CN108678753B - 反坡隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反坡隧道施工方法，包括环向开挖弧形导坑，预留核心土，开挖第一台阶；分别开挖预留在核心土左右两侧的两个第二台阶和两个第三台阶，并进行喷锚支护；开挖预留的核心土；开挖仰拱，并作仰拱初期支护；铺设仰拱防水板，灌筑边墙混凝土；待仰拱混凝土浇筑完毕，及时进行仰拱回填，并进行混凝土二次衬砌施工。本发明对临近水库水位线下反坡隧道进行施工，通过将反坡正做，确保第一台阶和第二台阶掌子面渗水和涌水能够及时排出至第三台阶的临时集水坑，以防止隧道围岩掉块、冒顶、塌方或突涌水，保证隧道围岩的完整性，降低对水库以及周围环境产生的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体地，涉及一种反坡隧道施工方法。
背景技术
反坡隧道施工是指向隧道洞内施工前进方向为下坡，隧道洞内水流向工作面汇集，需要及时抽排，以防止施工掌子面的水积聚过深，而影响隧道围岩的稳定性，和危及隧道施工的机械设备及施工人员的安全。
对于高速公路临近水库水位线下的反坡隧道开挖，由于隧道围岩完整性差、遇水易软化、抗侧压能力弱以及自稳能力弱等问题，隧道施工方法显得尤为重要，对水库以及周围环境都有影响。目前隧道施工采用全断面开挖法，按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌完成施工。但是，在施工过程中存在易掉块、冒顶、片帮、塌方或突涌水等问题，影响正常的施工生产。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种反坡隧道施工方法，以解决现有隧道施工方法存在易掉块、冒顶、片帮、塌方或突涌水的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述反坡隧道施工方法，包括以下步骤：
第一步，在第一台阶拱部安装注浆导管，进行超前支护，环向开挖弧形导坑，预留核心土，并在第一台阶底部增设锁脚锚杆，开挖形成第一台阶；
第二步，开挖在预留核心土的左右两侧的第二台阶，所述第二台阶位于所述第一台阶的下方，且右侧的第二台阶的长度比左侧的第二台阶的长度长2-3米，开挖后进行喷锚支护，初喷3-5厘米混凝土，安装钢架，且在钢架两侧按下倾角30°设置锁脚锚杆，所述锁脚锚杆与钢架固定焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第三步，开挖在预留核心土的左右两侧的第三台阶，所述第三台阶位于所述第二台阶的下方，且右侧的第三台阶的长度比左侧的第三台阶的长度长2-3米，开挖后进行喷锚支护，初喷3-5厘米混凝土，安装钢架，且在钢架两侧按下倾角30°设置锁脚锚杆，所述锁脚锚杆与钢架固定焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第四步，开挖所述第一台阶、所述第二台阶和所述第三台阶预留的核心土；
第五步，开挖仰拱，并作仰拱初期支护，通过浮放模板支架一次浇筑成型，且仰拱表面平顺，不积水；
第六步，铺设仰拱防水板，灌筑边墙混凝土；
第七步，待仰拱混凝土浇筑完毕，及时进行仰拱回填，并进行混凝土二次衬砌施工。
优选地，在第一步中，安装注浆导管后，在隧道开挖面及轮廓线之外5米处，通过短程浅孔帷幕注浆进行堵水，注浆导管钻孔呈扇形辐射状布置，浆液扩散半径为2-3米。
优选地，所述注浆导管呈尖锥形，在所述注浆导管的壁面上每间隔7.5厘米交错钻孔，孔径为6毫米。
优选地，每一段注浆段长度为4.2米，止浆盘厚度为1米。
优选地，在开挖第二台阶和第三台阶之后，均在富水作业段的第二台阶和第三台阶进行径向注浆堵水，注浆范围为隧道开挖面及轮廓线之外4米处，注浆导管环向间距1.2米，纵向间距1.2米，呈梅花形布置，且在集中出水点注浆孔加密。
优选地，在隧道内间隔设置多个固定泵站，在每30米的施工段内设置坡度1％的梯形排水沟，在第三台阶工作面的积水通过固定泵站抽至集水坑，汇聚至钢板水箱内排出。
优选地，在钢板水箱中设置有抽水机，在多个钢板水箱之间布置排水管，打开抽水机，通过排水管将钢板水箱中的积水排出。
优选地，对围岩支护状态、地表沉降、拱顶沉降和周边收敛进行监控量测，且对拱顶下沉和周边收敛进行量测时，测点均埋设在同一断面，量测断面间距为5米。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明对临近水库水位线下反坡隧道进行施工，通过将反坡正做，确保第一台阶和第二台阶掌子面渗水和涌水能够及时排出至第三台阶的临时集水坑，以防止隧道围岩掉块、冒顶、塌方或突涌水，保证隧道围岩的完整性，降低对水库以及周围环境产生的不良影响。
附图说明
图1是本发明所述反坡隧道施工方法流程示意图；
图2是本发明中隧道施工掌子面结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1和图2来详细说明本实施例。
图1是本发明所述反坡隧道施工方法流程示意图，图2是本发明中隧道施工掌子面结构示意图，如图1和图2所示，本发明所述反坡隧道施工方法包括以下步骤：
第一步S1，在第一台阶1的拱部安装注浆导管，进行超前支护，环向开挖弧形导坑，预留核心土，并增设锁脚锚杆，开挖形成第一台阶1；
第二步S2，开挖在预留核心土的左右两侧的第二台阶2，所述第二台阶2位于所述第一台阶1的下方，且右侧的第二台阶2的长度比左侧的第二台阶2的长度长2-3米(m)，开挖后进行喷锚支护，初喷3-5厘米(cm)混凝土，安装钢架，且在钢架两侧按下倾角30°设置锁脚锚杆，所述锁脚锚杆与钢架固定焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第三步S3，开挖在预留核心土的左右两侧的第三台阶3，所述第三台阶3位于所述第二台阶2的下方，且右侧的第三台阶3的长度比左侧的第三台阶3的长度长2-3m，开挖后进行喷锚支护，初喷3-5cm混凝土，安装钢架，且在钢架两侧按下倾角30°设置锁脚锚杆，所述锁脚锚杆与钢架固定焊接，复喷混凝土至设计厚度；同第二步类似，在钢架之间使用螺纹钢紧固连接。
第四步S4，开挖第一台阶1、第二台阶2和第三台阶3预留的核心土4；
第五步S5，开挖仰拱5，并作仰拱初期支护，通过浮放模板支架一次浇筑成型，且仰拱表面平顺，不积水，仰拱分段长度优选为4-6米；
第六步S6，铺设仰拱防水板，灌筑边墙混凝土；
第七步S7，待仰拱混凝土浇筑完毕，及时进行仰拱回填，并进行混凝土二次衬砌施工。
为了保护隧道围岩，隧道开挖第一台阶1、第二台阶2和第三台阶3时，采用机械开挖为主，辅以人工开挖，每循环进尺按每榀钢架间距0.8m。在施工过程中，将第一台阶1和第二台阶2纵向每30m开挖高度由6.22m慢慢过渡到5.2m，反坡由-2.4％调整至1％，当第一台阶1和第二台阶2施工长度达到30m之后，开始进行第三台阶3以及仰拱5的施工，即，按30m循环工序施工，以确保第一台阶1和第二台阶2掌子面的渗水和涌水可以及时地排至第三台阶3，从而排出至集水坑，保证了隧道围岩的完整性，降低隧道围岩冒顶和涌水等可能性。
在第一步开挖之前，对第一台阶1拱部周边部位按照设计要求施作超前注浆导管进行超前支护。在开挖第一台阶1、第二台阶2和第三台阶3时，均需要及时施作初期支护，增设的锁脚锚杆的尺寸均是长度3.5m，直径为22毫米(mm)。在第二步和第三步中，锁脚锚杆设置在钢架墙角以上30cm高度处，且紧贴钢架两侧边缘，与钢架焊接固定。在施作初期支护时，初期支护应与隧道围岩紧密贴合，不留空洞，超挖部分应喷填密实，否则在二次衬砌前进行打眼注浆。
在开挖过程中，由于隧道洞内大部分为岩泥，经水浸泡之后，容易软化成为污泥状，导致出渣困难。因此，为了确保顺利出渣，在施工过程中，采用外购片石填筑50cm厚的渣车行走通道。
在第一步中，注浆导管采用的标准管件，在隧道洞外的钢筋加工房进行制作。在进行超前探孔安装注浆导管之后，采用短程浅孔帷幕注浆进行堵水，注浆范围为隧道开挖面及轮廓线外5m。所制作的注浆导管的一端预留出止浆段，另一端呈尖锥形，在注浆导管的壁面上每间隔7.5cm交错钻孔，孔径为6mm。根据注浆范围、注浆段长度、单个注浆钻孔的作用范围、岩层裂隙发育情况、含水层分部情况和钻孔作业的要求，来确定注浆导管钻孔的分布情况，优选地，注浆导管钻孔呈扇形辐射状布置。浆液扩散半径初步拟定为2-3m，后续施工过程中，根据施工试验确定施工参数。
根据工程地质、水文地质和钻机的能力，为了保证注浆质量，优选地，每一段注浆段长度为4.2米，止浆盘厚度为1米。
在将注浆段的注浆孔注完之后，进行注浆效果检查和评定，经过检查不合格者应补充钻孔注浆。在对注浆质量进行检查和评定之后，对评定记录进行综合分析，分析注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求，并通过打检查孔来判断注浆质量，钻取岩心，观察浆液填充情况，并检查孔内涌水情况。检查孔应布置在出水较多的部位，可以在隧道的每个循环工序段内设置2-3个检查孔。
在开挖第二台阶2和第三台阶3之后，均在富水作业段的第二台阶2和第三台阶3进行径向注浆堵水，注浆范围为隧道开挖面及轮廓线之外4米处，注浆导管环向间距1.2米，纵向间距1.2米。根据开挖后渗漏水的位置确定注浆导管的分布，优选地，注浆导管呈梅花形布置，且在集中出水点注浆孔加密。
注浆材料采用水泥-水玻璃浆液，水泥为425号普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6-1.1，水玻璃玻镁度30-40Be，双液浆体积比为0.7-1.4，凝胶时间根据施工现场实际情况确定，注浆后总出水量小于2立方米/小时，且当其中一处的出水量小于0.6立方米/小时，可以结束注浆。
当第一台阶1帷幕注浆完成之后，单孔渗流量大于1立方米/小时，总渗流量大于10立方米/小时，对第一台阶1采用径向注浆进行堵水。
由于隧道进口为反坡施工，且隧道洞内涌水量大，地质情况复杂，施工难度高，为了确保施工安全，在隧道洞内设置两套排水系统，一套作为临时排水，另外一套作为紧急排水系统。
对于隧道内正常情况下的排水，采用机械排水，在隧道内间隔设置多个固定泵站，在每30米的施工段内设置坡度1％的梯形排水沟，在第三台阶3工作面的积水通过固定泵站抽至集水坑，汇聚至钢板水箱内排出。其中，梯形排水沟采用10cm厚的C20喷射砼封闭，集水坑为临时集水坑，设置在已施工的仰拱前方2m处，集水坑的尺寸设置为3×3×2m，采用10cm厚C20喷射砼封闭。在隧道洞内设置有多个钢板水箱，多个钢板水箱接力将隧道洞内的涌水排至洞外。进一步地，在钢板水箱中设置有抽水机，在多个钢板水箱之间布置排水管，打开抽水机，通过排水管将钢板水箱中的积水排出。在隧道洞内的掌子面处设置活动泵站，随着掌子面的施工向前推进，以保证施工的正常进行。
在施工过程中，对围岩支护状态、地表沉降、拱顶沉降和周边收敛进行监控量测，以便于及时地根据实际施工状态对支护参数进行调整，确保施工安全。其中，监控量测围岩支护状态是指对开挖的掌子面进行观察和地质描述，并使用放大镜等仪器观察围岩以及初期支护表面。在地表浅埋段埋设测点，采用水平仪测量地表沉降量，量测直至二次衬砌结构封闭，下沉停止时结束。采用水平仪测量拱顶沉降量，采用张力自鸣电子数显式收敛仪量测周边收敛量。且对拱顶下沉和周边收敛进行量测时，测点均埋设在同一断面，量测断面间距为5米。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种反坡隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在第一台阶拱部安装注浆导管，进行超前支护，环向开挖弧形导坑，预留核心土，并在第一台阶底部增设锁脚锚杆，开挖形成第一台阶；
第二步，开挖在预留核心土的左右两侧的第二台阶，所述第二台阶位于所述第一台阶的下方，且右侧的第二台阶的长度比左侧的第二台阶的长度长2-3米，开挖后进行喷锚支护，初喷3-5厘米混凝土，安装钢架，且在钢架两侧按下倾角30°设置锁脚锚杆，所述锁脚锚杆与钢架固定焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第三步，开挖在预留核心土的左右两侧的第三台阶，所述第三台阶位于所述第二台阶的下方，且右侧的第三台阶的长度比左侧的第三台阶的长度长2-3米，开挖后进行喷锚支护，初喷3-5厘米混凝土，安装钢架，且在钢架两侧按下倾角30°设置锁脚锚杆，所述锁脚锚杆与钢架固定焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第四步，开挖所述第一台阶、所述第二台阶和所述第三台阶预留的核心土；
第五步，开挖仰拱，并作仰拱初期支护，通过浮放模板支架一次浇筑成型，且仰拱表面平顺，不积水；
第六步，铺设仰拱防水板，灌筑边墙混凝土；
第七步，待仰拱混凝土浇筑完毕，及时进行仰拱回填，并进行混凝土二次衬砌施工；
其中，将第一台阶和第二台阶纵向每30m开挖高度由6.22m过渡到5.2m，反坡由-2.4％调整至1％，当第一台阶和第二台阶施工长度达到30m之后，开始进行第三台阶的施工。
2.根据权利要求1所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，
在第一步中，安装注浆导管后，在隧道开挖面及轮廓线之外5米处，通过短程浅孔帷幕注浆进行堵水，注浆导管钻孔呈扇形辐射状布置，浆液扩散半径为2-3米。
3.根据权利要求2所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，所述注浆导管呈尖锥形，在所述注浆导管的壁面上每间隔7.5厘米交错钻孔，孔径为6毫米。
4.根据权利要求2所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，
每一段注浆段长度为4.2米，止浆盘厚度为1米。
5.根据权利要求1所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，
在开挖第二台阶和第三台阶之后，均在富水作业段的第二台阶和第三台阶进行径向注浆堵水，注浆范围为隧道开挖面及轮廓线之外4米处，注浆导管环向间距1.2米，纵向间距1.2米，呈梅花形布置，且在集中出水点注浆孔加密。
6.根据权利要求1所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，
在隧道内间隔设置多个固定泵站，在每30米的施工段内设置坡度1％的梯形排水沟，在第三台阶工作面的积水通过固定泵站抽至集水坑，汇聚至钢板水箱内排出。
7.根据权利要求6所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，
在钢板水箱中设置有抽水机，在多个钢板水箱之间布置排水管，打开抽水机，通过排水管将钢板水箱中的积水排出。
8.根据权利要求1所述的反坡隧道施工方法，其特征在于，
对围岩支护状态、地表沉降、拱顶沉降和周边收敛进行监控量测，且对拱顶下沉和周边收敛进行量测时，测点均埋设在同一断面，量测断面间距为5米。
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