CN109488313A - 一种ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，属于隧道施工相关技术领域，所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺包括如下六个步骤：步骤一，施工准备；步骤二，超前支护；步骤三，洞身开挖；步骤四，仰拱及填充；步骤五，初期支护；步骤六，养护；本发明详细介绍了采用微台阶法开挖Ⅴ级围岩的施工工艺，使得微台阶法能够很好地适用于Ⅴ级围岩的开挖，所述的过程简单，在隧道施工相关技术领域中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工相关技术领域，具体是一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺。
背景技术
台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶)，上下台阶同时并进的施工方法。根据台阶长度，可分为短台阶、长台阶、超短台阶(微台阶)法等。台阶法是两车道隧道Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和部分V级围岩深埋段常用的施工方法，一般划分为上、下两个台阶。该方法将设计断面分成上半部断面和下半部断面，错开一定距离L(台阶长度)先开挖上半断面，待开挖至一定长度后再开挖下半断面，上、下半断面在不同的工作面同时掘进施工。三车道隧道一般采用三台阶。
现有技术中在隧道施工相关技术领域中的微台阶法开挖施工工艺尚不成熟，在实际开挖中会出现种种难题从而影响开挖进度和开挖质量；因此，本发明提供一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，包括如下步骤：步骤一，施工准备；步骤二，超前支护；步骤三，洞身开挖；步骤四，仰拱及填充；步骤五，初期支护；步骤六，养护；
所述步骤一的具体实施过程为：准备开挖工具，并加强超前地质预测和预报，加强围岩监控量测管理，调整预留变形量及支护参数，施作整体衬砌；
所述步骤二的具体实施过程为：开挖前采用超前小导管进行围岩注浆加固；
所述步骤三的具体实施过程为：导坑开挖时沿开挖轮廓线环向开挖，以铣挖机结合人工开挖，两侧拱脚拱架落底部位采用挖掘机配合人工开挖，开挖仰拱两侧2.3m范围内部分，方便拱架直接落底，两侧拱脚部位落底且喷锚支护完成后采用土方重新回填至仰拱高度；
所述步骤四的具体实施过程为：开挖隧底，每循环进尺不大于3m，开挖完成后及时施做仰拱，仰拱长度达到12m后及时进行仰拱填充砼浇筑；
所述步骤五的具体实施过程为：初期支护采取喷射混凝土，采用湿喷方法，厚度26cm，设计强度等级为C25，喷射混凝土配合比的设计满足强度设计要求、不发生管路堵塞、能向上喷射至设计厚度的要求；
所述步骤六的具体实施过程为：喷射混凝土终凝2小时后，进行洒水养护，环境气温低于5℃时，不得洒水养护。
作为本发明进一步的方案：所述步骤一中开挖工具采用铣挖机及人工配合挖掘机进行，出碴采用装载机配合自卸汽车无轨运输。
作为本发明进一步的方案：所述步骤二中超前小导管采用Φ42mm，L＝4m，壁厚4mm的热轧无缝钢管制作；超前小导管前端封闭并制成锥形，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时直接打入，超前小导管尾端采用Φ6mm钢筋焊一圈加强箍，防止施工时导管尾端变形；超前小导管的管壁四周钻Φ6mm注浆孔，孔间距15cm，超前小导管尾端设105cm止浆段；超前小导管以10～15°外插角打入围岩，沿拱部环向布置，环向间距35cm，纵向排距2.4m，每两排超前小导管搭接长度≥1.2m，超前小导管尾端固定在钢拱架上。
作为本发明进一步的方案：所述步骤三中开挖后及时支护并封闭成环构成稳固的支护体系；施工严格控制开挖长度，根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度为2榀拱架；开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间；洞内临时排水应通畅，严禁积水浸泡拱(墙)脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低；当地层含水量变化较大时及时调整洞身开挖工艺；微台阶开挖总高度8.51m，上台阶高度4.51m，下台阶高度4m，两侧及正面按1:0.2坡率放坡，开挖进尺2榀/次，上台阶长度控制在3m。
作为本发明进一步的方案：所述步骤四中浇筑仰拱填充砼前应注意各预埋件及综合接地钢筋预埋、设置，仰拱开挖时，拱脚回填土位置采用人工开挖，严格禁止采用挖掘机直接挖掘。
作为本发明进一步的方案：所述步骤四中开挖循环进尺不得大于1榀/次，开挖台车应紧跟掌子面，仰拱开挖长度不得大于3m/次，仰拱填充施工长度不得大于12m/次；控制最大临界震动速度不大于15cm/s。
作为本发明进一步的方案：所述步骤五中喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至喷射作业区，采用湿喷机械臂进行喷射作业；在隧道开挖完成后，先喷射3～5cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度；喷射操作程序为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土；喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不大于6m；喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。
作为本发明进一步的方案：所述步骤五中喷射混凝土前应准备：(1)喷射前应对受喷岩面进行处理，清理岩面松动岩渣；(2)埋设钢筋头做为控制喷射混凝土厚度的标志，每1～2m设一根；(3)检查机具设备和风、水、电等管线路，湿喷机就位，并试运转；(4)遇受喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面，喷射前应按不同情况进行处理：1)大股涌水应先按照止水方案进行施工，2)小股水或裂隙渗漏水采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土，3)大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土，添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
作为本发明进一步的方案：所述步骤五中喷射速度需利于混凝土的压实；风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度，因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压，一般工作风压为边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa；喷射时喷射角度为85°～90°，以使获得最大压实和最小回弹；喷嘴与受喷面间距为1.5～2.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不小于70°；如果喷嘴与受喷面的角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。
作为本发明进一步的方案：所述步骤五中喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm；分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土，边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层；分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面，一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量；边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀；顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间为2～4h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，包括如下六个步骤：步骤一，施工准备；步骤二，超前支护；步骤三，洞身开挖；步骤四，仰拱及填充；步骤五，初期支护；步骤六，养护；本发明详细介绍了采用微台阶法开挖Ⅴ级围岩的施工工艺，使得微台阶法能够很好地适用于Ⅴ级围岩的开挖，所述的施工工艺过程简单，技术成熟，在隧道施工相关技术领域中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程图。
图2为本发明中喷射混凝土施工工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例一
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，包括如下步骤：步骤一，施工准备；步骤二，超前支护；步骤三，洞身开挖；步骤四，仰拱及填充；步骤五，初期支护；步骤六，养护；
所述步骤一的具体实施过程为：准备开挖工具，并加强超前地质预测和预报，加强围岩监控量测管理，调整预留变形量及支护参数，施作整体衬砌；
所述步骤二的具体实施过程为：开挖前采用超前小导管进行围岩注浆加固；
所述步骤三的具体实施过程为：导坑开挖时沿开挖轮廓线环向开挖，以铣挖机结合人工开挖，两侧拱脚拱架落底部位采用挖掘机配合人工开挖，开挖仰拱两侧2.3m范围内部分，方便拱架直接落底，两侧拱脚部位落底且喷锚支护完成后采用土方重新回填至仰拱高度；
所述步骤四的具体实施过程为：开挖隧底，每循环进尺不大于3m，开挖完成后及时施做仰拱，仰拱长度达到12m后及时进行仰拱填充砼浇筑；
所述步骤五的具体实施过程为：初期支护采取喷射混凝土，采用湿喷方法，厚度26cm，设计强度等级为C25，喷射混凝土配合比的设计满足强度设计要求、不发生管路堵塞、能向上喷射至设计厚度的要求；
所述步骤六的具体实施过程为：喷射混凝土终凝2小时后，进行洒水养护，环境气温低于5℃时，不得洒水养护。
本发明实施例中，所述步骤一中开挖工具采用铣挖机及人工配合挖掘机进行，出碴采用装载机配合自卸汽车无轨运输。
本发明实施例中，所述步骤二中超前小导管采用Φ42mm，L＝4m，壁厚4mm的热轧无缝钢管制作；超前小导管前端封闭并制成锥形，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时直接打入，超前小导管尾端采用Φ6mm钢筋焊一圈加强箍，防止施工时导管尾端变形；超前小导管的管壁四周钻Φ6mm注浆孔，孔间距15cm，超前小导管尾端设105cm止浆段；超前小导管以10～15°外插角打入围岩，沿拱部环向布置，环向间距35cm，纵向排距2.4m，每两排超前小导管搭接长度≥1.2m，超前小导管尾端固定在钢拱架上。
本发明实施例中，所述步骤三中开挖后及时支护并封闭成环构成稳固的支护体系；施工严格控制开挖长度，根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度为2榀拱架；开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间；洞内临时排水应通畅，严禁积水浸泡拱(墙)脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低；当地层含水量变化较大时及时调整洞身开挖工艺；微台阶开挖总高度8.51m，上台阶高度4.51m，下台阶高度4m，两侧及正面按1:0.2坡率放坡，开挖进尺2榀/次，上台阶长度控制在3m。
本发明实施例中，所述步骤四中浇筑仰拱填充砼前应注意各预埋件及综合接地钢筋预埋、设置，仰拱开挖时，拱脚回填土位置采用人工开挖，严格禁止采用挖掘机直接挖掘。
本发明实施例中，所述步骤四中开挖循环进尺不得大于1榀/次，开挖台车应紧跟掌子面，仰拱开挖长度不得大于3m/次，仰拱填充施工长度不得大于12m/次；控制最大临界震动速度不大于15cm/s。
本发明实施例中，所述步骤五中喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至喷射作业区，采用湿喷机械臂进行喷射作业；在隧道开挖完成后，先喷射3～5cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度；喷射操作程序为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土；喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不大于6m；喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。
本发明实施例中，所述步骤五中喷射混凝土前应准备：(1)喷射前应对受喷岩面进行处理，清理岩面松动岩渣；(2)埋设钢筋头做为控制喷射混凝土厚度的标志，每1～2m设一根；(3)检查机具设备和风、水、电等管线路，湿喷机就位，并试运转；(4)遇受喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面，喷射前应按不同情况进行处理：1)大股涌水应先按照止水方案进行施工，2)小股水或裂隙渗漏水采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土，3)大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土，添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
本发明实施例中，所述步骤五中喷射速度需利于混凝土的压实；风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度，因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压，一般工作风压为边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa；喷射时喷射角度为85°～90°，以使获得最大压实和最小回弹；喷嘴与受喷面间距为1.5～2.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不小于70°；如果喷嘴与受喷面的角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。
本发明实施例中，所述步骤五中喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm；分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土，边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层；分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面，一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量；边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀；顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间为2～4h。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，施工准备；步骤二，超前支护；步骤三，洞身开挖；步骤四，仰拱及填充；步骤五，初期支护；步骤六，养护；
所述步骤一的具体实施过程为：准备开挖工具，并加强超前地质预测和预报，加强围岩监控量测管理，调整预留变形量及支护参数，施作整体衬砌；
所述步骤二的具体实施过程为：开挖前采用超前小导管进行围岩注浆加固；
所述步骤三的具体实施过程为：导坑开挖时沿开挖轮廓线环向开挖，以铣挖机结合人工开挖，两侧拱脚拱架落底部位采用挖掘机配合人工开挖，开挖仰拱两侧2.3m范围内部分，两侧拱脚部位落底且喷锚支护完成后采用土方重新回填至仰拱高度；
所述步骤四的具体实施过程为：开挖隧底，每循环进尺不大于3m，开挖完成后及时施做仰拱，仰拱长度达到12m后及时进行仰拱填充砼浇筑；
所述步骤五的具体实施过程为：初期支护采取喷射混凝土，采用湿喷方法，厚度26cm，设计强度级为C25，喷射混凝土配合比的设计满足强度设计要求、不发生管路堵塞、能向上喷射至设计厚度的要求；
所述步骤六的具体实施过程为：喷射混凝土终凝2小时后，进行洒水养护，环境气温低于5℃时，不得洒水养护。
2.根据权利要求1所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤一中开挖工具采用铣挖机及人工配合挖掘机进行，出碴采用装载机配合自卸汽车无轨运输。
3.根据权利要求1所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤二中超前小导管采用Φ42mm，L＝4m，壁厚4mm的热轧无缝钢管制作；超前小导管前端封闭并制成锥形，当围岩松软时直接打入，超前小导管尾端采用Φ6mm钢筋焊一圈加强箍；超前小导管的管壁四周钻Φ6mm注浆孔，孔间距15cm，超前小导管尾端设105cm止浆段；超前小导管以10～15°外插角打入围岩，沿拱部环向布置，环向间距35cm，纵向排距2.4m，每两排超前小导管搭接长度≥1.2m，超前小导管尾端固定在钢拱架上。
4.根据权利要求1所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤三中开挖后及时支护并封闭成环构成稳固的支护体系；施工严格控制开挖长度，根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度为2榀拱架；开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间；洞内临时排水应通畅，严禁积水浸泡拱脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低；当地层含水量变化较大时及时调整洞身开挖工艺；微台阶开挖总高度8.51m，上台阶高度4.51m，下台阶高度4m，两侧及正面按1:0.2坡率放坡，开挖进尺2榀/次，上台阶长度控制在3m。
5.根据权利要求1所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤四中浇筑仰拱填充砼前应注意各预埋件及综合接地钢筋预埋、设置，仰拱开挖时，拱脚回填土位置采用人工开挖，严格禁止采用挖掘机直接挖掘。
6.根据权利要求5所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤四中开挖循环进尺不得大于1榀/次，开挖台车应紧跟掌子面，仰拱开挖长度不得大于3m/次，仰拱填充施工长度不得大于12m/次；控制最大临界震动速度不大于15cm/s。
7.根据权利要求1所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤五中喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至喷射作业区，采用湿喷机械臂进行喷射作业；在隧道开挖完成后，先喷射3～5cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度；喷射操作程序为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土；喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不大于6m；喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。
8.根据权利要求7所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤五中喷射混凝土前应准备：(1)喷射前应对受喷岩面进行处理，清理岩面松动岩渣；(2)埋设钢筋头作为控制喷射混凝土厚度的标志，每1～2m设一根；(3)检查机具设备和风、水、电管线路，湿喷机就位，并试运转；(4)遇受喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面，喷射前应按不同情况进行处理：1)大股涌水应先按照止水方案进行施工，2)小股水或裂隙渗漏水采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土，3)大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土，添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
9.根据权利要求8所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤五中喷射速度需利于混凝土的压实；起始风压达到0.5MPa后，开始操作，工作风压为边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa；喷射时喷射角度为85°～90°；喷嘴与受喷面间距为1.5～2.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不小于70°。
10.根据权利要求9所述的Ⅴ级围岩微台阶法开挖施工工艺，其特征在于，所述步骤五中喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm；分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土，边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射；分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面，一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量；边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀；顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间为2～4h。
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