CN111810185B - 一种隧道隧底预加固施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道隧底预加固施工方法，其包括以下步骤：开挖上部土体，施作上部初期支护；在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；开挖下部土体，完成下部初期支护；施作隧底加固结构的顶部垫层；施作二次衬砌。本发明提供的上述隧道隧底预加固施工方法，在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。

Description

一种隧道隧底预加固施工方法
技术领域
本发明涉及隧道工程，特别是一种隧道隧底预加固施工方法。
背景技术
隧道工程修建过程中，不可避免要穿越极软弱围岩、土层、全充填软塑状黏土等地层。如今，随着我国经济的快速发展，我国交通基础设施建设进入新时代，高标准铁路、公路修建越来越多。因此，隧道工程穿越上述软弱地质的也越来越多，给隧道施工带来了很大的困难。
目前，公路、铁路隧道穿越基底承载力低的极软弱围岩、土层及溶洞充填体时，一般在在隧底进行加固形成复合地基，将二次衬砌布置于复合地基之上，以有效控制隧道结构沉降，保证运营安全。传统施工中，隧道多采用台阶法开挖，先开挖上部台阶，再开挖下部台阶，在下部台阶开挖后再施工隧底旋喷桩、钢管桩、微型桩或预加固桩等预加固措施，最后施工二次衬砌。但下部预加固措施，无论是旋喷桩、钢管桩、微型桩或预加固桩，施工时间长，导致长时间不能施作二次衬砌，围岩荷载仅由初期支护承担，由于围岩极为软弱，往往导致初期支护变形过大引起侵限，甚至发生开裂掉块，影响施工安全。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的下部预加固措施施工时间长，仅由初期支护承载的时间长，叠加围岩软弱从而导致初期支护变形过大引起侵限的问题，提供一种隧道隧底预加固施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种隧道隧底预加固施工方法，包括以下步骤：
开挖上部土体，施作上部初期支护；
在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
开挖下部土体，完成下部初期支护；
施作隧底加固结构的顶部垫层；
施作二次衬砌。
本发明提供的上述隧道隧底预加固施工方法，在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
作为本发明的一种可选的方案，所述隧底加固结构包括旋喷桩。
作为本发明的一种可选的方案，所述隧底加固结构包括钢管桩，所述钢管桩的管壁设有第一注浆孔；所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：在上台阶上施作钢管桩的桩孔，在钢管桩的桩孔中插入钢管桩，通过第一注浆孔注浆，所述钢管桩的顶部位于所述隧底加固结构顶部的设计高程。在上述步骤中，钢管桩的顶部位于隧底加固结构顶部的设计高程，从而使得开挖下部土体时，可以避开钢管桩，避免钢管桩的设置对后续步骤的进行产生不利影响。
作为本发明的一种可选的方案，所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：在上台阶上施作钻孔，在钻孔中下入袖阀管，通过袖阀管注浆；所述袖阀管的注浆范围内设有第二注浆孔。
在上述步骤中，袖阀管的注浆范围内设置第二注浆孔，即：可以通过袖阀管在隧底加固结构所在的高程范围内进行注浆，而避免在隧道下部土体所在的高程范围内注浆。从而避免袖阀管注浆对后续开挖下部土体的步骤产生不利影响。
此外，利用袖阀管注浆能够达到多点、定量、均衡的特性，使注浆体在地层中均匀分布、均匀连接，因此，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。
作为本发明的一种可选的方案，所述隧底加固结构包括微型桩，所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：在上台阶上钻设微型桩的桩孔，在微型桩的桩孔中灌注混凝土直至顶部垫层的底部高程，在微型桩的桩孔的上部设置第一回填体。通过设置第一回填体，可以避免桩基施工完后，人员掉落至桩孔中；其次，上台阶掌子面还在继续施工，运输作业等也必须要求填平。第一回填体可以设置为土石回填体，其具有成本低、便于再次开挖的优势。
作为本发明的一种可选的方案，所述第一回填体为土石回填体。
作为本发明的一种可选的方案，所述隧底加固结构包括桩基础，所述顶部垫层包括筏板。
作为本发明的一种可选的方案，所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：在上台阶上开挖桩基础的桩孔，在桩基础的桩孔中灌注混凝土直至筏板的底部高程，在桩基础的桩孔的上部设置第二回填体。
作为本发明的一种可选的方案，所述第二回填体为土石回填体。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
2、隧底加固结构可以采用多种具体结构实现，可以根据现场实际情况进行灵活选择。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的施工方法在步骤S1和步骤S2结束时的结构示意图。
图2是本发明实施例1提供的施工方法在步骤S3结束时的示意图。
图3是本发明实施例1提供的施工方法在步骤S4结束时的示意图。
图4是本发明实施例1提供的施工方法在步骤S5结束时的示意图。
图5是本发明实施例2提供的施工方法在步骤S1和步骤S2结束时的示意图。
图6是本发明实施例2提供的施工方法在步骤S3结束时的示意图。
图7是本发明实施例2提供的施工方法在步骤S4结束时的示意图。
图8是本发明实施例2提供的施工方法在步骤S5结束时的示意图。
图9是本发明实施例3提供的施工方法在步骤S1和步骤S2结束时的示意图。
图10是本发明实施例3提供的施工方法在步骤S3结束时的示意图。
图11是本发明实施例3提供的施工方法在步骤S4结束时的示意图。
图12是本发明实施例3提供的施工方法在步骤S5结束时的示意图。
图13是本发明实施例4提供的施工方法在步骤S1结束后、微型桩的桩孔开挖完成后的示意图。
图14是本发明实施例4提供的施工方法在步骤S2结束后的示意图。
图15是本发明实施例4提供的施工方法在步骤S3结束后的示意图。
图16是本发明实施例4提供的施工方法在步骤S4结束后的示意图。
图17是本发明实施例4提供的施工方法在步骤S5结束后的示意图。
图18是本发明实施例5提供的施工方法在步骤S1结束后、桩基础的桩孔开挖完成后的示意图。
图19是本发明实施例5提供的施工方法在步骤S2结束后的示意图。
图20是本发明实施例5提供的施工方法在步骤S3结束后的示意图。
图21是本发明实施例5提供的施工方法在步骤S4结束后的示意图。
图22是本发明实施例5提供的施工方法在步骤S5结束后的示意图。
图标：1-上部土体；2-下部土体；20-上部初期支护；21-下部初期支护；51-顶部垫层；50-旋喷桩；60a-钢管桩的桩孔；60b-钢管桩；70-袖阀管；80b-微型桩的桩孔；80a-微型桩；80c-第一回填体；40c-桩基础的桩孔；402-桩基础；40d-第二回填体；401-筏板；90-二次衬砌。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1-图4，本发明实施例提供了一种隧道隧底预加固施工方法，其包括以下步骤：
S1.开挖上部土体1，在所述上部土体1开挖范围内施作上部初期支护20；
具体的，上部初期支护20包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S2.在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
具体的，本实施例中，隧底加固结构包括旋喷桩50，即通过旋转喷射法注浆形成的桩。在步骤S2中，以上台阶的台阶面为起点，向下部岩体中施作旋喷桩50，并使旋喷桩50的底部位于隧底加固结构底部的设计高程。
S3.开挖下部土体2，完成下部初期支护21；
具体的，下部初期支护21包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S4.施作隧底加固结构的顶部垫层51；
具体的，顶部垫层51为位于旋喷桩50顶部的垫层结构。
S5.施作二次衬砌90。
具体的，在初期支护和顶部垫层51所围成的范围内施作二次衬砌90结构。
本实施例提供的隧道隧底预加固施工方法的有益效果在于：
在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
实施例2
请参阅图5-图8，本发明实施例提供了一种隧道隧底预加固施工方法，其包括以下步骤：
S1.开挖上部土体1，在所述上部土体1开挖范围内施作上部初期支护20；
具体的，上部初期支护20包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S2.在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
具体的，本实施例中，隧底加固结构包括钢管桩60b，钢管桩60b的侧壁开设有第一注浆孔。在步骤S2中，以上台阶的台阶面为起点，向下部岩体中施作钢管桩的桩孔60a，使钢管桩的桩孔60a的底部位于钢管桩60b底部的设计高程，然后将钢管桩60b插入到桩孔中直至设计高程，并通过第一注浆孔注浆。此时，钢管桩60b的顶部位于顶部垫层51底部的设计高程，即：桩孔的上部中没有设置钢管桩60b。
S3.开挖下部土体2，完成下部初期支护21；
具体的，下部初期支护21包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S4.施作隧底加固结构的顶部垫层51；
具体的，顶部垫层51为位于钢管桩6顶部的垫层结构。
S5.施作二次衬砌90。
本实施例提供的隧道隧底预加固施工方法的有益效果在于：
1.在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
2.钢管桩60b的上部位于顶部垫层51底部的设计高程处，从而可以避免钢管桩60b对后续的下部土体2开挖产生不利影响。
实施例3
请参阅图9-图12，本发明实施例提供了一种隧道隧底预加固施工方法，其包括以下步骤：
S1.开挖上部土体1，在所述上部土体1开挖范围内施作上部初期支护20；
具体的，上部初期支护20包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S2.在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
具体的，本实施例中，隧底加固结构包括通过袖阀管70注浆形成的加固结构。在步骤S2中，以上台阶的台阶面为起点，向下部岩体中施作袖阀管70的钻孔，使钻孔的底部位于钢管桩60b底部的设计高程，然后将袖阀管70插入到桩孔中直至袖阀管70的底部位于隧底钻孔的孔底。此时，袖阀管70上位于隧底加固结构高程范围内的区间上设置有第二注浆孔，即：袖阀管70的注浆范围内设有第二注浆孔，位于隧底加固结构高程范围外的区间上不具有第二注浆孔。通过第二注浆孔向岩体中注浆，从而形成隧道加固结构。然后拔出袖阀管70，或不拔除袖阀管70。
S3.开挖下部土体2，完成下部初期支护21；
具体的，下部初期支护21包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S4.施作隧底加固结构的顶部垫层51；
S5.施作二次衬砌90。
本实施例提供的施工方法的有益效果在于：
1.在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌90的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
2.利用袖阀管70能够达到多点、定量、均衡的特性，使注浆体在地层中均匀分布、均匀连接，因此，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。
3.袖阀管70只在注浆范围内，即下部设置第二注浆孔，上部不设置第二注浆孔，从而避免在下部土体2的开挖范围内形成加固结构，避免对下部土体2的开挖产生不良影响。
实施例4
请参阅图13-图17，本发明实施例提供了一种隧道隧底预加固施工方法，其包括以下步骤：
S1.开挖上部土体1，在所述上部土体1开挖范围内施作上部初期支护20；
具体的，上部初期支护20包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S2.在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
具体的，本实施例中，隧底加固结构包括微型桩80a。在步骤S2中，以上台阶的台阶面为起点，向下部岩体中施作微型桩的桩孔80b，在微型桩的桩孔80b中灌注混凝土直至顶部垫层51的底部高程，在桩孔上部未灌注混凝土的区域内设置土石第一回填体80c。
S3.开挖下部土体2，完成下部初期支护21；
具体的，下部初期支护21包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S4.施作隧底加固结构的顶部垫层51；
具体的，顶部垫层51为设置于微型桩80a顶部的垫层结构。
S5.施作二次衬砌90。
本实施例提供的隧道隧底预加固施工方法的有益效果在于：
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌90的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
2、在微型桩的桩孔80b中灌注混凝土直至顶部垫层51的底部高程，在桩孔上部未灌注混凝土的区域内设置第一回填体80c，可以避免灌注的混凝土对后续的下部土体2开挖步骤产生不良影响，第一回填体80c为土石回填体，通过设置第一回填体80c，可以避免桩基施工完后，人员掉落至桩孔中；其次，上台阶掌子面还在继续施工，运输作业等也必须要求填平。第一回填体80c可以设置为土石回填体，其具有成本低、便于再次开挖的优势。
实施例5
请参阅图18-图22，本实施例提供了一种隧道隧底预加固施工方法，其包括以下步骤：
S1.开挖上部土体1，在所述上部土体1开挖范围内施作上部初期支护20；
具体的，上部初期支护20包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S2.在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
具体的，本实施例中，隧底加固结构包括桩基础402。在步骤S2中，以上台阶的台阶面为起点，向下部岩体中施作桩基础的桩孔40c，在桩基础的桩孔40c中灌注混凝土直至顶部垫层51的底部高程，在桩基础的桩孔40c上部未灌注混凝土的区域内设置土石第二回填体40d。
S3.开挖下部土体2，完成下部初期支护21；
具体的，下部初期支护21包括喷射混凝土、钢架和锚杆。
S4.施作隧底加固结构的顶部垫层51；
具体的，顶部垫层51为设置于桩基础402顶部的筏板401。
S5.施作二次衬砌90。
本实施例的提供的隧道隧底预加固施工方法的有益效果在于：
1、在上台阶开挖后，充分利用上台阶这个平台提前进行隧底预加固施工，既可节约时间，又可以避免初期支护长时间独自承担载荷，即规避在整个隧道开挖后长时间不施作二次衬砌的高风险，从而避免围岩软弱状态下导致的初期支护独自承载时间长引起的侵限，有利于提高施工安全。
2、在桩孔中灌注混凝土直至顶部垫层51的底部高程，在桩孔上部未灌注混凝土的区域内设置第二回填体40d，可以避免灌注的混凝土对后续的下部土体开挖步骤产生不良影响，第二回填体40d为土石回填体，通过设置第二回填体40d，可以避免桩基施工完后，人员掉落至桩孔中；其次，上台阶掌子面还在继续施工，运输作业等也必须要求填平。第二回填体40d可以设置为土石回填体，其具有成本低、便于再次开挖的优势。
3、采用筏板401与桩基础402结合所形成的桩筏结构，并于桩筏结构之上设置二次衬砌结构，能有效控制运营期间衬砌结构沉降，保证铁路运营的平顺度要求。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
开挖上部土体(1)，施作上部初期支护(20)；
在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固；
开挖下部土体(2)，完成下部初期支护(21)；
施作隧底加固结构的顶部垫层(51)；
施作二次衬砌(90)。
2.根据权利要求1所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述隧底加固结构包括旋喷桩(50)。
3.根据权利要求1所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述隧底加固结构包括钢管桩(60b)，所述钢管桩(60b)的管壁设有第一注浆孔；
所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：
在上台阶上施作钢管桩的桩孔(60a)，在钢管桩的桩孔(60a)中插入钢管桩(60b)，通过第一注浆孔注浆，所述钢管桩(60b)的顶部位于所述隧底加固结构顶部的设计高程。
4.根据权利要求1所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：在上台阶上施作钻孔，在钻孔中下入袖阀管(70)，通过袖阀管(70)注浆；
所述袖阀管(70)在注浆范围开设有第二注浆孔。
5.根据权利要求1所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述隧底加固结构包括微型桩(80a)，所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：
在上台阶上钻设微型桩的桩孔(80b)，在微型桩的桩孔(80b)中灌注混凝土直至顶部垫层(51)的底部高程，在微型桩的桩孔(80b)的上部设置第一回填体(40d)。
6.根据权利要求5所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述第一回填体(40d)为土石回填体。
7.根据权利要求1所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述隧底加固结构包括桩基础(402)，所述顶部垫层包括筏板(401)。
8.根据权利要求7所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述步骤在上台阶上施作隧底加固结构，提前对隧底进行加固包括：
在上台阶上开挖桩基础的桩孔(40c)，在桩基础的桩孔(40c)中灌注混凝土直至筏板(401)的底部高程，在桩基础的桩孔(40c)的上部设置第二回填体(40d)。
9.根据权利要求8所述的隧道隧底预加固施工方法，其特征在于，所述第二回填体(40d)为土石回填体。
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