CN111396062B - 一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法 - Google Patents
一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，首先将超大断面黄土隧道下穿运营铁路影响范围划分成三个支护等级区域‑Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域，然后依次进行管棚工作室施作、施作管棚、管棚工作室回填、超前小导管加固，最后采用三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行洞身开挖与支护。本发明用以安全快速地通过下穿运营铁路区域，缩短施工周期、减少成本投入，做到安全性、经济性、合理性相结合，为同类型的超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路施工提供了借鉴依据，进一步提高超大断面黄土隧道下穿运营铁路施工效率，降低施工安全风险。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体是一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法。
背景技术
在近接下穿运营铁路黄土隧道施工中，施工方法多采用洞内中管棚超前支护，采用双侧壁导坑法施工，并对既有铁路采用军便梁对线路进行加固，该施工方法存在分部开挖多、工序多，施工空间小，施工工序干扰大，工效慢，时间跨度长，累计变形量大，对铁路的运营安全影响周期长，安全风险高；在施工空间小，同时在既有线施工军便梁对铁路轨道进行预加固时，对铁路运行也存在较大安全风险且增加了工工序作业。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，用以安全快速地通过下穿运营铁路区域，缩短施工周期、减少成本投入，做到安全性、经济性、合理性相结合，为同类型的超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路施工提供了借鉴依据，进一步提高超大断面黄土隧道下穿运营铁路施工效率，降低施工安全风险。
本发明的技术方案为：
一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，具体包括有以下步骤：
（1）、将超大断面黄土隧道下穿运营铁路影响范围划分成三个支护等级区域-Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域：超大断面黄土隧道中影响运营铁路的长度L被划分为两个等级区域分别为Ⅰ区域和Ⅱ区域，Ⅰ区域为影响运营铁路轨道区域即超大断面黄土隧道与运营铁路轨道的重叠区域，Ⅱ区域为两个，位于Ⅰ区域的两侧，每个Ⅱ区域均为超大断面黄土隧道路段中、运营铁路轨道和其中一运营铁路路基坡脚边线之间的区域，Ⅲ区域也为两个，两个Ⅲ区域分别为运营铁路前后影响段区域，即每个Ⅲ区域位于对应Ⅱ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向外侧的部分；
（2）、施作管棚工作室：沿已完成洞身支护的隧道继续向前开挖管棚工作室，此时，待开挖管棚工作室的洞身轮廓线B4位于已完成洞身支护的洞身轮廓线B3的外圈，管棚工作室的挖掘长度为10米，管棚工作室挖掘结束后，在隧道内管棚工作室的末端喷射混凝土封闭掌子面；
（3）、施作管棚：向封闭掌子面位于洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的区域上向待开挖隧道植入一圈超长大管棚，超长大管棚植入的长度等于长度L加上两个Ⅲ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度；
（4）、管棚工作室回填：管棚工作室的初期支护为已完成洞身支护的隧道其初期支护向隧道待挖掘方向的延伸，管棚工作室的初期支护和管棚工作室洞顶之间的空隙喷射混凝土，在管棚工作室末端采用双拼工字钢支撑超长大管棚，双拼工字钢与超长大管棚采用焊接牢固，再用喷射混凝土支护；
（5）、超前小导管加固：在一圈超长大管棚中，相邻的两个超长大管棚之间均用超前小导管注浆进行二次支护拱顶，并在后续开挖过程及时跟进支护；
（6）、洞身开挖与支护：洞身开挖采用三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行开挖，即上台阶和下台阶均设置临时仰拱，中台阶不设置临时仰拱，三台阶挖掘和临时仰拱设置完成后，控制各台阶沿超大断面黄土隧道的长度并使临时仰拱栈桥两端分别伸入下台阶上和防水板挂布台车里面，大型机械手站位支撑在下台阶上，混凝土运输车站位在临时仰拱栈桥上并部分伸入至门架式防水板挂布台车里面，从而极大缩短仰拱封闭成环距离掌子面的距离，即有效缩短仰拱成环时间形成快速封闭成环。
所述的Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域在三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行开挖时，均进行加强支护，Ⅲ区域各台阶拱脚处均设置4根Ф42长度4.5m锁脚锚管，Ⅱ区域各台阶拱脚处均设置6根Ф42长度4.5m锁脚锚管，Ⅰ区域各台阶拱脚处均设置4根Ф89长度6.0m锁脚锚管，提高拱脚支撑稳定性，施做扩大拱脚，增加拱脚受力面积，遏制围岩变形，在施工Ⅰ区域和Ⅱ区域时指定专门测量员和试验人员驻扎隧道洞口和运营铁路附近，实时监测洞内、地表，隧道黄土地质含水率和地基承载力检测。
所述的每个Ⅲ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度均为30米。
所述的洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的高度差为80cm，所述的已完成洞身支护的隧道其洞身轮廓线B3与管棚工作室K2的洞身轮廓线B4之间设置有管棚工作室K2的过渡段，过渡段沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度为2米，管棚工作室K2沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度为8米。
所述的步骤（2）中，管棚工作室K2正常掘进过程中，管棚工作室K2区域同步设置临时仰拱和混凝土施工平台。
所述的步骤（3）中，向封闭掌子面位于洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的区域上且拱顶140度范围内待开挖隧道植入一圈超长大管棚，超长大管棚采用导向钻进法施工，即直接用超长大管棚做钻杆，前端加导向钻头钻至预定深度，超长大管棚及钻头留在孔内，然后安设钢筋笼及注浆，钻进过程中，通过安设于钻头位置的导向仪探头，随时监控超长大管棚钻进方向并及时做出校正，钻孔采用隔孔钻设，钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
所述的上台阶和中台阶沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度均为3米，下台阶沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度LL满足大型机械手站位长度的需要，仰拱一次性开挖、长度控制在3米，支护两个仰拱初支循环浇筑一次仰拱。
本发明的优点：
（1）、本发明施工方法简单、合理，能够极大限度地缩短了下穿运营铁路施工的时间，减少对既有运营铁路加固工序，消除对运营铁路加固的安全风险。
（2）、本发明通过超长大管棚精准定位技术，最大地发挥了管棚加固围岩作用，在洞身开挖上方形成了坚实棚盖，掘进过程通过超前小导管对管棚间隙再次加固，再通过三级区域支护控制，克服了传统施工方法洞身中管棚支护循环次数多、施工周期长，洞身中管棚支护钢度弱等不足，有效地保证了洞身变形及地表沉降在可控范围之内，同时也有效保证施工安全，又避免了初期支护资源的浪费，极大节约支护成本。
（3）、本发明通过三台阶+两台阶设置临时仰拱法取代对洞身跨径进行减跨施工的双侧壁导坑法，减少多分部开挖工序，克服了分部工序多、扰动次数多，施工空间小大型机械作业难，工序间干扰大，施工周期长，不利于初支支护早成环，导致累计沉降量大等问题，有效控制临时仰拱初支支护时间，保证了洞身变形和地表沉降数值在设计要求范围内。
（4）、本发明通过对上下台阶设置临时仰拱，中台阶不设置临时仰拱，既控制洞身变形避免地表沉降，又满足大型机械快速作业，加快施工进度，有利于初期支护快速封闭成环。
（5）、本发明既减少既有加固工序，又优化了隧道非减跨开挖，提高了工期，缩短了初支成环时间保证了变形控制，具有广泛的推广应用前景。
附图说明
图1是本发明施工的运营铁路与超大断面黄土隧道埋深示意图。
图2是本发明施工的界定影响运营铁路区域平面示意图。
图3是本发明施工的施作管棚工作室纵断面图。
图4是本发明施工的施作管棚工作室立面图。
图5是本发明施工的管棚施工布置纵断面图。
图6是本发明施工的管棚施工布置立面图。
图7是本发明施工的管棚工作室回填纵断面图。
图8是本发明施工的管棚钢管间布设超前小导管纵断面图。
图9是本发明施工的超前小导管立面图。
图10是本发明施工的台阶开挖纵断面图。
图11是本发明施工的台阶开挖立面图。
图12是本发明施工的各台阶步距控制示意图。
附图标记说明：
1-运营铁路轨道；2A-隧道的初期支护；3-二次衬砌；4-仰拱填充；5-仰拱；6-仰拱初期支护；7-管棚工作室临时仰拱；8-混凝土施工平台；9-封闭掌子面；10-超长大管棚；2B-管棚工作室的初期支护；11-双拼工字钢；12-混凝土；13-超前小导管；14-上台阶临时仰拱；15-下台阶临时仰拱；16-临时仰拱栈桥；17-湿喷机械手；18-混凝土运输车；19-防水排挂布台车；B1-隧道开挖边线；B2-运营铁路路基坡脚边线；B3-洞身轮廓线；B4-管棚工作室洞身轮廓线；K1-隧道洞身；K2-管棚工作室；h1-洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的高度差；D-隧道开挖洞身宽度；H-运营铁路至隧道拱顶距离（埋深）；L-洞身影响铁路范围；LL-湿喷机械手工作长度；①-上台阶；②-中台阶；③-下台阶；④-仰拱。
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。
见图1，新建超大断面黄土隧道与运营铁路之间的埋深H为32m，符合近接H=(1～2.5)D(洞宽)条件，本实施例中超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法是按如下步骤进行：
（1）、将超大断面黄土隧道下穿运营铁路影响范围划分成三个支护等级区域-Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域：超大断面黄土隧道中影响运营铁路的长度L被划分为两个等级区域分别为Ⅰ区域和Ⅱ区域，Ⅰ区域为影响运营铁路轨道区域即超大断面黄土隧道与运营铁路轨道1的重叠区域，Ⅱ区域为两个，位于Ⅰ区域的两侧，每个Ⅱ区域均为超大断面黄土隧道路段中、运营铁路轨道1和其中一运营铁路路基坡脚边线B2之间的区域，Ⅲ区域也为两个，两个Ⅲ区域分别为运营铁路前后影响段区域，即每个Ⅲ区域位于对应Ⅱ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向外侧的部分,每个Ⅲ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度均为30米；
（2）、施作管棚工作室K2：见图2和图3，沿已完成洞身支护的隧道K1继续向前开挖管棚工作室K2，此时，待开挖管棚工作室K2的洞身轮廓线B4位于已完成洞身支护的洞身轮廓线B3的外圈，洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的高度差为80cm，已完成洞身支护的隧道其洞身轮廓线B3与管棚工作室K2的洞身轮廓线B4之间设置有管棚工作室K2的过渡段，过渡段沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度为2米，管棚工作室K2沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度为8米，管棚工作室K2正常掘进过程中，管棚工作室K2区域同步设置临时仰拱7和混凝土施工平台8，管棚工作室K2挖掘结束后，在隧道内管棚工作室K2的末端喷射混凝土封闭掌子面9；
（3）、施作管棚：见图4-图6，向封闭掌子面位于洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的区域上且拱顶140度范围内向待开挖隧道植入一圈即四十个超长大管棚10，超长大管棚10植入的长度等于长度L加上60米，超长大管棚10采用导向钻进法施工，即直接用超长大管棚10做钻杆，前端加导向钻头钻至预定深度，超长大管棚10及钻头留在孔内，然后安设钢筋笼及注浆，钻进过程中，通过安设于钻头位置的导向仪探头，随时监控超长大管棚钻进方向并及时做出校正，钻孔采用隔孔钻设，钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进；
（4）、管棚工作室回填：见图7，管棚工作室K2的初期支护2B为已完成洞身支护的隧道其初期支护2A向隧道待挖掘方向的延伸，管棚工作室K2的初期支护2B和管棚工作室K2洞顶之间的空隙喷射混凝土12，在管棚工作室末端采用双拼工字钢11支撑超长大管棚10，双拼工字钢11与超长大管棚10采用焊接牢固，再用喷射混凝土12支护；
（5）、超前小导管加固：见图8和图9，在一圈超长大管棚10中，相邻的两个超长大管棚10之间均用超前小导管13注浆进行二次支护拱顶，并在后续开挖过程及时跟进支护；
（6）、洞身开挖与支护：见图10-图12，洞身开挖采用三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行开挖，即上台阶①和下台阶③分别设置临时仰拱14和15，中台阶②不设置临时仰拱，三台阶挖掘和临时仰拱设置完成后，控制各台阶沿超大断面黄土隧道的长度，上台阶①和中台阶②沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度均为3米，下台阶③沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度LL（9米）满足大型机械手17站位长度的需要，仰拱④一次性开挖、长度控制在3米，支护两个仰拱初支循环浇筑一次仰拱，并使临时仰拱栈桥16两端分别伸入下台阶③上和防水板挂布台车19里面，大型机械手17站位支撑在下台阶上，混凝土运输车18站位在临时仰拱栈桥16上并部分伸入至门架式防水板挂布台车19里面，从而极大缩短仰拱封闭成环距离掌子面的距离（仅有21米），满足V级围岩控制成环与掌子面距离控制在35米的要求，即有效缩短仰拱成环时间形成快速封闭成环。
其中，Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域在三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行开挖时，均进行加强支护，Ⅲ区域各台阶拱脚处均设置4根Ф42长度4.5m锁脚锚管，Ⅱ区域各台阶拱脚处均设置6根Ф42长度4.5m锁脚锚管，Ⅰ区域各台阶拱脚处均设置4根Ф89长度6.0m锁脚锚管，提高拱脚支撑稳定性，施做扩大拱脚，增加拱脚受力面积，遏制围岩变形，在施工Ⅰ区域和Ⅱ区域时指定专门测量员和试验人员驻扎隧道洞口和运营铁路附近，实时监测洞内、地表，隧道黄土地质含水率和地基承载力检测。
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 (7)
1.一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、将超大断面黄土隧道下穿运营铁路影响范围划分成三个支护等级区域-Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域：超大断面黄土隧道中影响运营铁路的长度L被划分为两个等级区域分别为Ⅰ区域和Ⅱ区域，Ⅰ区域为影响运营铁路轨道区域即超大断面黄土隧道与运营铁路轨道的重叠区域，Ⅱ区域为两个，位于Ⅰ区域的两侧，每个Ⅱ区域均为超大断面黄土隧道路段中、运营铁路轨道和其中一运营铁路路基坡脚边线之间的区域，Ⅲ区域也为两个，两个Ⅲ区域分别为运营铁路前后影响段区域，即每个Ⅲ区域位于对应Ⅱ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向外侧的部分；
(2)、施作管棚工作室：沿已完成洞身支护的隧道继续向前开挖管棚工作室，此时，待开挖管棚工作室的洞身轮廓线B4位于已完成洞身支护的洞身轮廓线B3的外圈，管棚工作室的挖掘长度为10米，管棚工作室挖掘结束后，在隧道内管棚工作室的末端喷射混凝土封闭掌子面；
(3)、施作管棚：向封闭掌子面位于洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的区域上向待开挖隧道植入一圈超长大管棚，超长大管棚植入的长度等于长度L加上两个Ⅲ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度；
(4)、管棚工作室回填：管棚工作室的初期支护为已完成洞身支护的隧道其初期支护向隧道待挖掘方向的延伸，管棚工作室的初期支护和管棚工作室洞顶之间的空隙喷射混凝土，在管棚工作室末端采用双拼工字钢支撑超长大管棚，双拼工字钢与超长大管棚采用焊接牢固，再用喷射混凝土支护；
(5)、超前小导管加固：在一圈超长大管棚中，相邻的两个超长大管棚之间均用超前小导管注浆进行二次支护拱顶，并在后续开挖过程及时跟进支护；
(6)、洞身开挖与支护：洞身开挖采用三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行开挖，即上台阶和下台阶均设置临时仰拱，中台阶不设置临时仰拱，三台阶挖掘和临时仰拱设置完成后，控制各台阶沿超大断面黄土隧道的长度并使临时仰拱栈桥两端分别伸入下台阶上和防水板挂布台车里面，大型机械手站位支撑在下台阶上，混凝土运输车站位在临时仰拱栈桥上并部分伸入至门架式防水板挂布台车里面。
2.根据权利要求1所述的一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：所述的Ⅰ区域、Ⅱ区域和Ⅲ区域在三台阶+两台阶设置临时仰拱法进行开挖时，均进行加强支护，Ⅲ区域各台阶拱脚处均设置4根Ф42长度4.5m锁脚锚管，Ⅱ区域各台阶拱脚处均设置6根Ф42长度4.5m锁脚锚管，Ⅰ区域各台阶拱脚处均设置4根Ф89长度6.0m锁脚锚管，提高拱脚支撑稳定性，施做扩大拱脚，增加拱脚受力面积，遏制围岩变形，在施工Ⅰ区域和Ⅱ区域时指定专门测量员和试验人员驻扎隧道洞口和运营铁路附近，实时监测洞内、地表，隧道黄土地质含水率和地基承载力检测。
3.据权利要求1所述的一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：所述的每个Ⅲ区域沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度均为30米。
4.据权利要求1所述的一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：所述的洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的高度差为80cm，所述的已完成洞身支护的隧道其洞身轮廓线B3与管棚工作室K2的洞身轮廓线B4之间设置有管棚工作室K2的过渡段，过渡段沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度为2米，管棚工作室K2沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度为8米。
5.据权利要求1所述的一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，管棚工作室K2正常掘进过程中，管棚工作室K2区域同步设置临时仰拱和混凝土施工平台。
6.据权利要求1所述的一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，向封闭掌子面位于洞身轮廓线B4和洞身轮廓线B3之间的区域上且拱顶140度范围内待开挖隧道植入一圈超长大管棚，超长大管棚采用导向钻进法施工，即直接用超长大管棚做钻杆，前端加导向钻头钻至预定深度，超长大管棚及钻头留在孔内，然后安设钢筋笼及注浆，钻进过程中，通过安设于钻头位置的导向仪探头，随时监控超长大管棚钻进方向并及时做出校正，钻孔采用隔孔钻设，钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
7.据权利要求1所述的一种超大断面黄土隧道近接下穿运营铁路非减跨施工方法，其特征在于：所述的上台阶和中台阶沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度均为3米，下台阶沿超大断面黄土隧道延伸方向的长度LL满足大型机械手站位长度的需要，仰拱一次性开挖、长度控制在3米，支护两个仰拱初支循环浇筑一次仰拱。
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