CN111594229B - 一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法 - Google Patents

一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法；其解决的技术方案包括清理注浆地表,标注注浆加固范围,根据设计图纸洞口段洞内径向锚杆的位置间距100×60cm(环向×纵向)，在洞顶地表对应位置测量放样，按比例绘制断面图，计算出所需打设锚杆点的坐标及角度，标出钻孔位置，在各钻孔处钉设小木桩进行标识，并根据地面标高确定锚杆打设的深度,钻孔,扫孔,注浆,施工准备,洞口及明洞土石方开挖至隧道起拱线平后，进行洞口长管棚施工,施工时采用潜孔钻钻孔,长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计,来实现浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞施工。

Description

一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，特别是一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法。
背景技术
浅埋隧道是一种特定条件下的隧道工程，埋深不足隧道洞径的2倍，其施工不仅受覆盖层地质因素的制约，而且还受地面环境的影响，隧道浅埋并非单纯指洞顶地层厚度小，还应结合上覆地层的工程地质条件综合判定，包括围岩结构构造特征，风化、破碎、断层影响的程度，结构强度，松散状况以及地下水等因素。
某隧道隧址区属于低山丘陵地貌，构造行迹主要表现为节理裂隙发育，地质条件较差，其中进出口洞口全风化混合花岗岩围岩级别为Ⅴ级，隧道进洞口全风化混合花岗岩厚度大、结构松散，易坍塌，使得进洞口仰坡岩土体的稳定性极差，施工开挖极易产生浅层工程滑坡或大的坍塌，出洞口上部第四系残坡积层厚度较大、结构松散；强风化岩体受节理、裂隙和风化影响，岩体破碎，遇水极易软化导致强度迅速降低，施工开挖极易产生浅层工程大坍塌，隧道施工时需清除地表残坡积物，对强风化岩层表面采取喷浆和砌石护坡措施，因此，对施工方法提出了更高的要求。
浅埋隧道进洞一直是隧道施工中至关重要的环节,在隧道进洞时，一般都是采用超前大管棚注浆来控制隧道开挖后地表的沉降和洞内的围岩稳定，但当隧道洞口处地质条件复杂，围岩风化严重，洞口受到浅埋、富水等不利因素作用时，只采用管棚支护很难有效地控制地表沉降和洞内围岩稳定,这时就需要结合其它有效措施来解决浅埋富水条件下隧道的进洞问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，有效的解决了现有隧道洞口处地质条件复杂，围岩风化严重，洞口受到浅埋、富水等不利因素作用时，采用管棚支护很难有效地控制地表沉降和洞内围岩稳定的问题。
其解决问题的技术方案是，一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，施工步骤包括：
步骤一：清理注浆地表，清除注浆坡面上的妨碍注浆的杂物，清理中尽量不破坏地表植被，保持山体的自然风貌；
步骤二：标注注浆加固范围，通过分析计算，对隧道出口注浆布置范围为: 纵向长度18m，其中管棚长度16m，宽度为自隧道左右主洞中心线向两侧各5m，即环向10m；深度为至距隧道拱顶部 0.5m 左右处；
步骤三：根据设计图纸洞口段洞内径向锚杆的位置间距环向×纵向为100×60cm，在洞顶地表对应位置测量放样，按比例绘制断面图，计算出所需打设锚杆点的坐标及角度，标出钻孔位置，在各钻孔处钉设小木桩进行标识，并根据地面标高确定锚杆打设的深度；
步骤四：钻孔：钻孔采用工程钻机干钻，钻孔采用潜孔钻在注浆点位钻孔，钻进前调整好钻入角度，钻孔过程中经常检查钻入角度；
步骤五：扫孔：为保证注浆效果，地表注浆采用两次扫孔分段注浆的方式，钻孔后，采用后退式方式扫孔一遍，清孔完毕后，再将钻杆插入孔底，重复扫孔一次即可；
步骤六：注浆：为了选择适合该隧道地表注浆的最佳浆液配合比，对各配合比的浆液性能作了几组有代表性的现场试验，重点比较其凝结时间、抗拉强度及抗折强度；
步骤七：施工准备：地表注浆结束后，施作洞口截水沟等排水系统，坡顶截水沟设于边、仰坡顶以外不小于5m，其坡度根据地形设置，排水坡度不应小于3%，以免淤积；
步骤八：洞口及明洞土石方开挖至隧道起拱线后，进行洞口长管棚施工，管棚定向采用2m长的C25混凝土套拱，套拱基础必须落在稳定的基础上，套拱混凝土导向墙在明洞外轮廓线以外施作，导向墙内设4组I16工字钢，工字钢分段按设计尺寸弯制成弧形，段与段之间采有螺栓连接成半圆形，在洞口架立固定后，在钢架上安装并固定φ114孔口管，立内、外模浇筑混凝土，混凝土套拱厚60cm；
步骤九：施工时采用潜孔钻钻孔，钢管沿隧道周边以纵坡角度增加1°外插角打入围岩，环向间距为40cm，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管；
步骤十：长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆，注浆采用单液注浆，注浆前均应进行单液注浆试验，注浆按单管达到设计注浆量作为注浆结束的标准，当注浆压力达到设计终压10分钟后，进浆量仍达不到设计注浆量时，停止注浆。
本发明构思新颖，结构巧妙，实用性强，有效的解决了现有隧道洞口处地质条件复杂，围岩风化严重，洞口受到浅埋、富水等不利因素作用时，采用管棚支护很难有效地控制地表沉降和洞内围岩稳定的问题。
附图说明
图1为本发明钢管横断面布置图。
图2为本发明锚杆打设位置图。
图3为本发明经向锚杆地表外做带压注浆技术流程图。
图4为本发明长管棚施工流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步详细说明。
本发明的施工步骤包括：
步骤一：清理注浆地表，清除注浆坡面上的妨碍注浆的杂物，清理中尽量不破坏地表植被，保持山体的自然风貌；
步骤二：标注注浆加固范围，通过分析计算，对隧道出口注浆布置范围为: 纵向长度18m，其中管棚长度16m，宽度为自隧道左右主洞中心线向两侧各5m，即环向10m；深度为至距隧道拱顶部 0.5m 左右处；
步骤三：根据设计图纸洞口段洞内径向锚杆的位置间距环向×纵向为100×60cm，在洞顶地表对应位置测量放样，按比例绘制断面图，计算出所需打设锚杆点的坐标及角度，标出钻孔位置，在各钻孔处钉设小木桩进行标识，并根据地面标高确定锚杆打设的深度；
步骤四：钻孔：钻孔采用工程钻机干钻，钻孔采用潜孔钻在注浆点位钻孔，钻进前调整好钻入角度，钻孔过程中经常检查钻入角度，以防偏孔；
步骤五：扫孔：为保证注浆效果，地表注浆采用两次扫孔分段注浆的方式，钻孔后，采用后退式方式扫孔一遍，清孔完毕后，再将钻杆插入孔底，重复扫孔一次即可；
步骤六：注浆：为了选择适合该隧道地表注浆的最佳浆液配合比，对各配合比的浆液性能作了几组有代表性的现场试验，重点比较其凝结时间、抗拉强度及抗折强度；
步骤七：施工准备：地表注浆结束后，施作洞口截水沟等排水系统，坡顶截水沟设于边、仰坡顶以外不小于5m，其坡度根据地形设置，排水坡度不应小于3%，以免淤积；
步骤八：洞口及明洞土石方开挖至隧道起拱线后，进行洞口长管棚施工，管棚定向采用2m长的C25混凝土套拱，套拱基础必须落在稳定的基础上，套拱混凝土导向墙在明洞外轮廓线以外施作，导向墙内设4组I16工字钢，工字钢分段按设计尺寸弯制成弧形，段与段之间采有螺栓连接成半圆形，在洞口架立固定后，在钢架上安装并固定φ114孔口管，立内、外模浇筑混凝土，混凝土套拱厚60cm；
步骤九：施工时采用潜孔钻钻孔，钢管沿隧道周边以纵坡角度增加1°外插角打入围岩，环向间距为40cm，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管，钻进中随时检查偏斜度，发现偏差及时纠正；
步骤十：长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆，注浆采用单液注浆，不仅可简化工艺，降低造价，而且固结强度高，因此注浆前均应进行单液注浆试验，注浆按单管达到设计注浆量作为注浆结束的标准，当注浆压力达到设计终压10分钟后，进浆量仍达不到设计注浆量时，停止注浆，注浆作业应认真记录，随时分析和改进作业，并注意观察初期支护和工作面状态，保证安全。
在步骤二中，进行材料准备：洞内锚杆为Ф25中空注浆锚杆；洞外锚杆用注浆管进行替代，注浆管为φ50mm壁厚3.5mm热压无缝钢管，管身按间距15cm，梅花形钻孔，孔径为8mm，纵向间距1m，环向间距0.6m梅花形布置，钢管尾部焊上φ6钢筋劲箍，导管长根据现场实际情况确定，前端加工成锥形，加固范围内注浆管四周钻四排φ8mm的注浆孔，加固范围以外管段不钻孔，作为注浆用导浆管。
在步骤六中，注浆材料采用水泥单液浆，水泥采用活性高，出厂日期不超过3个月的42.5R以上普通硅酸盐水泥，为了保证注浆不停顿地进行，注浆前应认真检查:注浆泵的状况是否良好，配件是否备齐；检查制浆的原材料是否备齐，质量是否合格，水灰比采用0.5，并根据实际情况进行适当调整。
在步骤六中，注浆顺序：横向按照先两边、后中间的施工顺序，纵向按照由低至高的顺序进行钻孔和注浆，在同一排为防止相邻施工孔之间窜浆，采用间隔施工法。
在步骤八中，管棚钢管规格：管棚采用外径φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管制作，钢管前端呈尖锥状，尾部焊接φ10加劲箍，管壁四周钻4排φ12mm压浆孔，钻孔间距为15cm,呈梅花形布置，施工时钢管沿隧道周边以1°外插角，钢管总长为18m尾端留4.5m不钻孔，尖锥段长10cm，每节节长为3m、6m，每节钢管两端均预加工成外丝扣，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50％，编号为奇数管的第一节采用3m钢管，偶数管第一节采用6m钢管，以后每一节都采用6m长，最后打入的一节钢管结合套拱长度截取，钢管入土长度为设计长度16m。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
施工人员通过该保护方法进行施工作业后，因步骤三浇筑的操作，混凝土浇筑完成后为使浇筑更为密实，通过刮板将混凝土进行铺平的同时少量灌注混凝土，使得混凝土填实中隔墙内部模板中，使中隔墙混凝土在浇筑过程中灌注到最高位，使得后期主洞开挖后从侧面观察，中隔墙顶部回填密实，沉降观测数据显示拱顶无明显下沉；且通过步骤四、步骤五，使用喷射混凝土对中隔墙肩部与拱顶为结合的部位进行喷护密封，防止注浆过程中漏浆，压浆从低位往高位压，压浆前打开注浆管排气阀门，直到冒出浓浆后再逐一关闭，持续加压，且将中隔墙中模板注满混凝土，从而使得隧道进洞口结实可靠，其结构不易松散，防止出现坍塌现象，同理，在隧道出口上部结构依旧稳定密实，使得强风化岩体不易受节理、裂隙和风化影响，在开挖的过程中还不易产生坍塌、崩塌和掉块现象，而且爆破所产生的飞石冲击在中隔墙时不易对其造成较大的伤害，提高中隔墙的刚性强度不会影响隧道的承重性能，即可有效的对连拱隧道中隔墙进行保护，进一步提高了连拱隧道的稳定性。

Claims (5)

1.一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：
步骤一：清理注浆地表，清除注浆坡面上的妨碍注浆的杂物，清理中尽量不破坏地表植被，保持山体的自然风貌；
步骤二：标注注浆加固范围，通过分析计算，对隧道出口注浆布置范围为: 纵向长度18m，其中管棚长度16m，宽度为自隧道左右主洞中心线向两侧各5m，即环向10m；深度为至距隧道拱顶部 0.5m 左右处；
步骤三：根据设计图纸洞口段洞内径向锚杆的位置间距环向×纵向为100×60cm，在洞顶地表对应位置测量放样，按比例绘制断面图，计算出所需打设锚杆点的坐标及角度，标出钻孔位置，在各钻孔处钉设小木桩进行标识，并根据地面标高确定锚杆打设的深度；
步骤四：钻孔：钻孔采用工程钻机干钻，钻孔采用潜孔钻在注浆点位钻孔，钻进前调整好钻入角度，钻孔过程中经常检查钻入角度；
步骤五：扫孔：为保证注浆效果，地表注浆采用两次扫孔分段注浆的方式，钻孔后，采用后退式方式扫孔一遍，清孔完毕后，再将钻杆插入孔底，重复扫孔一次即可；
步骤六：注浆：为了选择适合该隧道地表注浆的最佳浆液配合比，对各配合比的浆液性能作了几组有代表性的现场试验，重点比较其凝结时间、抗拉强度及抗折强度；
步骤七：施工准备：地表注浆结束后，施作洞口截水沟等排水系统，坡顶截水沟设于边、仰坡顶以外不小于5m，其坡度根据地形设置，排水坡度不应小于3%，以免淤积；
步骤八：洞口及明洞土石方开挖至隧道起拱线后，进行洞口长管棚施工，管棚定向采用2m长的C25混凝土套拱，套拱基础必须落在稳定的基础上，套拱混凝土导向墙在明洞外轮廓线以外施作，导向墙内设4组I16工字钢，工字钢分段按设计尺寸弯制成弧形，段与段之间采有螺栓连接成半圆形，在洞口架立固定后，在钢架上安装并固定φ114孔口管，立内、外模浇筑混凝土，混凝土套拱厚60cm；
步骤九：施工时采用潜孔钻钻孔，钢管沿隧道周边以纵坡角度增加1°外插角打入围岩，环向间距为40cm，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管；
步骤十：长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆，注浆采用单液注浆，注浆前均应进行单液注浆试验，注浆按单管达到设计注浆量作为注浆结束的标准，当注浆压力达到设计终压10分钟后，进浆量仍达不到设计注浆量时，停止注浆。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，其特征在于，在步骤二中，进行材料准备：洞内锚杆为Ф25中空注浆锚杆；洞外锚杆用注浆管进行替代，注浆管为φ50mm壁厚3.5mm热压无缝钢管，管身按间距15cm，梅花形钻孔，孔径为8mm，纵向间距1m，环向间距0.6m梅花形布置，钢管尾部焊上φ6钢筋劲箍，导管长根据现场实际情况确定，前端加工成锥形，加固范围内注浆管四周钻四排φ8mm的注浆孔，加固范围以外管段不钻孔，作为注浆用导浆管。
3.根据权利要求1所述的一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，其特征在于，在步骤六中，注浆材料采用水泥单液浆，水泥采用活性高，出厂日期不超过3个月的42.5R以上普通硅酸盐水泥，为了保证注浆不停顿地进行，注浆前应认真检查:注浆泵的状况是否良好，配件是否备齐；检查制浆的原材料是否备齐，质量是否合格，水灰比采用0.5，并根据实际情况进行适当调整。
4.根据权利要求1所述的一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，其特征在于，在步骤六中，注浆顺序：横向按照先两边、后中间的施工顺序，纵向按照由低至高的顺序进行钻孔和注浆，为防止同一排相邻施工孔之间窜浆，采用间隔施工法。
5.根据权利要求1所述的一种浅埋富水地质条件下连拱隧道进洞的施工方法，其特征在于，在步骤八中，管棚钢管规格：管棚采用外径φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管制作，钢管前端呈尖锥状，尾部焊接φ10加劲箍，管壁四周钻4排φ12mm压浆孔，钻孔间距为15cm,呈梅花形布置，施工时钢管沿隧道周边以1°外插角，钢管总长为18m尾端留4.5m不钻孔，尖锥段长10cm，每节节长为3m、6m，每节钢管两端均预加工成外丝扣，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50％，编号为奇数管的第一节采用3m钢管，偶数管第一节采用6m钢管，以后每一节都采用6m长，最后打入的一节钢管结合套拱长度截取，钢管入土长度为设计长度16m。
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