CN112302662B - 一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工方法，包括以下步骤：开挖导坑：依次开挖左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶、中部导坑上台阶和中部导坑下台阶；每个导坑的上台阶和下台阶分别开挖完成后及时施作初期支护和临时支护，并且及时封闭掌子面；开挖导坑完毕后施工仰拱以及进行仰拱回填；整体浇筑二次衬砌，完成一个工作循环；重复上述工作循环以完成隧道开挖施工。通过本发明能在下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工过程中，有效控制地表沉降，确保高速公路的正常运行。

Description

一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其是一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工方法。

背景技术

伴随着隧道建设的迅猛发展，隧道施工所面临的地质和环境条件越来越复杂，如千埋、富水及软弱地层等不良地质，穿越铁路、公路、轻轨、桥梁等地表交通线。虽然构筑物类型、变形和受力模式存在差异，但都面临相似的问题，即隧道施工方法的选取，施工对地层和构筑物沉降、力学影响及安全性评价。

在隧道施工的异常地形中，回填土地质是难以处理的一种特殊情况，尤其是下穿正在运行的回填高速公路，回填土土层较厚，对于隧道施工中更是难上加难，如何在隧道开挖时控制好地表沉降，确保高速公路的正常运行，成为隧道施工中亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工方法，能在下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工过程中，有效控制地表沉降，确保高速公路的正常运行。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道开挖的方法，包括以下步骤：

开挖导坑：将隧道横断面分为左侧导坑、中部导坑以及右侧导坑，所述左侧导坑、中部导坑以及右侧导坑划分为上、下台阶，依次开挖左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶、中部导坑上台阶和中部导坑下台阶；每个导坑的上台阶和下台阶分别开挖完成后及时施作初期支护和临时支护，并且及时封闭掌子面；

开挖导坑完毕后施工仰拱以及进行仰拱回填；

整体浇筑二次衬砌，完成一个工作循环；

重复上述工作循环以完成隧道开挖施工。

优选的，在开挖导坑前先进行超前大管棚施工以及地表钢花管注浆加固。

优选的，所述初期支护包括系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土和永久性钢拱架，所述系统锚杆锚固至隧道外围的土体中，呈梅花形布置，所述钢筋网焊接在系统锚杆外露端；搭设永久性钢拱架，永久性钢拱架环设在导坑的内壁面；初喷永久性钢拱架与导坑壁面之间的混凝土，厚度为3.5~5cm；复喷混凝土覆盖永久性钢拱架。

优选的，所述临时支护包括临时钢拱架，所述临时钢拱架搭设在左侧导坑和右侧导坑与中间导坑相邻的壁面上，初喷临时钢拱架与导坑壁面之间的混凝土，厚度为3.5~5cm；复喷混凝土覆盖临时钢拱架。

优选的，所述永久性钢拱架在上下台阶的分界处设置有锁脚注浆钢花管，注水泥浆。

优选的，所述临时钢拱架朝向中间导坑的外侧面设置有超前小导管，超前小导管由贴近中间导坑顶部的位置起自下布置。

优选的，所述地表钢花管注浆加固包括：

按照地表钢花管周围有限范围土体设计，浆液扩散半径不小于0.7δ，δ为相邻两根地表钢花管的中线距离，

地表钢花管呈梅花型布置，每个断面横向每排布置23~43根；地表钢花管底部深度控制在隧道轮廓线外大于0.5m的位置处，伸入中分化岩不小于1m；

周边钻注浆孔，浆液采用净水泥浆，水灰比为0.6:1~1:1，注浆压力为1~2MPa。

优选的，仰拱工作面与二次衬砌工作面间距不大于15m，仰拱工作面与开挖工作面之间的相邻间距不大于10m，各侧导坑的开挖间距均保持不大于10m。

优选的，导坑开挖过程中，每次的开挖长度保持在1.8~2.2m。

以上所述的下穿高速公路人工回填土浅埋隧道的施工方法，先开挖两侧导坑并及时施作初期支护和临时支护，可以有效的预防拱顶下沉超过预警值，两侧导坑开挖完成后，采用系统锚杆可对周边围岩进行进一步的加固，如此一来，即可为中部导坑的开挖提供一个相对较为稳定的施工条件，从而有效的控制地表沉降。同时，此施工方法与先开挖整个上断面相比，拱顶的临空面较小，可较好地减少围岩掉块等现象，保证施工的安全性。

进一步的，本发明在施工过程中严格加强对各工作面间距的控制，使得地表在较大范围内都能获得隧道横断面支护结构的支撑，对控制地表沉降、保证行车和施工安全具有极为重要的意义。

附图说明

图1是二次衬砌横断面示意图。

图2是导坑及支护结构断面示意图。

图3是超前大管棚纵断面示意图。

图4是隧道施工工序平面图。

左侧导坑上台阶1，中部导坑上台阶2，右侧导坑上台阶3，锁脚注浆钢花管4，右侧导坑下台阶5，中部导坑下台阶6，左侧导坑下台阶7，系统锚杆8，大管棚9，超前小导管10，二次衬砌11，仰拱12，永久性钢拱架13，钢筋网14，临时钢拱架15，仰拱工作面16，二次衬砌工作面17。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。

一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道开挖的方法，结合图1和图2所示，包括以下步骤：

开挖导坑：将隧道横断面分为左侧导坑、中部导坑以及右侧导坑，左侧导坑、中部导坑以及右侧导坑划分为上、下台阶，依次开挖左侧导坑上台阶1、左侧导坑下台阶7、右侧导坑上台阶3、右侧导坑下台阶5、中部导坑上台阶2和中部导坑下台阶6；每个导坑的上台阶和下台阶分别开挖完成后及时施作初期支护和临时支护，并且及时封闭掌子面；开挖导坑完毕后施工仰拱12以及进行仰拱12回填；整体浇筑二次衬砌11，完成一个工作循环；重复上述工作循环以完成隧道开挖施工。

其中，结合图4所示，仰拱工作面16与二次衬砌工作面17间距不得大于15m；仰拱工作面16与开挖工作面之间的相邻间距不大于10m，一般来说，最后开挖的为中部导坑，即仰拱工作面16与中部导坑工作面之间的相邻间距不大于10m；各侧导坑的开挖间距均应保持不大于10m，以10m为佳，即图中所示的，右侧导坑工作面与中部导坑工作面之间的开挖间距、左侧导坑工作面和右侧导坑工作面之间的开挖间距均不大于10m。相邻工作面间距10米通过验算可以减少施工中相互的扰动，并且缩短了前导施作完毕后二次衬砌与初期支护之间的间隔。

优选的，左侧导坑及右侧导坑各占隧道横断面宽度的38%，中部导坑工作面占隧道横断面宽度的24%。这是结合考虑施工工作面的因素，中部导坑开挖施作工作面为全断面，而左右侧导坑施作时相邻工作面均未施工，结合前期的超前支护以及地表加固已经能实现对地表沉降有了明显的控制，为加快施工进度，可加大左侧导坑和右侧导坑的施作工作面，且结合后期施作过程中监控量测数据也反映此施作方案表现效果良好。

优选的，对于上台阶及下台阶高度的设置，以各占隧道横断面高度的1/2为佳。

优选的，在每次开挖导坑前先进行超前大管棚8施工以及地表钢花管注浆加固，如此可在大管棚8和地表加固的保护下进行各部位导坑的开挖支护以及工作面封闭。由于回填土与岩层相比，密实性和稳定性不足，易发生地表沉降甚至坍塌，因此加固工作极为重要，本实施例有针对性的对地表加固进行了特殊的设计：按照地表钢花管周围有限范围土体设计，浆液扩散半径不小于0.7δ，δ为相邻两根地表钢花管的中线距离；采用分段注浆；地表钢花管呈梅花型布置，间距为1.2 m *1.2m；每个隧道横断面每排横向布置23~43根，根据隧道的宽度来设定；地表钢花管底部深度控制在隧道轮廓线外大于0.5m的位置处，伸入中分化岩不小于1m；地表钢花管采用∅50*4mm热轧钢管；周边钻注浆孔，浆液采用净水泥浆，水灰比为0.6:1~1:1，注浆压力为1~2MPa。同时为降低对地表自然环境的破坏，在地表1m深范围内注浆管不设置注浆孔。通过超前大管棚8施作以及地表加固后地表沉降值可减少一半以上，能很好地保证高速公路行车的安全性。进一步的，本实施例的超前大管棚8采用∅89*5mm热轧无缝钢管，单根长6m，环向间距40cm，仰角3~5°。

优选的，本实施例提供了一种具体的初期支护及临时支护的结构。结合图3所示，初期支护包括系统锚杆8、钢筋网14、喷射混凝土和永久性钢拱架13，系统锚杆8为∅42mm注浆钢花管，长度为5m，间距为50*100cm（纵*环），呈梅花形布置，锚固至隧道外围的土体中，系统锚杆8的仰角以45°为最佳；钢筋网14为双层钢筋网采用∅8mm圆钢，间距20cm*20cm，焊接在系统锚杆8外露端；搭设永久性钢拱架13，永久性钢拱架13环设在导坑的内壁面，永久性钢拱架13采用I22b工字钢制成，工字钢端头焊接在16mm钢板上，该钢板用于实现永久性钢拱架13之间的连接，焊缝高度不小于10mm，现场安装采用螺栓连接；初喷永久性钢拱架13与导坑壁面之间的混凝土，厚度为3.5~5cm，以4cm为最佳；复喷混凝土覆盖永久性钢拱架13，以厚度为2cm为最佳。永久性钢拱架13中心布置间距为50cm，采用∅22纵向钢筋连接，环向间距100cm。永久性钢拱架13在上下台阶的分界处设置有锁脚注浆钢花管4，锁脚注浆钢花管4采用∅42*4mm、长4m钢管，注水泥浆，本实施例是在左导坑和右导坑的外侧各施作2根锁脚注浆钢花管4，该锁脚注浆钢花管4是支撑在上下台阶分界处连接永久性钢拱架13的钢板外侧面，是下台阶的永久性钢拱架13安装完毕之后施作，2根锁脚注浆钢花管4的内端支撑于一块钢板上，外端呈向下散射的形状，该锁脚注浆钢花管4用于保证永久性钢拱架13在上下台阶连接处的稳定性。

临时支护包括临时钢拱架15，临时钢拱架15采用I18工字钢制成，左侧导坑和右侧导坑与中间导坑相邻的壁面上先铺设钢筋网14，再搭设临时钢拱架15，临时钢拱架15中心布置间距为50cm，采用∅22纵向钢筋连接。初喷临时钢拱架15与导坑壁面之间的混凝土，厚度为3.5~5cm，以4cm为最佳；复喷混凝土覆盖临时钢拱架15，以厚度为2cm为最佳。更优选的，临时钢拱架15朝向中间导坑的外侧面施作有超前小导管10，超前小导管10由贴近中间导坑顶部的位置起自下布置，一般设置在上台阶的位置，仰角呈10~15°，环向间距35cm，纵向排距150cm，采用∅42*4mm、长4m钢管，注浆，该超前小导管10是在临时钢拱架15安装完毕之后施作。该超前小导管10可以在左侧导坑和右侧导坑开挖时保证中间导坑的稳定性，保持其对地表的支撑力。临时钢拱架15是在二次衬砌11施工前拆除，超前小导管10是在开挖中部导坑时同步被拆除。

以上超前大管棚9施工和地表加固、导坑开挖、施作初期支护和临时支护、施工仰拱12以及进行仰拱12回填、浇筑二次衬砌11，各个步骤的施工必须紧密贴合，各工作面间距不可不宜过大，每次的开挖长度应保持在1.8~2.2m，以2m为最佳，以避免出现较长的高速空路处于无支护支撑的状态，影响行车的安全性。

具体的，本实施例的施工顺序为：

先进行超前大管棚9施工以及地表钢花管注浆加固。

开挖左侧导坑上台阶1（如图2中所示I部分区域），施作左侧导坑上台阶1部分对应的永久性钢拱架13，施作临时钢拱架15，施作超前小导管10；

开挖左侧导坑下台阶7（如图2中所示Ⅱ部分区域），施作左侧导坑下台阶7部分对应的永久性钢拱架13和临时钢拱架15，在上台阶和下台阶的连接处施作锁脚注浆钢花管4；

开挖右侧导坑上台阶3（如图2中所示Ⅲ部分区域），施作右侧导坑上台阶3部分对应的永久性钢拱架13，施作临时钢拱架15，施作超前小导管10；

开挖右侧导坑下台阶5（如图2中所示Ⅳ部分区域），施作右侧导坑下台阶5部分对应的永久性钢拱架13和临时钢拱架15，在上台阶和下台阶的连接处施作锁脚注浆钢花管4；

开挖中部导坑上台阶2（如图2中所示Ⅴ部分区域），施作中部导坑上台阶2部分对应的永久性钢拱架13；

开挖中部导坑下台阶6（如图2中所示Ⅵ部分区域），施作中部导坑下台阶6部分对应的永久性钢拱架13；

施工仰拱12以及进行仰拱12回填；

拆除临时钢拱架13；

整体浇筑二次衬砌11；

完成一个工作循环；重复上述工作循环以完成隧道开挖施工。

采用上述方法进行贵州双龙航空港经济区物流外环道路工程某隧道的施工，该隧道为下穿高速公路人工回填土浅埋隧道，对齐进行沉降监测，监测结果如表1：

表1 某隧道地表沉降监测日报

Claims (3)

1.一种下穿高速公路人工回填土浅埋隧道开挖的方法，其特征在于包括以下步骤：

开挖导坑：将隧道横断面分为左侧导坑、中部导坑以及右侧导坑，所述左侧导坑、中部导坑以及右侧导坑划分为上、下台阶，依次开挖左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶、中部导坑上台阶和中部导坑下台阶；每个导坑的上台阶和下台阶分别开挖完成后及时施作初期支护和临时支护，并且及时封闭掌子面；

开挖导坑完毕后施工仰拱以及进行仰拱回填；

整体浇筑二次衬砌，完成一个工作循环；

重复上述工作循环以完成隧道开挖施工；

在开挖导坑前先进行超前大管棚施工以及地表钢花管注浆加固；

所述初期支护包括系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土和永久性钢拱架，所述系统锚杆锚固至隧道外围的土体中，呈梅花形布置，所述钢筋网焊接在系统锚杆外露端；搭设永久性钢拱架，永久性钢拱架环设在导坑的内壁面；初喷永久性钢拱架与导坑壁面之间的混凝土，厚度为3.5~5cm；复喷混凝土覆盖永久性钢拱架；所述永久性钢拱架在上下台阶的分界处设置有锁脚注浆钢花管，注水泥浆；

所述临时支护包括临时钢拱架，所述临时钢拱架搭设在左侧导坑和右侧导坑与中间导坑相邻的壁面上，初喷临时钢拱架与导坑壁面之间的混凝土，厚度为3.5~5cm；复喷混凝土覆盖临时钢拱架；

所述临时钢拱架朝向中间导坑的外侧面设置有超前小导管，超前小导管由贴近中间导坑顶部的位置起自下布置；

所述地表钢花管注浆加固包括：

按照地表钢花管周围有限范围土体设计，浆液扩散半径不小于0.7δ，δ为相邻两根地表钢花管的中线距离，

地表钢花管呈梅花型布置，每个断面横向每排布置43~23根；地表钢花管底部深度控制在隧道轮廓线外大于0.5m的位置处，伸入中分化岩不小于1m；

周边钻注浆孔，浆液采用净水泥浆，水灰比为0.6:1~1:1，注浆压力为1~2MPa。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

仰拱工作面与二次衬砌工作面间距不大于15m，仰拱工作面与开挖工作面之间的相邻间距不大于10m，各侧导坑的开挖间距均保持不大于10m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

导坑开挖过程中，每次的开挖长度保持在1.8~2.2m。

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