CN107060779A - 一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，包括如下步骤：(1)施工放样；(2)超前支护(3)临空面开挖(4)测量放样；(5)静力爆破；(6)破岩、渣土外运；(7)初期支护。本发明的反挖施工方法，由下往上开挖，占用地面道路面积小，能够保证道路正常通行，不给交通运输带来附加的压力；斜井施工过程中的渣土可随主通道渣土直接运出，省去二次搬运过程，使用设备简易，人员投入少，可交叉作业，缩短工期，大幅度降低成本；破岩采用静力爆破后人工配合机械清理开挖，爆破完成后由挖机将渣土直接装车，经主隧道直接运至渣场，减少斜井开挖对两侧隧道基岩及上部岩层的扰动，确保施工安全。

Description

一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法
技术领域
本发明属于地下建筑的附属工程施工领域，具体是一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法。
背景技术
城市地下空间利用已是全国乃至全世界现代化城市建设的重要内容和发展趋势，城市地下空间利用包括地下综合管线走廊、城市地下交通、城市地下商业。我国城市建设正处于高速发展阶段，随着现代化城市的飞速发展，城市人口超负荷，交通拥挤堵塞，为了缓解地面交通压力，城市公路隧道是最好的解决方案之一，而竖井斜井是城市公路隧道不可缺少的附属工程。
该类附属工程由于施工区域狭小、通道深，施工难度极大。并且由于施工地点大多位于建筑比较密集的闹市区，也给施工安全带来了极大的挑战。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，由下至上施工，使用设备简易，人员投入少，可交叉作业，缩短工期，降低成本，且施工过程中安全风险小。
技术方案：本发明所述狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，包括如下步骤：
(1)施工放样：根据施工图纸，沿主隧道拱部开挖轮廓线；
(2)超前支护：沿步骤(1)开挖的轮廓线外的地层中已安装完成的钢拱腹部钻孔并打入导管，通过导管向周围岩层中压注起胶结作用的浆液，在隧道拱部的轮廓线外形成一个0.4～1m厚的加固圈，对岩层进行加固封堵；
(3)临空面开挖：在轮廓线的周边及轮廓线的横向中部进行水钻取芯，形成临空面，取芯直径为10～20cm，相邻孔间距为8～12cm，孔间搭接2～3cm；
(4)测量放样：参照主隧道勘察报告及主隧道拱部外围岩层的观察，确定外围岩层的地质情况，再计算静力爆孔的布置参数和爆孔内的静爆剂的装药量；
(5)静力爆破：根据步骤(4)的计算结果，在临空面钻爆孔，并向爆孔内装入适量配比的静爆剂和水混合物，进行静力爆破；
(6)破岩、渣土外运：爆破完成后，利用机械或人工破岩开挖斜井，在接近轮廓线时通过人工修整，控制超挖；斜井开挖过程中产生的渣土由主隧道运出；
(7)初期支护：斜井开挖后，在施工掌子面采用潮喷法进行喷射混凝土作为斜井的初期支护。
本发明进一步优选地技术方案为，步骤(2)的超前支护步骤中所述导管为直径50mm、长度5m，壁厚5mm的热轧无缝钢管，所述导管的一端封闭并制成尖状，插入已钻好的导管孔内，另一端的尾部采用钢筋焊一圈加强箍，防止施工时导管尾端变形；在所述导管的中部钻有直径6mm，间距100mm的梅花形布置的小孔作为注浆孔。
优选地，步骤(2)的超前支护中，利用导管压住浆液采用由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆方式，具体步骤为：
a、严格控制浆液的配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并测定注浆固结体的强度，选定最佳配合比；
b、在导管的尾端用水泥水玻璃胶体封堵钻孔与导管的空隙；注浆管与导管采用活接头联结进行注浆；
c、注浆过程中，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压1～2min，保证浆液的渗透范围，注浆压力不得超过设定的最大压力，防止出现结构变形、串浆、危及地下构筑物、地面建筑物的异常现象；
d、注浆完成后，拆下活接头，用干硬性水泥封堵导管的管口，防止浆液外流，在注入的浆液达到需要强度进行临空面开挖作业。
优选地，步骤(5)中在临空面钻爆孔时，钻孔方向与临空面平行，切割岩石时同一排钻孔保持在一个平面上，钻孔作业后，将孔内余水和余渣，用高压风吹洗干净，保持孔口旁干净无土石渣。
优选地，步骤(5)中向爆孔内装填药剂的方法为：
a、向下开孔的爆孔，在静爆剂中加入重量份为22～32％左右的水，拌成流质状态后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态；在用药卷装填爆孔时，应逐条捅实；
b、水平方向和向上开孔的爆孔，采用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环所需要的药卷数量，放在盆中，倒入洁净水完全浸泡，30-50秒左右药卷充分湿润、完全无气泡冒出时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口，孔口留五厘米用黄泥封堵。
优选地，步骤(5)中静力爆破后，在岩石刚开裂时，向裂缝中加水，用于支持药剂持续反应。
优选地，向爆孔内装填药剂，从药剂加入拌合水到灌装结束，时间控制在三十分钟之内，灌装过程中，需观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是否符合要求，已经开始发生化学反应的药剂禁止装入孔内。
优选地，步骤(7)中初期支护的具体步骤为：
a、采用直径为8mm的钢筋冷拉调直并除锈后现场截取编网，点焊成1m×2m的网片，网片与固定装置连接牢固挂在施工掌子面，网片搭接长度不少于一个网孔尺寸；
b、安装喷射机，喷射机要求风压为0.3～0.5Mpa，喷头距受喷面的距离控制在1.5～2.5m；喷头与受喷面保持垂直，在受喷面被钢筋网片覆盖时，将喷头适当偏斜；喷射混凝土的混合料采用强制式混凝土搅拌机拌和，搅拌时间不少于2min，应保证连续供料；
c、向喷射机内先注水，清洁管道内杂物，再用高压风吹扫受喷面，清除受喷面上的尘埃；
d、喷射混凝土由两人共同操作喷头，且喷射路线应自上而下，呈“螺旋”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一；喷射墙部时，一次喷射厚度不超过10cm，喷射拱部时，一次喷射厚度不超过7cm。
优选地，斜井与主隧道交叉段进行硬化处理，并设置排水沟，在斜井两边设排水系统，施工期的施工用水由排水系统排入主通道排水沟，经汇集、沉淀，最后用水泵将隧道及基坑内排水抽排入市政管网。
有益效果：(1)本发明的反挖施工方法，由下往上开挖，占用地面道路面积小，能够保证道路正常通行，不给交通运输带来附加的压力；斜井施工过程中的渣土可随主通道渣土直接运出，省去二次搬运过程，使用设备简易，人员投入少，可交叉作业，缩短工期，大幅度降低成本；破岩采用静力爆破后人工配合机械清理开挖，爆破完成后由挖机将渣土直接装车，经主隧道直接运至渣场，减少斜井开挖对两侧隧道基岩及上部岩层的扰动，确保施工安全；
(2)本发明中沿隧道拱部开挖轮廓线外的地层中通过已安装好的钢拱架腹部打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，对岩层进行加固封堵，防止施工时涌水、涌砂、坍塌；导管的一端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内。小导管尾端采用钢筋焊一圈加强箍，防止施工时导管尾端变形。为了便于注浆，在小导管中部钻梅花形布置的小孔；
(3)本发明中综合考虑施工掌子面空气质量及主隧道喷射混凝土施工工艺，斜井喷射混凝土采用潮喷法施工，此工艺具有粉尘少、回弹量少、水灰比可控制、一次喷射混凝土较厚等优点；
(4)本发明中斜井两边设排水系统，在洞口交叉处设置排水沟，由于斜井具有一定的坡度，无须设置水泵及其他辅助设施，施工用水可自然流出，并经主通道排水沟流出，省去抽水系统，进一步缩短工期，降低成本。
附图说明
图1为本发明狭小区域超深通道斜井反挖施工方法的工艺流程图；
图2为本发明临空面的施工图；
图3为本发明中潮喷法进行喷射混凝土的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，包括如下步骤：
(1)施工放样：根据施工图纸，沿主隧道拱部开挖轮廓线；
(2)超前支护：沿步骤(1)开挖的轮廓线外的地层中已安装完成的钢拱腹部钻孔并打入导管，导管为直径50mm、长度5m，壁厚5mm的热轧无缝钢管，所述导管的一端封闭并制成尖状，插入已钻好的导管孔内，另一端的尾部采用钢筋焊一圈加强箍，防止施工时导管尾端变形；在所述导管的中部钻有直径6mm，间距100mm的梅花形布置的小孔作为注浆孔，通过导管向周围岩层中压注起胶结作用的浆液，在隧道拱部的轮廓线外形成一个0.4～1m厚的加固圈，对岩层进行加固封堵；
注浆采用由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆方式，具体步骤为：
a、严格控制浆液的配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并测定注浆固结体的强度，选定最佳配合比；
b、在导管的尾端用水泥水玻璃胶体封堵钻孔与导管的空隙；注浆管与导管采用活接头联结进行注浆；
c、注浆过程中，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压1～2min，保证浆液的渗透范围，注浆压力不得超过设定的最大压力，防止出现结构变形、串浆、危及地下构筑物、地面建筑物的异常现象；
d、注浆完成后，拆下活接头，用干硬性水泥封堵导管的管口，防止浆液外流，在注入的浆液达到需要强度进行临空面开挖作业；
当注浆出现异常现象时，采取控制措施：降低注浆压力或采用间歇注浆；改变注浆材料或缩短浆液凝胶时间，调整注浆实施方案；
注浆效果检查：一是用进浆量来检查注浆效果，二是采用揭露检查法，因小导管注浆为周边单排固结注浆，工作面土体揭露后探测注浆固结体的效果，如效果不好，及时调整浆液配合比，改善注浆工艺；
(3)临空面开挖：在轮廓线的周边及轮廓线的横向中部采用Y5-200C型手持式电动水钻进行水钻取芯，周边工作面采用2台钻机同时施工，形成临空面，取芯直径为10～20cm，相邻孔间距为8～12cm，孔间搭接2～3cm，每循环长度为50cm；
(4)测量放样：参照主隧道勘察报告及主隧道拱部外围岩层的观察，确定外围岩层的地质情况，本实施例中，以斜井所处岩层主要为中风化砂岩层，局部为砂质泥岩为例，计算静力爆孔的布置参数和爆孔内的静爆剂的装药量：
布眼及参数确定：静力爆破参数选用爆孔间距30cm，孔排距30cm，孔深1m，静力破碎剂装药深度为孔深的100％，粗颗粒药剂水灰比为0.22～0.25，细粉末药剂水灰比为32％；
斜井开挖断面为2.5m(宽)×3.3(均高)，开挖2.5m×3.3m面积需布孔数计算如下：
总孔数：(2.5m÷0.3m+1)×(3.3m÷0.3m+1)＝112(孔)
总钻孔进尺m数：112(孔)×1(m/孔)＝112(m)
1m3岩石钻孔进尺数：112(m)÷11.3(m3)＝9.91(m/m3)
根据静爆剂使用时，孔径42mm，每m孔静爆剂装药量为2.4kg，静爆剂消耗量指标为：
9.91(m/m3)×2.4kg/m＝23.79kg/m3；
(5)静力爆破：根据步骤(4)的计算结果，采用直径为42mm的钻头在临空面钻爆孔，钻孔方向与临空面平行，切割岩石时同一排钻孔保持在一个平面上；钻孔作业后，将孔内余水和余渣，用高压风吹洗干净，保持孔口旁干净无土石渣；
向爆孔内装填药剂，具体的方法为：
a、向下开孔的爆孔，在静爆剂中加入重量份为22～32％左右的水，拌成流质状态后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态；在用药卷装填爆孔时，应逐条捅实；
b、水平方向和向上开孔的爆孔，采用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环所需要的药卷数量，放在盆中，倒入洁净水完全浸泡，30-50秒左右药卷充分湿润、完全无气泡冒出时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口，孔口留五厘米用黄泥封堵；
向爆孔内装填药剂，从药剂加入拌合水到灌装结束，时间控制在三十分钟之内，灌装过程中，需观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是否符合要求，已经开始发生化学反应的药剂禁止装入孔内；在岩石刚开裂时，向裂缝中加水，用于支持药剂持续反应；
(6)破岩、渣土外运：爆破完成后，利用机械或人工破岩开挖斜井，在接近轮廓线时通过人工修整，控制超挖；斜井开挖过程中产生的渣土由主隧道运出；
(7)初期支护，进行初期支护的具体步骤为：
a、采用直径为8mm的钢筋冷拉调直并除锈后现场截取编网，点焊成1m×2m的网片，网片与固定装置连接牢固挂在施工掌子面，网片搭接长度不少于一个网孔尺寸；
b、安装喷射机，喷射机要求风压为0.3～0.5Mpa，喷头距受喷面的距离控制在1.5～2.5m；喷头与受喷面保持垂直，在受喷面被钢筋网片覆盖时，将喷头适当偏斜；喷射混凝土的混合料采用强制式混凝土搅拌机拌和，搅拌时间不少于2min，应保证连续供料；
c、向喷射机内先注水，清洁管道内杂物，再用高压风吹扫受喷面，清除受喷面上的尘埃；
d、喷射混凝土由两人共同操作喷头，且喷射路线应自上而下，呈“螺旋”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一；喷射墙部时，一次喷射厚度不超过10cm，喷射拱部时，一次喷射厚度不超过7cm。
斜井与主隧道交叉段进行硬化处理，并设置排水沟，在斜井两边设排水系统，施工期的施工用水由排水系统排入主通道排水沟，经汇集、沉淀，最后用水泵将隧道及基坑内排水抽排入市政管网。
本实施例中使用的机具设备见表1：
表1主要机具设备一览表
序号 机具名称 型号 单位/台 使用部位
1 水钻 Y5-200C 2 隧道开挖
2 霹雳枪 KBY-50/70 4 隧道开挖
3 风镐 C11-A 4 隧道开挖
4 混凝土湿喷 TK-961 1 初期支护
5 电动空压机 LGD-20/8-X 1 锚杆施作
6 挖掘机 LW-150 1 出渣
7 装载机 ZL50G 1 出渣
采用本实施例的施工方法的效益分析：
本工法采用反挖法，可与主通道施工交叉进行，相当于增加工作面，进而加快隧道开挖速度，缩短施工工期。本工法为斜井反挖，施工用水及渣土可从主通道运出，无须专门分配管理人员及安全人员去专门管理附属工程。本工法在开挖掘进过程中采用静力破碎施工，所用机械材料等可直接与主通道共用，无须重新配套施工机械。
综上所述，本工法可节约费用如下：
管理人员需2名，每月可节约成本12000元；
喷射混凝土用空压机1台，每月可节约成本8000元；
水泵、施工用水、施工用电与主通道共用，不用单独另接水电，每月可节约成本8000元；
地面场地围挡，提升设备及安全设施等计70000元；
反挖法相比地面开挖可节约提升外运等费用200元/m3，
共计：6个月×(12000+8000+8000)+70000+200×205＝279000元。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)施工放样：根据施工图纸，沿主隧道拱部开挖轮廓线；
(2)超前支护：沿步骤(1)开挖的轮廓线外的地层中已安装完成的钢拱腹部钻孔并打入导管，通过导管向周围岩层中压注起胶结作用的浆液，在隧道拱部的轮廓线外形成一个0.4～1m厚的加固圈，对岩层进行加固封堵；
(3)临空面开挖：在轮廓线的周边及轮廓线的横向中部进行水钻取芯，形成临空面，取芯直径为10～20cm，相邻孔间距为8～12cm，孔间搭接2～3cm；
(4)测量放样：参照主隧道勘察报告及主隧道拱部外围岩层的观察，确定外围岩层的地质情况，再计算静力爆孔的布置参数和爆孔内的静爆剂的装药量；
(5)静力爆破：根据步骤(4)的计算结果，在临空面钻爆孔，并向爆孔内装入适量配比的静爆剂和水混合物，进行静力爆破；
(6)破岩、渣土外运：爆破完成后，利用机械或人工破岩开挖斜井，在接近轮廓线时通过人工修整，控制超挖；斜井开挖过程中产生的渣土由主隧道运出；
(7)初期支护：斜井开挖后，在施工掌子面采用潮喷法进行喷射混凝土作为斜井的初期支护。
2.根据权利要求1所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，步骤(2)的超前支护步骤中所述导管为直径50mm、长度5m，壁厚5mm的热轧无缝钢管，所述导管的一端封闭并制成尖状，插入已钻好的导管孔内，另一端的尾部采用钢筋焊一圈加强箍，防止施工时导管尾端变形；在所述导管的中部钻有直径6mm，间距100mm的梅花形布置的小孔作为注浆孔。
3.根据权利要求2所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，步骤(2)的超前支护中，利用导管压住浆液采用由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆方式，具体步骤为：
a、严格控制浆液的配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并测定注浆固结体的强度，选定最佳配合比；
b、在导管的尾端用水泥水玻璃胶体封堵钻孔与导管的空隙；注浆管与导管采用活接头联结进行注浆；
c、注浆过程中，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压1～2min，保证浆液的渗透范围，注浆压力不得超过设定的最大压力，防止出现结构变形、串浆、危及地下构筑物、地面建筑物的异常现象；
d、注浆完成后，拆下活接头，用干硬性水泥封堵导管的管口，防止浆液外流，在注入的浆液达到需要强度进行临空面开挖作业。
4.根据权利要求1所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，步骤(5)中在临空面钻爆孔时，钻孔方向与临空面平行，切割岩石时同一排钻孔保持在一个平面上，钻孔作业后，将孔内余水和余渣，用高压风吹洗干净，保持孔口旁干净无土石渣。
5.根据权利要求1所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，步骤(5)中向爆孔内装填药剂的方法为：
a、向下开孔的爆孔，在静爆剂中加入重量份为22～32％左右的水，拌成流质状态后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态；在用药卷装填爆孔时，应逐条捅实；
b、水平方向和向上开孔的爆孔，采用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环所需要的药卷数量，放在盆中，倒入洁净水完全浸泡，30-50秒左右药卷充分湿润、完全无气泡冒出时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口，孔口留五厘米用黄泥封堵。
6.根据权利要求5所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，步骤(5)中静力爆破后，在岩石刚开裂时，向裂缝中加水，用于支持药剂持续反应。
7.根据权利要求5所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，向爆孔内装填药剂，从药剂加入拌合水到灌装结束，时间控制在三十分钟之内，灌装过程中，需观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是否符合要求，已经开始发生化学反应的药剂禁止装入孔内。
8.根据权利要求1所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，步骤(7)中初期支护的具体步骤为：
a、采用直径为8mm的钢筋冷拉调直并除锈后现场截取编网，点焊成1m×2m的网片，网片与固定装置连接牢固挂在施工掌子面，网片搭接长度不少于一个网孔尺寸；
b、安装喷射机，喷射机要求风压为0.3～0.5Mpa，喷头距受喷面的距离控制在1.5～2.5m；喷头与受喷面保持垂直，在受喷面被钢筋网片覆盖时，将喷头适当偏斜；喷射混凝土的混合料采用强制式混凝土搅拌机拌和，搅拌时间不少于2min，应保证连续供料；
c、向喷射机内先注水，清洁管道内杂物，再用高压风吹扫受喷面，清除受喷面上的尘埃；
d、喷射混凝土由两人共同操作喷头，且喷射路线应自上而下，呈“螺旋”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一；喷射墙部时，一次喷射厚度不超过10cm，喷射拱部时，一次喷射厚度不超过7cm。
9.根据权利要求1所述的狭小区域超深通道斜井反挖施工方法，其特征在于，斜井与主隧道交叉段进行硬化处理，并设置排水沟，在斜井两边设排水系统，施工期的施工用水由排水系统排入主通道排水沟，经汇集、沉淀，最后用水泵将隧道及基坑内排水抽排入市政管网。
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