CN112177615A - 超小净距重叠隧道先上后下施工工法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超小净距重叠隧道先上后下施工工法，属于隧道施工技术领域，它包括上行为已施做的叠交区的上部盾构隧道，下行为下部矿山法暗挖隧道，下部隧道开挖前，在上部盾构隧道的盾构管片上增设连系梁，以确保上部盾构隧道的整体性，并通过上部盾构隧道盾构管片上的吊装孔对中间夹土层进行注浆加固；同时，在下部隧道实施全断面前进式注浆，确保地层超前加固效果。下部隧道采取环形台阶法预留核心土开挖，喷、锚、网、型钢钢架联合初期支护，随挖随护，紧跟工作面。未开挖段实施超前注浆，已支护段进行背后注浆，初期支护、中间夹土层与围岩共同组成承荷体系，协同变形一承荷，充分发挥围岩自身承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及超小净距重叠隧道先上后下施工工法。
背景技术
随着城市人口和城市规模的不断增加，地铁已经成为一个大城市主要的交通工具和区域化枢纽工具。近年来随着地铁线路不断发展，多线路地铁在不同的空间区域重叠已经成为市政工程施工技术难点和重点，特别是隧道之间超小净距施工技术难点在市政工程中更为突出。如何保证重叠隧道施工时的安全是十分重要的。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供超小净距重叠隧道先上后下施工工法。
本发明通过下述技术方案实现：
超小净距重叠隧道先上后下施工工法，包括以下步骤；
S1，施工叠交区的上部盾构隧道；
S2，对叠交隧道之间的中间夹土层进行注浆加固；
S3，施工叠交区的下部隧道。
进一步的，所述S3包括：
S3.1，下部隧道实施超前注浆施工；
S3.2，采取环形台阶法预留核心土开挖下部隧道，随挖随护。
进一步的，下部隧道开挖前，在上部盾构隧道的下部两侧分别纵向设置有两道连系梁，连系梁与盾构管片固接。
进一步的，所述S2中通过盾构管片吊装孔对夹土层进行注浆加固。
进一步的，所述S3.1中，采用前进式超前预注浆进行隧道开挖轮廓外2米范围止水和洞身土体加固。
进一步的，所述S3.2中，先在所述下部隧道的拱部120°-180°范围内打设一排超前小导管并注浆；随后再进行洞身施工。
进一步的，每支护两榀钢架打设一次超前小导管并注浆，超前小导管纵向搭接2m-4m。
进一步的，下部隧道的部分地段在开挖过程中，其下台阶采用松动爆破开挖。
进一步的，在上部盾构隧道布置震动监测点，根据监测的振速调整爆破设计。
进一步的，所述S3还包括S3.3：在下部隧道的拱部打设径向小导管并注浆加固。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明先上后下进行施工，上行为已施做的盾构隧道，下部隧道开挖前，对中间夹土层进行注浆加固，利于确保隧道施工安全；
2，本发明在上部盾构隧道的盾构管片上增设连系梁，可起到加固管片的作用；同时充分利用上部隧道盾构管片上的注浆孔对中间夹土层进行单液浆注浆加固，能有效地控制上部盾构隧道及地面沉降，可确保已施做的上部区间隧道安全可控；
3，本发明采用全断面前进式分段注浆的预加固对下部隧道超前加固，能保证超前加固效果。
4，拱部采用阶梯多重超前小导管注浆，利于保证隧道围岩的稳定。
5，采用监控量测信息技术指导施工，实施信息化管理，保证施工过程处于受控状态。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是6号线矿山法隧道与9号线盾构隧道重叠段平面关系图；
图2是本发明的流程图；
图3是连系梁加固盾构隧道示意图；
图4是前进式注浆工艺流程图；
图5是全断面前进式注浆孔布置示意图；
图6是全断面注浆加固及止水示意图；
图7是孔口管大样图；
图8超前注浆工艺流程图；
图9是阶梯多重小导管布置图；
图10是小导管结构示意图；
图11是炮孔装药结构示意图；
图12是矿山法隧道衬砌断面示意图；
图13是9号线盾构管片监控量测点平面布置图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本实施方式依托图1所示的地铁线路，详细介绍本发明公开的超小净距重叠隧道先上后下施工工法。如图1所示，线路呈东西走向，9号线在上，6号线在下，暗挖隧道6号线与盾构9号线重叠段区域线长51米。
现场先施工9号线等盾构通过后再施工6号线，6、9号线重叠隧道间的夹层土厚约2.3m；夹土层地质主要为强风化混合岩，采用先上后下的工况开挖支护施工，开挖后立即进行喷锚，型钢支护、二次衬砌。上行为已施做的9号线盾构隧道，下行为6号线矿山法暗挖隧道，6号线开挖前，在9号线盾构管片上增设连系梁，以确保9号线盾构隧道的整体性，并通过9号线盾构管片上的吊装孔对6、9号线中间夹土层进行注浆加固，同时，在6号线实施全断面前进式注浆，确保地层超前加固效果。6号线暗挖隧道采取环形台阶法预留核心土开挖，喷、锚、网、型钢钢架联合初期支护，随挖随护，紧跟工作面。
本发明中未开挖段实施超前注浆，已支护段进行背后注浆，初期支护、中间夹土层与围岩共同组成承荷体系，协同变形一承荷，充分发挥围岩自身承载能力。同时，本发明还建立监控量测系统，实施信息化管理，保证6号线暗挖隧道施工过程处于受控状态，确保9号线盾构隧道整体性。
如图2所示，超小净距重叠隧道先上后下施工工法包括以下步骤；
S1，施工准备。
S1.1，接通隧道内风、水、电管线，布置施工现场，做好机具没备、人员配置、材料准备；
S1.2，根据地质勘探资料和施工设计，详细分析了解工程地质和水文地质情况，认真编制施工组织设计，制定施工监测计划。
S2，施工叠交区的上部盾构隧道，并进行上方盾构隧道加固施工。
如图3所示，6号线矿山法隧道开挖前，在9号线盾构管片的五点半和六点半方向分别纵向设置两道连系梁。连系梁采用I22b型钢31，每根型钢31长6米，型钢31与型钢31间用钢板32连接牢固，型钢31与盾构管片4的连接螺栓通过条形钢板33连接牢固，以起到加固盾构管片4的作用；同时，通过盾构管片4吊装孔对6号线、9号线中间夹土层进行二次注浆。浆液采用水泥单液浆，水灰比控制在0.75～1，注浆压力控制在0.2～0.7MPa，以起到加固6号线与9号线重叠段夹层土的作用。
S3，全断面前进式分段注浆施工下部隧道。
下部隧道开挖前采用前进式超前预注浆进行隧道开挖轮廓外2米范围止水和洞身土体加固。这样可以减少开挖面失水、增加掌子面稳定、控制地面下沉，确保隧道施工安全。
其中，如图4所示，前进式分段注浆工艺包括以下步骤；
S3.1，在掌子面施做止浆墙。
为了保证全断面钻孔和注浆，在洞口采用钢管脚手架搭设作业平台，并搭设护栏并挂安全网，上面满铺25mm以上厚度大板。
S3.2，止浆墙上开孔。
如图5、6所示，封闭掌子面，布孔，注浆孔51梅花形布置，间距为1m*1m；图5中，L1＝1m，L2＝2m。按孔位布置图，采用水平地质钻机成孔，孔径φ89mm。
S3.3，安装孔口管。
如图7所示，孔口管61采用外径89mm、壁厚3.5mm焊缝钢管，孔口管61长度1.5m，外端焊接φ89法兰盘62，法兰盘62有φ18螺栓孔66。孔口管61外缠麻丝油膏，采用冲击锤夯入止浆墙上的孔内。
φ89法兰盘62距止浆墙外表面15cm，方便拆卸连接螺丝。管外缝隙用快硬砂浆塞填，要求孔口管外壁和封闭掌子面砼面密贴，不能漏水和冒浆。
S3.4，钻进、注浆
在孔口管61内采用潜孔钻机进行钻孔，钻孔直径76mm，孔深15米，分两次钻进，一次钻进长度6～8米，开孔时调整钻杆适度上扬以抵消长距离钻孔的钻杆下垂度。先钻单号孔，后钻进双号孔，左右对称、从上部向下部进行，同时要保证邻近区域在纵向上要错开施工。
设计孔深15米，第一次钻进6-8米，注浆，第二次钻进后终孔，再注浆；如此循环。
注浆孔终孔深度15米，搭接3米，外边缘注浆孔外插角为5°，保证开挖轮廓线外2米范围土体加固。
注浆前的准备工作如下：
a)如图7所示，安装注浆法兰头63；注浆法兰头63通过螺栓连接φ89法兰盘62，注浆法兰头63与法兰盘62间有密封胶垫，以保证密封性能。注浆法兰头63连接有D32钢管64，D32钢管64用于外接球阀、活结、注浆管；
b)检修和调试注浆设备；
c)配置浆液及注浆材料的准备：浆液材料采用单液水泥浆和水泥+水玻璃双液浆相结合；
d)洗孔：用注浆泵向孔内注清水，不少于10分钟，以提高注浆效果，以确保浆液初始浓度。
注浆参数如下:
a)浆液配合比：
水泥浆：水灰比＝1:1
35波美度的水玻璃浆液：水：水玻璃＝3:1
水泥浆与水玻璃配比：水泥浆：水玻璃＝1:1
浓度调整原则：先稀后浓，根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。
b)扩散距离：浆液扩散半径1米；
c)注浆终压：P＝1～2MPa；
d)注浆标准：注浆量越来越少，达到注浆终压并持续半小时，结束注浆。
本步骤先在掌子面施做止浆墙，在止浆墙上开孔安装孔口管，在φ89mm孔口管内分段向前钻注施工，每一循环进尺可根据地质情况及注浆效果适当加大每循环钻孔和注浆长度。成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔……如此循环，直到钻进和注浆深度达到设计要求。这种由外向内循环反复跟进式向前钻进注浆，可以保证钻机钻进时都在已经加固的土体内钻孔，有效防止了塌孔和成孔困难，并且可以控制孔内涌水，可以在钻进到孔内出水就开始注浆，及时堵水。后一次注浆对前一次的钻进注浆部位还有复注作用，因此注浆效果较好。
S4，阶梯多重超前小导管注浆。
为了更好的起到超前支护作用，开挖前在6号线隧道拱部120°-180°范围内打设φ42mm阶梯多重小导管进行注浆加固。阶梯多重超前小导管注浆施工工艺流程如图8所示。
如图9所示，在6号线隧道的拱部150°范围内打设一排小导管21。小导管21加密设置，环向间距为0.2m。小导管21采用φ42mm的无缝钢管，壁厚为3.5mm，长度为3.5m-4.0m。小导管21的外插角为15°～20°。
钢架间距由原设计的0.667m/榀调整为0.5m/榀。每支护两榀钢架22打设一排小导管并注浆，小导管21纵向搭接2m-4m，使其形成阶梯多重超前小导管结构，增强支护效果。作为优选，小导管21纵向搭接3m。
如图10所示，小导管21一端做成锥尖形，另一端焊上铁箍23。锥尖长度0.1m。在小导管21管身上设有若干出浆孔24，出浆孔24沿管壁间隔0.2m，呈梅花型布设；孔位互成90°，孔径6～8mm。
出浆孔24从距离铁箍0.5m～1.0m处开始设置，直至锥尖处。
超前小导管注浆注浆压力应根据地层致密程度决定，一般为0.5～1MPa。注浆材料及浆液配比如下；
注浆材料采用水泥水玻璃双液浆：水灰比＝1:1
35波美度的水玻璃浆液 水：水玻璃＝3:1
水泥浆与水玻璃配比 水泥浆：水玻璃＝1:1
浓度调整原则：先稀后浓，根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。
其中，小导管注浆量可按照式(1)计算：
Q＝π·R2·L·n·K (1)
式(1)中：R—浆液扩散半径，可按0.2m考虑；L—小导管长度；n—岩体孔隙率；K—充填系数，为0.3～0.5。K根据不同地质条件取值，砂层K取值0.4。
S5，采取环形台阶法预留核心土开挖下部隧道。隧道开挖时增加临时仰拱，开挖后立即喷锚和支护，用先仰拱后拱墙法模筑混凝土进行二次衬砌。采用挖掘机装渣，装载机运输。
部分地段在开挖过程中可采用爆破施工。51m重叠段在爆破施工，严格遵循以下原则：
(1)为了不影响9号线盾构隧道安全，6线暗挖隧道采取环形台阶法预留核心土开挖，上台阶采用机械配合人工开挖，下台阶适当采用松动爆破开挖。
a，装药结构
如图11所示，在隧道下台阶上设炮孔1，炮孔1内从下往上设有第一炸药层11、第二炸药层12和堵塞层13。第一炸药层11与第二炸药层12之间、第二炸药层12与堵塞层13之间均设有隔离层16；隔离层16包括水袋或间隔空气层。
起爆药包14埋在第一炸药层11内，起爆药包14包括条装乳化炸药和雷管，雷管安装在条装乳化炸药内，雷管连接导爆管15，导爆管15另一端伸到炮孔1外部。
采用φ32mm的条装乳化炸药作为主爆药和起爆药。
b，堵塞方法
浅眼采用黄泥或细砂堵塞，要捣实，有积水的炮眼要用粗砂堵塞，也可用木屑进行封堵。
c,起爆方法
由于爆破环境较复杂，全部采用非电(导爆管雷管)起爆网路，用电雷管或激发针起爆。
d,起爆网路
采用电与非电混合起爆网路：采用5～15m的1～15段微差导爆管雷管，每个炮孔内置一发雷管，孔外用同段毫秒电雷管激发，大串联，即形成并串联起爆网路。
采用YJGN-500型起爆器起爆，由于每次起爆雷管数不超过300发，所以是完全可以安全起爆的。
(2)下台阶松动爆破因为上台阶临空面的减震效应，对9号线盾构隧道影响较小。根据“短进尺，弱爆破”的原则，下台阶每次爆破进尺不超过2m。
(3)严格控制爆破振速，根据设计要求采用微差爆破，爆破振速控制在2cm/s以内。
(4)在9号线布置震动监测点，一旦发现振速超标，及时调整爆破设计，将爆破振速控制在允许值以内。
(5)采用微差爆破技术，考虑到爆破震动波形叠加作用的影响，时差可采用100ms。
初期支护方法如下；
初期支护采用喷锚构筑法，由钢架+注浆系统锚管+钢筋网+喷射混凝土构成的初期支护为主要受力结构。
1)初期支护施工程序为：测量定位→钻孔→锚管支护→喷混凝土→安设拱架→挂设钢筋网→喷混凝土。
2)通过对地质及支护状态、隧道周边位移、拱顶下沉、地表沉陷、拱架应力、锚管拉拔力等的监控量测，判断支护是否稳定与可靠，必要时调整支护参数。
3)开挖断面达到要求尺寸及时出渣后，立即喷射混凝土4～5cm，打设锚杆，按设计要求安装拱架、挂钢筋网、分层喷射混凝土直到设计厚度。喷射时先喷拱架与岩面之间的间隙，再喷拱架周围，最后喷拱架之间，使拱架与开挖轮廓之间所有间隙充填密实。
4)系统锚管采用钻机顶入，顶入长度大于管长的90％，钢管尾部与钢架焊接牢固。
为增强6、9号线重叠段中间夹土层的加固效果，确保9号线盾构隧道的安全，如图12所示，本发明在6号线拱部打设径向小导管71，径向小导管71采用φ32mm无缝钢管，长1.2米，环向间距1米。锚管采用钻机顶入，钢管尾部与钢架焊接牢固，并用喷射混凝土封闭孔口，用注浆机向管内注浆，以达到加固夹土层的作用，减小9号线盾构隧道的沉降。
施工过程中还对6号线和9号线进行监控量测，使施工处于受控状态。其中，6号线监控量测项目，见表1。
表1监控量测项目
注：l.H为开挖面距量测断的距离；B为隧道开挖宽度；地质描述包括工程地质和水文地质。
其中，9号线监控量测如下：
6号线暗挖区间重叠段开挖前，如图13所示，在9号线盾构区间管片上每隔5m布置一个监控量测点，采用精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差。本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。认真分析每次测量的沉降数据，及时反馈，以指导施工。若测数据变化较大，应立即采取措施，封闭掌子面，对夹土层进行加固。
通过洞内外观察，核对围岩地质情况，了解开挖面土体的自立性和支护结构的变形、开裂、地下水渗漏等情况以及地表或上方的构建筑物变形、下沉、开裂情况。若遇特殊不稳定情况时，应派人进行不间断的观察，对已支护地段，观察是否有锚杆被拉断，喷射混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏，钢架有无被压曲变形等一系列不利情况。
小净距重叠隧道先上后下施工还包括防水层及模筑混凝土施工。
防水层设在喷射混凝土层与模筑衬砌混凝土之间，材料由土工无纺布及PVC防水板组成。施做防水层时先在初期支护表面抹砂浆找平，再铺设一层土工布和PVC防水板。防水板布设在围岩与衬砌之间，防止地下水从初支面渗漏出；在防水层与围岩之间加一层土工布，起缓冲保护作用，防止由于围岩的凸凹不平，锚管、钢筋等带有尖角的利器凿穿防水板而影响防水效果，同时土工布有良好的透水性，还可对地下水起疏导作用。
防水层铺设完成以后，绑扎钢筋，立模浇灌二次衬砌混凝土。二次衬砌混凝土浇筑应连续，以提高工效和质量。
本发明采用先上后下的工况开挖支护施工，采用新奥法和控制爆破技术，并实施多重阶梯小导管超前注浆以及全断面前进式分段注浆，以合理的顺序及方法开挖；开挖后立即进行喷锚，型钢支护、二次衬砌，二次衬砌采用先仰拱后拱墙二次模筑混凝土等综合施工技术，确保了隧道围岩和施工结构稳定，在满足施工进度及安全质量要求的同时取得了较好的经济效益和社会效益。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：包括以下步骤；
S1，施工叠交区的上部盾构隧道；
S2，对叠交隧道之间的中间夹土层进行注浆加固；
S3，施工叠交区的下部隧道。
2.根据权利要求1所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：所述S3包括：
S3.1，下部隧道实施超前注浆施工；
S3.2，采取环形台阶法预留核心土开挖下部隧道，随挖随护。
3.根据权利要求1所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：下部隧道开挖前，在上部盾构隧道的下部两侧分别纵向设置有两道连系梁，连系梁与盾构管片固接。
4.根据权利要求1或3所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：所述S2中通过盾构管片吊装孔对夹土层进行注浆加固。
5.根据权利要求1所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：所述S3.1中，采用前进式超前预注浆进行隧道开挖轮廓外2米范围止水和洞身土体加固。
6.根据权利要求1或5所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：所述S3.2中，先在所述下部隧道的拱部120°-180°范围内打设一排超前小导管并注浆；随后再进行洞身施工。
7.根据权利要求6所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：每支护两榀钢架打设一次超前小导管并注浆，超前小导管纵向搭接2m-4m。
8.根据权利要求1或7所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：下部隧道的部分地段在开挖过程中，其下台阶采用松动爆破开挖。
9.根据权利要求8所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：在上部盾构隧道布置震动监测点，根据监测的振速调整爆破设计。
10.根据权利要求1或9所述的超小净距重叠隧道先上后下施工工法，其特征在于：所述S3还包括S3.3：在下部隧道的拱部打设径向小导管并注浆加固。
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