CN105863653A - 一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法 - Google Patents

一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，包括如下步骤，根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面；然后进行钻裂岩石施工。本发明工艺过程合理，钻胀岩石产生的噪音以及震动都很小，对隧洞上部软土的临时支护影响极小，且具有安全性；钻胀岩层开挖边线明确，施工质量好，开挖效果好，经济性上更优；还具有施工过程安排合理、安全可靠、节省工期、提高了工效、加快了施工速度快、节约成本等特点。

Description

一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法
技术领域：
本发明涉及隧洞施工技术领域，尤其涉及一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法。
背景技术：
开挖隧洞会遇到各种不同地质条件，如软土隧洞施工时遇到岩石出露的地质条件，如何确保这种复杂地质条件下施工时洞室的稳定性就显得非常重要。现有施工技术中，大多地质条件相对单一，要么是软土层地质条件，要么是岩石地质条件，可以分别采取相应的施工方法。岩石部分的开挖传统上是采取爆破施工方法，爆破施工产生的振动波对软土部分洞室的稳定影响巨大。因此，软土隧洞中岩石出露时的施工必须采取一些特殊的措施。
现有技术在土层中采用钢拱架、锁脚锚杆、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土支护等多种措施，这些措施在软土隧洞中可以确保洞室的安全稳定，但是，若出现岩石时使用爆破法开挖，这些措施就难以确保洞室安全，如下所述：
方法1：出现岩石时采取爆破开挖方法，同时对软土部位的洞室进行加固处理。使用现有方法，爆破产生的振动波对软土部分的支护结构影响较大，有可能产生支护结构开裂、脱落、顶拱下沉、已支护结构向洞内侧产生较大位移和变形等，洞室有失去稳定的可能性。为避免出现这些问题，对软土部分的洞室支护结构除了按常规施工外，还要单独进行加固处理，势必增大支护措施经费。
方法2：静态爆破：静态爆破开挖方法也可以开挖岩石，但静态爆破开挖方法速度慢，开挖效果不理想，特别是对于有隧洞轮廓边线要求的隧洞工程，使用静态爆破难以控制隧洞轮廓边线。
发明内容：
为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，施工安排合理，安全可靠，提高了工效，节约了成本。
本发明的技术方案如下：
软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）、根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面，施工时，在现场量测软土断面大小，根据现场量取尺寸加工钢拱架，钢拱架底脚到达岩石面；对已开挖的软土断面采取加强措施，在钢拱架底脚处增设锁脚锚杆，顶拱增设拱顶锚杆；沿着钢拱架内壁进行混凝土喷敷，混凝土喷敷面喷敷至岩土结合面处；
2）、钻裂岩石施工，具体如下：
①、测量放样：
根据设计轴线和现场控制点坐标，采用全站仪测放隧洞中心线及开挖线，用油漆做好标记；
②、安装定位杆及固定支座：
水磨钻机机架起定位及导向作用，初始断面钻孔采用固定支架，在已开挖的隧洞内采用固定支座和水磨钻定位杆、可调节的导向支架；安装定位杆前，先在岩面上确定出定位孔，先用小型岩石打孔机钻Φ45~55mm孔，钻孔深度为5~7cm，将水磨钻机定位杆插入孔内固定；根据胀裂孔与定位孔确定固定支座及导向支架尺寸，在已开挖的隧洞两侧岩壁上凿孔，安装连接件连接横向固定支座；
③、安装异轴水磨钻机及定位支架：
水磨钻机与定位杆连成整体，水磨钻机可以围绕定位杆转动，在定位杆及横向固定支座安装好后即安装可调节的定位支架，定位支架实际是两根活动支腿；水磨钻机电机轴与钻杆不同轴，两者之间用齿轮传动，采用异轴水磨钻机能使钻杆与隧洞壁的夹角缩小至3~7°，水磨钻机在机架上采用齿轮进行前后移动和固定；
④、沿隧洞轮廓边线钻孔：
水磨钻机对准隧洞轮廓边线孔位后，在导向机架上进行固定，开动水磨钻机进行钻孔并取出岩芯，其钻进深度50~80cm，钻孔直径12~20cm，隧洞轮廓边线全部钻孔后，在拟开挖隧洞中形成了长50~80cm的岩石芯柱；
⑤、芯柱上钻楔胀孔：
在留下的芯柱中间钻楔胀孔，根据岩石强度确定楔胀孔间距，50MP以下的岩石楔胀孔间距取12~18cm，大于50MP的岩石楔胀孔间距小于前者；
⑥、胀解芯柱、形成隧洞断面：
向楔胀孔内锤击铁楔，利用楔胀力将芯柱胀解成若干块后取出，从而形成隧洞断面；
⑦、以此类推，按照步骤①至⑥每50~80cm为一循环。
所述的软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）、根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面，施工时，在现场量测软土断面大小，根据现场量取尺寸加工钢拱架，钢拱架底脚到达岩石面；对已开挖的软土断面采取加强措施，在钢拱架底脚处增设锁脚锚杆，顶拱增设拱顶锚杆；沿着钢拱架内壁进行混凝土喷敷，混凝土喷敷面喷敷至岩土结合面处；
2）、钻裂岩石施工，具体如下：
①、测量放样：
根据设计轴线和现场控制点坐标，采用全站仪测放隧洞中心线及开挖线，用油漆做好标记；
②、安装定位杆及固定支座：
水磨钻机机架起定位及导向作用，初始断面钻孔采用固定支架，在已开挖的隧洞内采用固定支座和水磨钻定位杆、可调节的导向支架；安装定位杆前，先在岩面上确定出定位孔，先用小型岩石打孔机钻Φ50mm孔，钻孔深度为5~7cm，将水磨钻机定位杆插入孔内固定；根据胀裂孔与定位孔确定固定支座及导向支架尺寸，在已开挖的隧洞两侧岩壁上凿孔，安装螺栓连接件连接横向固定支座；
③、安装异轴水磨钻机及定位支架：
水磨钻机与定位杆连成整体，水磨钻机可以围绕定位杆转动，在定位杆及横向固定支座安装好后即安装可调节的定位支架，定位支架实际是两根活动支腿；水磨钻机电机轴与钻杆不同轴，两者之间用齿轮传动，采用异轴水磨钻机能使钻杆与隧洞壁的夹角缩小至5°，水磨钻机在机架上采用齿轮进行前后移动和固定；
④、沿隧洞轮廓边线钻孔：
水磨钻机对准隧洞轮廓边线孔位后，在导向机架上进行固定，开动水磨钻机进行钻孔并取出岩芯，其钻进深度60cm，钻孔直径16cm，隧洞轮廓边线全部钻孔后，在拟开挖隧洞中形成了长60cm的岩石芯柱；
⑤、芯柱上钻楔胀孔：
在留下的芯柱中间钻楔胀孔，根据岩石强度确定楔胀孔间距，50MP以下的岩石楔胀孔间距取15cm，大于50MP的岩石楔胀孔间距小于前者15cm；
⑥、胀解芯柱、形成隧洞断面：
向楔胀孔内锤击铁楔，利用楔胀力将芯柱胀解成若干块后取出，从而形成隧洞断面；
⑦、以此类推，按照步骤①至⑥每60cm为一循环。
本发明的优点是：
1、本发明与钻孔爆破法相比，钻胀岩石产生的噪音以及震动都很小，对隧洞上部软土的临时支护影响极小，且具有安全性；
2、本发明与化学静态爆破法相比，钻胀岩层开挖边线明确，施工质量好，开挖效果好，经济性上更优；
3、本发明具有施工安排合理、安全可靠、节省工期、提高了工效、加快了施工速度快、节约成本等特点。
附图说明：
图1为本发明隧洞岩土结合面上支撑保护结构及钻孔布置示意图。
附图标记：1、岩土结合面， 2、钢拱架， 3、锁脚锚杆， 4、拱顶锚杆，
5、混凝土喷敷面， 6楔胀孔。
具体实施方式：
参见附图：
软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，包括如下步骤：
1）、根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面1，施工时，在现场量测软土断面大小，根据现场量取尺寸加工钢拱架2，钢拱架2底脚到达岩石面；对已开挖的软土断面采取加强措施，在钢拱架底脚处增设锁脚锚杆3，顶拱增设拱顶锚杆4；沿着钢拱架2内壁进行混凝土喷敷，混凝土喷敷面5喷敷至岩土结合面1处；
2）、钻裂岩石施工，具体如下：
①、测量放样：
根据设计轴线和现场控制点坐标，采用全站仪测放隧洞中心线及开挖线，用油漆做好标记；
②、安装定位杆及固定支座：
水磨钻机机架起定位及导向作用，初始断面钻孔采用固定支架，在已开挖的隧洞内采用固定支座和水磨钻定位杆、可调节的导向支架；安装定位杆前，先在岩面上确定出定位孔，先用小型岩石打孔机钻Φ45~55mm孔，钻孔深度为5~7cm，将水磨钻机定位杆插入孔内固定；根据胀裂孔与定位孔确定固定支座及导向支架尺寸，在已开挖的隧洞两侧岩壁上凿孔，安装连接件连接横向固定支座；
③、安装异轴水磨钻机及定位支架：
水磨钻机与定位杆连成整体，水磨钻机可以围绕定位杆转动，在定位杆及横向固定支座安装好后即安装可调节的定位支架，定位支架实际是两根活动支腿；水磨钻机电机轴与钻杆不同轴，两者之间用齿轮传动，采用异轴水磨钻机能使钻杆与隧洞壁的夹角缩小至3~7°，水磨钻机在机架上采用齿轮进行前后移动和固定；
④、沿隧洞轮廓边线钻孔：
水磨钻机对准隧洞轮廓边线孔位后，在导向机架上进行固定，开动水磨钻机进行钻孔并取出岩芯，其钻进深度50~80cm，钻孔直径12~20cm，隧洞轮廓边线全部钻孔后，在拟开挖隧洞中形成了长50~80cm的岩石芯柱；
⑤、芯柱上钻楔胀孔：
在留下的芯柱中间钻楔胀孔6，根据岩石强度确定楔胀孔6间距，50MP以下的岩石楔胀孔间距取12~18cm，大于50MP的岩石楔胀孔间距小于前者；
⑥、胀解芯柱、形成隧洞断面：
向楔胀孔内锤击铁楔，利用楔胀力将芯柱胀解成若干块后取出，从而形成隧洞断面；
⑦、以此类推，按照步骤①至⑥每50~80cm为一循环。
软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，包括如下步骤：
1）、根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面1，施工时，在现场量测软土断面大小，根据现场量取尺寸加工钢拱架2，钢拱架2底脚到达岩石面；对已开挖的软土断面采取加强措施，在钢拱架底脚处增设锁脚锚杆3，顶拱增设拱顶锚杆4；沿着钢拱架2内壁进行混凝土喷敷，混凝土喷敷面5喷敷至岩土结合面1处；
2）、钻裂岩石施工，具体如下：
①、测量放样：
根据设计轴线和现场控制点坐标，采用全站仪测放隧洞中心线及开挖线，用油漆做好标记；
②、安装定位杆及固定支座：
水磨钻机机架起定位及导向作用，初始断面钻孔采用固定支架，在已开挖的隧洞内采用固定支座和水磨钻定位杆、可调节的导向支架；安装定位杆前，先在岩面上确定出定位孔，先用小型岩石打孔机钻Φ50mm孔，钻孔深度为5~7cm，将水磨钻机定位杆插入孔内固定；根据胀裂孔与定位孔确定固定支座及导向支架尺寸，在已开挖的隧洞两侧岩壁上凿孔，安装螺栓连接件连接横向固定支座；
③、安装异轴水磨钻机及定位支架：
水磨钻机与定位杆连成整体，水磨钻机可以围绕定位杆转动，在定位杆及横向固定支座安装好后即安装可调节的定位支架，定位支架实际是两根活动支腿；水磨钻机电机轴与钻杆不同轴，两者之间用齿轮传动，采用异轴水磨钻机能使钻杆与隧洞壁的夹角缩小至5°，水磨钻机在机架上采用齿轮进行前后移动和固定；
④、沿隧洞轮廓边线钻孔：
水磨钻机对准隧洞轮廓边线孔位后，在导向机架上进行固定，开动水磨钻机进行钻孔并取出岩芯，其钻进深度60cm，钻孔直径16cm，隧洞轮廓边线全部钻孔后，在拟开挖隧洞中形成了长60cm的岩石芯柱；
⑤、芯柱上钻楔胀孔：
在留下的芯柱中间钻楔胀孔6，根据岩石强度确定楔胀孔6间距，50MP以下的岩石楔胀孔间距取15cm，大于50MP的岩石楔胀孔间距小于前者15cm；
⑥、胀解芯柱、形成隧洞断面：
向楔胀孔内锤击铁楔，利用楔胀力将芯柱胀解成若干块后取出，从而形成隧洞断面；
⑦、以此类推，按照步骤①至⑥每60cm为一循环。
实施例：
某城门型6.2×6.0m软土隧洞中有岩石出露，岩石层主要位于隧洞的下半部分，上部仍是软土层。施工时，首先对隧洞上部软土层进行开挖，并施作钢支撑，打入增大型锁脚锚杆，增加拱顶锚杆，并喷敷混凝土支护至岩土结合面。然后开挖隧洞下部的岩石，使用水磨钻机沿洞室轮廓边线钻胀裂孔，开挖岩石。采用钻胀法施工，每日隧洞断面进尺约1.5m，进度较快，效果良好。

Claims (2)

1.一种软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）、根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面，施工时，在现场量测软土断面大小，根据现场量取尺寸加工钢拱架，钢拱架底脚到达岩石面；对已开挖的软土断面采取加强措施，在钢拱架底脚处增设锁脚锚杆，顶拱增设拱顶锚杆；沿着钢拱架内壁进行混凝土喷敷，混凝土喷敷面喷敷至岩土结合面处；
2）、钻裂岩石施工，具体如下：
①、测量放样：
根据设计轴线和现场控制点坐标，采用全站仪测放隧洞中心线及开挖线，用油漆做好标记；
②、安装定位杆及固定支座：
水磨钻机机架起定位及导向作用，初始断面钻孔采用固定支架，在已开挖的隧洞内采用固定支座和水磨钻定位杆、可调节的导向支架；安装定位杆前，先在岩面上确定出定位孔，先用小型岩石打孔机钻Φ45~55mm孔，钻孔深度为5~7cm，将水磨钻机定位杆插入孔内固定；根据胀裂孔与定位孔确定固定支座及导向支架尺寸，在已开挖的隧洞两侧岩壁上凿孔，安装连接件连接横向固定支座；
③、安装异轴水磨钻机及定位支架：
水磨钻机与定位杆连成整体，水磨钻机可以围绕定位杆转动，在定位杆及横向固定支座安装好后即安装可调节的定位支架，定位支架实际是两根活动支腿；水磨钻机电机轴与钻杆不同轴，两者之间用齿轮传动，采用异轴水磨钻机能使钻杆与隧洞壁的夹角缩小至3~7°，水磨钻机在机架上采用齿轮进行前后移动和固定；
④、沿隧洞轮廓边线钻孔：
水磨钻机对准隧洞轮廓边线孔位后，在导向机架上进行固定，开动水磨钻机进行钻孔并取出岩芯，其钻进深度50~80cm，钻孔直径12~20cm，隧洞轮廓边线全部钻孔后，在拟开挖隧洞中形成了长50~80cm的岩石芯柱；
⑤、芯柱上钻楔胀孔：
在留下的芯柱中间钻楔胀孔，根据岩石强度确定楔胀孔间距，50MP以下的岩石楔胀孔间距取12~18cm，大于50MP的岩石楔胀孔间距小于前者；
⑥、胀解芯柱、形成隧洞断面：
向楔胀孔内锤击铁楔，利用楔胀力将芯柱胀解成若干块后取出，从而形成隧洞断面；
⑦、以此类推，按照步骤①至⑥每50~80cm为一循环。
2.根据权利要求1所述的软土隧洞岩石出露条件下的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）、根据隧洞设计断面，开挖隧洞软土部位洞室；为确保软土支护措施可靠，将软土部位临时支护至岩土结合面，施工时，在现场量测软土断面大小，根据现场量取尺寸加工钢拱架，钢拱架底脚到达岩石面；对已开挖的软土断面采取加强措施，在钢拱架底脚处增设锁脚锚杆，顶拱增设拱顶锚杆；沿着钢拱架内壁进行混凝土喷敷，混凝土喷敷面喷敷至岩土结合面处；
2）、钻裂岩石施工，具体如下：
①、测量放样：
根据设计轴线和现场控制点坐标，采用全站仪测放隧洞中心线及开挖线，用油漆做好标记；
②、安装定位杆及固定支座：
水磨钻机机架起定位及导向作用，初始断面钻孔采用固定支架，在已开挖的隧洞内采用固定支座和水磨钻定位杆、可调节的导向支架；安装定位杆前，先在岩面上确定出定位孔，先用小型岩石打孔机钻Φ50mm孔，钻孔深度为5~7cm，将水磨钻机定位杆插入孔内固定；根据胀裂孔与定位孔确定固定支座及导向支架尺寸，在已开挖的隧洞两侧岩壁上凿孔，安装螺栓连接件连接横向固定支座；
③、安装异轴水磨钻机及定位支架：
水磨钻机与定位杆连成整体，水磨钻机可以围绕定位杆转动，在定位杆及横向固定支座安装好后即安装可调节的定位支架，定位支架实际是两根活动支腿；水磨钻机电机轴与钻杆不同轴，两者之间用齿轮传动，采用异轴水磨钻机能使钻杆与隧洞壁的夹角缩小至5°，水磨钻机在机架上采用齿轮进行前后移动和固定；
④、沿隧洞轮廓边线钻孔：
水磨钻机对准隧洞轮廓边线孔位后，在导向机架上进行固定，开动水磨钻机进行钻孔并取出岩芯，其钻进深度60cm，钻孔直径16cm，隧洞轮廓边线全部钻孔后，在拟开挖隧洞中形成了长60cm的岩石芯柱；
⑤、芯柱上钻楔胀孔：
在留下的芯柱中间钻楔胀孔，根据岩石强度确定楔胀孔间距，50MP以下的岩石楔胀孔间距取15cm，大于50MP的岩石楔胀孔间距小于前者15cm；
⑥、胀解芯柱、形成隧洞断面：
向楔胀孔内锤击铁楔，利用楔胀力将芯柱胀解成若干块后取出，从而形成隧洞断面；
⑦、以此类推，按照步骤①至⑥每60cm为一循环。
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