CN110374607A - 一种隧道下穿公路施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种隧道下穿公路施工工艺，涉及隧道施工技术领域。S1、超前支护，采用管棚结合超前小导管作为超前支护，相邻两段超前支护的管棚的相邻端部在隧道径向上重合以实现相互搭接；S2、超前帷幕注浆，在掌子面开挖前，通过步骤S1中的超前支护对周边进行预注浆，加固围岩；S3、隧道开挖；S4、隧道支护以及防排水施工；S5、衬砌施工。通过双层超前管棚与超前小导管组合进行超前支护，与全断面超前帷幕注浆结合，即使在施工过程中有的管棚钢管碰到球状风化体，也能够保证掌子面的稳定，施工更加安全，而且成功率高，利用方法施工的隧道埋深仅有15m左右，没有改动原有公路，在未影响道路交通的情况下，保证隧道顺利下穿通过公路。

Description

一种隧道下穿公路施工工艺

技术领域

本发明实施例涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道下穿公路施工工艺。

背景技术

随着交通网建设规模的不断扩大，导致大量新建轨道交通线路以隧道形式下穿既有公路。下穿既有公路的隧道施工不可避免地会对地层产生扰动，引起地面产生不同程度的沉降，施工方法不当还会导致隧道上部既有公路出现地面开裂、塌陷等危害，影响交通正常运行，易引起严重的安全事故和造成较大经济损失。

目前虽然在隧道施工过程中采用超前支护，但是在施工段围岩呈富水状态，掌子面不能自稳，管幕施工过程中容易遇到风化体的概率较大，容易导致施工无法达到设计要求，所以为了保证施工顺利进行，目前隧道下穿公路施工中，隧道埋深距离浅，施工成本高，而且仍然存在影响公路交通的正常运行。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种隧道下穿公路施工工艺，以解决现有技术中隧道埋深距离浅，施工成本高的问题，不需要改动原公路，在未影响交通的情况下顺利完成下穿公路。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，该隧道下穿公路施工工艺包括以下步骤：

S1、超前支护，采用管棚结合超前小导管作为超前支护，相邻两段超前支护的管棚的相邻端部在隧道径向上重合以实现相互搭接；

S2、超前帷幕注浆，在掌子面开挖前，通过步骤S1中的超前支护对周边进行预注浆，加固围岩；

S3、隧道开挖；

S4、隧道支护以及防排水施工；

S5、衬砌施工。

进一步地，所述的S1的超前支护具体包括以下步骤：

S101、管棚制作，加工管棚钢管，管棚钢管的前端加工为锥形，管棚钢管的管壁上交错钻注浆孔，管棚钢管的后端为100～150cm的止浆段，止浆段上无注浆孔；

S102、在沿拱墙开挖轮廓线外侧钻钢管安装孔，然后将管棚钢管插入钢管安装孔内；

S103、通过管棚钢管上的注浆孔进行注浆加固。

进一步地，步骤S103中注浆时，采用注浆机将水泥浆注入管棚钢管内，在水量较大的位置为水泥与水玻璃双液浆，初压为0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆，注浆时先灌注奇数管棚钢管，再灌注偶数管棚钢管。

进一步地，步骤S3中根据隧道洞壁出水情况选择对应的注浆止水方式，出水情况包括集中涌水和散水出水；

对于集中涌水，先分流涌水，设置一至三个分流孔，再以分流孔为圆心，环向施工三至五圈注浆孔，注浆从外圈向内圈单序跳孔注浆，以达到分流堵塞水流孔径的目的，起到限排的作用；

对于散水出水，沿出水部位，以洞壁作为封堵面，环向间距1.5m，纵向间距2.5m的方式梅花形布注浆孔，注浆从水量少向水量多的部位进行。

进一步地，对于集中涌水，注浆孔环向间距0.5m，环间矩1.0m交错布置。

进一步地，步骤S3中所述的隧道开挖采用CRD法人工配合机械进行开挖，局部采用松动爆破。

进一步地，在爆破时用湿润黏土炮泥将炮孔堵塞，当炸药爆炸时，避免气体从炮孔内流出，延长爆破应力波的影响时间，加大对岩石传送的缓冲能力，提升炮孔底部位置的爆破力。

进一步地，松动爆破的爆破震动速度小于5cm/s。

进一步地，隧道中线左右侧各20～30米范围内设置监测网，网格间距3～7 米，施工期间对监测点进行沉降监测，若发现路面出现沉降，立即加强支护，并提高监测频率。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例通过双层超前管棚与超前小导管组合进行超前支护，与全断面超前帷幕注浆结合，即使在施工过程中有的管棚钢管碰到球状风化体，也能够保证掌子面的稳定，施工更加安全，而且成功率高，利用该方法施工的隧道埋深仅有15m左右，在未影响道路交通的情况下，保证隧道顺利下穿通过公路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种隧道下穿公路施工工艺的流程图；

图2为本发明实施例1的超前支护的流程图；

图3为本发明实施例1的注浆结构示意图；

图4为超前帷幕注浆的开孔布置图；

图5为本发明实施例1的管棚钢管示意图；

图6为本发明实施例1集中涌水点注浆点位展开布置图；

图7为本发明实施例1洞壁散装注浆孔展开布置图；

图8为本发明实施例1隧道开挖步骤的示意图；

图9为本发明实施例1初期支护中钢架安装示意图；

图10为本发明实施例1隧道防排水施工的流程图；

图中：1-拱墙开挖轮廓线 2-管棚 3-超前小导管 4-止浆墙 5-管棚钢管 6-注浆孔 7-止浆段 8-分流孔 9-止水注浆孔 10-管棚终孔线。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1～2，该隧道下穿公路施工工艺包括以下步骤：

S0、施工准备，并在隧道中线左右侧各25米范围内设置监测网，网格间距3～7米，施工期间对监测点进行沉降监测，若发现路面出现沉降，立即加强支护，提高监测频率并通知相关单位，以便处理。在超前支护前进行超前地质预报，对施工路段的地质进行检测，然后测量放线，以确定施工路线。

S1、超前支护，采用管棚2结合超前小导管3作为超前支护，相邻两段超前支护的管棚2的相邻端部在隧道径向上重合以实现相互搭接；

S2、超前帷幕注浆，在掌子面开挖前，通过步骤S1中的超前支护对周边进行预注浆，加固围岩；

S3、隧道开挖；

S4、隧道支护以及防排水施工，隧道开挖和隧道支护的过程中需要进行洞内监控测量，以确保施工正确以及安全；

S5、衬砌施工。

参见图3～5，步骤S1的超前支护具体包括以下步骤：

S101、管棚制作，加工管棚钢管5，管棚钢管5的前端加工为便于入孔的锥形，管棚钢管5的管壁上交错钻注浆孔6，管棚钢管5的后端为120cm的止浆段7，止浆段7上无注浆孔6；

S102、采用洞渣垫平整作为钻机平台，并且钻机平台平整完毕后采用喷射砼进行封闭，钻孔有一台钻机由高位孔向低位孔进行。钻机要与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置，确保钻机杆轴线与孔口管轴线相吻合。钻孔后需要进行清孔验孔，用地址岩心钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。

管棚钢管5加工好丝扣，管棚钢管5四周钻设孔径10～16mm注浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，管棚顶进采用履带式管棚钻机工艺，先钻大于管棚钢管5直径的引导孔，然后用管棚钻机顶进管棚钢管5，相邻钢管的前后接头前后错开，顶进时，采用6m和4m节长的管节交替使用，同一横断面内的接头数不大于50％，相邻钢管接头至少错开1m。图4中管棚终孔线表示一环管棚孔的终端连线。

S103、采用注浆机将砂浆注入管棚钢管5内，初压为0.5～1.0MPa，终压2 MPa，持压15min后停止注浆，注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆时先灌注奇数管棚钢管5，再灌注偶数管棚钢管5。

步骤S3中根据隧道洞壁出水情况选择对应的注浆止水方式，为了提高注浆压力，保证浆液在地层中有效地扩散，并防止从工作面漏浆，掌子面需先施做止浆墙4。因隧道开挖采用CRD工法，为了满足开挖步距的要求，止浆墙4分上下两部分施作成台阶状。出于安全考虑和工区开挖条件限制，采用喷砼止浆墙，混凝土强度等级采用C25，厚度不小于1.5m。待单圈下部超前注浆施作完成后，平台往上升高 1.5m，继续施工上部注浆孔。止浆墙4施作过程一定要保证质量，尤其是周边与开挖轮廓线的接触部位，必须密实，防止漏浆。超前帷幕注浆径向加固范围为工作面及开挖轮廓线1外5m，每循环纵向加固范围为20m，开挖15m。在7m、14m处增加两个补孔注浆断面以减少注浆盲区。

隧道洞壁出水情况包括集中涌水和散水出水。

参见图6，对于集中涌水，先分流涌水，设置一至三个分流孔8，再以分流孔8为圆心，环向施工三至五圈止水注浆孔9，止水注浆孔9环向间距 0.5m，环间矩1.0m交错布置，注浆从外圈向内圈单序跳孔注浆，以达到分流堵塞水流孔径的目的，起到限排的作用。

参见图7，对于散水出水，沿出水部位，以洞壁作为封堵面，环向间距 1.5m，纵向间距2.5m的方式梅花形布止水注浆孔9，注浆从水量少向水量多的部位进行。超前帷幕注浆过程中对于集中出水点，水压及流量较少的径流出水点，直接采用钻孔双液注浆封堵。

参见图8，步骤S3中隧道开挖采用CRD法(交叉中隔墙法)人工配合机械进行开挖，局部采用松动爆破。具体开挖步骤如下：

(1)开挖①部，每进尺一次，掌子面8cm厚的混土封，施做④部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立122a型钢纲架及118 的临时支护，采用锁脚管固定牢，施工杆及钢筋网复喷至设计厚度。

(2)开挖②部。每循环进尺一次，掌子面喷8cm厚的混凝土封闭，施做②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，接长122a型钢纲架及I18的临时支护，采用锁脚锚管固定牢固，施工锚杆及钢筋复喷至设计厚度。

(3)开挖③部并施做导坑周边的初期支护和临时仰拱，步骤及工序同②。

(4)在滞后①部一段栗离后，开挖④并施做导抗周边的初期支护及临时仰拱，步骤及工序同②。

(5)开挖⑤部，并施做导坑周边的初期支护及临时支护，步骤及工序同②。

(6)开挖⑥部，并施做导抗周边的初期支护及临时支护，步骤及工序同②。

(7)逐段拆除靠近二次衬砌长约6-8m仰拱范围内中隔壁混凝土和底部钢架单元(破除高度应不影响仰拱施作)进行该基面处理，灌注该段仰拱。

(8)灌注该段隧底填充，达到一定强度后接长中隔壁临时钢架，使得铜架底支于仰拱填充面。

(9)根据监控量测结果分析，待初期支护变形稳定后，逐段拆除多余的临时钢架，利用合车一次性灌注该段二次衬砌。

在爆破时用湿润黏土炮泥将炮孔堵塞，当炸药爆炸时，避免气体从炮孔内流出，延长爆破应力波的影响时间，加大对岩石传送的缓冲能力，提升炮孔底部位置的爆破力。有效的将岩石破碎，这样可提高爆破速度，避免对围岩产生较大扰动，以及减少围岩的松动圈，在下穿公路施工过程中更加安全可靠。松动爆破的爆破震动速度小于5cm/s。

隧道初期支护采用钢架、锚杆、钢筋网、喷射混凝土等柔性支护体系，及时施作，使断面及早闭合，以充分利用围岩的自承能力，控制围岩变形。

初期支护施工工艺流程:初喷砼、架立钢架、挂网、锚管支护、复喷砼。

1、初喷砼

洞口段围岩较差，围岩的自稳能力差，在施工时容易掉块，需进行初喷4cm砼，临时支护开挖面以封闭围岩，防止开挖面暴露时间太长掉块坍落，并保正初期支护钢架的外保护层。在找顶找完成后，立即安排喷浆班进行初喷处理，特别是围岩较差时，并保证设计及规范要求的厚度，喷浆前先用高压风、水枪冲洗受喷面，如有水易潮解的软化岩层，则采用高风枪清扫岩面。速凝剂的掺量严格按试验室提供的据进行添加，并要保证添加均匀。

2、钢架施工

参见图9，钢架施工主要分洞外制作和洞内安装两个步骤。

(1)制作:钢架在加工厂集中加工，按设计尺寸分节焊接制作，制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后必须进行试拼检查，严禁不合格品进场。

(2)安装：钢架按设计要求安装，安装尺寸允许偏差:横向和商程为±5cm，垂直度±2°，钢架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15-20cm，拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块。钢架采用超挖较大时，拱背喷填同级混凝土，以使支护与围岩密贴，控制其变形的进一步发展。两排钢架间用连接钢筋纵向连接牢固，以便形成整体受力结构，架立钢架时按设计要求控制好拱架中线，标高及其共与隧道中线的垂直面。拱脚下松碴或虚碴必须清除，地层松软时应加设垫板或垫托梁，必要时可用砼加固地基。钢架间采用φ22mm铜筋纵向连接焊接牢固，连接筋环向间距 100mm，焊接于钢拱架外缘侧，因钢架背后超挖而道成拱架背不能与岩壁紧靠，架好钢架后采用砼垫块将钢架与岩壁之间空隙顶紧，确保使钢架与岩壁之间有受力点，钢架与岩壁受力点应对称布置。锁角锚管严格按设计要求施做，长度5.0m/根，稳固钢架。钢架架立后全部用喷射混凝土覆盖，钢架与围岩间保护层不小于40mm，与衬砌间保护层不小于30mm，因钢架比较重，架立时由专人指挥。

参见图10，本实施例中隧道防排水施工中，隧道采取整体式衬砌，复合防水体系。“以排为主，防、排、截、者相结合”综合治理的原则。

防水层施工包括以下步骤：

(1)基面处理

基面处理:铺设防水层前对初期支护大致找平，边墙及拱部补喷找平、底部砂浆找平，对外露的锚杆等切除、磨平，水泥砂浆封堵找平等。

(2)土工布的铺设

对于设计为分离式的防水板，先进性垫层铺设，垫层材料采用土工无纺布，采用射钉进行固定。

(3)止水带施工

环向施工缝采用中埋式钢边像胶止水带+背贴像胶止水带；纵向施工缝采用中埋式橡胶止水带+遇水膨胀止水条；

中埋式钢边止水带采用组合式钢端模对压夹具进行定位，背贴式止水带焊在防水板上，浇筑混凝土时注意避免混凝土中的尖角石子和锐利的钢筋刺破止水带。在二次衬砌混凝土浇筑后的12小时内，拆除挡头模板，然后用钢丝刷将接缝处的混凝土刷毛，并将接缝处清理干净。在下组混凝土上浇筑前先将接缝混凝土洒水润湿，然后刷水泥浆两道，30分钟后可以浇筑混凝土。

(4)抗渗混凝土施工

隧道采用抗渗混凝土施工，二衬混凝土抗渗等级不小于P10。因此需选用合格的原材料，进行选配混凝土配合比，严格控制外加剂的品质和掺量，严格搅拌时间和运输过程的时间控制，使混凝土浇筑过程做到连续，振捣密实，保护层达到规定要求等措保证混凝土抗渗性指标达到要求。

(5)衬砌背后回填压浆

二次衬砌拱顶预留注浆孔，注浆管3m预留一处，两端分别与预设的φ 32mm镀锌钢管注浆口连接。注浆材料:水泥浆、水灰比1:1；回填注浆压力:初压0.1～0.15MPa，终压小于0.3Mpa。

本实施例中的仰拱衬砌和填充施工如下：

从仰拱开挖到灌筑砼之间，隧道受力是处于最不稳定状态，根据情开挖仰拱会产生边墙挤出和下沉，围岩条件差时，迅速灌筑砼，用仰拱闭合断面。在比较良好的围岩中，没有必要急于断面闭合时，可在不妨碍掌子面开挖作业的距离上，施作仰拱。

仰拱施工与据进工作平行进行，为解决仰拱施工和其他工序的干扰问题，采用液压栈桥，形成立体交叉平行作业体系，减少施工干扰。仰拱施工前，先将隧底虚碴、杂物、积水等清除干净，施工前先复核仰拱断面尺寸，不允许出现久挖，超挖部分采用同级砼回填。

本发明实施例通过双层超前管棚2与超前小导管3组合进行超前支护，与全断面超前帷幕注浆结合，即使在施工过程中有的管棚钢管5碰到球状风化体，也能够保证掌子面的稳定，施工更加安全，而且成功率高，利用方法施工的隧道埋深仅有15m左右，在未影响道路交通的情况下，保证隧道顺利下穿通过公路。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：所述的隧道下穿公路施工工艺包括以下步骤：

S1、超前支护，采用管棚结合超前小导管作为超前支护，相邻两段超前支护的管棚的相邻端部在隧道径向上重合以实现相互搭接；

S2、超前帷幕注浆，在掌子面开挖前，通过步骤S1中的超前支护对周边进行预注浆，加固围岩；

S3、隧道开挖；

S4、隧道支护以及防排水施工；

S5、衬砌施工。

2.根据权利要求1所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：所述的S1的超前支护具体包括以下步骤：

S101、管棚制作，加工管棚钢管，管棚钢管的前端加工为锥形，管棚钢管的管壁上交错钻注浆孔，管棚钢管的后端为100～150cm的止浆段，止浆段上无注浆孔；

S102、在沿拱墙开挖轮廓线外侧钻钢管安装孔，然后将管棚钢管插入钢管安装孔内；

S103、通过管棚钢管上的注浆孔进行注浆加固。

3.根据权利要求2所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：步骤S103中注浆时，采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，初压为0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆，注浆时先灌注奇数管棚钢管，再灌注偶数管棚钢管。

4.根据权利要求1所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：步骤S3中根据隧道洞壁出水情况选择对应的注浆止水方式，出水情况包括集中涌水和散水出水；

对于集中涌水，先分流涌水，设置一至三个分流孔，再以分流孔为圆心，环向施工三至五圈注浆孔，注浆从外圈向内圈单序跳孔注浆，以达到分流堵塞水流孔径的目的，起到限排的作用；

对于散水出水，沿出水部位，以洞壁作为封堵面，环向间距1.5m，纵向间距2.5m的方式梅花形布注浆孔，注浆从水量少向水量多的部位进行。

5.根据权利要求4所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：对于集中涌水，注浆孔环向间距0.5m，环间矩1.0m交错布置。

6.根据权利要求1所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：步骤S3中所述的隧道开挖采用CRD法人工配合机械进行开挖，局部采用松动爆破。

7.根据权利要求1所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：在爆破时用湿润黏土炮泥将炮孔堵塞，当炸药爆炸时，避免气体从炮孔内流出，延长爆破应力波的影响时间，加大对岩石传送的缓冲能力，提升炮孔底部位置的爆破力。

8.根据权利要求6或7所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：松动爆破的爆破震动速度小于5cm/s。

9.根据权利要求1所述的隧道下穿公路施工工艺，其特征在于：隧道中线左右侧各20～30米范围内设置监测网，网格间距3～7米，施工期间对监测点进行沉降监测，若发现路面出现沉降，立即加强支护，并提高监测频率。