CN108952732A - 一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，属于隧道挖掘技术领域。该方法通过对右侧导洞上半断面、右侧导洞下半断面、左侧导洞上半断面、左侧导洞下半断面、中部上台阶、中部中台阶、中部下台阶依次开挖，然后浇筑仰拱混凝土，施作仰拱回填混凝土，最后浇筑拱圈混凝土，实现复杂水文地质条件下的大断面隧道的开挖，有效避免了传统CRD法或双侧壁导坑法施工在此条件下开挖引起涌水、突泥、塌方、隧道大变形等灾害问题。在富水断层破碎带大断面隧道施工中具有成本较低、施工较容易等特点，并在降水和超前地质探测等方面具有较大优势，值得推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道挖掘技术领域，特别是指一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法。
背景技术
公路建设正在我国大范围地开展，尤其是跨省市的远距离公路建设也在如火如荼地进行着，而我国是一个幅员广阔、多山多丘陵多高原的国家，在公路建设过程中如遇到山岭等地形复杂地段，进行隧道施工是最有效的建设方案。而在隧道建设过程中，地下水渗涌是影响隧道工程设计、施工和运营的一个重要因素。在地下水丰富的地区，隧道渗漏水一直是具有广泛性、普遍性和危害性的难题。我国是隧道突涌水灾害最严重的国家之一，突涌水灾害所造成的人员伤亡和经济损失在各类隧道地质灾害中居于前列，因而许多专家学者长期致力于此方面的研究，以求保障隧道施工过程中的安全。
而就现阶段的隧道开挖工法来看，主要是以CRD或双侧壁导坑法对涌水隧道进行施工，然而此种方法并非适用于存在大量土体且充盈地下水的大断面隧道，往往用此法进行施工之后会导致隧道的垮塌。目前，在结合各种传统施工工法优劣基础上，一些适用于富水区大断面隧道的新建设方法已被逐步创造出来。这类方法可提高隧道开挖过程中的安全性，并能保证隧道施工的质量。
对于处于富水断层破碎带条件的大断面隧道而言，隧道开挖会引起围岩应力场和渗流场耦合作用，使得地下水向隧道方向汇集。在力学、物理和化学作用下，对隧道施工以及建成运营造成巨大威胁，引起涌水、突泥、塌方、隧道大变形等灾害。隧道涌水会对软弱结构面、软弱层和破碎带浸泡、软化，使其强度不断降低，同时带走软弱结构面间的充填物，使岩体迅速解体，促使塌方或使塌方恶化，甚至造成不断突泥。
发明内容
本发明针对富水断层破碎带大断面隧道特点，提供一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，通过计算分析，验证了该工法的可靠性和有效控制地层变位的能力，明确了该工法之后结构的受力特点及施工需要特别注意的部位。现场实践证明，该法在含水软弱围岩隧道施工中具有成本较低、施工较容易等特点，并在降水和超前地质探测等方面具有较大优势，值得推广应用。
该方法将隧道开挖分为右侧导洞上半断面Ⅰ、右侧导洞下半断面Ⅱ、左侧导洞上半断面Ⅲ、左侧导洞下半断面Ⅳ、中部上台阶Ⅴ、中部中台阶Ⅵ和中部下台阶VII六个部分，具体包括步骤如下：
(1)右侧导洞上半断面开挖Ⅰ，施作初期支护一和临时支护1a；
(2)右侧导洞下半断面开挖Ⅱ，施作初期支护二和临时支护2a，施作右侧导洞砂浆锚杆、基地注浆小导管及主洞工字钢1b、浇筑混凝土1c；
(3)左侧导洞上半断面开挖Ⅲ，施作初期支护三和临时支护3a；
(4)左侧导洞下半断面开挖Ⅳ，施作初期支护四和临时支护4a，施作左侧导洞砂浆锚杆、基地注浆小导管及主洞工字钢3b、浇筑混凝土3c；
(5)中部上台阶开挖Ⅴ，施作初期支护五；
(6)中部中台阶开挖Ⅵ，施作临时支护6a；
(7)中部下台阶开挖VII，施作初期支护七；
(8)浇筑仰拱混凝土，分段拆除1a、2a、3a、4a、6a；
(9)施作仰拱回填混凝土；
(10)浇筑拱圈混凝土。
其中，在开挖过程中右侧导洞为先行洞，左侧导洞为后行洞，右侧和左侧两洞错开长度不小于15m。
右侧导洞和左侧导洞的开挖超过隧道的外轮廓线。
在开挖过程中，防排水措施采用堵排结合方式，采用超前导管与径向导管注浆将水由拱部逼至边墙处；注浆堵水后，对于分散的单个漏水点，当水量不大时，采用半圆排水管引排至边墙泄水孔处；对于大面积的渗漏水采用防水板引排；小股水应在出水处打设2.0～3.0m长PVC管进行定点引排。
开挖过程中，推荐以机械开挖为主，必须爆破时，采用控制爆破(预裂、微震爆破)施工。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该方法施工有效避免了传统开挖施工在富水断层破碎带条件下隧道开挖引起涌水、突泥、塌方、隧道大变形等灾害问题。隧道施工扩挖导洞能使断层破碎带中岩性较差的岩石替换为浇筑的高性能混凝土，能够提高隧道施工时的稳定性，同时有效地解决了富水条件下的隧道的涌水问题。十个工序衔接合理，有效提升了施工效率，在整体上提高了断层破碎带大断面隧道开挖施工进度。
附图说明
图1为本发明的适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法工艺流程图；
图2为本发明实施例中双导洞台阶法施工顺序示意图；
图3为本发明实施例中导洞支护断面图示意图；
图4为本发明实施例中超前支护纵向布置范围示意图；
图5为本发明实施例中超前支护施工示意图。
其中：1-初期支护；2-临时支护；3-混凝土；4-环向注浆小导管；5-径向注浆小导管；6-正洞初支轮廓线；7-钢架；8-二次衬砌；9-超前小导管；10-处治喷射混凝土；11-预留变形量。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法。
如图1所示，该方法包括步骤如下：
(1)右侧导洞上半断面开挖Ⅰ，施作初期支护一和临时支护1a；
(2)右侧导洞下半断面开挖Ⅱ，施作初期支护二和临时支护2a，施作右侧导洞砂浆锚杆、基地注浆小导管及主洞工字钢1b、浇筑混凝土1c；
(3)左侧导洞上半断面开挖Ⅲ，施作初期支护三和临时支护3a；
(4)左侧导洞下半断面开挖Ⅳ，施作初期支护四和临时支护4a，施作左侧导洞砂浆锚杆、基地注浆小导管及主洞工字钢3b、浇筑混凝土3c；
(5)中部上台阶开挖Ⅴ，施作初期支护五；
(6)中部中台阶开挖Ⅵ，施作临时支护6a；
(7)中部下台阶开挖VII，施作初期支护七；
(8)浇筑仰拱混凝土，分段拆除1a、2a、3a、4a、6a；
(9)施作仰拱回填混凝土；
(10)浇筑拱圈混凝土。
在具体施工过程中，如图2所示，将隧道开挖分为右侧导洞上半断面Ⅰ、右侧导洞下半断面Ⅱ、左侧导洞上半断面Ⅲ、左侧导洞下半断面Ⅳ、中部上台阶Ⅴ、中部中台阶Ⅵ、中部下台阶VII六个部分，施工方法中使用到挖掘机、简易台架、拱架、钢筋网片、锚杆。简易台架是指采用钢管、钢筋网等焊接而成的施工辅助设备，简易台架用于高处作业的施工人员站立及施工材料的临时存放。
如图3、图4所示，设置初期支护1和临时支护2，初期支护1和临时支护2中间有正洞初支轮廓线6，内部浇注混凝土3，初期支护1和临时支护2外围设置环向注浆小导管4和径向注浆小导管5。小导管按梅花形隔排布置，原则上沿径向设置，为径向注浆小导管5，并适当考虑与岩层层面的关系。部分外露50cm的小导管，末端设置两道加劲箍。钢筋网待开挖面初喷2cm混凝土后进行设置，并紧贴喷砼面挂设，设置范围为拱部及边墙，钢筋网数量未计搭接和损耗量。隧道开挖后应及时施作初期支护，以控制围岩变形，预留变形量应根据现场监控结果确定。超前小导管9设置于导洞150度范围内，环向间距40cm，纵向搭接长度1.5m，上仰角5～15°。
如图4、图5所示，在二次衬砌8上布置钢架7，并浇注混凝土3，各衬砌应严格采用相对应的超前支护参数。超前支护在拱部打设，范围如图所示。超前支护应与钢架7配合使用，从钢架断面腹部穿过，其尾部采用焊接与钢架7连成整体。超前小导管9采用长4.5m的φ42×4钢管。
钢筋网采用双层钢筋网，外层钢筋网待开挖面初喷2cm处治喷射混凝土10后进行设置，并紧贴喷砼面挂设，内层钢筋网紧贴钢架7内侧布设，双层钢筋网的设置范围为拱部及边墙，钢筋网数量未计搭接和损耗量。隧道开挖后应及时施作初期支护，以控制围岩变形，预留变形量11应根据现场监控结果确定。
本发明方法有效避免了隧道开挖施工在富水断层破碎带条件下大断面隧道开挖引起涌水、突泥、塌方、隧道大变形等灾害问题。隧道施工扩挖导洞能使断层破碎带中岩性较差的岩石替换为浇筑的高性能混凝土，能够提高隧道施工时的稳定性，同时有效地解决了富水条件下的隧道的涌水问题。十个工序衔接合理，有效提升了施工效率，在整体上提高了大断面断层破碎带隧道开挖施工进度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，其特征在于：将隧道开挖分为右侧导洞上半断面Ⅰ、右侧导洞下半断面Ⅱ、左侧导洞上半断面Ⅲ、左侧导洞下半断面Ⅳ、中部上台阶Ⅴ、中部中台阶Ⅵ和中部下台阶VII六个部分，具体包括步骤如下：
(1)右侧导洞上半断面开挖Ⅰ，施作初期支护一和临时支护1a；
(2)右侧导洞下半断面开挖Ⅱ，施作初期支护二和临时支护2a，施作右侧导洞砂浆锚杆、基地注浆小导管及主洞工字钢1b、浇筑混凝土1c；
(3)左侧导洞上半断面开挖Ⅲ，施作初期支护三和临时支护3a；
(4)左侧导洞下半断面开挖Ⅳ，施作初期支护四和临时支护4a，施作左侧导洞砂浆锚杆、基地注浆小导管及主洞工字钢3b、浇筑混凝土3c；
(5)中部上台阶开挖Ⅴ，施作初期支护五；
(6)中部中台阶开挖Ⅵ，施作临时支护6a；
(7)中部下台阶开挖VII，施作初期支护七；
(8)浇筑仰拱混凝土，分段拆除1a、2a、3a、4a、6a；
(9)施作仰拱回填混凝土；
(10)浇筑拱圈混凝土。
2.根据权利要求1所述的适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，其特征在于：在开挖过程中右侧导洞为先行洞，左侧导洞为后行洞，右侧和左侧两洞错开长度不小于15m。
3.根据权利要求1所述的适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，其特征在于：所述右侧导洞和左侧导洞的开挖超过隧道的外轮廓线。
4.根据权利要求1所述的适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，其特征在于：在开挖过程中，防排水措施采用堵排结合方式，采用超前导管与径向导管注浆将水由拱部逼至边墙处；注浆堵水后，对于分散的单个漏水点，采用半圆排水管引排至边墙泄水孔处；对于大面积的渗漏水采用防水板引排。
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