CN109372517A - 一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，属于土木工程技术领域，本施工方法旨在严格控制隧道拱部沉降，防止沉降超限波及到供水管造成结构(拱涵)破坏。综合以上因素，施工总体方案如下：首先施作超前支护，达到设计效果后，该上软下硬复合地层采用三台阶法进行施工，上台阶为软弱土层，采用机械法开挖，中下台阶为岩层，采用爆破法开挖，控制区域循环进尺为1榀钢架间距；尽量人工配合机械开挖，及时封闭成环，抑制拱部下沉；二衬紧跟开挖面，采用模板台车拱墙一次浇筑成型。加强控制区域洞内和地表沉降监测，以及爆破影响范围内振速监测，及时反馈信息指导设计和施工。
Description
技术领域：
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法。
背景技术：
目前浅埋大跨隧道开挖方法有很多，双侧壁导坑法是其中一种能够严格控制沉降的方法。虽然双侧壁导坑法可以较好地控制围岩变形，保证施工安全，但由于工序较多，施工复杂，导致整体施工工期很长，造价较高。在上软下硬地层中，尤其是下硬地层(中风化、微风化岩石)中采用爆破施工时采用双侧壁导坑法存在一定的局限性，一是下部岩体爆破开挖会冲击破坏已施作的临时支护；二是施工二次衬砌前拆除临时支撑的风险较高。
隧道下穿供水管时，需要严格控制隧道内沉降和地表沉降，防止供水管结构发生破坏，针对上软下硬地层大跨隧道，上层软弱土层开挖后，在下层岩层采用爆破开挖时，由于爆破振动，隧道下部岩体爆破作业时对拱顶结构可能造成冲击破坏，甚至引起隧道内和地表大范围沉降。因此，设计制备一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，在上软下硬地层中，能够满足快速施工要求，降低施工成本，并且能够严格控制地层变形，防止对供水管造成结构破坏，保证施工安全。
发明内容：
本发明的目的在于寻求设计提供一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，用在上软下硬地层中，能够严格控制围岩变形，保证供水管结构安全和施工安全，另一方面能够提升施工效率，节省工期，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，隧道开挖地层上软下硬，采用三台阶法开挖，上台阶为土质地层，采用机械法开挖；中下台阶为岩体，采用爆破法开挖，进行分部开挖循环掘进，严格控制爆破振速和拱顶沉降，具体工艺步骤按照如下方式进行：
S1、首先对开挖隧道进行超前支护，包括周边帷幕注浆和超前小导管支护，周边帷幕注浆施工方法包括施工止浆岩盘、放样布孔、钻孔、注浆施工；
S2、周边帷幕注浆施工完毕，经试验检测达到设计效果后，开始施作超前小导管支护，对周边围岩进一步加固，减小拱部围岩变形、下沉；同时洞身开挖在其保护下作业，确保施工安全，施工方法包括布眼、钻孔、装管和注浆；
S3、洞身开挖采用“三台阶法”进行施工，把整个断面分成“三大部分”进行开挖支护，首先进行上台阶开挖，采用机械法，使用装载机配合挖掘机出渣，出渣完毕后，立即安装钢拱架，打设系统锚杆并复喷初支混凝土至设计厚度，初支混凝土为厚30cmC30喷射砼，厚30cm，衬砌厚度具体根据隧道开挖断面尺寸及围岩参数确定，钢架根据开挖断面大小分段预制和安装；
其中，上断面施工台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始施工中断面台阶，中台阶采用钻爆法，钻眼爆破采用人工手持式凿岩机钻孔，非电毫秒系统光面爆破，爆破通风后立即出渣，出渣完毕后，立即安装钢拱架，打设系统锚杆并复喷初支混凝土至设计厚度；
中断面施工台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始施工下断面台阶，下台阶施工方法同中台阶施工，每道工序完成后再进行下道工序施工，为了不影响上半断面的出渣，中下断面采用左右半幅倒边施工，开挖循环进尺2.5m；
S4、在下台阶开挖后，及时施作矮边墙和衬砌仰拱及填充，砼浇注采用全幅施工，一次浇注成型，模板采用通用常规定型大块模板，与常规作业平台一致，模板具体结构为一个矩形空心无盖箱体，四周用模板固定装置固定，注入混凝土，采用插入式振捣器振捣，浇注时由仰拱中心向两侧分层、对称进行，仰拱与边墙基础衔接处捣固密实；
S5、防水层采用无纺布+PVC防水板拱墙设置，防水层铺设完毕后，安装二次衬砌钢筋，安装完毕后检验二次衬砌钢筋的安装质量，二衬台车就位后，浇筑二次衬砌砼，衬砌钢筋质量检验标准如下表所示：
d为钢筋直径。
进一步的，在施工时，上台阶的高度范围为2.5-3.5m，中台阶的高度范围为3.5-4.5m，下台阶的高度范围为4.0-5.0m。
进一步的，在隧道开挖前，通过提前岩土勘察，确定上中台阶软硬的交界面，以此来确定上台阶高度，确保上台阶开挖部分的拱脚落在中台阶的硬岩上，并及时施作锁脚锚杆，保证上台阶拱架的稳定。
进一步的，隧道开挖后，先进行初期支护的施工，初期支护仰拱闭合成环后，最后施作二次衬砌和内部结构，初期支护采用工字钢支撑，工字钢支撑的纵向间距为100cm/榀。
进一步的，周边帷幕注浆范围为洞身开挖轮廓线以外6m(全环)，孔径采用Φ115mm，以隧道轴线为中心伞状布置，间距75cm，计5环；注浆采用单液浆(水灰比1：1)，扩散半径为2m，初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。
进一步的，锁脚锚管向下与水平方向约呈30°夹角，两根上下间距28cm-32cm，用Φ22cm钢筋把锚管、钢架焊接牢实，在下接拱架之前采取分段注浆密实，每段的长度为3～5m。
进一步的，采用Φ50cm的超前小导管沿拱部150°范围布设，长4.5m，环向间距0.4m，纵向间距1.8m；注浆采用单液浆(水灰比1:1)，初压0.5MPa，终压1.0MPa。
进一步的，防水层采用无纺布(400g/m2)+PVC防水板(厚1.5mm)，拱墙设置。无纵环向及横向透水管，为确保二衬无渗漏水，在两侧矮边墙底部防水板外侧设置通长Φ75mm软式透水管，在填充施工缝处用三条软式透水管引出小边墙。
进一步的，初期支护采用系统锚杆+双层钢筋网+型钢拱架+C30喷射砼结构(厚30cm)，二次衬砌采用70cm厚C35(防水P10)钢筋砼结构。
进一步的，上台阶采用人工配合机械(松软岩)方法开挖，中台阶和下台阶采用人工钻眼、光面(预裂)爆破方法开挖，中台阶和下台阶施工时，周边孔采用光面爆破，微差松动控制爆破技术，循环进尺不大于2.0m，掏槽孔深度2.3m，利用上台阶已形成的自由面，打水平炮孔分层爆破。
本发明与现有技术相比，取得的有益效果如下：
1、本发明相较于传统的双侧壁导坑法，在采用爆破施工下部岩体时，由于有上台阶凌空面的存在，爆炸冲击对已经施作的初期支护产生的破坏会大幅度减小，对隧道围岩变形扰动较小，从而有效控制地面沉降；与之相反，在双侧壁导坑法爆破施工时，中下台阶通过已施作的临时支护与上部初期支护相连接，爆破震动会通过临时支护传递到初期支护，从而造成临时支护和初期支护结构的破坏，造成隧道拱部围岩变形和沉降。
2、本发明相较于双侧壁导坑法，现场施工方便，能够严格控制施工工期，降低施工成本。
3、隧道上台阶采用机械开挖，中下台阶采用爆破法开挖，然后施作边墙和仰拱，本发明能够严格控制隧道围岩变形，控制隧道内和地表沉降，保证施工安全和供水管结构安全。
4、采用地表注浆加固及洞内增设大管棚的方案进行综合处理，确保供水建筑物的安全。
5、加强控制区域洞内和地表沉降，以及爆破影响50m范围震速监测，及时反馈信息指导设计和施工，爆破施工中根据实际爆破效果及时进行参数调整。
6、该方法主体构思巧妙，设计施工方便，应用环境友好，市场前景广阔。
附图说明：
图1为本发明涉及的隧道横断面结构原理示意图。
图2为本发明涉及的传统双侧壁导坑法的隧道横断面结构原理示意图。
图3为本发明涉及的隧道三台阶法施工纵断面结构原理示意图。
图4为本发明涉及的隧道帷幕注浆纵断面结构原理示意图。
图5为本发明涉及的隧道衬砌帷幕注浆A-A横断面结构原理示意图。
其中，上台阶开挖部分1、中台阶左幅开挖部分2、中台阶右幅开挖部分3、中台阶核心开挖部分4、下台阶左幅开挖部分5、下台阶右幅开挖部分6、下台阶核心开挖部分7。
具体实施方式：
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本实施例涉及一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其具体工艺步骤按照如下方式进行：
S1、首先对开挖隧道进行超前支护，包括周边帷幕注浆和超前小导管支护，周边帷幕注浆施工方法包括施工止浆岩盘、放样布孔、钻孔、注浆施工；
S2、周边帷幕注浆施工完毕，经试验检测达到设计效果后，开始施作超前小导管支护，对周边围岩进一步加固，减小拱部围岩变形、下沉；同时洞身开挖在其保护下作业，确保施工安全，施工方法包括布眼、钻孔、装管和注浆；
S3、洞身开挖采用“三台阶法”进行施工，把整个断面分成“三大部分”进行开挖支护，首先进行上台阶开挖，采用机械法，使用装载机配合挖掘机出渣，出渣完毕后，立即安装钢拱架，打设系统锚杆并复喷初支混凝土至设计厚度，初支混凝土为厚30cmC30喷射砼，衬砌厚度具体根据隧道开挖断面尺寸及围岩参数确定，钢架根据开挖断面大小分段预制和安装；
其中，上断面施工台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始施工中断面台阶，中台阶采用钻爆法，钻眼爆破采用人工手持式凿岩机钻孔，非电毫秒系统光面爆破，爆破通风后立即出渣，出渣完毕后，立即安装钢拱架，打设系统锚杆并复喷初支混凝土至设计厚度；
中断面施工台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始施工下断面台阶，下台阶施工方法同中台阶施工，每道工序完成后再进行下道工序施工，为了不影响上半断面的出渣，中下断面采用左右半幅倒边施工，开挖循环进尺2.5m；
S4、在下台阶开挖后，及时施作矮边墙和衬砌仰拱及填充，砼浇注采用全幅施工，一次浇注成型，模板采用通用常规定型大块模板，与常规作业平台一致，模板具体结构为一个矩形空心无盖箱体，四周用模板固定装置固定，注入混凝土，插入式振捣器振捣，浇注时由仰拱中心向两侧分层、对称进行，仰拱与边墙基础衔接处捣固密实；
S5、防水层采用无纺布+PVC防水板拱墙设置，防水层铺设完毕后，安装二次衬砌钢筋，安装完毕后检验二次衬砌钢筋的安装质量，二衬台车就位后，浇筑二次衬砌砼，衬砌钢筋质量检验标准如下表所示：
d为钢筋直径。
进一步的，在隧道开挖前，通过提前岩土勘察，确定上中台阶软硬的交界面，以此来确定上台阶高度，确保上台阶开挖部分的拱脚落在中台阶的硬岩上，并及时施作锁脚锚杆，保证上台阶拱架的稳定。
进一步的，隧道开挖后，先进行初期支护的施工，初期支护仰拱闭合成环后，最后施作二次衬砌和内部结构，初期支护采用工字钢支撑，工字钢支撑的纵向间距为100cm/榀。
进一步的，周边帷幕注浆范围为洞身开挖轮廓线以外6m(全环)，孔径采用Φ115mm，以隧道轴线为中心伞状布置，间距75cm，计5环；注浆采用单液浆(水灰比1：1)，扩散半径为2m，初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。
进一步的，锁脚锚管向下与水平方向约呈30°夹角，两根上下间距28cm-32cm，用Φ22cm钢筋把锚管、钢架焊接牢实，在下接拱架之前采取分段注浆密实，每段的长度为3～5m。
进一步的，采用Φ50cm的超前小导管沿拱部150°范围布设，长4.5m，环向间距0.4m，纵向间距1.8m；注浆采用单液浆(水灰比1:1)，初压0.5MPa，终压1.0MPa。
进一步的，防水层采用无纺布(400g/m2)+PVC防水板(厚1.5mm)，拱墙设置，无纵环向及横向透水管，为确保二衬无渗漏水，在两侧矮边墙底部防水板外侧设置通长Φ75mm软式透水管，在填充施工缝处用三条软式透水管引出小边墙。
进一步的，初期支护采用系统锚杆+双层钢筋网+型钢拱架+C30喷射砼结构(厚30cm)，二次衬砌采用70cm厚C35(防水P10)钢筋砼结构。
进一步的，上台阶采用人工配合机械(松软岩)方法开挖，中台阶和下台阶采用人工钻眼、光面(预裂)爆破方法开挖，中台阶和下台阶施工时，周边孔采用光面爆破，微差松动控制爆破技术，循环进尺不大于2.0m，掏槽孔深度2.3m，利用上台阶已形成的自由面，打水平炮孔分层爆破。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种施工方法：旨在严格控制隧道拱部沉降，防止沉降超限波及到供水管造成结构(拱涵)破坏。综合以上因素拟定施工总体方案如下，如附图1所示：首先施作超前支护，达到设计效果后，上软下硬地层采用三台阶法进行施工，上台阶为软弱土层，采用机械法开挖，中下台阶为岩层，采用爆破法开挖，控制区域循环进尺为1榀钢架间距；尽量人工配合机械开挖，及时封闭成环，抑制拱部下沉；二衬紧跟开挖面，采用模板台车拱墙一次浇筑成型。加强控制区域洞内和地表沉降，以及爆破影响范围内震速监测，及时反馈信息指导设计和施工。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于该方法适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工，隧道开挖地层上软下硬，采用三台阶法开挖，上台阶为土质地层，采用机械法开挖；中下台阶为岩体，采用爆破法开挖，进行分部开挖循环掘进，严格控制爆破振速和拱顶沉降，具体工艺步骤按照如下方式进行：
S1、首先对开挖隧道进行超前支护，包括周边帷幕注浆和超前小导管支护，周边帷幕注浆施工方法包括施工止浆岩盘、放样布孔、钻孔、注浆施工；
S2、周边帷幕注浆施工完毕，经试验检测达到设计效果后，开始施作超前小导管支护，对周边围岩进一步加固，减小拱部围岩变形、下沉；同时洞身开挖在其保护下作业，确保施工安全，施工方法包括布眼、钻孔、装管和注浆；
S3、洞身开挖采用“三台阶法”进行施工，把整个断面分成“三大部分”进行开挖支护，首先进行上台阶开挖，采用机械法，使用装载机配合挖掘机出渣，出渣完毕后，立即安装钢拱架，打设系统锚杆并复喷初支混凝土至设计厚度，初支混凝土为厚30cm C30喷射砼，厚30cm，衬砌厚度具体根据隧道开挖断面尺寸及围岩参数确定，钢架根据开挖断面大小分段预制和安装；
其中，上断面施工台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始施工中断面台阶，中台阶采用钻爆法，钻眼爆破采用人工手持式凿岩机钻孔，非电毫秒系统光面爆破，爆破通风后立即出渣，出渣完毕后，立即安装钢拱架，打设系统锚杆并复喷初支混凝土至设计厚度；
中断面施工台阶开挖支护进尺达到10～15m后，开始施工下断面台阶，下台阶施工方法同中台阶施工，每道工序完成后再进行下道工序施工，为了不影响上半断面的出渣，中下断面采用左右半幅倒边施工，开挖循环进尺2.5m；
S4、在下台阶开挖后，及时施作矮边墙和衬砌仰拱及填充，砼浇注采用全幅施工，一次浇注成型，模板采用通用常规定型大块模板，与常规作业平台一致，模板具体结构为一个矩形空心无盖箱体，四周用模板固定装置固定，注入混凝土，采用插入式振捣器振捣，浇注时由仰拱中心向两侧分层、对称进行，仰拱与边墙基础衔接处捣固密实；
S5、防水层采用无纺布+PVC防水板拱墙设置，防水层铺设完毕后，安装二次衬砌钢筋，安装完毕后检验二次衬砌钢筋的安装质量，二衬台车就位后，浇筑二次衬砌砼，衬砌钢筋质量检验标准如下表所示：
d为钢筋直径。
2.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于在施工时，上台阶的高度范围为2.5-3.5m，中台阶的高度范围为3.5-4.5m，下台阶的高度范围为4.0-5.0m。
3.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于在隧道开挖前，通过提前岩土勘察，确定上中台阶软硬的交界面，以此来确定上台阶高度，确保上台阶开挖部分的拱脚落在中台阶的硬岩上，并及时施作锁脚锚杆，保证上台阶拱架的稳定。
4.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于隧道开挖后，先进行初期支护的施工，初期支护仰拱闭合成环后，最后施作二次衬砌和内部结构，初期支护采用工字钢支撑，工字钢支撑的纵向间距为100cm/榀。
5.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于周边帷幕注浆范围为洞身开挖轮廓线以外6m，孔径采用Φ115mm，以隧道轴线为中心伞状布置，间距75cm，计5环；注浆采用单液浆，扩散半径为2m，初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。
6.根据权利要求3所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于锁脚锚杆向下与水平方向约呈30°夹角，两根上下间距28cm-32cm，用Φ22cm钢筋把锁脚锚杆、钢架焊接牢实，在下接拱架之前采取分段注浆密实，每段的长度为3～5m。
7.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于采用Φ50cm的超前小导管沿拱部150°范围布设，长4.5m，环向间距0.4m，纵向间距1.8m；注浆采用单液浆，初压0.5MPa，终压1.0MPa。
8.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于防水层采用无纺布+PVC防水板，拱墙设置，无纵环向及横向透水管，为确保二衬无渗漏水，在两侧矮边墙底部防水板外侧设置通长Φ75mm软式透水管，在填充施工缝处用三条软式透水管引出小边墙。
9.根据权利要求4所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于初期支护采用系统锚杆+双层钢筋网+型钢拱架+C30喷射砼结构，二次衬砌采用70cm厚C35钢筋砼结构。
10.根据权利要求1所述的一种适用于上软下硬复合地层隧道下穿供水管施工方法，其特征在于上台阶采用人工配合机械方法开挖，中台阶和下台阶采用人工钻眼、光面爆破方法开挖，中台阶和下台阶施工时，周边孔采用光面爆破，微差松动控制爆破技术，循环进尺不大于2.0m，掏槽孔深度2.3m，利用上台阶已形成的自由面，打水平炮孔分层爆破。
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