CN108457658B - 一种土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法。本方法为：交汇段采用双向交叉大管棚进行拱顶支护。交汇段停止施工一侧施做临时仰拱，使上台阶初支拱架闭合。交汇段两端均采用玻纤锚杆加固掌子面前方土体，停止施工一侧的掌子面、开挖台阶立面喷混凝土封闭。开挖一侧进尺与正常段施工相同，严格控制台阶步距4m~6m，坚持快挖快支的原则，保证掌子面与仰拱闭合段距离不大于30m。有效解决了土质地层隧道单洞双向交汇段易受软弱地质、构建筑物密集、地下管线复杂众多、存在不明管线、车辆动荷载多等不利条件影响施工的技术难题。开挖施工工期显著缩短，工程造价显著降低。
Description
（一）技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法。
（二）背景技术
管棚超前支护是将一组钢管(即管棚管)沿隧道的开挖轮廓线外侧己钻好的钻孔打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，用以支承来自于管棚上部围岩的荷载，并通过注浆孔加压向地层中注浆，以加固软弱破碎的地层，提高地层的自稳能力。隧道施工中，级别为Ⅳ级以下的围岩为软弱围岩。软弱围岩隧道施工时，管棚超前支护施工难度非常大，主要原因在于围岩自稳能力较差的施工区域易塌孔，顶入管棚困难，而钻机工作室对隧道管棚超前支护施工的正常进行起到至关重要的作用。然而施工时，土质地层隧道单洞双向交汇段易受软弱地质、构建筑物密集、地下管线复杂众多、存在不明管线、车辆动荷载多等不利条件影响施工进展，并且传统的单侧初支闭合并停止施工，另一侧减小进尺和步距开挖的施工方法，存在工期时间长，工程造价高等问题。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：
（1）准备工作：包括搭建开挖施工工作室，搭建管棚工作室，施作护拱、钻机就位；
（2）钻孔和清孔：开孔时需低压满转，待成孔1.0m后，适当加压，钻孔过程中需保证终孔偏斜率在1/2000以内；
（3）安装管棚钢管：编号为奇数号的孔第一节管采用3m钢管，编号为偶数号的孔第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管；
（4）注浆：水泥浆质量比为水泥：水=1：1，双液配合比为水玻璃：水泥浆（体积比）=1：1；注浆初压为0.5~1.0Mpa，注浆终压2.0Mpa；注浆结束后及时清除管内浆液，并用水泥砂浆紧密充填，增强导管的刚度和强度；
（5）掌子面加固：两侧掌子面采用玻纤锚杆加固，先对掌子面迅速喷砼，布置好玻纤注浆锚杆对玻纤注浆锚杆进行注浆；
（6）在隧道两侧分别增设临时仰拱，两侧交错开挖施工,仰拱应及时施工，确保初期支护及早闭合成环；
（7）停止隧道一侧开挖施工，及时喷射混凝土封闭开挖工作面；
（8）一侧按照交汇段进尺、台阶步距，继续开挖直至隧道贯通。
其中，步骤（3）中安装管棚钢管具体包括：
1）钢管在管床上加工好丝扣，丝扣长15cm，钢管四周钻设孔径10mm注浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段长为20cm，管头焊成圆锥形，便于入孔；
2）管棚顶进采用挖掘机和管棚机钻进相结合的顶进方法；
3）编号为奇数号的孔第一节管采用3m钢管，编号为偶数号的孔第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管。
其中，步骤（5）中，掌子面迅速喷砼具体为：隧道开挖后立即对掌子面喷射C25早强混凝土，混凝土厚度大于4cm。
其中，步骤（5）中，对玻纤注浆锚杆进行布置：掌子面迅速喷砼后，放出掌子面注浆小导管和玻纤注浆锚杆的位置，在湿陷性黄土层注浆小导管按照环距40cm，共30根，纵距4米布设并耦合2m；玻纤注浆锚杆在掌子面按照100*100cm梅花形布置,共33根，纵距6米布设并耦合2m。
其中，步骤（5）中，对玻纤注浆锚杆注浆加固具体为：
1）开挖后喷砼封堵掌子面，达到最终强度的50%，确保注浆时能达到足够的压力；
2）采用凿岩机钻孔，超前注浆小导管成孔倾角为12°；玻纤锚杆倾角设置较为复杂，上部向上倾，下部下倾，中部水平，外侧外倾，内侧内倾，倾角均为12°；清孔并检查无探头石或塌孔时安装导管；
3）固定导管，导管安装，管路连接及检查：理顺注浆管路并与注浆导管连接，试运行检查管路密封系统；
4）注浆：采用注浆泵注浆，一般段采用1：1水泥浆液，由高孔位向低孔位进行注浆，注浆过程中注浆压力应逐渐缓慢提升，初始注浆压力0.5～1.0MPa，终压为1.2MPa；
5）注浆结束：注浆压力逐步提升，当达到1.2 MPa并继续注浆10min以上；注浆量达到0.009m3，注浆管口预留溢浆口，作为注浆的观察窗。
其中，步骤（6）具体为：
1）每进尺1m，落底后及时进行初期支护。即初喷混凝土，架立钢架，施作锁脚钢管，钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部临时仰拱喷混凝土。利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；
2）待第1步施工一段距离后，第2步开挖后接长钢架，施工洞身初期支护及临时仰拱，底部采用临时横撑；
3）待第3步施工时，应采取措施减少下部开挖对上部围岩和支护的扰动，应两侧交错开挖施工，待下部断面在上部断面砼达到一定强度后开挖，开挖施工后，及时封闭初期支护；
4）仰拱应及时施工，确保初期支护及早闭合成环；
5）为防止拱部下沉变形，应及时进行监控量测，分析洞身结构的稳定性，为支护参数调整、灌筑二次衬砌提供依据。
其中，步骤（7）具体为：
1）初喷混凝土应在开挖后立即进行；
2）用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉；
3）工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水；
4）喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱脚或墙脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接；喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
其中，步骤（8）具体为：掌子面距离进入15m范围内以后，隧道开挖严格执行交汇段规定，上台阶每循环开挖长度不大于1榀钢架间距，开挖尽量减少对围岩扰动，接近外轮廓的部分采用人工开挖修整；对于不能直接使用机械开挖的部分，使用风镐凿除；严格控制超欠挖，开挖结束后应立即进行初期支护，为了尽快封闭成环，保证安全，每步相邻台阶之间距离控制在6米内；中、下台阶两侧错开6m开挖，一次性开挖长度不得大于两榀钢架间距，对于围岩较差部位，必须开挖一榀，支护一榀，开挖在上循环支护结束后进行；开挖前必须有专职安全员观察临空面，发现无安全隐患后方可进行开挖作业，开挖过程中设专人观察围岩及附近初期支护变化，并做好地质素描工作。
本发明的有益效果是：本发明有效解决了土质地层隧道单洞双向交汇段易受软弱地质、构建筑物密集、地下管线复杂众多、存在不明管线、车辆动荷载多等不利条件影响施工的技术难题，与传统单侧初支闭合并停止施工，另一侧减小进尺和步距开挖的施工方法相比较，开挖施工工期显著缩短，工程造价显著降低，解决了土质地层隧道单洞双向交汇处施工速度慢、造价高的世界性难题，取得了显著的经济和社会效益。
（四）附图说明
图1：管棚钢管结构示意图；
图2：掌子面锚杆设置正断面图；
图3：掌子面锚杆设置纵断面图；
图中，1、核心土，2、玻纤注浆锚杆，3注浆导管
（五）具体实施方式。
实施例
本发明施工方法，交汇段采用双向交叉大管棚进行拱顶支护，管棚钢管直径大、刚度大，较密排布置，管棚就相当于一道简支梁，起到骨架、格栅的作用，阻隔隧道开挖时释放应力对周围土体的作用，有力地保障了开挖掌子面围岩土体的稳定,开挖引起的变形量非常小。交汇段停止施工一侧施做临时仰拱，使上台阶初支拱架闭合，以提高施工的安全度，有效地抑制结构及地面沉降。交汇段两端均采用玻纤锚杆加固掌子面前方土体，增大其抗压抗剪能力，约束掌子面前方土体变形。停止施工一侧的掌子面、开挖台阶立面喷混凝土封闭，保证未开挖土体具有自持性。开挖一侧进尺与正常段施工相同，严格控制台阶步距4m~6m，坚持快挖快支的原则，保证掌子面与仰拱闭合段距离不大于30m。
（一）交叉大管棚施工。
1 管棚工作室施工
采取提前爬高的开挖施工工作室，在二衬施工室采用同标号的商品砼回填工作室。
管棚工作室施工采用浅埋暗挖法，支护参数同区间正洞，施工技术措施及要求参照区间隧道施工。
2 管棚双向交叉施工。
（1）钻孔
开孔时，低压满转，待成孔1.0m后，适当加压，钻进过程中利用倾斜仪等测量设备有效控制钻孔质量，保证终孔偏斜率在1/2000以内。
（2）清孔。
用地质岩芯钻杆配合钻头反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔；用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
（3）安装管棚钢管。
1）钢管在专用的管床上加工好丝扣，丝扣长15cm。导管四周钻设孔径10mm注浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段20cm，管头焊成圆锥形，便于入孔；
2）管棚顶进采用挖掘机和管棚机钻进相结合的工艺；
3）编号为奇数号的孔第一节管采用3m钢管，编号为偶数号的孔第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管。
（4）注浆。
1）水泥浆质量比为水泥：水=1：1，双液配合比为水玻璃：水泥浆（体积比）=1：1；
2）注浆压：初压为0.5~1.0Mpa，终压2.0Mpa。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，增强导管的刚度和强度；
3）注浆前应先做注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定。
（二）两侧掌子面玻纤锚杆加固。
1掌子面速喷砼
隧道开挖后立即对掌子面喷射C25早强混凝土，混凝土厚度大于4cm。
2测量放线。
根据方案，放出掌子面注浆小导管和玻纤注浆锚杆的位置，在湿陷性黄土层注浆小导管按照环距40cm，共30根，纵距4米布设并耦合2m；玻纤注浆锚杆在掌子面按照100*100cm梅花形布置,共33根，纵距6米布设并耦合2m。
3锚杆注浆加固。
（1）开挖后喷砼封堵掌子面，达到最终强度的50%，确保注浆时能达到足够的压力；
（2）凿岩机钻孔，超前注浆小导管成孔倾角为12°；玻纤锚杆倾角设置较为复杂，上部向上倾，下部下倾，中部水平，外侧外倾，内侧内倾，倾角均为12°；清孔并检查无探头石或塌孔时安装导管；
（3）固定导管，导管安装，管路连接及检查：理顺注浆管路并与注浆导管连接，试运行检查管路密封系统；
（4）注浆：采用注浆泵注浆，一般段采用1：1水泥浆液，由高孔位向低孔位进行注浆，注浆过程中注浆压力应逐渐缓慢提升，初始注浆压力0.5～1.0MPa，终压为1.2MPa。
（5）注浆结束：注浆压力逐步提升，当达到1.2 MPa并继续注浆10min以上；注浆量达到0.009m3，注浆管口预留溢浆口，作为注浆的观察窗。
（三）一侧增设临时仰拱，初支全闭合。
（1）每进尺1m，落底后及时进行初期支护。即初喷混凝土，架立钢架，施作锁脚钢管，钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部临时仰拱喷混凝土。利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
（2）待第1步施工一段距离后，开挖第2步，接长钢架，施工洞身初期支护及临时仰拱，第二部底部采用临时横撑。
（3）待第3步施工时，应采取措施减少下部开挖对上部围岩和支护的扰动，应两侧交错开挖施工，待下部断面在上部断面砼达到一定强度后开挖，开挖施工后，及时封闭初期支护。
（4）仰拱应及时施工，确保初期支护及早闭合成环。
（5）为防止拱部下沉变形，应及时进行监控量测，分析洞身结构的稳定性，为支护参数调整、灌筑二次衬砌提供依据。
（四）停止一侧，喷射砼封闭工作面。
停止一侧开挖施工，及时喷射混凝土封闭开挖工作面，喷射混凝土厚度一般为5～10mm.这种方法可以大大提高工作面土体的稳定性，将工作面由二维受力状态变成三维受力状态。
（1）初喷混凝土应在开挖后立即进行。
（2）用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。
（3）工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干喷形式快速封闭渗水岩面。
（4）喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚。先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
（五）一侧按照交汇段进尺、台阶步距，继续开挖。
掌子面距离进入15m范围内以后，隧道开挖严格执行交汇段规定，上台阶每循环开挖长度不大于1榀钢架间距，开挖尽量减少对围岩扰动，接近外轮廓的部分采用人工开挖修整。对于不能直接使用机械开挖的部分，使用风镐凿除。严格控制超欠挖，开挖结束后应立即进行初期支护，为了尽快封闭成环，保证安全，每步相邻台阶之间距离控制在6米内。中、下台阶两侧错开6m开挖，一次性开挖长度不得大于两榀钢架间距，对于围岩较差部位，必须开挖一榀，支护一榀，开挖在上循环支护结束后进行。开挖前必须有专职安全员观察临空面，发现无安全隐患后方可进行开挖作业，开挖过程中设专人观察围岩及附近初期支护变化，并做好地质素描工作。
过程控制。
（一）超前地质预报。
在施工过程中通过超前地质预报了解前段隧道围岩状况、结合对围岩的观察和监控量测结果分析（分析采用回归分析法），依据时态曲线的形态对围岩稳定性、支护结构的工作状态做好安全性评价，并提供修改支护系统和设计变更的依据，及时调整施工工艺及支护参数，实现“动态设计、动态施工”的根本目的。
（二）现场监控量测。
1监控量测断面及测点设计 净空变化、拱顶下沉等必测项目设置在同一断面，每掘进5m布设一个量测断面，包括净空变化基线2条、拱顶下沉1个测点，测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形。
2主要监测项目测点布置
1）水平收敛：在确定量测的断面开挖支护后2小时内，在隧道最大宽度处及以上2m位置各埋设1组测桩，并进行初始读数。量测方法采用隧道净空变化测定仪量测。
2）拱顶下沉：在确定量测的断面开挖支护后2小时内，在隧道拱顶部位埋设1个测桩，并进行初始读数。监测仪器采用水准仪和水准尺。
3）各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离分别按下表确定：
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：（1）准备工作：包括搭建开挖施工工作室，搭建管棚工作室，施作护拱、钻机就位；（2）钻孔和清孔：开孔时需低压满转，待成孔1.0m后，适当加压，钻孔过程中需保证终孔偏斜率在1/2000以内；（3）安装管棚钢管：编号为奇数号的孔第一节管采用3m钢管，编号为偶数号的孔第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管；（4）注浆：水泥浆质量比为水泥：水=1：1，双液配合比为水玻璃：水泥浆（体积比）=1：1；注浆初压为0.5~1.0Mpa，注浆终压2.0Mpa；注浆结束后及时清除管内浆液，并用水泥砂浆紧密充填，增强导管的刚度和强度；（5）掌子面加固：两侧掌子面采用玻纤锚杆加固，先对掌子面迅速喷砼，布置好玻纤注浆锚杆对玻纤注浆锚杆进行注浆；（6）在隧道两侧分别增设临时仰拱，两侧交错开挖施工,仰拱应及时施工，确保初期支护及早闭合成环；（7）停止隧道一侧开挖施工，及时喷射混凝土封闭开挖工作面；（8）一侧按照交汇段进尺、台阶步距，继续开挖直至隧道贯通；
其中，步骤（5）中，对玻纤注浆锚杆注浆加固具体为：（1）开挖后喷砼封堵掌子面，达到最终强度的50%，确保注浆时能达到足够的压力；（2）采用凿岩机钻孔，超前注浆小导管成孔倾角为12°；玻纤锚杆倾角设置较为复杂，上部向上倾，下部下倾，中部水平，外侧外倾，内侧内倾，倾角均为12°；清孔并检查无探头石或塌孔时安装导管；（3）固定导管，导管安装，管路连接及检查：理顺注浆管路并与注浆导管连接，试运行检查管路密封系统；（4）注浆：采用注浆泵注浆，一般段采用1：1水泥浆液，由高孔位向低孔位进行注浆，注浆过程中注浆压力应逐渐缓慢提升，初始注浆压力0.5～1.0MPa，终压为1.2MPa；（5）注浆结束：注浆压力逐步提升，当达到1.2 MPa并继续注浆10min以上；注浆量达到0.009m3，注浆管口预留溢浆口，作为注浆的观察窗。
2.根据权利要求1所述的土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：步骤（3）中安装管棚钢管具体包括：1）钢管在管床上加工好丝扣，丝扣长15cm，钢管四周钻设孔径10mm注浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段长为20cm，管头焊成圆锥形，便于入孔；2）管棚顶进采用挖掘机和管棚机钻进相结合的顶进方法；3）编号为奇数号的孔第一节管采用3m钢管，编号为偶数号的孔第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管。
3.根据权利要求1所述的土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：步骤（5）中，掌子面迅速喷砼具体为：隧道开挖后立即对掌子面喷射C25早强混凝土，混凝土厚度大于4cm。
4.根据权利要求1所述的土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：步骤（5）中，对玻纤注浆锚杆进行布置：掌子面迅速喷砼后，放出掌子面注浆小导管和玻纤注浆锚杆的位置，在湿陷性黄土层注浆小导管按照环距40cm，共30根，纵距4米布设并耦合2m；玻纤注浆锚杆在掌子面按照100*100cm梅花形布置,共33根，纵距6米布设并耦合2m。
5.根据权利要求1所述的土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：步骤（6）具体为：1）每进尺1m，落底后及时进行初期支护；即初喷混凝土，架立钢架，施作锁脚钢管，钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部临时仰拱喷混凝土；利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；2）待第1步施工一段距离后，第2步开挖后接长钢架，施工洞身初期支护及临时仰拱，底部采用临时横撑；3）待第3步施工时，应采取措施减少下部开挖对上部围岩和支护的扰动，应两侧交错开挖施工，待下部断面在上部断面砼达到一定强度后开挖，开挖施工后，及时封闭初期支护；4）仰拱应及时施工，确保初期支护及早闭合成环；5）为防止拱部下沉变形，应及时进行监控量测，分析洞身结构的稳定性，为支护参数调整、灌筑二次衬砌提供依据。
6.根据权利要求1所述的土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：步骤（7）具体为：1）初喷混凝土应在开挖后立即进行；2）用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉；3）工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水；4）喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱脚或墙脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接；喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
7.根据权利要求1所述的土质地层隧道单洞双向施工交汇段施工方法，其特征在于：步骤（8）具体为：掌子面距离进入15m范围内以后，隧道开挖严格执行交汇段规定，上台阶每循环开挖长度不大于1榀钢架间距，开挖尽量减少对围岩扰动，接近外轮廓的部分采用人工开挖修整；对于不能直接使用机械开挖的部分，使用风镐凿除；严格控制超欠挖，开挖结束后应立即进行初期支护，为了尽快封闭成环，保证安全，每步相邻台阶之间距离控制在6米内；中、下台阶两侧错开6m开挖，一次性开挖长度不得大于两榀钢架间距，对于围岩较差部位，必须开挖一榀，支护一榀，开挖在上循环支护结束后进行；开挖前必须有专职安全员观察临空面，发现无安全隐患后方可进行开挖作业，开挖过程中设专人观察围岩及附近初期支护变化，并做好地质素描工作。
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