述天窗的横截面尺寸范围为1.2-1.8mX 1.8-2.4m〇

[0020] 本发明中提到初支及二衬可对隧道内壁起到加固支撑的作用,其具体施工步骤如 下:

[0021] 1)施做好所述超前中管棚支护后,将隧道掌子面开挖推进一段距离,并及时用喷 射混凝土层对掌子面进行封闭;

[0022] 2)施做初支,在所述隧道的内壁上先后施做钢拱架和钢筋网片,并用喷射混凝土 层对其进行封闭,然后沿隧道的轮廓线径向打入锚杆,并往所述锚杆内灌入砂浆,使开挖的 隧道加固成型;

[0023] 3)施做二衬,即在围岩变形稳定、初支完全受力的情况下,再对隧道内壁环设一层 混凝土衬砌。

[0024] 4)挖开封闭的掌子面并将其继续向前推进,重复上述步骤。

[0025] 为了确保所述锚杆和所述超前中管棚支护在施做时不会相互干扰,二者间采用交 错插空设置,能对覆土层起到更好的加固效果。另外,在对所述无覆土段施做初支时,位于 其拱顶部的锚杆可根据覆土的厚度选择性施做。

[0026]根据本发明的一个优选实施例,所述钢拱架采用I20a型工字钢,且其纵向间距不 大于60cm〇

[0027] 根据本发明的一个优选实施例,所述喷射混凝土层的厚度至少为25cm。

[0028] 本发明提供的技术方案具有如下有益效果:本发明改"明挖"方式为"暗挖+天窗" 方式,无需占用大量土地进行便道修筑、仰坡开挖和边坡防护处理,避免了对隧址周边的地 层造成大开大合的扰动,节省了施工量,缩短了工期,节约了投资成本。同时,该方法还能避 免对地表植被造成破坏,达到人、工程、环境的和谐统一,尤其在生态脆弱的地区具有极大 的经济和生态价值。

附图说明

[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本 领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的 附图,其中:

[0030]图1是采用本发明提供的含无覆土段隧道的施工方法的一种实施例的纵断面结构 图;

[0031]图2是图1中A-A的横断面结构图;

[0032]图3是图1中B-B的横断面结构图;

[0033]图4是图1中C处隧道内壁的结构放大图;

[0034]图中:01覆土层;1超前中管棚支护,2初支,3二衬,4天窗,5隧道;21钢拱架,22钢筋 网片,23喷射混凝土层,24锚杆;51第一中管棚常规段,52第一中管棚加密段,53无覆土段, 531明暗交界处,54第一中管棚加密段,55第一中管棚常规段。

具体实施方式

[0035]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例,都属于本发明保护的范围。

[0036]在修建贵州省盘县至兴义段高速公路的过程中,因线路规划原因其小寨隧道的部 分洞身需要通过低洼地区的无覆土段,该段地质地形复杂,开挖土层及修筑施工便道极其 困难,故而采用本发明提供的施工方法。

[0037] 请一并参阅图1、图2、图3和图4,其中图1为采用本发明提供的含无覆土段隧道的 施工方法的一种实施例的纵断面结构图,图2为图1中A-A的横断面结构图,图3为图1中B-B 的横断面结构图,图4为图1中C处隧道内壁的结构放大图。该实施例的具体施工步骤如下:

[0038] 1)所述隧道5在开挖过程中按照原施工规定的密度连续施做超前中管棚支护1,使 得在所述无覆土段53的后方形成第一中管棚常规段51,所述超前中管棚的直径为76mm,长 度为12m,环相间距为45cm,其与隧道轴向间的夹角为10°-15°,且沿隧道轮廓线在拱顶部及 两侧边墙上呈180°弧形施做;

[0039] 2)当开挖至距离原设计后端的明暗交界处531-倍洞径距离时,将所述超前中管 棚支护1的环相间距由45cm改为35cm以增加其施做密度,使得所述无覆土段53和所述第一 中管棚常规段51间形成第一中管棚加密段52;

[0040] 3)当开挖至位于后端的明暗交界处531时,所述超前中管棚支护1停止施做其位于 拱顶部的部分,而位于两侧边墙的部分则保持35cm的环相间距继续施做,在所述第一中管 棚加密段52与所述无覆土段53的拱顶交界处设置天窗4,以便运送小型机具设备、人员和材 料,用于施做该段隧道的洞顶土石回填、地表排水系统以及地表生态恢复等工程,且所述天 窗4的横截面大小为1.2mX1.8m;

[0041] 4)当开挖至原设计前端的明暗交界处351时,沿隧道轮廓线呈180°连续施做所述 超前中管棚支护1,且保持其环相间距为35cm,使得在所述无覆土段53的前方形成第二中管 棚加密段54;

[0042] 5)当开挖至超过原设计前端的明暗交界处531-倍洞径距离时,将所述超前中管 棚支护1的环相间距由35cm恢复为原来的45cm,使得在所述第二中管棚加密段54的前方形 成第二中管棚常规段55;

[0043] 6)在整个隧道5的开挖过程中,随着掌子面的推进,需及时对所述隧道5的内壁施 做初支2及二衬3;

[0044] 7)在所述无覆土段53的上方回填土石,修筑地表排水系统并喷播植草恢复周围生 ίέτ O

[0045] 其中施做所述初支2及二衬3的具体步骤如下:

[0046] 1)施做好所述超前中管棚支护1后,将隧道掌子面开挖推进一段距离,并及时用喷 射混凝土层23对掌子面进行封闭;

[0047] 2)施做初支,在所述隧道5的拱顶和两侧边墙处铺设钢拱架21和钢筋网片22,所述 钢拱架21采用I20a型工字钢且纵向间距为45cm,所述钢筋网片22采用直径为8mm的钢筋铺 设成25cmX25cm的网状结构,然后对隧道内壁喷射混凝土,且所述喷射混凝土层23的厚度 不小于25cm;

[0048] 3)沿隧道的轮廓线径向打入锚杆24使开挖的隧道加固成型,所述锚杆24为直径 25mm、长度3.5m的中空锚杆,其内部灌入砂浆,且环向间距为60cm、纵向间距为120cm,在所 述无覆土段5内,所述锚杆24只施做位于隧道两侧边墙的部分,而拱顶部分因为覆土过浅则 不做;

[0049] 4)施做二衬,在围岩变形稳定、初支完全受力的情况下,再对所述隧道5的内壁环 设一层混凝土衬砌;

[0050] 5)挖开封闭的掌子面并继续向前推进,重复上述步骤。

[0051]为了确保所述锚杆24和所述加密中管棚支护1在施做时不会相互干扰,二者间采 用交错插空设置,能对覆土层起到更好的加固效果。

[0052]本实施例不仅避免了对地表植被的破坏,维护了当地生态环境,还由于不用修筑 便道、开挖仰坡及对边坡进行防护处理,大大节省了工程量,对比"明挖"法,节约施工成本 约120万元,缩短施工工期16天,二者的具体数据见下表。

Figure CN105507906AD00081

[0055]以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利保护范围,凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,直接或间接运用在其它相关的 技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1. 一种含无覆土段隧道的施工方法,其特征在于,包括在同一隧道段的径向上依次施 做超前中管棚支护(1)、初支(2)及二衬(3),且所述隧道(5)沿其开挖方向由后至前依次包 括第一中管棚常规段(51)、第一中管棚加密段(52)、位于原施工设计中两个明暗交界处 (531)之间的无覆土段(53)、第二中管棚加密段(54)及第二中管棚常规段(55);其中,两个 中管棚常规段均采用原施工规定的密度施做所述超前中管棚支护(1),而两个中管棚加密 段则采用高于两个中管棚常规段的密度施做所述超前中管棚支护(1),且在所述第一中管 棚加密段(52)或无覆土段(53)的拱顶部还设置有连通外界与所述隧道(5)内部的天窗(4), 以便后续施工人员、设备以及材料的运输。
2. 根据权利要求1所述的施工方法,其特征在于,包括如下步骤: 1) 所述隧道(5)正常开挖,在其径向上采用原施工规定的密度连续施做所述超前中管 棚支护(1),使得在所述无覆土段(53)的后方形成第一中管棚常规段(51); 2) 当所述隧道(5)开挖至接近所述无覆土段(53)时,将其径向上的超前中管棚支护(1) 改换用高于原施工规定的密度继续施做,使得所述无覆土段(53)和所述第一中管棚常规段 (51)间形成第一中管棚加密段(52); 3) 当所述隧道(5)开挖至原设计后端的明暗交界处(531)时,停止施做位于其拱顶部的 所述超前中管棚支护(1),且在所述第一中管棚加密段(52)或无覆土段(53)的拱顶部还施 做有连通外界与所述隧道(5)内部的天窗(4),以便输送施工人员及设备施做防水排水措 施; 4) 当所述隧道(5)开挖至原设计前端的明暗交界处(531)时,采用高于原施工规定的密 度对其整体施做所述超前中管棚支护(1),使得在所述无覆土段(53)的前方形成第二中管 棚加密段(54); 5) 随着所述隧道(5)的继续开挖,将其径向上的超前中管棚支护(1)改换为原施工规定 的密度继续施做,使得在所述第二中管棚加密段(54)的前方形成第二中管棚常规段(55); 6) 在整个隧道的开挖过程中,随着掌子面的推进,需及时对所述隧道(5)的内壁施做初 支(2)及二衬(3); 7) 在所述无覆土段(53)的上方回填土石,修筑排水系统并恢复生态。
3. 根据权利要求1所述的施工方法,其特征在于,所述超前中管棚支护(1)在两个中管 棚加密段中的施做密度为其在两个中管棚常规段中施做密度的大于1倍至小于等于1.5倍。
4. 根据权利要求1所述的施工方法,其特征在于,所述第一中管棚加密段(52)和第二中 管棚加密段(54)的轴向长度均为0.5-2倍的隧道洞径。
5. 根据权利要求4所述的施工方法,其特征在于,所述第一中管棚加密段(52)和第二中 管棚加密段(54)的轴向长度均为1倍的隧道洞径。
6. 根据权利要求2所述的施工方法,其特征在于,位于两个中管棚加密段及两个中管棚 常规段中的超前中管棚支护(1),在隧道的拱顶及两侧边墙上呈120°-180°弧形范围内施 做。
7. 根据权利要求6所述的施工方法,其特征在于,所述无覆土段(53)的两侧边墙采用原 施工规定密度、或采用高于原施工规定密度、或不施做超前中管棚支护(1)。
8. 根据权利要求1所述的施工方法,其特征在于,所述初支(2)包括对隧道内壁起到加 固支撑作用的钢拱架(21)、钢筋网片(22)、喷射混凝土层(23)和锚杆(24)。
9. 根据权利要求8所述的施工方法,其特征在于,所述钢拱架(21)采用I20a型工字钢, 其纵向间距不大于60cm〇
10. 根据权利要求9所述的施工方法,其特征在于,所述喷射混凝土层(23)的厚度至少 为25cm〇
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