CN113006802A - 适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其包括如下步骤：步骤一：完成拱部超前支护；步骤二：爆破开挖下断面，形成下断面掌子面，清理部分渣土后及时完成下断面的初期支护及拱部的临时型钢拱架；步骤三：下断面超前3～5m，通过钻爆法开挖上断面并拆除下断面的临时型钢拱架，同时完成全断面初期支护；步骤四：清理上断面爆破落下的石渣，施作隧道防水板、二衬结构。由此，本发明在保证足够覆岩的基础上先开挖隧道下断面，在产生有利的临空面后，再行开挖上断面，即逆台阶开挖工法，提供了一种适用于薄覆岩地层的单洞单线隧道开挖支护的全新工法，有效避免了目前薄覆岩隧道面临的高风险难题。
Description
技术领域
本发明涉及地铁隧道施工的技术领域，尤其涉及一种用于覆岩薄地层的单洞单线隧道逆台阶开挖工法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，越来越多的城市开始地铁建设。伴随着一个城市地铁规模的不断扩大，地铁线路所处的区域环境和地质环境也越来越复杂。像青岛地区即是典型的上土下岩地层，在岩石地层，钻爆法是普遍应用的工艺，此工艺对硐室周边会产生一定的震动影响，因此在薄覆岩地层中，采用传统的自上至下开挖工法，风险较大，据统计国内发生的多起塌方事故，均发生于典型的薄覆岩地层中(拱顶覆岩＜3m)。
传统岩层矿山钻爆法隧道采用台阶法施工，对于覆岩薄的隧道，重点在于将上部超前管棚及帷幕注浆措施加强，但这种常规工法对于覆岩薄(＜3m)的高风险地质情况适用性较差，隧道上台阶开挖距离不良地层极近，开挖多次爆破扰动易将拱部加固体震碎，且拱部需出渣完成后支护，造成支护不及时，可能造成涌水、塌方等事故。若采用机械凿岩机开挖，因凿岩机对于硬岩地层适应性差，工效低、造价高，适用性不强。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，在保证足够覆岩的基础上先开挖隧道下断面，在产生有利的临空面后，再行开挖上断面，即逆台阶开挖工法，提供了一种适用于薄覆岩地层的单洞单线隧道开挖支护的全新工法，有效避免了目前薄覆岩隧道面临的高风险难题。
为实现上述目的，本发明公开了一种适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：完成拱部超前支护；
步骤二：爆破开挖下断面，形成下断面掌子面，清理部分渣土后及时完成下断面的初期支护及拱部的临时型钢拱架；
步骤三：下断面超前3～5m，通过钻爆法开挖上断面并拆除下断面的临时型钢拱架，同时完成全断面初期支护；
步骤四：清理上断面爆破落下的石渣，施作防水板、二衬结构。
其中：步骤二中具体为：下断面开挖后施作隧道下断面格栅及临时型钢拱架，临时型钢拱架的两端采用钢板与下断面格栅进行有效焊接，下断面格栅施作后应及时打设锁脚锚杆，完成以上步序后即形成以临时型钢拱架、隧道下断面格栅、锁脚锚杆为初期支护的下断面硐室。
其中：临时型钢拱架采用工16～20型号工字钢，横向间距0.75～1.2m。
其中：根据隧道开挖断面合理划分上下断面的大小，设置下断面的临时型钢拱架、拱形及支护措施，保证开挖的顺利进行。
其中：根据施工组织及具体围岩条件合理错开上下断面距离，按3～6m控制。
其中：上断面每次开挖进尺为一榀钢架，保证拱部围岩的完整性，极大降低施工风险。
其中：步骤一中拱部超前支护选择大管棚、小导管或拱部帷幕注浆，小导管循环进尺为3～4.5m，大管棚循环进尺为20～30m，帷幕注浆循环进尺为12～15m，在开挖的隧道掌子面前方先期施作超前支护措施，首环超前支护在明挖车站或施工竖井内施作，后续在已开挖的隧道硐室内施作。
其中：上下断面错开一定步距，循环作业，直至整个硐室开挖完成，然后铺设防水层，模筑二衬，完成隧道施工。
其中：步骤四中具体为：隧道全断面硐室沿纵向贯通后，清理上断面爆破落下的石渣，施作隧道周圈的防水板，在防水板内侧顺做隧道二衬结构，完成整个隧道的施工。
其中：防水板采用热熔垫片与土工布及初期支护连接。
通过上述内容可知，本发明的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法具有如下效果：
1、可有效规避目前薄覆岩地层中单洞单线隧道开挖支护存在的各种风险，提高了现场工效，节省了施工投资，具有良好的技术经济环境综合效益。
2、在保证足够覆岩的基础上先行爆破开挖隧道下断面形成下部导洞，同时可完成下断面的初期支护。
3、上断面开挖时可利用已开挖的下断面作为临空面，如此，有效降低了爆破对拱部围岩和超前支护的震动影响，极大提高了拱部的安全。
4、上断面爆破的渣土可作为后续上断面施工作业平台，节省了出渣运料、架设作业平台的时间，极大提高了功效，并能尽快封闭初期支护，降低了施工风险。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法的横断面示意图。
图2显示了本发明的纵断面示意图。
图3显示了本发明步骤一的示意图。
图4显示了本发明步骤二的示意图。
图5显示了本发明步骤三的示意图。
图6显示了本发明步骤四的示意图。
附图标记：
10、第四系砂土层；11、岩石层；12、岩土分界线；111、下断面掌子面；112、上断面掌子面；13、石渣；14、临时型钢拱架；15、连接钢板；16、锁脚锚杆；17、下断面格栅；18、上断面格栅。
具体实施方式
参见图1和2，显示了本发明的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其用于图2所示的薄覆岩地层，所述薄覆岩地层包含位于上部的第四系砂土层10和下部的岩石层11，所述第四系砂土层10和岩石层11之间为岩土分界线12。
所述适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法包括如下步骤：
步骤一：完成拱部超前支护(参见图3)，超前支护可根据具体的地质条件选择大管棚、小导管、拱部帷幕注浆，或其中2至3种措施组合，小导管循环进尺一般为3～4.5m，大管棚循环进尺一般为20～30m，帷幕注浆循环进尺一般为12～15m。超前支护的目的是为隧道上断面的开挖提供有效的棚护支撑，保证开挖硐室上方不稳定岩石或砂土层的自稳性。具体实施为：在开挖的隧道掌子面前方先期施作超前支护措施，首环超前支护在明挖车站或施工竖井内施作，后续在已开挖的隧道硐室内施作。
步骤二：参见图4，爆破开挖下断面硐室Ⅰ。下断面开挖进尺为1m，开挖后及时施作隧道下断面格栅17及临时型钢拱架14，临时型钢拱架可采用工16～20型号工字钢，横向间距1m，临时型钢拱架14的两端采用连接钢板15与下断面格栅17进行有效焊接，下断面格栅17施作后应及时打设锁脚锚杆16，以保证下断面硐室的稳定性。完成以上步序后即形成以临时型钢拱架14、隧道下断面格栅17、锁脚锚杆16为初期支护的下断面硐室Ⅰ。
步骤三：参见图5，下断面开挖超前3～5m，通过钻爆法开挖上断面硐室Ⅱ。上断面开挖进尺为0.5m，开挖完成后及时施作上断面格栅18，并与下断面格栅17通过钢板作有效连接，上断面爆破落下的石渣13可作为上断面后续施工的作业平台，边开挖上断面边逐榀拆除临时型钢拱架14。完成以上步序后即形成以上断面格栅18、下断面格栅17及拱部超前支护为初期支护的全断面硐室，至此，完成隧道整个断面的开挖。
步骤四：参见图6，隧道全断面硐室沿纵向贯通后，清理上断面爆破落下的石渣13，施作隧道周圈防水板，防水板可采用短钢筋与周圈格栅作可靠连接，在防水板内侧顺做隧道二衬结构，完成整个隧道的施工。
其中，对于隧道上下断面的合理确定可参照以下两点：1)根据隧道所处地层的围岩条件，保证下断面开挖上方覆岩厚度大于等于下断面开挖洞径；2)机械设备操作空间，中小型设备操作高度大于3m即可开展，因此需保证下断面硐室高度不小于3m。
其中，下断面的临时型钢拱架、拱形及支护措施的选取可参照以下三点：1)临时型钢拱架可根据岩石条件，采用工16～20型号工字钢，横向间距0.75～1.2m；2)拱形可根据经验拟定，同时需满足下断面机械操作空间及下断面上部覆岩厚度要求(此项参见上下断面合理确定的参照点)；3)关于支护参数的选取，下断面一般采用临时型钢拱架即可，无需其他支护措施，若围岩较破碎，可在下端面上方打设3.5m长超前小导管。
其中，在隧道开挖前施作拱部超前支护措施，下断面爆破开挖后及时出渣，施作下断面的格栅钢架，打设好锁脚锚杆，可根据施工组织及具体围岩条件合理错开上下断面距离，一般可按3～6m控制。
上断面开挖严格控制进尺，每次开挖进尺为一榀格栅。开挖时充分利用下部临空面，通过优化炮孔布置及装药量，严格控制爆破振速，减小爆破振动对拱顶围岩的扰动，尽可能的保证拱部围岩的完整性，可极大降低施工风险。
上断面爆破前按开挖进尺拆除下断面临时顶拱(若设)，进行简单的渣土整理后，迅速完成上断面格栅，从而封闭整个硐室的初期支护。
上下断面错开一定步距，循环作业，直至整个硐室开挖完成，然后铺设防水层，模筑二衬，完成隧道施工。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (10)
1.一种适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：完成拱部超前支护；
步骤二：爆破开挖下断面，形成下断面掌子面，清理部分渣土后及时完成下断面的初期支护及拱部的临时型钢拱架；
步骤三：下断面超前3～5m，通过钻爆法开挖上断面并拆除下断面的临时型钢拱架，同时完成全断面初期支护；
步骤四：清理上断面爆破落下的石渣，施作防水板、二衬结构。
2.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：步骤二中具体为：下断面开挖后施作隧道下断面格栅及临时型钢拱架，临时型钢拱架的两端采用钢板与下断面格栅进行有效焊接，下断面格栅施作后应及时打设锁脚锚杆，完成以上步序后即形成以临时型钢拱架、隧道下断面格栅、锁脚锚杆为初期支护的下断面硐室。
3.如权利要求2所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：临时型钢拱架采用工16～20型号工字钢，横向间距0.75～1.2m。
4.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：根据隧道开挖断面合理划分上下断面的大小，设置下断面的临时型钢拱架、拱形及支护措施，保证开挖的顺利进行。
5.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：根据施工组织及具体围岩条件合理错开上下断面距离，宜按3～6m控制。
6.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：上断面每次开挖进尺为一榀钢架，及时施作初期支护，极大降低施工风险。
7.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：步骤一中拱部超前支护选择大管棚、小导管或拱部帷幕注浆，小导管循环进尺为3～4.5m，大管棚循环进尺为20～30m，帷幕注浆循环进尺为12～15m，在开挖的隧道掌子面前方先期施作超前支护措施，首环超前支护在明挖车站或施工竖井内施作，后续在已开挖的隧道硐室内施作。
8.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：上下断面错开一定步距，循环作业，直至整个硐室开挖完成，然后铺设防水层，模筑二衬，完成隧道施工。
9.如权利要求1所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：步骤四中具体为：隧道全断面硐室沿纵向贯通后，清理上断面爆破落下的石渣，施作隧道周圈的防水板，在防水板内侧顺做隧道二衬结构，完成整个隧道的施工。
10.如权利要求9所述的适用于薄覆岩地层的隧道逆台阶开挖工法，其特征在于：防水板采用热熔垫片与土工布及初期支护连接。
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