CN110671131A - 基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构及方法,该结构包括多排对隧道下方土体进行加固的高压旋喷桩,每个高压旋喷桩均由上至下经隧道仰拱结构和湿陷性黄土地层后伸入至非湿陷性黄土地层内;该方法包括步骤:一、隧道开挖及初期支护;二、二衬施工;三、基底加固。本发明设计合理且施工简便、使用效果好,采用多排高压旋喷桩对黄土隧道进行基底加固,能简便、快速对黄土隧道基底进行有效加固,并能有效控制隧道基底沉降量;同时,将二次衬砌仰拱的上表面调整为水平面,为高压旋喷桩提高施工平台,进一步加快黄土隧道基底加固过程,并且高压旋喷桩与隧道仰拱结构紧固连接为一体,能进一步提高黄土隧道基底加固效果。

Description

基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构及方法
技术领域
本发明属于黄土隧道施工技术领域,尤其是涉及一种基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构及方法。
背景技术
黄土是指在地质时代中的第四纪期间,以风力搬运的黄色粉土沉积物。黄土湿陷系数(也称湿陷系数)是评价黄土湿陷性的力学参数,指在一定压力下,黄土湿陷系数是指土样浸水前后高度之差与土样原始高度之比。黄土湿陷系数是评价黄土湿陷性的一个重要指标,可由试验直接测出。根据黄土湿陷系数不同,黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。其中,非湿陷性黄土是指在自重和外部荷载作用下被水浸湿后完全不发生湿陷或黄土湿陷系数<0.015的黄土。非湿陷性黄土是黄土是在干旱气候条件下形成的特种土,一般为浅黄、灰黄或黄褐色,具有目视可见的大孔和垂直节理。湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下,或者在自重应力和附加应力共同作用下,因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土,属于特殊土,有些杂填土也具有湿陷性,广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。通过地质勘察发现,黄土地层中黄土的类型较多,根据材质划分为砂质黄土(也称为砂黄土)、黏性黄土(也称为粘性黄土或粘黄土)等,其中砂黄土是指含有细砂颗粒量较高一般大于30%的黄土且其实质是黄土状土,粘黄土是指细砂含量小于15%、粘土含量大于25%的黄土且其实质是黄土状土;根据所处地质年代分为新黄土和老黄土,老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土且其一般不具有湿陷性,新黄土指比老黄土年代晚的黄土,新黄土结构疏松且一般具有湿陷性,新黄土多分布于老黄土之上。
在我国西北地区大量建设交通基础设施,使穿越黄土地层的隧道工程越来越多。黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性,在隧道工程施工中易出现洞内与地表沉降较大、隧道基底沉降控制困难等情况,存在较大的施工风险,尤其是对隧道底部软土层厚度大于 10m且隧道基底日沉降量大于50mm的黄土隧道进行施工时,隧道基底沉降控制难度更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固施工结构,其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好,采用多排高压旋喷桩对黄土隧道进行基底加固,施工速度快、施工效率高,高压旋喷桩上部与隧道仰拱结构紧固连接为一体,能简便、快速对隧道底部软土层厚度大于10m且隧道基底日沉降量大于50mm的黄土隧道基底进行有效加固,并能有效控制隧道基底沉降量,确保黄土隧道的稳定性;同时,将二次衬砌仰拱的上表面调整为水平面,一方面将二次衬砌仰拱上表面作为高压旋喷桩的施工平台,进一步加快黄土隧道基底加固过程,能有效加快隧底衬砌施工进度,并且高压旋喷桩与隧道仰拱结构紧固连接为一体,能进一步提高黄土隧道基底加固效果。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征在于:包括多排对所施工黄土隧道的隧道下方土体进行加固的高压旋喷桩,多排所述高压旋喷桩沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设,多排所述高压旋喷桩呈均匀布设且其组成所施工黄土隧道的基底加固结构;所施工黄土隧道为穿越湿陷性黄土地层的隧道,所述湿陷性黄土地层位于非湿陷性黄土地层上方;
所施工黄土隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和布设所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌,所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构,所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌;所述隧道初期支护结构分为对隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构和对隧道洞底部进行初期支护的初期支护仰拱,所述隧道二次衬砌分为对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌和对隧道洞底部进行支护的仰拱二次衬砌;所述仰拱二次衬砌位于初期支护仰拱上方且二者组成隧道仰拱结构,所述仰拱二次衬砌上设置有仰拱回填层,所述仰拱二次衬砌的上表面为水平面,所述拱墙二次衬砌的左右两侧底部均为水平面,所述拱墙二次衬砌支撑于仰拱二次衬砌上且二者浇筑为一体,所述仰拱回填层为混凝土填充层;
每排所述高压旋喷桩均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的高压旋喷桩,前后相邻两排所述高压旋喷桩中的高压旋喷桩呈交错布设;所述高压旋喷桩为圆柱形桩,所述基底加固结构中所有高压旋喷桩呈梅花形布设且其呈均匀布设,所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩的间距均为80cm~120cm;所述基底加固结构中所有高压旋喷桩的桩径均相同,每个所述高压旋喷桩均由上至下经所述隧道仰拱结构和湿陷性黄土地层后伸入至非湿陷性黄土地层内,每个所述高压旋喷桩底端伸入至非湿陷性黄土地层内的长度均不小于0.5m,每个所述高压旋喷桩的顶端均与仰拱二次衬砌的上表面相平齐;所述隧道仰拱结构以及位于所述隧道仰拱结构下方的湿陷性黄土地层和非湿陷性黄土地层组成待钻孔结构,所述待钻孔结构内设置有多个用于施工高压旋喷桩的竖向钻孔,所述竖向钻孔的孔深与高压旋喷桩的桩长相同,所述竖向钻孔的孔径为φ400mm~φ 600mm。
上述基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征是:所述隧道仰拱结构内埋设有多个用于施工高压旋喷桩的定位管,所述定位管为呈竖直向布设的PVC管;每个所述高压旋喷桩的施工位置处均布设有一个所述定位管,每个所述定位管的上端均伸出至所述隧道仰拱结构上方,每个所述定位管底部均支撑于初期支护仰拱上。
上述基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征是:所述仰拱二次衬砌内设置有仰拱钢筋笼,每个所述定位管均固定于所述仰拱钢筋笼上,所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面。
上述基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征是:所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩的间距均为100cm,所述竖向钻孔的孔径为φ500mm。
上述基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征是:所述隧道初期支护结构包括对隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞底部进行初期支护的仰拱初期支护结构;所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体,所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设,多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设;所述全断面支撑架的形状与隧道洞的横断面形状相同,每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞底部进行支护的隧道仰拱支架拼接而成,所述隧道仰拱支架位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上,所述隧道仰拱支架与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架;
所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构,所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的隧道仰拱支架组成初期支护仰拱;所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞底部的仰拱混凝土喷射层,所述隧道仰拱支架固定于仰拱混凝土喷射层内;
每排所述高压旋喷桩均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间。
同时,本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好的黄土隧道基底加固方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、隧道开挖及初期支护:沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开挖,开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞进行初期支护,获得施工成型的所述隧道初期支护结构;
步骤二、二衬施工:步骤一中由后向前对开挖成型的隧道洞进行初期支护过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工;
由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时,由后向前在已施工完成的初期支护仰拱上对仰拱二次衬砌进行施工,获得施工成型的仰拱二次衬砌;由后向前对仰拱二次衬砌进行施工过程中,由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌上对拱墙二次衬砌进行施工,并使所施工拱墙二次衬砌与位于其下方的仰拱二次衬砌连接为一体,获得施工成型的所述隧道二次衬砌;
本步骤中,由后向前对仰拱二次衬砌进行施工过程中,待仰拱二次衬砌内所浇筑混凝土终凝后,所述仰拱二次衬砌与初期支护仰拱组成施工成型的所述隧道仰拱结构;
步骤三、基底加固:步骤二中由后向前对仰拱二次衬砌进行施工过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在步骤二中施工成型的所述隧道仰拱结构上对所述基底加固结构进行施工;
对所述基底加固结构进行施工时,由后向前在施工成型的所述隧道仰拱结构上对多排所述高压旋喷桩分别进行施工。
上述方法,其特征是:所述隧道仰拱结构内埋设有多个用于施工高压旋喷桩的定位管,所述定位管为呈竖直向布设的PVC管;每个所述高压旋喷桩的施工位置处均布设有一个所述定位管,每个所述定位管的上端均伸出至所述隧道仰拱结构上方,每个所述定位管底部均支撑于初期支护仰拱上;
所述仰拱二次衬砌内设置有仰拱钢筋笼,每个所述定位管均固定于所述仰拱钢筋笼上,所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面;
步骤二中由后向前在已施工完成的初期支护仰拱上对仰拱二次衬砌进行施工时,过程如下:
步骤C1、仰拱钢筋笼绑扎:由后向前在已施工完成的初期支护仰拱上对仰拱二次衬砌内的所述仰拱钢筋笼进行绑扎;
步骤C2、定位管安装:步骤C1中由后向前对所述仰拱钢筋笼进行绑扎过程中,由后向前在已施工完成的初期支护仰拱上布设多排所述定位管,使每个所述定位管底部均支撑于初期支护仰拱上,并将各定位管均固定于已绑扎成型的所述仰拱钢筋笼上;
步骤C2、混凝土浇筑:步骤C2中由前至后布设多排所述定位管过程中,由后向前对仰拱二次衬砌进行混凝土浇筑,并使已绑扎完成的所述仰拱钢筋笼和已安装好的定位管均浇筑于仰拱二次衬砌内,同时使所施工仰拱二次衬砌与位于其下方的初期支护仰拱紧固连接为一体。
上述方法,其特征是:所述隧道二次衬砌的左右两个矮边墙为拱墙二次衬砌左右两侧底部的衬砌节段;
步骤二中对拱墙二次衬砌进行施工时,采用二衬台车沿隧道纵向延伸方向由后向前对拱墙二次衬砌进行施工;
步骤二中进行二衬施工时,所述仰拱二次衬砌的施工进度快于拱墙二次衬砌的施工进度。
上述方法,其特征是:所施工黄土隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段;
所述仰拱回填层与仰拱二次衬砌组成隧道仰拱及回填结构,步骤二中进行二衬施工时,采用可移动仰拱栈桥由后向前对仰拱二次衬砌进行施工;
采用可移动仰拱栈桥由后向前对仰拱二次衬砌进行施工时,由后向前对所施工黄土隧道的多个所述隧道节段分别进行仰拱二衬施工;多个所述隧道节段的仰拱二衬施工方法均相同;
对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行仰拱二衬施工时,过程如下:
步骤A1:栈桥水平前移:沿隧道纵向延伸方向,将可移动仰拱栈桥向前水平移动至当前所施工隧道节段的施工位置处;
步骤A2、仰拱二次衬砌浇筑:采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥,由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱二次衬砌进行混凝土浇筑;
待步骤A2中所浇筑的混凝土均终凝后,完成当前所施工隧道节段的隧道仰拱施工过程;
步骤A3、返回步骤A1,对一个所述隧道节段进行仰拱二衬施工。
上述方法,其特征是:步骤三中由后向前对所述基底加固结构进行施工过程中,由后向前在内部布设有高压旋喷桩的仰拱二次衬砌上施工仰拱回填层,并使所施工仰拱回填层与其下方的仰拱二次衬砌和仰拱回填层均浇筑为一体。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、所采用的基底加固结构结构简单、设计合理且投入施工成本较低。
2、高压旋喷桩施工简便、施工速度快,施工效率高,并且投入成本低,能简便、快速对黄土隧道基底进行有效加固。
3、所采用的基底加固结构使用效果好且实用价值高,采用多排高压旋喷桩对黄土隧道进行基底加固,施工速度快、施工效率高,高压旋喷桩上部与隧道仰拱结构紧固连接为一体,能简便、快速对隧道底部软土层厚度大于10m且隧道基底日沉降量大于50mm的黄土隧道基底进行有效加固,并能有效控制隧道基底沉降量,确保黄土隧道的稳定性;同时,将二次衬砌仰拱的上表面调整为水平面,一方面将二次衬砌仰拱上表面作为高压旋喷桩的施工平台,进一步加快黄土隧道基底加固过程,能有效加快隧底衬砌施工进度,进一步确保黄土隧道的稳定性,并且高压旋喷桩与隧道仰拱结构紧固连接为一体,能进一步提高黄土隧道基底加固效果,尤其适用于隧道底部软土层厚度大、隧道基底日沉降量大的砂黄土层隧道基底加固。
4、所采用的基底加固方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好,将二次衬砌仰拱的上表面调整为水平面,并将终凝后的二次衬砌仰拱上表面作为高压旋喷桩的施工平台,既不会对二次衬砌仰拱造成损坏,同时能有效加快黄土隧道基底加固过程,并能有效加快隧道二次衬砌施工进度,进一步确保黄土隧道的稳定性,并且使高压旋喷桩与隧道仰拱结构紧固连接为一体,有效提高黄土隧道基底加固效果;同时高压旋喷桩上部与仰拱回填层浇筑为一体,能进一步提高高压旋喷桩的加固效果,进一步提高隧道仰拱、仰拱填充与基底加固结构的整体性。
5、隧道支护结构设计合理、施工简便且投入成本较低,将对所施工黄土隧道的隧道洞拱部进行超前支护的隧道超前支护结构以及对隧道洞进行全断面支护的隧道初期支护结构和隧道二次衬砌组成联合支护体系,对大断面黄土隧道进行稳固、可靠支护。
6、所采用的全断面支撑架能对隧道洞进行全断面支护,支护稳固、可靠,并且全断面支撑架由拱墙支撑拱架和隧道仰拱支架拼装而成,拱墙支撑拱架由上部拱架、两个中部侧部支架和两个下部侧部支架拼装而成,实际进行隧道开挖时能简便进行组装,满足隧道洞断面分块支撑需求,使上部洞体的初期支护不受中部洞体和下部洞体内初期支护施工的影响,中部洞体的初期支护也不受下部洞体初期支护施工的影响,并且上部洞体和中部洞体的初期支护均在开挖完成后立即进行施工,因而支护及时、稳固,再加上此时隧道洞尚未全面开挖,因而隧道上部洞体和中部洞体内初期支护结构的支撑稳固性能进一步得到保证,并且隧道上部洞体和中部洞体内的初期支护过程更易于进行,同时支护更有力,更有利于隧道施工安全。
7、采用锚固体系对隧道洞围岩进行全断面固定,进一步提高初期支护稳定性。并且,锚固体系与全断面支撑架连接为一体,进一步提高整体稳固性,同时,施工简便。
8、超前支护采用超前小导管注浆支护结构,施工简便且施工效率高,能有效确保大断面黄土隧道的超前支护强度和支护效果,能对黄土隧道拱部变形进行有效限制。
9、隧道二次衬砌结构合理,隧道二次衬砌由仰拱二次衬砌和拱墙二次衬砌连接而成,将仰拱二次衬砌内部的中间弧形部分优化为水平面。优化后的仰拱二次衬砌使隧道仰拱结构的刚度整体大幅提升,并且施工中无需安装弧形模板,混凝土振捣简便且振捣质量易控,仰拱二次衬砌的外观尺寸和施工质量更易于控制,并且能大幅提高隧道仰拱的施工效率,所述隧道二次衬砌的封闭时间大大缩短,并且没有弧形模板的干扰使得仰拱混凝土易于振捣,混凝土质量大大提升。同时,将现有的二衬拱墙衬砌与两个矮边墙连接组成整体衬砌(即拱墙二次衬砌)进行施工,并且采用二衬台车对拱墙二次衬砌进行施工,一次施工成型,能进一步提高隧道二次衬砌的施工效率,加快所述隧道二次衬砌封闭时间,缩短所述隧道二次衬砌的封环时间,进一步提高所施工黄土隧道的结构稳定性,同时能有效减少所述隧道二次衬砌中的施工缝,使隧道二次衬砌的整体性更强,整体受力效果更佳。并且,将二次衬砌仰拱的上表面调整为水平面并使仰拱二次衬砌与仰拱填充层的交界面调整为水平面,施工简便且施工效率高,并能有效确保仰拱二次衬砌与仰拱填充层的施工质量。另外,仰拱二次衬砌的上表面为水平面,混凝土浇筑过程中无需保证仰拱二次衬砌的弧形,无需采用弧形模板,浇筑方便大幅简便,浇筑简便,并且仰拱二次衬砌的施工质量易于保证。
10、所采用的超前小导管注浆支护结构设计合理、施工简便且使用效果好,对隧道洞拱部进行有效加固并形成一个稳固的拱墙承载环,能有效提高洞体周侧岩层的自稳能力,能有效节省施工成本、节约工期,同时施工设备简单,并且隧道进洞施工后及时进行初期支护施工,工序衔接紧密。并且,支护过程中对周侧土层的扰动小,施工成本较低,能有效解决受隧道开挖后所产生的水平压力影响隧道拱部容易出现受压变形、沉降等问题,能对隧道拱部进行稳固支护。
11、所采用的支护方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好,采用三台阶开挖方式并对中部洞体开挖面与上部洞体开挖面和下部洞体开挖面之间的间距均进行限定,实现大断面隧道的短台阶或微台阶开挖,确保开挖成型隧道洞的稳定性;并且,采用全断面支撑架结构隧道洞进行分层支护,并采用锚固体系对隧道洞外侧进行整体加固,确保大断面黄土隧道洞的结构稳定性,确保施工安全;同时,将下部洞体开挖面后侧的隧底回填土层作为供湿喷机械手前后移动的临时移动平台,并对上部洞体和中部洞体的开挖高度进行限定,实现开挖过程中通过湿喷机械手进行混凝土喷射的目的,能有效加快施工进度,并能使初期支护快速封闭成环,进一步确保隧道结构稳固性,施工简单,施工速度快,并且施工过程安全、可靠。同时,隧道二次衬砌结构设计合理且施工方法简单、施工质量易于控制,从而能大幅度降低施工成本,节约施工工期,并能确保施工安全。施工成型的隧道支护结构稳固,能进一步提高基底加固结构的加固效果,二者相辅相成,互相制约,确保深埋大断面隧道的整体稳固性。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明竖向钻孔的立面布设位置示意图。
图2为本发明仰拱二次衬砌上高压旋喷桩的平面布设位置示意图。
图3为本发明定位管的布设位置示意图。
图4为本发明隧道支护结构的横断面施工状态示意图。
图5为本发明隧道支护结构的纵断面施工状态示意图。
图6为本发明湿喷机械手的施工状态示意图。
图7为本发明隧道洞内侧下部隧道支护结构的横断面结构示意图。
图8为采用本发明对黄土隧道进行基底加固时的方法流程框图。
图9为本发明前模板的结构示意图。
附图标记说明:
1—隧道洞; 1-1—上部洞体; 1-2—中部洞体;
1-3—下部洞体; 2—隧道仰拱支架; 2-1—上部拱架;
3—湿陷性黄土地层; 4—非湿陷性黄土地层;
5—中部侧支架; 6—下部侧支架; 7—隧底回填土层;
8—上锁脚锚管; 9—中锁脚锚管; 10—下锁脚锚管;
12—拱墙初期支护结构; 13—初期支护仰拱; 14—拱墙二次衬砌;
15—仰拱二次衬砌; 16—仰拱回填层; 17—可移动仰拱栈桥;
18—矮边墙; 19—拱墙混凝土喷射层;
20—仰拱混凝土喷射层; 21—湿喷机械手; 22—注浆小导管。
23—水沟电缆槽; 24—高压旋喷桩; 26—竖向钻孔;
27—前模板。
具体实施方式
如图1、图2所示的黄土隧道基底加固结构,包括多排对所施工黄土隧道的隧道下方土体进行加固的高压旋喷桩24,多排所述高压旋喷桩24沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设,多排所述高压旋喷桩 24呈均匀布设且其组成所施工黄土隧道的基底加固结构;所施工黄土隧道为穿越湿陷性黄土地层3的隧道,所述湿陷性黄土地层3位于非湿陷性黄土地层4上方;
结合图4、图5和图7,所施工黄土隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和布设所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌,所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道的隧道洞1进行全断面支护的全断面支护结构,所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌;所述隧道初期支护结构分为对隧道洞1的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构12和对隧道洞1底部进行初期支护的初期支护仰拱13,所述隧道二次衬砌分为对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌14和对隧道洞1 底部进行支护的仰拱二次衬砌15;所述仰拱二次衬砌15位于初期支护仰拱13上方且二者组成隧道仰拱结构,所述仰拱二次衬砌15上设置有仰拱回填层16,所述仰拱二次衬砌15的上表面为水平面,所述拱墙二次衬砌 14的左右两侧底部均为水平面,所述拱墙二次衬砌14支撑于仰拱二次衬砌15上且二者浇筑为一体,所述仰拱回填层16为混凝土填充层;
每排所述高压旋喷桩24均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的高压旋喷桩24,前后相邻两排所述高压旋喷桩24中的高压旋喷桩24呈交错布设;所述高压旋喷桩24为圆柱形桩,所述基底加固结构中所有高压旋喷桩24呈梅花形布设且其呈均匀布设,所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩24的间距均为80cm~120cm;所述基底加固结构中所有高压旋喷桩24的桩径均相同,每个所述高压旋喷桩24均由上至下经所述隧道仰拱结构和湿陷性黄土地层3后伸入至非湿陷性黄土地层4 内,每个所述高压旋喷桩24底端伸入至非湿陷性黄土地层4内的长度均不小于0.5m,每个所述高压旋喷桩24的顶端均与仰拱二次衬砌15的上表面相平齐;所述隧道仰拱结构以及位于所述隧道仰拱结构下方的湿陷性黄土地层3和非湿陷性黄土地层4组成待钻孔结构,所述待钻孔结构内设置有多个用于施工高压旋喷桩24的竖向钻孔26,所述竖向钻孔26的孔深与高压旋喷桩24的桩长相同,所述竖向钻孔26的孔径为φ400mm~φ600mm。
其中,位于所施工黄土隧道下方的湿陷性黄土地层3分为上土层和下土层,所述上土层为新黄土层,所述下土层为粘黄土层且其为新黄土层,所述非湿陷性黄土地层4为粘黄土层且其为老黄土层。所述上土层中包含砂黄土层。
本实施例中,所述基底加固结构中所有高压旋喷桩24的桩长均相同。所施工黄土隧道、湿陷性黄土地层3和非湿陷性黄土地层4均呈水平布设。
实际施工时,所述拱墙二次衬砌14位于拱墙初期支护结构12内侧,所述仰拱二次衬砌15位于初期支护仰拱13的正上方。所述初期支护仰拱 13布设于拱墙初期支护结构12的正下方,所述仰拱二次衬砌15布设于拱墙二次衬砌14的正下方。
本实施例中,将仰拱二次衬砌15的上表面调整为水平面后,能进一步简化高压旋喷桩24的施工过程,无需等到仰拱填充完成后再对高压旋喷桩24进行施工;待仰拱二次衬砌15施工完成后,便可直接将仰拱二次衬砌15的上表面作为高压旋喷桩24的施工平台,沿隧道纵向延伸方向由后向前对多排所述高压旋喷桩24进行施工。并且,施工成型的高压旋喷桩24上部节段与仰拱二次衬砌15紧固浇筑为一体,能有效提高高压旋喷桩24与隧道仰拱的整体性和支护强度,形成牢靠、稳固的桩基础,能有效提高所施工黄土隧道的地基承载能力,确保所施工黄土隧道的结构稳定性,防止所施工黄土隧道发生沉降等危害,避免所施工黄土隧道发生基底沉降,能有效简化隧道基底沉降控制难度。同时,能有效增大高压旋喷桩24上部与仰拱二次衬砌15紧固浇筑为一体的节段高度,从而进一步提高高压旋喷桩24的承载效果,进一步提高高压旋喷桩24与仰拱二次衬砌15 的整体性和支护力度。
如图3所示,为方便对各高压旋喷桩24进行准确定位,所述隧道仰拱结构内埋设有多个用于施工高压旋喷桩24的定位管25,所述定位管25 为呈竖直向布设的PVC管;每个所述高压旋喷桩24的施工位置处均布设有一个所述定位管25,每个所述定位管25的上端均伸出至所述隧道仰拱结构上方,每个所述定位管25底部均支撑于初期支护仰拱13上。
本实施例中,所述仰拱二次衬砌15内设置有仰拱钢筋笼,每个所述定位管25均固定于所述仰拱钢筋笼上,所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面。因而,所述定位管25固定简便、牢靠,并且定位准确。
本实施例中,所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩24的间距均为100cm,所述竖向钻孔26的孔径为φ500mm。并且,高压旋喷桩24 的桩长为13m。
施工成型后,所述高压旋喷桩24的有效桩径为φ55cm、φ53cm或φ 60cm。
实际施工时,可根据具体需要,对高压旋喷桩24的桩径、竖向钻孔 26的孔径以及所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩24的间距进行相应调整。并且,每个所述高压旋喷桩24底端伸入至非湿陷性黄土地层4内的长度为0.5m~1.5m。
本实施例中,一排所述高压旋喷桩24中所包括高压旋喷桩24的数量为10个或11个。
实际施工时,可根据具体需要,对一排所述高压旋喷桩24中所包括高压旋喷桩24的数量以及各高压旋喷桩24的布设位置分别进行相应调整。
所述隧道初期支护结构采用所述全断面支撑架与常规的网喷支护结构相结合的联合支护方式。结合图4和图5,所述隧道初期支护结构包括对隧道洞1进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞1的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞1底部进行初期支护的仰拱初期支护结构;所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体,所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设,多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设;所述全断面支撑架的形状与隧道洞1的横断面形状相同,每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞1底部进行支护的隧道仰拱支架2拼接而成,所述隧道仰拱支架2位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上,所述隧道仰拱支架2与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架;
所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构12,所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的隧道仰拱支架2组成初期支护仰拱13;所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞1底部的仰拱混凝土喷射层20,所述隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层20内;
每排所述高压旋喷桩24均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间。
本实施例中,所述隧道洞1的横断面积大于100m2,所述隧道洞1由上至下分为上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3;所述上部洞体 1-1为由后向前对所施工黄土隧道进行上台阶开挖后形成的洞体,所述中部洞体1-2为由后向前对所施工黄土隧道进行中台阶开挖后形成的洞体,所述下部洞体1-3为由后向前对所施工黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体。
所述隧道初期支护结构包括对隧道洞1进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞1的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞1 底部进行初期支护的仰拱初期支护结构;所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体,所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设,多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设;所述全断面支撑架的形状与隧道洞1的横断面形状相同,每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞1底部进行支护的隧道仰拱支架2拼接而成,所述隧道仰拱支架2位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上,所述隧道仰拱支架2与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架;
所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构12,所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的隧道仰拱支架2组成初期支护仰拱13;所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞1底部的仰拱混凝土喷射层20,所述隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层20内;
所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体1-1内的上部拱架2-1、两个对称布设于上部拱架2-1左右两侧下方且均位于中部洞体1-2内的中部侧支架5、两个对称布设于上部拱架2-1左右两侧下方且均位于下部洞体1-3 内的下部侧支架6组成,所述隧道仰拱支架2位于下部洞体1-3内;每个所述中部侧支架5均连接于一个所述下部侧支架6上端与上部拱架2-1之间;所述隧道仰拱支架2的左端与一个所述下部侧支架6底部紧固连接,所述隧道仰拱支架2的右端与另一个所述下部侧支架6底部紧固连接;
所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系,所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固组,每榀所述全断面支撑架外侧均布设有一个所述锚固组,每榀所述全断面支撑架与其上所布设的所述锚固组均布设于隧道洞1的同一个横断面上;
每个所述锚固组均包括左右两组对称布设于上部拱架2-1左右两侧底部外侧的上锁脚锚管8、左右两组对称布设的中锁脚锚管9和左右两组对称布设的下锁脚锚管10,两组所述上锁脚锚管8、两组所述中锁脚锚管9 和两组所述下锁脚锚管10均布设于隧道洞1的同一个横断面上;每个所述中部侧支架5的底部外侧均设置有一组所述中锁脚锚管9,每个所述下部侧支架6的底部外侧均设置有一组所述下锁脚锚管10;每组所述上锁脚锚管8均包括上下两个平行布设的上锁脚锚管8,每组所述中锁脚锚管9 均包括上下两个平行布设的中锁脚锚管9,每组所述下锁脚锚管10均包括上下两个平行布设的下锁脚锚管10;所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10均为由内至外进入隧道洞1周侧土层内的锁脚锚管且三者由内向外逐渐向下倾斜。
如图8所示的一种黄土隧道基底加固方法,包括以下步骤:
步骤一、隧道开挖及初期支护:沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开挖,开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞1进行初期支护,获得施工成型的所述隧道初期支护结构;
步骤二、二衬施工:步骤一中由后向前对开挖成型的隧道洞1进行初期支护过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工;
由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时,由后向前在已施工完成的初期支护仰拱13上对仰拱二次衬砌15进行施工,获得施工成型的仰拱二次衬砌15;由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工过程中,由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌15上对拱墙二次衬砌14进行施工,并使所施工拱墙二次衬砌14与位于其下方的仰拱二次衬砌15连接为一体,获得施工成型的所述隧道二次衬砌;
本步骤中,由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工过程中,待仰拱二次衬砌15内所浇筑混凝土终凝后,所述仰拱二次衬砌15与初期支护仰拱 13组成施工成型的所述隧道仰拱结构;
步骤三、基底加固:步骤二中由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在步骤二中施工成型的所述隧道仰拱结构上对所述基底加固结构进行施工;
对所述基底加固结构进行施工时,由后向前在施工成型的所述隧道仰拱结构上对多排所述高压旋喷桩24分别进行施工。
为施工简便且定位准确,本实施例中,步骤二中由后向前在已施工完成的初期支护仰拱13上对仰拱二次衬砌15进行施工时,过程如下:
步骤C1、仰拱钢筋笼绑扎:由后向前在已施工完成的初期支护仰拱 13上对仰拱二次衬砌15内的所述仰拱钢筋笼进行绑扎;
步骤C2、定位管安装:步骤C1中由后向前对所述仰拱钢筋笼进行绑扎过程中,由后向前在已施工完成的初期支护仰拱13上布设多排所述定位管25,使每个所述定位管25底部均支撑于初期支护仰拱13上,并将各定位管25均固定于已绑扎成型的所述仰拱钢筋笼上;
步骤C2、混凝土浇筑:步骤C2中由前至后布设多排所述定位管25 过程中,由后向前对仰拱二次衬砌15进行混凝土浇筑,并使已绑扎完成的所述仰拱钢筋笼和已安装好的定位管25均浇筑于仰拱二次衬砌15内,同时使所施工仰拱二次衬砌15与位于其下方的初期支护仰拱13紧固连接为一体。
本实施例中,步骤三中由后向前对所述基底加固结构进行施工过程中,由后向前在内部布设有高压旋喷桩24的仰拱二次衬砌15上施工仰拱回填层16,并使所施工仰拱回填层16与其下方的仰拱二次衬砌15和仰拱回填层16均浇筑为一体。
实际施工时,所述湿陷性黄土地层3的层厚大于10m,所施工黄土隧道的沉降量大于50mm,因而需采用高压旋喷桩24进行基底加固。
本实施例中,经地质补勘确定,所施工砂黄土隧道1下方的土层由上至下分别为砂质新黄土层、黏质新黄土层、黏质老黄土层和风化泥岩层。其中,砂质新黄土层内土体为砂质新黄土,砂质新黄土为砂黄土且其为新黄土。所述砂质新黄土层分为上部土层和下部土层,所述上部土层的层厚为0.9m,所述上部土层砂质新黄土为松散状且潮湿;所述下部土层的层厚为1.7m,所述下部土层内的砂质新黄土稍密且为饱和土。所述黏质新黄土层的层厚为9.6m;所述黏质新黄土层的土体为黏质新黄土,黏质新黄土为粘黄土且其为新黄土,黏质新黄土软塑。所述黏质老黄土层的层厚为8.2m,所述黏质老黄土层的土体为黏质老黄土,黏质老黄土为粘黄土且其为老黄土,黏质老黄土硬塑。其中,所述砂质新黄土层为所述上土层,所述黏质新黄土层组成所述下土层。所述黏质老黄土层为非湿陷性黄土地层4。
所述砂质新黄土层和黏质新黄土层组成湿陷性黄土地层3,所述黏质老黄土层为非湿陷性黄土地层4。本实施例中,所述湿陷性黄土地层3的层厚为12.2m,所施工黄土隧道的沉降量为55mm,并且湿陷性黄土地层3 内存在所述砂质新黄土层,采用多排所述高压旋喷桩24进行加固后,能确保所施工黄土隧道的隧底加固效果。因而,所述高压旋喷桩24适用于隧道底部湿陷性黄土地层3的厚度大于10m、湿陷性黄土地层3存在砂黄土层且沉降控制难度大的黄土隧道基底加固。每个所述高压旋喷桩24底端伸入至非湿陷性黄土地层4内的长度为0.8m。实际施工时,可根据具体需要,对每个所述高压旋喷桩24底端伸入至非湿陷性黄土地层4内的长度进行相应调整。
对高压旋喷桩24进行施工时,采用低架旋喷桩钻机进行钻孔,低架旋喷桩钻机能满足隧道洞内施工需求。本实施例中,采用GXPZ-30低架旋喷桩钻机进行钻孔,该钻机的外形尺寸为3.2m×0.9m×3m,成桩直径为φ 400mm~φ600mm,具有施工速度快、最高钻速可达到150r/min,设备占用空间较小,适合在隧道洞内施工,施工干扰较小;并且,回转器压力为30kN,可保证施工质量。
步骤三中对高压旋喷桩24进行施工时,将仰拱二次衬砌15的上表面作为高压旋喷桩24的施工平台。
实际施工时,先清理已施工成型初期支护仰拱6上的仰拱回填土(即仰拱回填洞渣)后,对仰拱二次衬砌15内的所述钢筋笼进行绑扎前,按照设计间距在已施工成型的初期支护仰拱6上对各高压旋喷桩24的桩位分别进行测量放线,并做明显标示。对各高压旋喷桩24的桩位进行确定时,应避开所述全断面支撑架的位置,以防后期施工时破坏所述全断面支撑架。对仰拱二次衬砌15内的所述钢筋笼进行绑扎过程中,再根据测量得出的各高压旋喷桩24的桩位,对多个所述定位管25分别进行固定。对仰拱二次衬砌15进行混凝土浇筑时,注意保护定位管25。待仰拱二次衬砌15施工完成后,获得多个通过定位管25施工成型的预留洞,所述定位管25的外径小于竖向钻孔26的孔径。
所述仰拱二次衬砌15施工完成后,在各预留洞所处位置处,采用地质钻机由上至下对所述隧道仰拱结构进行钻孔,完成所述隧道仰拱结构上的引孔过程。随后,采用所述低架旋喷桩钻机对各竖向钻孔26进行钻孔。钻孔完成后,对各高压旋喷桩24分别进行施工。待多排所述高压旋喷桩 24均施工完成后,完成所施工黄土隧道的基底加固过程。
对各高压旋喷桩24进行施工时,按照常规高压旋喷桩施工方法进行施工即可,施工简便且施工过程易于控制。根据本领域公知常识,所述高压旋喷桩24是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合,形成连续搭接的水泥加固体,注浆压力为20MPa~24MPa,注浆管提升速度为0.3 m/min~0.4m/min,水泥浆输送到高压喷嘴的时间3s~5s,注浆速度60L/min~75L/min。
并且,对各高压旋喷桩24进行施工时,先将底部带高压喷嘴的注浆管由上至下下放入竖向钻孔26内,再由下至上进行旋喷作业。施工过程中,先达到预定的喷射压力且喷浆旋转30s使水泥浆与桩底端土充分搅拌后,再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管,按0.3m/min~0.4m/min的速度进行提升,直至距高压旋喷桩24的桩顶1m时,放慢搅拌速度和提升速度,因而高压旋喷桩24的施工效率高,能有效提高所施工黄土隧道的基底加固进度。
本实施例中,所述高压旋喷桩24为先施工旋喷桩或后施工旋喷桩,每排所述高压旋喷桩24中包括多个所述先施工旋喷桩和多个所述后施工旋喷桩,并且每排所述高压旋喷桩24中所述先施工旋喷桩和所述后施工旋喷桩呈交错布设,目的是防止一排所述高压旋喷桩24中相邻两个所述高压旋喷桩24施工时串浆。一排所述高压旋喷桩24中相邻两个所述高压旋喷桩24的施工时间间隔不少于48h。
所述上部洞体1-1和中部洞体1-2的开挖高度均为3.5m~4.5m,所述下部洞体1-3的开挖面后方设置有隧底回填土层7,所述隧底回填土层7 位于下部洞体1-3内;结合图6,所述隧底回填土层7为供湿喷机械手21 进行前后移动的临时移动平台。同时,通过隧底回填土层7也能进一步提高隧道洞1底部的结构稳固性。
本实施例中,所述隧底回填土层7的上表面为水平面,并且隧底回填土层7的上表面与仰拱二次衬砌15的上表面相平齐。
本实施例中,所述上部拱架2-1与中部侧支架5之间、所述中部侧支架5与下部侧支架6之间以及所述下部侧支架6与隧道仰拱支架2之间均通过连接螺栓进行固定连接。所述上部拱架2-1的两端、中部侧支架5的两端、下部侧支架6的两端和隧道仰拱支架2的两端均设置有供所述连接螺栓安装的连接钢板。
为确保加工质量并提高现场施工效率,所述全断面支撑架采用工厂化集中加工与配送,并满足所有工作面半小时内配送到位的要求。
实际施工时,所述隧道洞1的开挖高度为11m~15m,所述隧道洞1 的开挖宽度为10m~15m。并且,所施工隧道为埋深大于50m的深埋隧道。
本实施例中,所述隧道洞1的开挖高度为12m,所述上部洞体1-1的高度(即上台阶高度)为4m,所述中部洞体1-2的高度(即中台阶高度) 为3.5m。实际施工过程中,可根据具体需要,对隧道洞1的开挖高度以及上部洞体1-1的高度和中部洞体1-2的高度分别进行相应调整。
为确保开挖安全,所述上部洞体1-1采用中部预留核心土的方式进行开挖,所述上部洞体1-1内核心土的顶面净空高度为1.5m~1.8m。所述中部洞体1-2和下部洞体1-3开挖过程中是否预留核心土根据掌子面的稳定性而定。
所述拱墙网喷支护结构包括挂装在隧道洞1拱墙上的拱墙钢筋网片和一层喷射于隧道洞1拱墙上的拱墙混凝土喷射层19,所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上,所述拱墙钢筋网片与所述拱墙钢拱架均固定于拱墙混凝土喷射层19内。
本实施例中,所述拱墙混凝土喷射层19和仰拱混凝土喷射层20均为采用湿喷机械手21喷射形成的混凝土层。
实际施工时,所述隧底回填土层7后端与上部洞体1-1的开挖面之间的水平间距不大于45m。
实际对下部洞体1-3进行开挖过程中,及时对开挖成型的下部洞体 1-3进行初期支护,并获得初期支护仰拱13;所述下部洞体1-3初期支护完成后,及时在初期支护仰拱13上对隧底回填土层7进行回填。对隧底回填土层7进行回填时,采用下部洞体1-3内的洞渣(即渣土)对隧底回填土层7进行回填。
对上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3进行开挖过程中,均采用挖掘机将开挖形成的洞渣装至自卸汽车,并通过自卸汽车进行外运。对开挖形成的洞渣进行外运时,还需预留用于回填隧底回填土层7所用的洞渣,且将预留的洞渣置于下部洞体1-3的内侧一侧以便及时对隧底回填土层7进行回填。
本实施例中,所述全断面支撑结构中多榀所述全断面支撑架呈均匀布设,前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距为L,其中L的取值范围为0.5m~1m。
实际施工时,可根据具体需要,对前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距(即L的取值大小)进行相应调整。
为确保锚固效果,本实施例中,所述中锁脚锚管9和下锁脚锚管10 与竖直面之间的夹角均为45°。
所述上部拱架2-1为圆弧形,每个所述上锁脚锚管8与其所连接位置处上部拱架2-1的拱架切面之间的夹角均为45°;所述拱架切面为与上部拱架2-1的外轮廓线呈垂直布设的平面。其中,每个所述上锁脚锚管8所连接位置处上部拱架2-1的拱架切面均为与该上锁脚锚管8所连接位置处上部拱架2-1的外轮廓线呈垂直布设的平面。
本实施例中,所述拱墙支撑拱架和隧道仰拱支架2均为格栅钢架。
并且,每个所述下部侧支架6底部均垫装有一块泡沫铝垫板或混凝土垫板,以控制位移及沉降。
实际施工时,沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开挖,开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞1进行初期支护,获得施工成型的所述隧道初期支护结构;由后向前对开挖成型的隧道洞1进行初期支护过程中,同步由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内对所述隧道二次衬砌进行施工。
本实施例中,步骤一中进行隧道开挖及初期支护时,包括以下步骤:
步骤B1、上部洞体开挖及初期支护:沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道的上部洞体1-1进行开挖;
所述上部洞体1-1开挖过程中,由后向前对开挖成型的上部洞体1-1 拱部进行网喷支护,同时由后向前在开挖成型的上部洞体1-1内安装上部拱架2-1,完成上部洞体1-1的开挖及初期支护施工过程;
步骤B2、中部洞体开挖及初期支护:步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的上部洞体 1-1下方对中部洞体1-2进行开挖;
所述中部洞体1-2开挖过程中,由后向前对开挖成型的中部洞体1-2 左右两侧分别进行网喷支护,同时由后向前在开挖成型的中部洞体1-2左右两侧分别安装中部侧支架5,并使每个所述中部侧支架5均与步骤B1 中所述上部拱架2-1紧固连接为一体,完成中部洞体1-2的开挖及初期支护施工过程;
本步骤中,所述中部洞体1-2的开挖面位于上部洞体1-1的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m~6m;
步骤B3、下部洞体开挖及初期支护:步骤B2中进行中部洞体开挖及初期支护过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体 1-2下方对下部洞体1-3进行开挖;
所述下部洞体1-3开挖过程中,由后向前对开挖成型的下部洞体1-3 左右两侧分别进行网喷支护,网喷支护过程中同步由后向前在开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6,并使每个所述下部侧支架 6均与步骤B2中所述中部侧支架5紧固连接为一体;同时,由后向前在下部洞体1-3底部安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与下部洞体1-3左右两侧所安装的下部侧支架6紧固连接为一体;所述隧道仰拱支架2安装过程中,同步由后向前在隧道洞1底部喷射一层混凝土形成仰拱混凝土喷射层20,并使隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层20内,完成下部洞体1-3的开挖及初期支护施工过程;
本步骤中,所述下部洞体1-3的开挖面位于中部洞体1-2的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m~6m;
本步骤中,由后向前对下部洞体1-3进行开挖过程中,获得开挖成型的隧道洞1;由后向前对开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别进行网喷支护后,获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构;所述拱墙网喷支护结构与仰拱混凝土喷射层20连接。
本实施例中,步骤B1中对上部洞体1-1进行开挖时,采用带松土器的挖掘机进行开挖,并且在上部洞体1-1的四周侧均预留30cm~50cm厚度的土层作为人工修整层,人工修整层由人工采用刀具进行开挖,确保开挖精度,严禁挖掘机触碰所述全断面支撑架,确保安全和防止超挖,必要时预留核心土保证掌子面稳定。
步骤B1中由后向前在开挖成型的上部洞体1-1内安装上部拱架2-1 过程中,在每个已安装完成上部拱架2-1的左右两侧底部分别设置泡沫铝垫板或混凝土垫板以控制位移及沉降,并在每个已安装完成上部拱架2-1 的左右两侧分别打设上锁脚锚管8;同时,在每个已安装完成上部拱架2-1 的左右两侧底部分别铺设一层砂垫层以利于上部拱架2-1与中部侧支架5 进行螺栓连接。
步骤B2中对中部洞体1-2进行开挖时,采用带松土器的挖掘机进行开挖,并且在中部洞体1-2的左右两侧和底部均预留30cm~50cm厚度的土层作为人工修整层,严禁机械一次开挖至边,人工修整层由人工采用刀具进行开挖,确保开挖精度,严禁挖掘机触碰所述全断面支撑架,确保安全和防止超挖,必要时预留核心土保证掌子面稳定。
步骤B2中由后向前在开挖成型的中部洞体1-2左右两侧分别安装中部侧支架5过程中,在每个已安装完成中部侧支架5底部分别设置泡沫铝垫板或混凝土垫板以控制位移及沉降,并在每个已安装完成中部侧支架5 外侧分别打设中锁脚锚管9;同时,在每个已安装完成中部侧支架5底部分别铺设一层砂垫层以利于中部侧支架5与下部侧支架6进行螺栓连接。
步骤B3中对下部洞体1-3进行开挖时,采用带松土器的挖掘机进行开挖,并且在下部洞体1-3的左右两侧和底部均预留30cm~50cm厚度的土层作为人工修整层,严禁机械一次开挖至边,人工修整层由人工采用刀具进行开挖,确保开挖精度,严禁挖掘机触碰所述全断面支撑架,确保安全和防止超挖,必要时预留核心土保证掌子面稳定。
步骤B3中由后向前在开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6过程中,在每个已安装完成下部侧支架6底部分别设置泡沫铝垫板或混凝土垫板以控制位移及沉降,并在每个已安装完成下部侧支架6 外侧分别打设下锁脚锚管10。
由于所施工黄土隧道采用台阶法开挖,对所施工黄土隧道进行开挖过程中,所述全断面支撑架分步进行安装且其暂时不能封闭成环,造成初期支护极易出现较大变形。本发明采用上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10分别对上部拱架2-1、中部侧支架5和下部侧支架6的拱脚进行约束,能有效防止上部拱架2-1、中部侧支架5和下部侧支架6的拱脚发生转动和移动,提高钢架整体稳定性,以防止初支出现较大变形。
本实施例中,所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10均为壁厚5mm、长度4m且直径Φ42mm的无缝钢管,上锁脚锚管8、中锁脚锚管 9和下锁脚锚管10的内端均通过连接钢筋焊接固定在所述全断面支撑架上。所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10的长度和打入角度设计合理,不仅有利于限制围岩的变形,而且有助于发挥支护结构的承载力。并且,每个锚固位置处所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10的数量均为两个,能进一步提高锚固效果。
所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10为倾斜锚管,对所述倾斜锚管进行安装时,先对所述倾斜锚管所安装的钻孔进行钻设,因作业空间有限,为切实有效保证锁脚锚管的钻孔深度及角度,采用“三次钻进法”进行钻孔,依次选用长度为2m、3m和4m的钻杆,将钻孔深度按1.5m、 2.5m和4m的顺序逐步钻进至设计深度。钻孔完成后,对所述倾斜锚管进行安装,安装时用凿岩机接送管器将直接将所述倾斜锚管打入钻孔中。
本实施例中,步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护时,所述上部洞体1-1的开挖进尺为2L~3L;
步骤B2中进行中部洞体开挖及初期支护时,所述中部洞体1-2的开挖进尺为2L~3L;
步骤B3中进行下部洞体开挖及初期支护时,所述下部洞体1-3的开挖进尺为2L~3L。
本实施例中,步骤B1中由后向前对上部洞体1-1拱部进行网喷支护时,先由后向前在上部洞体1-1拱部挂装拱部钢筋网片,同时由后向前在上部洞体1-1内安装上部拱架2-1,并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架2-1紧固连接;再由后向前在开挖成型的上部洞体1-1内壁上喷射一层混凝土,形成拱部混凝土喷射层,并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架2-1均固定于所述拱部混凝土喷射层内,完成上部洞体 1-1的开挖及初期支护施工过程;
步骤B2中由后向前对中部洞体1-2左右两侧分别进行网喷支护时,先由后向前在中部洞体1-2左右两侧分别挂装中部钢筋网片,同时由后向前在中部洞体1-2左右两侧分别安装中部侧支架5,并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架5紧固连接,同时使所挂装的中部钢筋网片与步骤B1中所述拱部钢筋网片紧固连接;再由后向前在中部洞体1-2的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土,形成中部混凝土喷射层,使所述中部混凝土喷射层与步骤B1中所述拱部混凝土喷射层连接,并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架5均固定于所述中部混凝土喷射层内,完成中部洞体1-2的开挖及初期支护施工过程;
步骤B3中由后向前对下部洞体1-3左右两侧分别进行网喷支护时,先由后向前在下部洞体1-3左右两侧分别挂装下部钢筋网片,同时由后向前在下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6,并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架6紧固连接,同时使所挂装的下部钢筋网片与步骤B2中所述中部钢筋网片紧固连接;再由后向前在下部洞体1-3的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土,形成下部混凝土喷射层,使所述下部混凝土喷射层与步骤B2中所述中部混凝土喷射层连接,并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架6均固定于所述下部混凝土喷射层内,完成下部洞体1-3左右两侧的网喷支护过程,获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构;
步骤B1中所述拱部钢筋网片、步骤B2中所述中部钢筋网片与步骤B3 中所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片,步骤B1中所述拱部混凝土喷射层、步骤B2中所述中部混凝土喷射层与步骤B3中所述下部混凝土喷射层由上至下连接组成拱墙混凝土喷射层19。
如图2所示,本实施例中,步骤B1中所述上部洞体1-1的开挖进尺、步骤B2中所述中部洞体1-2的开挖进尺与步骤B3中所述下部洞体1-3的开挖进尺均相同;
步骤一中进行隧道开挖及初期支护时,所述湿喷机械手21通过隧底回填土层7沿隧道纵向延伸方向分多次进行向前移动,每次向前移动距离均与下部洞体1-3的开挖进尺相同;
所述湿喷机械手21每次向前移动到位后,位于隧底回填土层7前方的已开挖成型下部洞体1-3的长度均与下部洞体1-3的开挖进尺相同,此时位于隧底回填土层7前方的已开挖成型下部洞体1-3为当前所开挖下部洞体;
所述湿喷机械手21每次向前移动到位后,先采用湿喷机械手21由后向前对当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层20同步进行喷射,同时完成当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程;待当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程完成后,在当前所开挖下部洞体内已施工成型的初期支护仰拱13上施工隧底回填土层7,此时所施工的隧底回填土层7为供湿喷机械手21下一次向前移动所用的移动平台;
待当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层20均喷射完成后,再采用湿喷机械手21由后向前对位于当前所开挖下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体1-1和中部洞体1-2分别进行混凝土喷射,同时完成位于当前所开挖下部洞体前方的上部洞体1-1和中部洞体1-2的开挖及初期支护施工过程;
待位于当前所开挖下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体1-1和中部洞体1-2内混凝土喷射完成后,对湿喷机械手21进行下一次向前移动。
由上述内容可知,所述初期支护仰拱13的施工过程与下部洞体1-3的开挖过程同步进行,因而下部洞体1-3开挖与初期支护仰拱13施工同步进行,能确保初期支护及时封闭成环,并保证在最短时间内初期支护封闭成环,防治围岩变形过大,确保施工安全。并且,初期支护封闭成环后,为大型机械在洞内移动提高便利,从而能最多限度满足大型机械化施工需求,降低劳动强度,实现上中下台阶同步作业,实现全断面流水施工,能有效提高施工效率,降低工程成本,达到安全、经济、高效的施工目的,实际施工时,所述上部洞体1-1的开挖面与下部洞体1-3的开挖面之间的水平间距为8m~10m。因而,初期支护仰拱13封闭成环(即初期支护封闭成环)的进度与上部洞体1-1的开挖面之间的水平间距为8m~10m,能确保隧道开挖过程安全、可靠顺利,并能确保大断面黄土隧道的稳固性。
并且,由于初期支护仰拱13封闭成环(即初期支护封闭成环)的进度与上部洞体1-1的开挖面之间的水平间距为8m~10m,因而能确保湿喷机械手21的工作长度满足施工需求,确保湿喷机械手21能对前方的上部洞体1-1进行混凝土喷射。
本实施例中,所述拱墙混凝土喷射层19和仰拱混凝土喷射层20的层厚均为30cm且均采用C25混凝土。
所述湿喷机械手21为移动式混凝土喷射机械手。本实施例中,所述湿喷机械手21为中国铁建重工集团有限公司生产的HPS3016S型湿喷机械手(也称为HPS3016轮胎式混凝土喷射台车)或中铁岩锋成都科技有限公司生产的TKJ-20型湿喷机械手(也称为TKJ-20型混凝土喷射机械手)。
本实施例中,所述上部洞体1-1和所述中部洞体1-2的开挖高度均能满足湿喷机械手21的操作空间。
对于预留核心土的台阶进行开挖时,在喷射混凝土前进行挖除或局部修整,以确保湿喷机械手21有足够的正常作业空间。
对拱墙混凝土喷射层19和仰拱混凝土喷射层20进行喷射时,先进行初喷,再进行复喷。其中,实际进行初喷时,沿隧道开挖断面从一侧拱脚开始喷射,经过拱部直至另一侧拱脚结束;首次喷射时喷射厚度应控制在边墙10cm~15cm,拱部5cm~10cm。
待初喷混凝土初凝后,按照自下而上的顺序进行复喷。仰拱在喷射时应先喷射中间后喷射两边,中间喷射厚度应大于两边厚度。
边墙复喷时在第一次初喷基础上直接喷射至设计厚度。拱部每次喷射厚度应控制在4cm~5cm,每次喷射间隔5~10min,这样可以大幅减少回弹量。喷射过程中,喷嘴与受喷面间距宜为1.0cm~1.5m,喷嘴喷射过程中作连续、缓慢的横向或环向移动。若受喷面被钢架、钢筋网遮挡时,根据具体情况变换喷嘴的喷射角度和与受喷面的距离,将钢架、钢筋网背后喷填密实。喷射过程中如遇到受喷面有裂隙渗漏水时,应先喷射无水处,逐渐喷射覆盖至有渗水处,在喷射渗水处时速凝剂使用量可在标准用量的基础上增加0.5%~2.0%的掺量,总掺量不得超过水泥用量的6.0%。
喷射混凝土后,应立即进行潮湿性养护,一般养护不少于14d。喷射混凝土作业的环境温度不得低于5℃。
为进一步提高所施工黄土隧道底部的稳定性,所述隧道初期支护结构中前后相邻两榀所述隧道仰拱支架2之间均通过多道由左至右布设的纵向连接件进行紧固连接,多道所述纵向连接件均呈水平布设且其沿所述隧道仰拱支架的轮廓线进行布设。
本实施例中,所述纵向连接件为槽钢。
实际施工时,所述纵向连接件也可以采用其它类型的型钢。
本实施例中,步骤二中对拱墙二次衬砌14进行施工时,采用二衬台车沿隧道纵向延伸方向由后向前对拱墙二次衬砌14进行施工。因而,实际施工简便,并且施工效率高,施工质量易于保证。
所述隧道二次衬砌的左右两个矮边墙18为拱墙二次衬砌14左右两侧底部的衬砌节段。
步骤二中对拱墙二次衬砌14进行施工时,同步完成两个所述矮边墙 18的施工过程,并且左右两个矮边墙18也采用二衬台车进行施工。其中所述二衬台车为常规的衬砌台车,只需根据拱墙二次衬砌14的横截面形状对衬砌台车的成型模板进行加工即可。因而,所述二衬台车上所装的成型模板为拱墙二次衬砌14的成型模板,具体是对拱墙二次衬砌14的内壁进行成型的弧形模板,结构简单,并且施工简便。并且,由于所述仰拱二次衬砌15的上表面为水平面,因而所述成型模板能平稳支撑于仰拱二次衬砌15上,支撑稳固、可靠,并能有效确保所施工成型隧道二次衬砌的施工质量。
因而,步骤二中进行二衬施工时,所述仰拱二次衬砌15的施工进度快于拱墙二次衬砌14的施工进度,从而能进一步确保所施工黄土隧道底部的稳固性,并能有效加快所述隧道二次衬砌的封闭成环时间。
根据本领域公知常识,隧道二次衬砌(简称二次衬砌或二衬)是隧道工程施工中在隧道初期支护结构(简称初期支护或初支)内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌,与隧道初期支护结构共同组成复合式衬砌。所述隧道二次衬砌包括左右两个矮边墙18,两个所述矮边墙18对称布设于二衬仰拱的左右两侧上方,所述矮边墙18是铁路隧道二次衬砌中的一个术语,又称小边墙。所述隧道二次衬砌由隧底衬砌和布设于所述隧道仰拱正上方的二衬拱墙衬砌连接而成,所述隧底衬砌由二衬仰拱和两个所述矮边墙18连接组成,所述隧底衬砌也称为隧道仰拱,因而两个所述矮边墙 18为所述隧道仰拱的一部分,所述隧道仰拱为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构,是隧道结构的主要组成部分之一。两个所述矮边墙18对称布设于所述二衬仰拱的左右两侧上方,所述二衬拱墙衬砌的左右两侧底部与所述二衬仰拱之间均通过一个所述矮边墙18连接,所述隧底衬砌与所述二衬拱墙衬砌均为钢筋混凝土衬砌且二者的横截面均为拱形。
目前,对隧道复合式衬砌进行施工时,一般采用将初支与所述二衬仰拱一起施作的方法,并在所述二衬仰拱上施作一定高度的矮边墙18,然后再进行仰拱填充,存在施工工序多、效率低等问题。同时,由于仰拱填充应在所述二衬仰拱的混凝土终凝后浇筑,并且必须保证所述二衬仰拱的弧形,这就要求所述二衬仰拱与矮边墙18的施工必须借助模板成型,否则仰拱施工将会出现下列问题:首先不能很好成型;其次振捣难以进行,因为混凝土一旦振捣就会向底部溜滑。另外,目前很少有隧道施工时采用仰拱模板,往往是仅在仰拱填充顶面位置安装矮边墙侧模板,仰拱填充与所述二衬仰拱同时浇筑。待仰拱填充到位后,工人将混凝土铲进矮边墙模板,稍作插捣,不敢振捣。这样一来,矮边墙18的质量就大打折扣,而且所述二衬仰拱与仰拱填充的混凝土等级不同,往往是先倾倒所述二衬仰拱的混凝土于隧底,然后再倾倒仰拱填充的混凝土,两者混在一起。由于矮边墙18本属于隧道仰拱,却使用的是填充混凝土,加上不振捣,矮边墙18 的强度其实是相当低的。而且从拆模后可以看出,蜂窝麻面严重,外观质量也羞于见人,只好采用调制的水泥浆抹面进行掩盖;还存在模板重复利用凹凸不平,不加整修,不涂刷脱模剂等问题,施工成型的矮边墙18的台阶线型极差,导致二衬台车模板与其接触不紧密,错台和漏浆严重。因此适当优化二次衬砌结构,在确保隧道结构安全的前提下,能有效提升施工效率,使得工程更加经济、合理。
本实施例中,两个所述矮边墙18为拱墙二次衬砌14左右两侧底部的衬砌节段,因而两个所述矮边墙18为拱墙二次衬砌7的一部分。
为保证仰拱二次衬砌15与矮边墙18的施工质量,并有效提高施工效率,对仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的交界面进行调整,将仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的交界面调整为平面,仰拱填充层16与仰拱二次衬砌15不同时浇筑,这样能大幅简化仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16 的施工过程,并且仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的混凝土不会混为一体,能有效确保仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的施工质量,避免因混凝土等级不同而造成的仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的施工质量不能保证等问题。同时,仰拱二次衬砌15的上表面为水平面,混凝土浇筑过程中无需保证仰拱二次衬砌15的弧形,无需采用弧形模板,浇筑方便大幅简便,浇筑简便,并且仰拱二次衬砌15的施工质量易于保证。
所述隧道二衬衬砌内左右两侧对称设置有水沟电缆槽23,所述水沟电缆槽23为所施工黄土隧道内预先设计的用于排水和敷设电缆的沟槽。本实施例中,所述仰拱填充层16布设于两个所述水沟电缆槽23之间。两个所述水沟电缆槽23对称支撑于仰拱二次衬砌15的左右两侧上方,两个所述水沟电缆槽23对称布设于仰拱填充层16的左右两侧。
所述仰拱二次衬砌15的上表面浇筑成平面,并且对仰拱二次衬砌15 的上表面高度进行确定时,根据预先设计的所述隧道仰拱的内轮廓线(即所述隧道仰拱的设计内轮廓线,该设计内轮廓线为弧形轮廓线)与预先设计的水沟电缆槽23底部之间的交点进行确定,所述仰拱二次衬砌15的上表面和所述隧道仰拱的设计内轮廓线与预先设计的水沟电缆槽23底部之间的交点布设于同一水平面上。本实施例中,所述仰拱二次衬砌15采用与预先设计的所述隧道仰拱同标号的混凝土一次浇筑而成,所述仰拱填充层16采用与预先设计的仰拱填充同标号的混凝土一次浇筑而成。本实施例中,所述仰拱填充层16采用C20混凝土浇筑而成。并且,仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16分开浇筑。对仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16进行混凝土浇筑过程中,严格按照大体积混凝土分层振捣。
本实施例中,对仰拱二次衬砌15进行浇筑时,采用移动式仰拱栈桥 17进行整幅浇筑,且将仰拱二次衬砌15内部的中间弧形部分优化为水平面。
优化后的仰拱二次衬砌15使隧道仰拱结构的刚度整体大幅提升,并且施工中无需安装弧形模板,混凝土振捣简便且振捣质量易控,仰拱二次衬砌15的外观尺寸和施工质量更易于控制,并且能大幅提高隧道仰拱的施工效率,所述隧道二次衬砌的封闭时间大大缩短,并且没有弧形模板的干扰使得仰拱混凝土易于振捣,混凝土质量大大提升。本实施例中,由于仰拱二次衬砌15的上表面为水平面,因而对仰拱二次衬砌15进行混凝土浇筑时,仰拱二次衬砌15的上表面无需采用成型模板,只需对所浇筑混凝土的上表面高度进行监测即可,待所浇筑混凝土的上表面高度与仰拱二次衬砌15的上表面高度相同时,完成仰拱二次衬砌15的混凝土浇筑施工过程,因而能大幅度简化仰拱二次衬砌15的施工过程。
另外,需说明的是:本发明并非仅仅将仰拱二次衬砌15的混凝土浇筑为水平面,而是将仰拱二次衬砌15内的所述仰拱钢筋笼的上表面也设置为水平面,确保仰拱二次衬砌15的整个横断面内均设置有钢筋笼,并且所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面,能有效简化所述仰拱钢筋笼的绑扎过程。
如图9所示,对仰拱二次衬砌15进行施工时,所采用的成型模板为一块对仰拱二次衬砌15的前侧壁进行成型的前模板27,所述前模板27 呈竖直向布设且其布设于所施工黄土隧道的一个隧道横断面上,所述前模板27的横截面形状和尺寸相同且其底部支撑于初期支护仰拱13上。本实施例中,所述可移动仰拱栈桥17包括栈桥本体和安装在所述栈桥本体底部的前模板27。
本实施例中,将现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙18连接组成拱墙二次衬砌14,因而将现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙 18作为整体衬砌进行施工,并且采用二衬台车对拱墙二次衬砌14进行施工。因而,现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙18采用二衬台车一次施工成型,能进一步提高所述隧道二次衬砌的施工效率,加快所述隧道二次衬砌封闭时间,缩短所述隧道二次衬砌的封环时间,进一步提高所施工黄土隧道的结构稳定性。
并且,将现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙18浇筑为一体,能有效减少所述隧道二次衬砌中的施工缝,使所述隧道二次衬砌的整体性更强,整体受力效果更佳。同时,能有效解决现有隧道二次衬砌施工方法中先对仰拱进行超前施工再利用组合钢模板对矮边墙进行施工时存在的以下问题:第一、避免仰拱超前施工后再利用组合钢模板对矮边墙18进行施工时,矮边墙18施工过程对已施工完成的二衬仰拱可能造成的损害;第二、避免为防止矮边墙18施工过程对已施工完成的二次衬底仰拱8可能造成的损害,必须等到二衬仰拱终凝后再对矮边墙18进行施工,因而施工效率大幅度提高,施工工期有效缩短;第三、矮边墙18与二衬仰拱连接处的施工质量与连接强度能得到保证,能有效节约施工成本,并能进一步提高施工效率,减少后期加强措施施工成本和施工工期。
所述仰拱二次衬砌15的一次浇筑长度按照对拱墙二次衬砌14进行施工的二衬台车的长度进行确定,并且仰拱二次衬砌15的一次浇筑长度为二衬台车长度(即一环拱墙二次衬砌14的纵向长度)的2倍或3倍,能大幅提高隧道仰拱的施工效率,进一步确保所施工黄土隧道的稳定性。本实施例中,仰拱二次衬砌15的一次浇筑长度为二衬台车长度(即一环拱墙二次衬砌14的纵向长度)的2倍,所述二衬台车的长度为12m,仰拱二次衬砌15的一次最大浇筑长度为24m。
对所施工黄土隧道进行开挖过程中,对仰拱二次衬砌15进行浇筑时,一次开挖,一次清底且分次浇筑,减少了工序间的施工干扰,减少了施工缝,保证了施工质量。并且,对仰拱二次衬砌15进行施工时,先进行清底,然后进行钢筋绑扎,最后浇筑混凝土。
本实施例中,所述仰拱二次衬砌15和拱墙二次衬砌14均为钢筋混凝土衬砌。
步骤二中由后向前对拱墙二次衬砌14进行施工时,由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌15上对拱墙二次衬砌14内的钢筋笼进行绑扎,并使所绑扎钢筋笼与位于其正下方的所述仰拱钢筋笼紧固连接,此时所绑扎钢筋笼为拱墙钢筋笼;由后向前对所述拱墙钢筋笼进行绑扎过程中,由后向前对拱墙二次衬砌14进行混凝土浇筑,使已绑扎完成的所述拱墙钢筋笼浇筑于拱墙二次衬砌14内,并使所施工拱墙二次衬砌14与位于其下方的初期支护仰拱13紧固连接为一体,同时使所施工拱墙二次衬砌14与位于其外侧的拱墙初期支护结构12紧固连接为一体;
所述仰拱钢筋笼的绑扎进度快于所述拱墙钢筋笼的绑扎进度,所述仰拱二次衬砌15的混凝土浇筑进度快于拱墙二次衬砌14的混凝土浇筑进度。
本实施例中,所施工黄土隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段;
所述仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15组成隧道仰拱及回填结构,步骤二中进行二衬施工时,采用可移动仰拱栈桥17由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工;
采用可移动仰拱栈桥17由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工时,由后向前对所施工黄土隧道的多个所述隧道节段分别进行仰拱二衬施工;多个所述隧道节段的仰拱二衬施工方法均相同;
对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行仰拱二衬施工时,过程如下:
步骤A1:栈桥水平前移:沿隧道纵向延伸方向,将可移动仰拱栈桥 17向前水平移动至当前所施工隧道节段的施工位置处;
步骤A2、仰拱二次衬砌浇筑:采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥17,由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱二次衬砌15进行混凝土浇筑;
待步骤A2中所浇筑的混凝土均终凝后,完成当前所施工隧道节段的隧道仰拱施工过程;
步骤A3、返回步骤A1,对一个所述隧道节段进行仰拱二衬施工。
所述可移动仰拱栈桥17为仰拱施工栈桥,由于隧底回填土层7的上表面与仰拱二次衬砌15的上表面相平齐,隧底回填土层7与仰拱二次衬砌15组成供可移动仰拱栈桥17移动的水平移动平台。并且,如图5所示,所述可移动仰拱栈桥17的前侧支撑于隧底回填土层7上,可移动仰拱栈桥17的后侧支撑于已施工成型的仰拱二次衬砌15上,实际施工非常简便。
本实施例中,对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施工之前,先沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段内的隧底回填土层7进行清理。
本实施例中,所述仰拱钢筋笼包括多道由后向前布设的拱形钢筋,每道所述拱形钢筋均位于隧道洞1的一个隧道横断面上,多道所述拱形钢筋均呈平行布设且其形状均与仰拱二次衬砌15的形状相同;每道所述拱形钢筋的左右两端均伸出至仰拱二次衬砌15上方,每道所述拱形钢筋两端伸出至仰拱二次衬砌15上方的节段均为用于连接所述拱墙钢筋笼的钢筋外露段;
由后向前对所述拱墙钢筋笼进行绑扎过程中,将所绑扎拱墙钢筋笼与位于其下方的所述钢筋外露段进行紧固连接。
如图4、图5所示,本实施例中,所述隧道支护结构还包括对隧道洞 1拱部进行超前支护的隧道超前支护结构,所述隧道超前支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道洞1拱部进行超前支护的超前小导管注浆支护结构;多个所述超前小导管注浆支护结构的结构均相同,前后相邻两个所述超前小导管注浆支护结构之间的搭接长度不小于0.5m;
每个所述超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞1掌子面前方土体内的注浆小导管22和一个对多根所述注浆小导管22 进行导向的小导管导向架,多根所述注浆小导管22沿上部洞体1-1的拱部轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上;每个所述超前小导管注浆支护结构中所有注浆小导管22的结构和尺寸均相同;所述小导管导向架为一个所述上部拱架2-1,所述小导管导向架上开有多个对注浆小导管22进行导向的导向孔,多个所述导向孔沿上部洞体1-1的拱部轮廓线由左至右布设。
本实施例中,所述注浆小导管22采用直径为Φ42mm且壁厚为3.5mm 的热轧无缝钢管,注浆小导管22的长度为3.5m~4.0m,并且在隧道洞1 拱部120°范围设置注浆小导管22,注浆小导管22的环向间距为40cm。步骤一中进行隧道开挖及初期支护之前,先采用所述超前小导管注浆支护结构对所施工隧道拱部进行超前支护。
所述注浆小导管22安设采用钻孔打入法,即先按设计要求钻孔,然后将注浆小导管22穿过所述小导管导向架,用锤击或钻机顶进,顶入长度不小于注浆小导管22总长度的90%,且外露长度以利于注浆管路的接入,并用高压风将钢管内的砂石吹出。并且,采用注浆小导管22注浆时,所注浆液为水泥砂浆,以增强注浆小导管22的强度。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征在于:包括多排对所施工黄土隧道的隧道下方土体进行加固的高压旋喷桩(24),多排所述高压旋喷桩(24)沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设,多排所述高压旋喷桩(24)呈均匀布设且其组成所施工黄土隧道的基底加固结构;所施工黄土隧道为穿越湿陷性黄土地层(3)的隧道,所述湿陷性黄土地层(3)位于非湿陷性黄土地层(4)上方;
所施工黄土隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和布设所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌,所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道的隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支护结构,所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌;所述隧道初期支护结构分为对隧道洞(1)的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构(12)和对隧道洞(1)底部进行初期支护的初期支护仰拱(13),所述隧道二次衬砌分为对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌(14)和对隧道洞(1)底部进行支护的仰拱二次衬砌(15);所述仰拱二次衬砌(15)位于初期支护仰拱(13)上方且二者组成隧道仰拱结构,所述仰拱二次衬砌(15)上设置有仰拱回填层(16),所述仰拱二次衬砌(15)的上表面为水平面,所述拱墙二次衬砌(14)的左右两侧底部均为水平面,所述拱墙二次衬砌(14)支撑于仰拱二次衬砌(15)上且二者浇筑为一体,所述仰拱回填层(16)为混凝土填充层;
每排所述高压旋喷桩(24)均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的高压旋喷桩(24),前后相邻两排所述高压旋喷桩(24)中的高压旋喷桩(24)呈交错布设;所述高压旋喷桩(24)为圆柱形桩,所述基底加固结构中所有高压旋喷桩(24)呈梅花形布设且其呈均匀布设,所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩(24)的间距均为80cm~120cm;所述基底加固结构中所有高压旋喷桩(24)的桩径均相同,每个所述高压旋喷桩(24)均由上至下经所述隧道仰拱结构和湿陷性黄土地层(3)后伸入至非湿陷性黄土地层(4)内,每个所述高压旋喷桩(24)底端伸入至非湿陷性黄土地层(4)内的长度均不小于0.5m,每个所述高压旋喷桩(24)的顶端均与仰拱二次衬砌(8)的上表面相平齐;所述隧道仰拱结构以及位于所述隧道仰拱结构下方的湿陷性黄土地层(3)和非湿陷性黄土地层(4)组成待钻孔结构,所述待钻孔结构内设置有多个用于施工高压旋喷桩(24)的竖向钻孔(26),所述竖向钻孔(26)的孔深与高压旋喷桩(24)的桩长相同,所述竖向钻孔(26)的孔径为φ400mm~φ600mm。
2.按照权利要求1所述的基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征在于:所述隧道仰拱结构内埋设有多个用于施工高压旋喷桩(24)的定位管(25),所述定位管(25)为呈竖直向布设的PVC管;每个所述高压旋喷桩(24)的施工位置处均布设有一个所述定位管(25),每个所述定位管(25)的上端均伸出至所述隧道仰拱结构上方,每个所述定位管(25)底部均支撑于初期支护仰拱(6)上。
3.按照权利要求2所述的基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征在于:所述仰拱二次衬砌(8)内设置有仰拱钢筋笼,每个所述定位管(25)均固定于所述仰拱钢筋笼上,所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面。
4.按照权利要求1所述的基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征在于:所述基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩(24)的间距均为100cm,所述竖向钻孔(26)的孔径为φ500mm。
5.按照权利要求1所述的基于高压旋喷桩的黄土隧道基底加固结构,其特征在于:所述隧道初期支护结构包括对隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞(1)的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞(1)底部进行初期支护的仰拱初期支护结构;所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体,所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设,多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设;所述全断面支撑架的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同,每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞(1)底部进行支护的隧道仰拱支架(2)拼接而成,所述隧道仰拱支架(2)位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上,所述隧道仰拱支架(2)与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架;
所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构(12),所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的隧道仰拱支架(2)组成初期支护仰拱(13);所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞(1)底部的仰拱混凝土喷射层(20),所述隧道仰拱支架(2)固定于仰拱混凝土喷射层(20)内;
每排所述高压旋喷桩(24)均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间。
6.一种采用如权利要求1所述基底加固结构对黄土隧道进行基底加固的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、隧道开挖及初期支护:沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开挖,开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护,获得施工成型的所述隧道初期支护结构;
步骤二、二衬施工:步骤一中由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工;
由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时,由后向前在已施工完成的初期支护仰拱(13)上对仰拱二次衬砌(15)进行施工,获得施工成型的仰拱二次衬砌(15);由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中,由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌(15)上对拱墙二次衬砌(14)进行施工,并使所施工拱墙二次衬砌(14)与位于其下方的仰拱二次衬砌(15)连接为一体,获得施工成型的所述隧道二次衬砌;
本步骤中,由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中,待仰拱二次衬砌(15)内所浇筑混凝土终凝后,所述仰拱二次衬砌(15)与初期支护仰拱(13)组成施工成型的所述隧道仰拱结构;
步骤三、基底加固:步骤二中由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中,沿隧道纵向延伸方向由后向前在步骤二中施工成型的所述隧道仰拱结构上对所述基底加固结构进行施工;
对所述基底加固结构进行施工时,由后向前在施工成型的所述隧道仰拱结构上对多排所述高压旋喷桩(24)分别进行施工。
7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于:所述隧道仰拱结构内埋设有多个用于施工高压旋喷桩(24)的定位管(25),所述定位管(25)为呈竖直向布设的PVC管;每个所述高压旋喷桩(24)的施工位置处均布设有一个所述定位管(25),每个所述定位管(25)的上端均伸出至所述隧道仰拱结构上方,每个所述定位管(25)底部均支撑于初期支护仰拱(6)上;
所述仰拱二次衬砌(8)内设置有仰拱钢筋笼,每个所述定位管(25)均固定于所述仰拱钢筋笼上,所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面;
步骤二中由后向前在已施工完成的初期支护仰拱(13)上对仰拱二次衬砌(15)进行施工时,过程如下:
步骤C1、仰拱钢筋笼绑扎:由后向前在已施工完成的初期支护仰拱(13)上对仰拱二次衬砌(15)内的所述仰拱钢筋笼进行绑扎;
步骤C2、定位管安装:步骤C1中由后向前对所述仰拱钢筋笼进行绑扎过程中,由后向前在已施工完成的初期支护仰拱(13)上布设多排所述定位管(25),使每个所述定位管(25)底部均支撑于初期支护仰拱(13)上,并将各定位管(25)均固定于已绑扎成型的所述仰拱钢筋笼上;
步骤C2、混凝土浇筑:步骤C2中由前至后布设多排所述定位管(25)过程中,由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行混凝土浇筑,并使已绑扎完成的所述仰拱钢筋笼和已安装好的定位管(25)均浇筑于仰拱二次衬砌(15)内,同时使所施工仰拱二次衬砌(15)与位于其下方的初期支护仰拱(13)紧固连接为一体。
8.按照权利要求5或6所述的方法,其特征在于:所述隧道二次衬砌的左右两个矮边墙(18)为拱墙二次衬砌(14)左右两侧底部的衬砌节段;
步骤二中对拱墙二次衬砌(14)进行施工时,采用二衬台车沿隧道纵向延伸方向由后向前对拱墙二次衬砌(14)进行施工;
步骤二中进行二衬施工时,所述仰拱二次衬砌(15)的施工进度快于拱墙二次衬砌(14)的施工进度。
9.按照权利要求5或6所述的方法,其特征在于:所施工黄土隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段;
所述仰拱回填层(16)与仰拱二次衬砌(15)组成隧道仰拱及回填结构,步骤二中进行二衬施工时,采用可移动仰拱栈桥(17)由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工;
采用可移动仰拱栈桥(17)由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工时,由后向前对所施工黄土隧道的多个所述隧道节段分别进行仰拱二衬施工;多个所述隧道节段的仰拱二衬施工方法均相同;
对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行仰拱二衬施工时,过程如下:
步骤A1:栈桥水平前移:沿隧道纵向延伸方向,将可移动仰拱栈桥(17)向前水平移动至当前所施工隧道节段的施工位置处;
步骤A2、仰拱二次衬砌浇筑:采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥(17),由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱二次衬砌(15)进行混凝土浇筑;
待步骤A2中所浇筑的混凝土均终凝后,完成当前所施工隧道节段的隧道仰拱施工过程;
步骤A3、返回步骤A1,对一个所述隧道节段进行仰拱二衬施工。
10.按照权利要求5或6所述的方法,其特征在于:步骤三中由后向前对所述基底加固结构进行施工过程中,由后向前在内部布设有高压旋喷桩(24)的仰拱二次衬砌(15)上施工仰拱回填层(16),并使所施工仰拱回填层(16)与其下方的仰拱二次衬砌(15)和仰拱回填层(16)均浇筑为一体。
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