CN112901204A - 一种悬崖隧道安全施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种悬崖隧道安全施工方法，于隧道的进口端修建施工横洞掘进一定距离至隧道主洞，再从隧道主洞洞身向进口方向掘进一定距离至隧道主洞进口，然后向出口方向掘进一定距离至隧道出口，以独头掘进的方式进行施工作业，具体包括以下步骤：S1.洞口开挖施工；S2.洞身开挖施工：S21.隧道洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩采用环形开挖预留核心土法开挖；S22.隧道进口端加强采用CD法开挖；S23.人、车行横通道采用全断面法开挖；S24.采用洞身钻爆设计；S3.初期支护施工；S4.开挖辅助施工；S5.防排水施工；S6.二次衬砌砼施工；S8.逃生管道布置。本发明提供的一种悬崖隧道安全施工方法，解决了洞口地形陡峻不便施工的问题，施工方法安全。
Description
技术领域
本发明涉及工程施工技术领域，具体涉及一种悬崖隧道安全施工方法。
背景技术
随着社会的发展，基础设施建设将成为实现经济发展的重要突破口，由 于山岭地区的交通线，采用隧道的方式修建具有易于克服地形障碍、缩短修 建里程、节约修建时间、保护生态环境、提高运行速度等独特优势，隧道成 为了山区公路、铁路建设的首要选择，因此越来越多的交通、矿山、能源管 道、水利和国防等隧道工程即将在我国偏远山区建造。但是，这些地区的地 形地貌特征和地质条件情况极为复杂，特别是隧道进、出口都在悬崖上的隧 道，存在以下风险及问题：①隧道洞口边、仰坡开挖对上方堆积体造成影响， 易造成塌方、冒顶等风险情况；②由于洞口地形陡峻，无布置施工场地的条 件，施工进洞的问题难以解决，施工进洞风险大；③悬崖的地质断层破碎带 及影响带，岩体极破碎，局部可能发生集中涌水，隧道开挖有发生突水突泥 的风险；④当隧道覆盖层浅，并且承受偏压时，更是增加了施工的难度和复 杂性，而且对隧道的安全、造价和工期有很大影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，提供了一种悬崖隧道安全 施工方法。本发明提供的一种悬崖隧道安全施工方法，解决了洞口地形陡峻 不便施工的问题，施工方法安全。
本发明的上述技术目的，是通过以下技术方案实现的：
一种悬崖隧道安全施工方法，于隧道的进口端修建施工横洞掘进一定距 离至隧道主洞，再从隧道主洞洞身向进口方向掘进一定距离至隧道主洞进口， 然后向出口方向掘进一定距离至隧道出口，以独头掘进的方式进行施工作业， 具体包括以下步骤：
S1.洞口开挖施工，洞口开挖前首先采用Φ108大管棚和Φ89中管棚的 组合超前支护，同时对地表采用Φ75钢花管桩注浆进行加固；
S2.洞身开挖施工：
S21.隧道洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩采用环形开挖预留核心土法开挖；
S22.隧道进口端加强采用CD法开挖；
S23.人、车行横通道采用全断面法开挖；
S24.采用洞身钻爆设计，根据围岩类别和开挖方法分别采用光面爆破、 预裂爆破或者松动爆破的方式；
S3.初期支护施工：人、车行横洞的初期支护锚杆采用Φ22药卷锚杆，主 洞Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护采用的锚杆为Φ22定位锚杆、Φ25锁脚锚杆；
S4.开挖辅助施工：采用Φ108超前管棚、Φ42超前注浆小导管；
S5.防排水施工；
S6.二次衬砌砼施工；
S8.逃生管道布置。
如上所述的一种悬崖隧道安全施工方法，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11.横洞施工，设置横洞纵坡、横坡范围，洞内设计侧沟引排水，横洞 洞口采用台阶法开挖；
S12.地表处理及截水天沟、风水电建设；
S13.洞口边、仰坡采用明挖施工，自上而下分层开挖，随挖随护；
S14.边仰坡开挖后，进行洞口边仰坡挂网锚喷防护，自上而下，随开挖 分层及时施作，做对边仰坡的锚杆，挂网喷浆支护，并对洞顶的孤石、危石 进行处理；
S15.主体隧道掘进至明暗交界结束前30m处，出洞以先开中导洞，边掘 进边作临时支护的方式出洞，待中导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运 输条件后，再做导向墙及洞门施工；
S16.仰拱施工采用全幅施工；进洞前先做好砼防撞栏，进洞70m后在洞 口安装台车，台车加固后开始施做二衬。
如上所述的一种悬崖隧道安全施工方法，所述步骤S24中所述洞身钻爆 设计具体为：周边眼外插斜率为0.05，转角处为防止岩石夹制作用设一个周 边眼；掏槽眼的深度比掘进眼深15cm-20cm，掘进眼底部在同一平面上；炮眼 均匀分布于开挖面上。优选的，所述洞身钻爆设计的爆破震动，对相邻洞室 的最大临界震动速度不大于15cm/s。
如上所述的一种悬崖隧道安全施工方法，所述步骤S3中初期支护施工的 步骤如下：锚杆制作后按设计布置钻孔，用高压风将孔内杂物吹净；将水泥 药包放入水中泡至软而不散时取出，然后用工具将药包推入孔内塞满至孔深 1/3～1/2处；打入锚杆，锚杆杆体旋转，使药包充分搅拌，以锚杆达孔底且 孔口有浆液流出为止，安设杆体后立即安装垫板并拧紧螺帽。
如上所述的一种悬崖隧道安全施工方法，所述步骤S5中，防排水施工具 体为隧道段及车行或人行横通道拱墙初期支护与二衬衬砌之间设防水层，防 水层采用防水板及无纺布。
如上所述的一种悬崖隧道安全施工方法，所述步骤S6中，仰拱混凝土施 工采用移动式仰拱栈桥施工，把基底的虚碴、杂物及淤泥清除干净，排除积 水后，灌注仰拱；铺底施工时预留20cm混凝土先不浇注，待工程完工后从洞 内到洞外一次性施工完毕；拱墙施工，水沟及电缆槽施工；隧道衬砌施工完 成并达到80％强度后，进行衬砌背后回填注浆。
如上所述的一种悬崖隧道安全施工方法，所述步骤S8中，所述逃生通道 所用管材采用φ800mm的钢管，管节间可采用直径大于逃生管道直径的套管连 接，每端连接1m，采用橡胶圈或木楔临时固定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明提供的一种悬崖隧道安全施工方法，于隧道的进口端修建施工 横洞掘进一定距离至隧道主洞，再从隧道主洞洞身向进口方向掘进一定距离 至隧道主洞进口，然后向出口方向掘进一定距离至隧道出口，以独头掘进的 方式进行施工作业，解决了进出口端均直接接桥，洞口地形陡峻，无布置施 工场地的条件的问题。
2、本发明提供的一种悬崖隧道安全施工方法，采用Φ108大管棚和Φ89 中管棚的组合超前支护手段，避免隧道洞口边、仰坡开挖对上方堆积体造成 影响，防止塌方冒顶。
3、本发明提供的一种悬崖隧道安全施工方法，对地表采用Φ75钢花管 桩注浆进行加固，加强了超前支护及初期支护；隧道洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩采用 环形开挖预留核心土法开挖，隧道进口端加强采用CD法开挖，车行横通道采 用全断面法开挖，采用专门的洞身钻爆设计，解决了隧道浅埋问题。
4、本发明提供的一种悬崖隧道安全施工方法，进行防排水施工，对分散 的网状流水以堵为主，对集中的管状流水以疏为主，预防涌突水现象的发生。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员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。
一种悬崖隧道安全施工方法，于隧道的进口端修建施工横洞掘进一定距 离至隧道主洞，再从隧道主洞洞身向进口方向掘进一定距离至隧道主洞进口， 然后向出口方向掘进一定距离至隧道出口，以独头掘进的方式进行施工作业， 具体包括以下步骤：
S1.洞口开挖施工，洞口开挖前首先采用Φ108大管棚和Φ89中管棚的 组合超前支护，同时对地表采用Φ75钢花管桩注浆进行加固，，间距为1m ×1m，呈梅花型布置，有效防止洞口边、仰坡开挖对洞顶上方堆积体的稳定 性造成影响；地表注浆在洞口开挖前进行，洞口边仰坡开挖时边开挖边进行 加固处理，岩质边仰坡采用3m长Φ22普通砂浆锚杆进行防护，对临时的土质 采用Φ42注浆小导管进行注浆加固；临时岩质边坡采用Φ22普通砂浆锚杆 喷锚支护。
优选的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11.横洞施工，设置横洞纵坡、横坡范围，洞内设计侧沟引排水，横洞 洞口采用台阶法开挖；
S12.地表处理及截水天沟、风水电建设；洞门施工前先进行测量放线， 根据测量放线做好边坡开挖轮廓线和截水天沟，为有效拦截地表水，避免地 表水冲刷危及洞门结构及边仰坡的稳定，以利截排水，在开挖线10m外设置 一道截水沟，同时将洞口段开挖线以外10～15米范围的漏斗、洼地、危石等 进行处理，防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全；并建好高 山水池设施、铺设管道满足施工用水需求；接好主电源安装好空压机做好进 洞前准备。
S13.洞口边、仰坡采用明挖施工，自上而下分层开挖，随挖随护；土方 用挖掘机开挖，石方采用破锤头开挖，挖掘机装渣，自卸汽车运渣。
S14.边仰坡开挖后，进行洞口边仰坡挂网锚喷防护，自上而下，随开挖 分层及时施作，做对边仰坡的锚杆，挂网喷浆支护，并对洞顶的孤石、危石 进行处理；为防止地表水从仰坡与截水沟之间的平台下渗，坡顶与水沟之间 采用5cm素混凝土封闭。加强临时边仰坡防护，以φ22砂浆锚杆长度为3.5m， 间距1.2m，梅花形布置。并挂φ8钢筋网，网格20*20cm；后进行C20喷射混 泥土加固。锚杆施工前根据设计要求和允许调整原则定出孔位。锚杆的倾角 满足设计和施工要求，误差为±5°。对于仰角大于45°的陡坡，施工时搭设 施工用脚手架或作业平台。根据基础所处地层的岩性选择不同的锚固方式。 配制C20的喷射混凝土料，在岩面上喷射10cm的混凝土面，进料加入速凝剂， 保证喷射混凝土面平整，无干斑或脱落现象。洞口段碎石土及块石土等覆盖 层厚，施工前先清除洞顶松动岩体，并设置主动、被动防护网。为横洞进洞 铺设有利条件。
S15.横洞洞口初步采用台阶法开挖，然后采用全断面法开挖，V级模筑衬 砌，采用I18型钢拱架支护，钢架间距为0.8m/榀；φ22药卷锚杆0.8m/环， 每环8根，每根长3m；φ6.5钢筋网，网格20*20cm进行挂网喷浆，及时进 行初期支护、二次衬砌施工。暗洞施工前首先对洞口衬砌外1～3m范围内的 边仰坡进行锚喷加固。洞口土石方开挖到达明暗洞交界处，采取防护措施、 加固后方可进洞。主体隧道掘进至明暗交界结束前30m处，出洞以先开中导洞，边掘进边作临时支护的方式出洞，待中导洞贯穿，达到机械设备、材料 物质的运输条件后，再做导向墙及洞门施工；由此解决了隧道进、出口地形 均为悬崖峭壁，无施工作业条件，也没有通往道路的路线，主要机械设备和 材料物资不能直接送到洞口作业的问题。
S16.仰拱施工采用全幅施工，基础开挖采用挖掘机开挖，自卸汽车运输， 钢筋安装前先根据测量放样的水平、中线点，设置定位钢筋，再安装钢筋， 保证钢筋位置的正确。堵头模板处及边墙基础面预留接头钢筋，并长短错开， 保证满足钢筋焊接需要。钢筋焊接采用帮焊接头，纵环向施工缝处设止水带。 仰拱及边墙基础混凝土浇注过程中，根据混凝土浇注的进度将拼装式钢模或 木模板固定在钢筋骨架上方，保证仰拱混凝土的的拱形。由于横洞口道路临 近悬崖，故进洞前先做好砼防撞栏，确保施工交通安全，进洞70m后在洞口安装台车，台车加固后开始施做二衬。
S2.洞身开挖施工：
S21.隧道洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩采用环形开挖预留核心土法开挖；每循环进 尺一般为0.5～1.0m，原则上不超过1.0m。开挖从上至下，衬砌从下至上， 仰拱及时封闭，二衬及时紧跟，整个隧道及早成一个闭合圈。为了保证隧道 初期支护尽早封闭成环，各部位开挖间距在不相互干扰影响的情况下尽量缩 短。上部环形开挖进尺不超过1m的2榀工字钢架，开挖后及时进行初喷砼封 闭开挖面，接着连续进行锚杆、挂网、型钢拱架及复喷砼的作业。上部开挖 采用挖掘机进行、人工配合开挖面的修整。边墙马口开挖时左、右错开，一 次开挖进尺不大于2m的4榀工字钢架，开挖后及时进行初支施工，边墙开挖 采用挖掘机、人工配合修壁。仰拱开挖不超过6m，采用挖掘机开挖，人工清 底后及时进行初支施工。二次衬砌及时施作，二次衬砌距掌子面的距离Ⅴ级 围岩不得大于70m。仰拱施作铺设栈桥全幅分段施工。
S22.隧道进口端加强采用CD法开挖：(1)左侧上部开挖；(2)左侧上 部初期支护：每循环进尺一次，掌子面先喷砼封闭，其它面先初喷4cm砼， 架立钢架，并打设锁脚锚杆，再钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度；(3)左 侧中部开挖；(4)左侧中部初期支护：每循环进尺一次，掌子面先喷砼封闭， 其它面先初喷4cm砼，架立钢架，并打设锁脚锚杆，再钻设径向锚杆后复喷 砼至设计厚度；(5)先行导坑左下部开挖；(6)导坑下左部部初期支护： 每循环进尺一次，掌子面先喷砼封闭，其它面先初喷4cm砼，架立钢架，再 钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度；(7)右侧上部开挖；(8)右侧上部初 期支护：每循环进尺一次，掌子面先喷砼封闭，其它面先初喷4cm砼，架立 钢架，并打设锁脚锚杆，再钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度；(9)右侧中 部开挖；(10)右侧中部初期支护：每循环进尺一次，掌子面先喷砼封闭， 其它面先初喷4cm砼，架立钢架，并打设锁脚锚杆，再钻设径向锚杆后复喷 砼至设计厚度；(11)右侧下部开挖；(12)右侧下部初期支护：每循环进 尺一次，掌子面先喷砼封闭，其它面先初喷4cm砼，架立钢架，再钻设径向 锚杆后复喷砼至设计厚度；(13)拆除交叉中隔壁；(14)仰拱超前浇筑； (15)拆除其它临时支护；(16)全断面二次衬砌。
S23.人、车行横通道采用全断面法开挖；
S24.采用洞身钻爆设计，根据围岩类别和开挖方法分别采用光面爆破、 预裂爆破或者松动爆破的方式；优选的，所述步骤S24中所述洞身钻爆设计 具体为：周边眼外插斜率为0.05，转角处为防止岩石夹制作用设一个周边眼； 掏槽眼的深度比掘进眼深15cm-20cm，掘进眼底部在同一平面上；炮眼均匀分 布于开挖面上。优选的，所述洞身钻爆设计的爆破震动，对相邻洞室的最大 临界震动速度不大于15cm/s。
S3.初期支护施工：人、车行横洞的初期支护锚杆采用Φ22药卷锚杆，主 洞Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护采用的锚杆为Φ22定位锚杆、Φ25锁脚锚杆；优 选的，所述步骤S3中初期支护施工的步骤如下：锚杆制作后按设计布置钻孔， 用高压风将孔内杂物吹净；将水泥药包放入水中泡至软而不散时取出，然后 用工具将药包推入孔内塞满至孔深1/3～1/2处；打入锚杆，锚杆杆体旋转， 使药包充分搅拌，以锚杆达孔底且孔口有浆液流出为止，安设杆体后立即安 装垫板并拧紧螺帽。
S4.开挖辅助施工：采用Φ108超前管棚、Φ42超前注浆小导管。
φ108大管棚：在边仰坡开挖支护后，作拱墙钢架套拱和大管棚。采用拱 墙钢架施作套拱。隧道进口为Ⅴ级围岩，由于围岩自稳能力差，为防止洞口 软弱围岩坍塌，采用Φ108长管棚联合套拱进洞方案，先采用长管棚联合套拱 进行洞口段围岩预加固。
小导管采用Φ42钢管加工，壁厚4mm，导管的管口位置设Φ6mm钢筋加强 环；钢管前段不小于30cm范围内不钻出浆孔，其余部分每隔10cm在环向钻 四个孔，眼径8mm。相邻两道孔口方向交错45°角；管尖长10cm，先切除缺 口，在加工成尖端，并进行联接。
S5.防排水施工，对分散的网状流水以堵为主，对集中的管状流水以疏为 主，预防涌突水现象的发生；优选的，所述步骤S5中，防排水施工具体为隧 道段及车行或人行横通道拱墙初期支护与二衬衬砌之间设防水层，防水层采 用防水板及无纺布。
防水层铺设前，先对隧道初期支护喷射混凝土表面进行处理，切除锚杆 头和钢筋露头，并用细石混凝土磨平覆盖，凹坑深度比控制在1/6～1/10以 内；深宽比大于1/6的凹坑用细石混凝土填平，凹坑太大处要抹平补喷混凝 土，确保混凝土表面平整，无尖锐棱角。
防水板采用冷粘法方式连接，粘接宽度15cm，接缝部位粘结牢固，表面 平整，不允许有皱折、孔洞、翘边和直径大于20mm的鼓泡存在。两副接缝粘 接后上下缝均接5cm宽的贴布橡胶压缝条，确保密封完好。
S6.二次衬砌砼施工；优选的，所述步骤S6中，仰拱混凝土施工采用移 动式仰拱栈桥施工，把基底的虚碴、杂物及淤泥清除干净，排除积水后，灌 注仰拱；铺底施工时预留20cm混凝土先不浇注，待工程完工后从洞内到洞外 一次性施工完毕；拱墙施工，水沟及电缆槽施工；隧道衬砌施工完成并达到 80％强度后，进行衬砌背后回填注浆。
S8.逃生管道布置。优选的，所述步骤S8中，所述逃生通道所用管材采 用φ800mm的钢管，管节间可采用直径大于逃生管道直径的套管连接，每端连 接1m，采用橡胶圈或木楔临时固定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，于隧道的进口端修建施工横洞掘进一定距离至隧道主洞，再从隧道主洞洞身向进口方向掘进一定距离至隧道主洞进口，然后向出口方向掘进一定距离至隧道出口，以独头掘进的方式进行施工作业，具体包括以下步骤：
S1.洞口开挖施工，洞口开挖前首先采用Φ108大管棚和Φ89中管棚的组合超前支护，同时对地表采用Φ75钢花管桩注浆进行加固；
S2.洞身开挖施工：
S21.隧道洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩采用环形开挖预留核心土法开挖；
S22.隧道进口端加强采用CD法开挖；
S23.人、车行横通道采用全断面法开挖；
S24.采用洞身钻爆设计，根据围岩类别和开挖方法分别采用光面爆破、预裂爆破或者松动爆破的方式；
S3.初期支护施工：人、车行横洞的初期支护锚杆采用Φ22药卷锚杆，主洞Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护采用的锚杆为Φ22定位锚杆、Φ25锁脚锚杆；
S4.开挖辅助施工：采用Φ108超前管棚、Φ42超前注浆小导管；
S5.防排水施工；
S6.二次衬砌砼施工；
S8.逃生管道布置。
2.根据权利要求1所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11.横洞施工，设置横洞纵坡、横坡范围，洞内设计侧沟引排水，横洞洞口采用台阶法开挖；
S12.地表处理及截水天沟、风水电建设；
S13.洞口边、仰坡采用明挖施工，自上而下分层开挖，随挖随护；
S14.边仰坡开挖后，进行洞口边仰坡挂网锚喷防护，自上而下，随开挖分层及时施作，做对边仰坡的锚杆，挂网喷浆支护，并对洞顶的孤石、危石进行处理；
S15.主体隧道掘进至明暗交界结束前30m处，出洞以先开中导洞，边掘进边作临时支护的方式出洞，待中导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，再做导向墙及洞门施工；
S16.仰拱施工采用全幅施工；进洞前先做好砼防撞栏，进洞70m后在洞口安装台车，台车加固后开始施做二衬。
3.根据权利要求1所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述步骤S24中所述洞身钻爆设计具体为：周边眼外插斜率为0.05，转角处为防止岩石夹制作用设一个周边眼；掏槽眼的深度比掘进眼深15cm-20cm，掘进眼底部在同一平面上；炮眼均匀分布于开挖面上。
4.根据权利要求3所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述洞身钻爆设计的爆破震动，对相邻洞室的最大临界震动速度不大于15cm/s。
5.根据权利要求1所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述步骤S3中初期支护施工的步骤如下：锚杆制作后按设计布置钻孔，用高压风将孔内杂物吹净；将水泥药包放入水中泡至软而不散时取出，然后用工具将药包推入孔内塞满至孔深1/3～1/2处；打入锚杆，锚杆杆体旋转，使药包充分搅拌，以锚杆达孔底且孔口有浆液流出为止，安设杆体后立即安装垫板并拧紧螺帽。
6.根据权利要求1所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述步骤S5中，防排水施工具体为隧道段及车行或人行横通道拱墙初期支护与二衬衬砌之间设防水层，防水层采用防水板及无纺布。
7.根据权利要求1所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述步骤S6中，仰拱混凝土施工采用移动式仰拱栈桥施工，把基底的虚碴、杂物及淤泥清除干净，排除积水后，灌注仰拱；铺底施工时预留20cm混凝土先不浇注，待工程完工后从洞内到洞外一次性施工完毕；拱墙施工，水沟及电缆槽施工；隧道衬砌施工完成并达到80％强度后，进行衬砌背后回填注浆。
8.根据权利要求1所述的一种悬崖隧道安全施工方法，其特征在于，所述步骤S8中，所述逃生通道所用管材采用φ800mm的钢管，管节间可采用直径大于逃生管道直径的套管连接，每端连接1m，采用橡胶圈或木楔临时固定。
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