CN105525619A - 一种富水地层暗挖隧道咬合管幕及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种富水地层暗挖隧道咬合管幕，包括沿隧道开挖轮廓线水平设置咬合管幕，所述咬合管幕包括间隔跳孔设置的粘土水泥咬合桩和咬合设置于相邻粘土水泥桩之间的钢管混凝土咬合桩。本发明还公开了一种富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，包括以下步骤：沿隧道开挖轮廓线跳孔水平施工粘土水泥咬合桩；在相邻粘土水泥咬合桩之间施工钢管混凝土咬合桩；分部开挖隧道断面，架立隧道主体支护钢架。本发明通过设置在隧道开挖轮廓线外的咬合管幕与施工横通道侧壁止浆墙一起，形成一个箱型的止水帷幕体，从而实现隧道开挖断面止水效果；咬合管幕与隧道主体支护钢架一起形成支护体系，其较强的支护承载力能够实现有效控制地层变形的技术效果。

Description

一种富水地层暗挖隧道咬合管幕及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体的涉及一种富水地层暗挖隧道咬合管幕及其施工方法。

背景技术

目前浅埋暗挖工法（PBA法、分部开挖法等）在工艺上均以无水条件作为实施前提。在地铁建设等没有降水条件的现场施工时，一般采用了大量注浆加固洞室周边土体形成隔水层的方式，来实现地下结构的开挖作业。该注浆止水工艺存在缺点是：隔水需要一个相对严格封闭的隔障物，以防止地下水见孔即入的特性，但土体注浆的不确定性使其无法精确控制，操作中就只能在规模上放大，增大注浆加固范围，导致较大浪费；大量的地层注浆，往往对周边地下构筑物带来意外伤害；大量的注浆（包括添加剂）带来一定的地层特性变质及一定的地下水污染；注浆工艺操作独立于开挖操作，需单独的设备和额外的工序环节，尤其是在卵石地层钻注浆孔效率极低，导致施工进度极慢；注浆堵水效果难以保证，特别是在高承压水地层和砂卵石地层，注浆堵水往往难以达到预期效果。

意大利等国家发展的“CAM”、“NTR”（新管幕法）等即为意大利首次使用、韩国改良后的一种构筑地下空间的方法。该工法主要思路：在地下空间拱顶及边墙结构部位打设密排布置的钢管，以钢管作为施工空间，通过对管壁的支撑、切割、焊接等工序，形成一个可以给顶拱结构提供绑筋、混凝土浇筑的钢壳空间，待顶拱及侧墙完成后，再进行内部空间土体的开挖。该工法主要优点为：施工对周围环境影响很小，地面沉降很小，在做好管片外注浆堵水的条件下，可有效减少地下水对主体土方开挖的影响；主要缺点为：造价较高，另该方法在直径2m的管幕中进行大量的切割、焊接、封闭、支模、绑紧、浇筑等工序，现场作业条件及工作环境较差，施工进度慢。

此外，随着城市的发展，地下工程的埋置深度越来越大，部分地下工程深度已达36m，有的甚至进入地下承压水区域。由于城市地下水保护要求越来越严格，在修建地下工程时，降水方式将不被允许，在富水地层且不允许降水的条件下，以降水为前提的暗挖法将不再适用。

如前所述，城市的实际需求和国外的发展经验表明，地下工程向深埋方向发展是必然的趋势，埋深加大将对传统设计和施工方法提出了新的挑战，其中有效控制地下水是深埋地铁工程解决的首要问题。因此，有必要提供一种可靠的富水地层暗挖大断面隧道咬合管幕及施工方法，使得暗挖施工无需地面降水，就可以保证在无水空间内进行暗挖施工。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种富水地层暗挖隧道咬合管幕及其施工方法，本发明能够实现在隧道暗挖施工时，无需地面降水便可保证施工的无水条件，同时本发明还能实现隧道施工的超前支护作用，有效控制地层变形。

本发明的发明目的主要通过以下技术方案实现：

一种富水地层暗挖隧道咬合管幕，包括沿隧道开挖轮廓线水平设置咬合管幕，所述咬合管幕包括间隔跳孔设置的粘土水泥咬合桩和咬合设置于相邻粘土水泥桩之间的钢管混凝土咬合桩。

本发明无需对施工地面降水处理，通过设置在隧道开挖轮廓线外的咬合管幕与施工横通道侧壁止浆墙一起，形成一个箱型的止水帷幕体，从而实现隧道开挖断面止水的技术效果。此外，咬合管幕与隧道主体支护钢架一起形成强有力的支护体系，其较强的支护承载力能够实现有效控制地层变形的技术效果。

进一步的，上述富水地层暗挖隧道咬合管幕还包括水平超前小导管，所述水平超前小导管咬合设置于相邻粘土水泥咬合桩和钢管混凝土咬合桩外侧咬合部位。在粘土水泥咬合桩及钢管混凝土咬合桩施工完成后，尤其是咬合幕只有单环时，利用超前小导管补充注浆，以处理咬合处可能出现的冷缝，从面保证咬合管幕的止水效果。

进一步的，沿所述咬合管幕外轮廓线咬合设置一层或多层粘土水泥咬合桩，根据隧道施工地层实际情况，合理设置咬合管幕环数，以保证暗挖隧道施工的无水条件。

一种富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：沿隧道开挖轮廓线跳孔水平施工粘土水泥咬合桩；

步骤2：在相邻粘土水泥咬合桩之间施工钢管混凝土咬合桩，钢管混凝土咬合桩与粘土水泥咬合桩之间咬合；

步骤3：疏干隧道内地下水，分部开挖隧道断面，架立隧道主体支护钢架，喷射混凝土，跟进二次衬砌。

采用上述施工方法，使隧道开挖轮廓线外的咬合管幕与施工横通道侧壁止浆墙一起，形成一个箱型的止水帷幕体，从而实现隧道开挖断面止水的技术效果。此外，开挖过程中，止水管幕与隧道主体支护钢架一起，形成强有力的支护体系，不仅有较强的支护承载能力，也有可靠的封闭堵水效果。在实现封装止水的同时，还有效控制地层变形。

钢筋混凝土咬合桩具有较高的承载强度，止水性能较好，但相对粘土水泥咬合桩而言成本较高。而粘土水泥咬合桩可以因地取材，以水泥、粘土和水为主要原料，必要时可掺加少量细砂和固化剂，通过试验确定最佳配合比，经搅拌机现场拌制形成粘土水泥浆。一般情况下，粘土水泥浆可不掺加缓凝剂，无需调节凝结时间，就可满足咬合桩施工时序要求，且粘土水泥浆强度低，骨料粒径小，搭接部位成孔阻力小，咬合面搭接性能及成型质量较好，节约了工程造价，降低了施工难度。因此在只需设置单环止水管幕时，或在隧道拱部等承载力较大部位，将粘土水泥咬合桩和钢筋混凝土咬合桩配合使用，即提高了止水帷幕的支护能力，又降低施工成本。

进一步的，在上述步骤2完成以后，利用超前水平小导管对粘土水泥咬合桩和钢管混凝土咬合桩咬合部位补浆，以处理咬合处可能出现的冷缝，尤其是当只有单环止水管幕时，为保证较好的止水效果，应当利用超前小导管对咬合处补浆。

进一步的，在上述步骤2完成后，沿粘土水泥咬合桩和钢管混凝土咬合桩形成的咬合桩层外轮廓线施工一环或多环粘土水泥咬合桩，各咬合桩环相互咬合，共同形成咬合管幕。根据隧道施工地层实际情况，合理设置咬合管幕环数，从而保证暗挖隧道施工的无水条件。

进一步的，上述粘土水泥咬合桩和／或钢管混凝土咬合桩施工包括以下步骤：

步骤A：以间隔跳孔方式跟管钻孔，孔内套管护壁；

步骤B：向孔内灌注粘土水泥浆，灌浆的同时拔出套管，形成止水咬合桩；

步骤C：在已初凝的止水咬合桩之间以间隔跳孔方式跟管钻孔，孔内套管护壁；

步骤D：向步骤C中钻进的孔内灌注钢管混凝土或粘土水泥浆，灌浆的同时拔出套管，形成钢粘土水泥咬合桩或管混凝土咬合桩。

在硬岩或卵砾石层中施工时，可以采用孔底马达或刚性钻杆带动钻头回转钻进成孔，实现在含水层中长距离成孔。实施步骤C时注意已浇筑粘土水泥咬合桩的初凝时间，时间过长不易与新止水咬合桩密切咬合，时间过短则钻机会对粘土水泥咬合桩造成破坏，还有可能出现粘土水泥浆进出钢筋混凝土咬合桩桩孔内，影响钢筋混凝土咬合桩的成型质量。

进一步的，上述跟管钻孔时采用水平定向钻进技术，通过导航仪实现钻头位置和钻孔轨迹的精准测量，防止偏孔，从而保障成桩精度。

进一步的，在上述跟管钻孔时可根据实际需要设置导向管、止浆墙和孔口堵水措施，以保证止水咬合桩具备较好的成桩精度和成型质量。

本发明的有益效果：

本发明无需对施工地面降水处理，通过设置在隧道开挖轮廓线外的咬合管幕与施工横通道侧壁止浆墙一起，形成一个箱型的止水帷幕体，从而实现隧道开挖断面止水的技术效果。此外，咬合管幕与隧道主体支护钢架一起形成强有力的支护体系，其较强的支护承载力能够实现有效控制地层变形的技术效果。

附图说明

附图1为本发明一种实施方式中单环咬合管幕横剖面示意图；

附图2为本发明一种实施方式中单环咬合管幕纵剖面示意图

附图3为本发明一种实施方式中两环咬合管幕横剖面示意图；

附图4为本发明一种实施方式中两环咬合管幕横剖面示意图；

附图5为本发明一种实施方式中两环咬合管幕纵剖面示意图；

图中：1-咬合管幕，2-粘土水泥咬合桩，3-钢筋混凝土咬合桩，4-超前小导管，5-隧道主体支护钢架，6-施工横通道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1、图2所示，一种富水地层暗挖隧道咬合管幕，包括沿隧道开挖轮廓线以间隔跳孔方式水平设置粘土水泥咬合桩2、咬合设置于相邻粘土水泥桩2之间的钢管混凝土咬合桩3，还包括水平咬合设置于相邻粘土水泥咬合桩2和钢管混凝土咬合桩3外侧咬合部位的超前小导管4，三者共同构成咬合管幕1。

上述富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工步骤包括：

步骤1：沿隧道开挖轮廓线外侧，采用全套管钻机以间隔跳孔方式跟管钻孔，孔内套管护壁，必要时水平定向钻进技术，通过导航仪实现钻头位置和钻孔轨迹测量，在硬岩或卵砾石层中施工可以采用孔底马达或刚性钻杆带动钻头回转钻进成孔，实现在含水层中长距离成孔，保证成桩精度。钻机水平钻进时需设置导向管、止浆墙和孔口堵水措施；

步骤2：利用导管向孔内灌注粘土水泥浆，灌浆的同时拔出套管，形成粘土水泥咬合桩2；

步骤3：在已初凝的粘土水泥咬合桩2之间采用与步骤1相同的方式钻孔；

步骤4：利用导管向步骤3完成的孔内灌注钢筋混凝土，灌浆的同时拔出套管，形成与粘土水泥桩2相互咬合的钢筋混凝土咬合桩3，咬合桩的直径、咬合厚度和长度根据围岩稳定性、地下水情况、隧道埋深和现场施工条件等因素计算；

步骤5：在粘土水泥咬合桩2和钢管混凝土咬合桩3咬合部位打入超前小导管4，利用超前小导管4对粘土水泥咬合桩2和钢管混凝土咬合桩3咬合部位补浆，以处理咬合处可能出现的冷缝，保证止水效果。

步骤5：疏干隧道内地下水，分部开挖隧道断面，架立隧道主体支护钢架5，喷射混凝土，跟进二次衬砌。

本发明无需对施工地面降水处理，通过在隧道开挖轮廓线外施工的咬合管幕1与施工横通道6侧壁的止浆墙一起，形成一个箱型的止水帷幕体，从而实现隧道开挖断面止水的技术效果。此外，咬合管幕1与隧道主体支护钢架6一起形成强有力的支护体系，其较强的支护承载力能够实现有效控制地层变形的技术效果。利用超前小导管4补充注浆，以处理咬合处可能出现的冷缝，从面保证咬合管幕1的止水效果。

此外，钢筋混凝土咬合桩3具有较高的承载强度，止水性能较好，但相对粘土水泥咬合桩2而言成本较高。而粘土水泥咬合桩2可以因地取材，以水泥、粘土和水为主要原料，必要时可掺加少量细砂和固化剂，通过试验确定最佳配合比，经搅拌机现场拌制形成粘土水泥浆。一般情况下，粘土水泥浆可不掺加缓凝剂，无需调节凝结时间，就可满足咬合桩施工时序要求，且粘土水泥浆强度低，骨料粒径小，搭接部位成孔阻力小，咬合面搭接性能及成型质量较好，节约了工程造价，降低了施工难度。因此在只需设置单环止水管幕时，将粘土水泥咬合桩2和钢筋混凝土咬合桩3配合使用，即提高了止水帷幕的支护能力，又降低施工成本。

实施例2：

如图3、图4、图5所示，在实施例1的基础上，无需用超前小导管4补浆，而是在第一环咬合管幕1基础上再设置一层全部由粘土水泥咬合桩2组成的咬合幕1，第二环咬合管幕1施工时间根据第一环咬合幕1初凝时间而定，其余施工方式及要点与实施例1相同。

本发明可根据不同施工地层的围岩稳定性、地下水情况、隧道埋深等因素综合考虑，灵活设计咬合管幕的环数，使其能够保证暗挖隧道无水施工条件的同时，又能够提高施工效率，节约施工成本。因此，本发明在隧道施工技术领域，尤其是在富水地层暗探隧道施工中，具有较强的适用性，以及较好的经济效益。

如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (9)

1.一种富水地层暗挖隧道咬合管幕，其特征在于：沿隧道开挖轮廓线水平设置咬合管幕，所述咬合管幕包括间隔跳孔设置的粘土水泥咬合桩和咬合设置于相邻粘土水泥桩之间的钢管混凝土咬合桩。

2.根据权利要求1所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕，其特征在于：还包括水平超前小导管，所述水平超前小导管咬合设置于相邻粘土水泥咬合桩和钢管混凝土咬合桩外侧咬合部位。

3.根据权利要求1所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕，其特征在于：沿所述咬合管幕外轮廓线咬合设置一环或多环粘土水泥咬合桩。

4.一种富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：沿隧道开挖轮廓线跳孔水平施工粘土水泥咬合桩；

步骤2：在相邻粘土水泥咬合桩之间施工钢管混凝土咬合桩，钢管混凝土咬合桩与粘土水泥咬合桩之间咬合；

步骤3：疏干隧道内地下水，分部开挖隧道断面，架立隧道主体支护钢架，喷射混凝土，跟进二次衬砌。

5.根据权利要求4所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，其特征在于：在所述步骤2完成后，利用超前水平小导管对粘土水泥咬合桩和钢管混凝土咬合桩咬合部位补浆。

6.根据权利要求4所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，其特征在于，在所述步骤2完成后，沿已经初凝的粘土水泥咬合桩和钢管混凝土桩外轮廓线施工一环或多环粘土水泥咬合桩。

7.根据权利要求5～6任一项所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，其特征在于，施工粘土水泥咬合桩和／或钢管混凝土咬合桩包括以下步骤：

步骤A：以间隔跳孔方式跟管钻孔，孔内套管护壁；

步骤B：向孔内灌注粘土水泥浆，灌浆的同时拔出套管，形成止水咬合桩；

步骤C：在已初凝的止水咬合桩之间以间隔跳孔方式跟管钻孔，孔内套管护壁；

步骤D：向步骤C中钻进的孔内灌注钢管混凝土或粘土水泥浆，灌浆的同时拔出套管，形成钢粘土水泥咬合桩或管混凝土咬合桩。

8.根据权利要求7所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，其特征在于：所述跟管钻孔时采用水平定向钻进技术。

9.根据权利要求7所述的富水地层暗挖隧道咬合管幕的施工方法，其特征在于：所述跟管钻孔时设置导向管、止浆墙和孔口堵水措施。