CN113187514A - 一种市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道挖掘技术领域，具体涉及一种市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，开挖前通过对小净距段掌子面进行超前预注浆，提高掌子面前方围岩及中间岩柱的自稳性，使中间岩柱成为整体，并且在开挖后通过施工低预应力对拉锚杆，加强两侧岩壁的连接性，保证隧道小净距段中间岩柱整体的稳定性，采取对掌子面前方围岩超前预注浆的方式，注浆孔为多圈，多圈注浆孔呈伞状延伸，以通过浆液的扩散凝固对前方围岩及中间岩柱起到固结作用，增强了掌子面围岩和中间岩柱的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于铁路隧道工程施工技术领域，具体涉及一种市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法。
背景技术
目前，在我国市域铁路隧道工程施工中，双线上下行隧道的选线如不受地形限制，往往会出现一种新的结构形式即小净距隧道。小净距隧道具有施工过程中对地上及周边环境的干扰小，造价低的特点，在市域铁路中越来越受到青睐。由于小净距隧道中间岩柱体厚度远小于普通分离式隧道，并且受不同地质影响，围岩变形和支护结构受力较为复杂，中间岩柱体的稳定性是小净距隧道施工成功与否的关键。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中燕尾端隧道中间岩柱体的不稳定性，提高施工效率和施工安全性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种市域铁路矿山法隧道燕尾段(小净距)施工方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，根据设计图纸对隧道断面轮廓线进行测量，确定隧道的注浆固结外缘线，并在隧道端面上进行注浆孔点位放样，其中，所述注浆孔有多圈，每圈所述注浆孔关于隧道断面周向均布；
步骤S2，沿预设的注浆孔点位进行打孔，任意一圈所述注浆孔在隧道开挖方向上向隧道端面轮廓线的外围倾斜以呈伞形分布，其中，所述注浆孔的倾斜角度自外圈至内圈依次减小，使每圈所述注浆孔的末端延伸至所述注浆固结外缘线上，所有注浆孔应在注浆前用承压水进行清孔，清孔水压不小于注浆压力的70％，清孔至回流水稳定澄清不浑浊，孔内沉渣厚度不得大于20cm，附近有正在注浆的孔道或者注浆完成浆液强度未达到80％时，不得进行清孔作业；
步骤S3，在所述注浆孔内埋设孔口管，所述孔口管上至少具有注浆管和止浆阀；将注浆管连接注浆机进行超前预注浆，注浆过程中，注浆顺序为由外圈至内圈依次注浆；
步骤S4，注浆完成后，对隧道进行开挖。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，超前预注浆每次的注浆长度为30米，每开挖22米进行一次超前预注浆，以此循环向前开挖。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，所述注浆孔为4圈，各圈注浆孔之间的半径差为75cm。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，所述注浆孔的角度自外圈至内圈依次为26°、20°、16°、12°。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，超前预注浆的方式包括：
后退式注浆，采用钻机直接钻孔至预设注浆孔深度；
前进式注浆，采取钻一段注一段的方式，直至预设注浆孔深度。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，步骤S4中，采用台阶临时仰拱法进行开挖。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，所述台阶临时仰拱法包括：
开挖上台阶，上台阶每循环开挖支护进尺不应大于1榀钢架间距，首先对开挖后围岩面进行混凝土初喷，待初喷完成后架设拱架，拱架每侧均打入不少于两个中空锚杆，中空锚杆打入后采用螺纹钢筋与拱架紧密焊接，相邻拱架间采用钢筋进行连接，架设完毕后进行混凝土复喷，两侧完成支护后，于底部喷射10cm厚c25混凝土封闭后，用I16型钢钢架作为临时仰拱进行支护，钢架间距与两侧初期支护一致，用钢板螺栓紧固，完成上台阶支护；
开挖下台阶之前，通过监控量测变形数据判断是否稳定，数据判断稳定后才可进行开挖，先拆除上台阶临时仰拱，然后在下台阶左右两侧进行单独开挖，两侧开挖里程不得在同一断面，需错开至少2.4m以上间距，一侧开挖完毕后，立即对上台阶拱脚处进行钢架接长，钢架与拱架接头处采用两片钢板对接，钢板间夹橡胶垫板，钢板采用螺栓螺母连接，钢架满焊在钢板上，钢架架设完毕后打设砂浆锚杆，并进行混凝土喷射；其中，下台阶每次开挖循环进尺不得大于两榀拱架间距；
开挖下部仰拱部分，开挖完毕后，立即施作仰拱混凝土，仰拱混凝土浇筑完成并达到初凝后，浇筑仰拱填充混凝土；其中，仰拱每次开挖长度不得大于3m。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，每一榀钢架的间距为80cm。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，所述方法还包括步骤5，开挖完成后施作预应力锚杆。
如上所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，优选，施作预应力锚杆包括：
钻孔，按施工图纸布置位置使用风钻进行钻孔；
安装，钻孔完成后，进行锚杆安装，锚杆长度比设计中夹岩厚度长25cm，锚杆可分作多段加工而成，采用连接套筒进行连接螺纹连接；
施作预应力，锚杆安装完成后，孔口处采用砂浆找平，安装螺母、垫板、止浆塞，采用扭力扳手进行张拉；
注浆封堵，锚杆张拉完成后，立即进行注浆封堵。
有益效果：开挖前通过对小净距段掌子面进行超前预注浆，提高掌子面前方围岩及中间岩柱的自稳性，使中间岩柱成为整体，并且在开挖后通过施工低预应力对拉锚杆，加强两侧岩壁的连接性，保证隧道小净距段围岩整体的稳定性，
针对隧道小净距段围岩特点，采用低预应力对拉锚杆加固中间岩柱的支护方式来确保中间岩柱的稳定，使开挖过程安全性得到了极大的保障，并且在隧道小净距段开挖前，采取对掌子面前方围岩超前预注浆的方式，通过浆液的扩散凝固对前方围岩及中间岩柱起到固结作用，增强了掌子面围岩和中间岩柱的稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明所提供具体实施例中注浆孔正面示意图；
图2为本发明所提供具体实施例中注浆孔剖面结构示意图；
图3为本发明所提供具体实施例中台阶临时仰拱法开挖台阶示意图；
图4为本发明所提供具体实施例中展开后的相邻拱架连接示意图；
图5为本发明所提供具体实施例中钢架与拱架接头处的连接示意图。
图例说明：1.注浆固结外缘线；2.隧道断面轮廓线；3.注浆孔；4.上台阶；5.下台阶；6.仰拱；7.拱架；8.钢筋；9.钢架。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种市域铁路矿山法隧道燕尾段(小净距)施工方法，开挖前通过对小净距段掌子面进行超前预注浆，提高掌子面前方围岩及中间岩柱的自稳性，使中间岩柱成为整体。
如图1-5所示，本发明所提供的工法包括以下步骤：
步骤S1，根据设计图纸对隧道断面轮廓线2进行测量，确定隧道的注浆固结外缘线1，并在隧道端面上进行注浆孔3点位放样，其中，注浆孔3有多圈，每圈注浆孔3关于隧道断面周向均布；
步骤S2，沿预设的注浆孔3点位进行打孔，任意一圈注浆孔3在隧道开挖方向上向隧道端面轮廓线的外围倾斜以呈伞形分布，其中，注浆孔3的倾斜角度自外圈至内圈依次减小，使每圈注浆孔3的末端延伸至注浆固结外缘线1上，所有注浆孔3应在注浆前用承压水进行清孔，清孔水压不小于注浆压力的70％，清孔至回流水稳定澄清不浑浊，孔内沉渣厚度不得大于20cm，附近有正在注浆的孔道或者注浆完成浆液强度未达到80％时，不得进行清孔作业；
步骤S3，在注浆孔3内埋设孔口管，孔口管上至少具有注浆管和止浆阀；将注浆管连接注浆机进行超前预注浆，注浆过程中，注浆顺序为由外圈至内圈依次注浆；
步骤S4，注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，注浆达到效果后进行隧道开挖。
每圈注浆孔3设检查孔5个，具体地，对应隧道的拱部2个、左右边墙各1个、底部1个，检查孔直径Φ110，长度约30m，平均出水量＜0.2L/min，也可采用任一孔出水量＜5L/min；压水检查，在1.0MPa下吸水量＜2L/min，加固体抗压强度不小于3MPa，岩体岩石质量指标(RQD)指标达到75～80。满足上述条件，则认为注浆达到效果，才可进行下部开挖；否则，进行二次钻孔并注浆。
在本实施例中，注浆固结外缘线1位于隧道断面轮廓线2外5米处，其中，超前预注浆使浆液扩散到注浆深孔周边所有的岩层裂隙中，注浆孔3的布置要以注浆范围不出现空白为原则，提高掌子面前方围岩及中间岩柱的自稳性，使中间岩柱成为整体，保证隧道小净距段围岩整体的稳定性。
在本申请的另一可选实施例中，超前预注浆每次的注浆长度为30米，每开挖22米进行一次超前预注浆，以此循环向前开挖。注浆材料采用纯水泥浆液(水灰比为1：1)，注浆压力终压值1.0MPa～1.5MPa，单注浆孔3有效扩散半径可达2m，当然，具体数值也结合实际情况进行调整。
在本申请的另一可选实施例中，注浆孔3为4圈，各圈注浆孔3之间的半径差为75cm。四圈注浆孔3共设98个注浆孔3，各圈自内向外分别为8个、13个、21个、56个，注浆孔3的布置要以注浆范围不出现空白为原则。
在一些实施例中，4圈注浆孔3所对应的圆心处设有隧道开挖方向延伸的中心注浆孔3，进一步保证注浆范围不会出现空白。
在本申请的另一可选实施例中，注浆孔3的角度自外圈至内圈依次为26°、20°、16°、12°。四圈注浆孔3以不同的倾斜度延伸至注浆固结外缘线1，使注浆孔3在隧道开挖方向上分布均匀，除此之外，进行循环开挖和注浆，以对隧道开挖端面与注浆固结外缘线1之间充分注浆。
在一些实施例中，采用DF4B潜孔钻机进行钻孔，先根据设计孔位、参数，在工作面上放样钻孔位置，用红色油漆标记，调整钻杆角度，对准孔位，钻孔深度前3m时，钻孔直径为110mm；钻孔深度3m至终孔时，钻孔直径为91mm。
在本申请的另一可选实施例中，超前预注浆的方式包括：
后退式注浆，采用钻机直接钻孔至预设注浆孔深度；
前进式注浆，采取钻一段注一段的方式，直至预设注浆孔深度。
具体地，钻孔注浆顺序由外向内，在同一圈孔间隔施工，注浆形式采用后退式注浆，岩层破损容易造成塌孔时，采用前进式注浆。当采取后退式注浆时，可采用钻机直接钻孔至设计深度，当采取前进式注浆时采取钻一段注一段的方式，直至设计孔深，钻进过程可能遇到涌水或因岩层破损造成卡钻时，应停止钻进，进行注浆扫孔后再行钻进。
在本申请的另一可选实施例中，孔口管要保证不漏浆、不窜浆，其埋设方法：先用YQ-100型冲击式钻机钻孔1m深，再将Φ108mm孔口管插入，外露30～40cm，管壁与孔口接触处用锚固剂封堵，钻孔时要控制好外插角度，孔口管端部利用法兰设置阀门及注浆管。
使用JB400型搅浆机进行制浆，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，浆液搅拌后用规格为1mm×1mm的滤网过滤后，再重新搅拌。注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，每循环设检查孔5个，其中拱部2个，左右边墙各1个，底部1个，检查孔直径为110mm，长度约30m，平均出水量＜0.2L/min，也可采用任一孔出水量＜5L/min；压水检查，在1.0MPa下吸水量＜2L/min，加固体抗压强度不小于3MPa，岩体RQD指标达到75～80。满足上述条件，则认为注浆达到效果，才可进行开挖。
在本申请的另一可选实施例中，步骤S4中，采用台阶临时仰拱法进行开挖。超前预注浆达到效果且超前措施施作完成后进行开挖掌子面，采用两台阶方式进行开挖，爆破采用弱爆破，严格控制炮眼深度及装药量，避免对中间岩柱产生过大的影响，后行洞里程应滞后于先行洞至少60m才可进行后行洞的开挖。
在本实施例中，台阶临时仰拱法开挖步骤包括：
开挖上台阶4，上台阶4每循环开挖支护进尺不应大于1榀钢架9间距，首先对开挖后围岩面进行混凝土初喷，待初喷完成后架设拱架7，拱架7每侧均打入不少于两个中空锚杆，中空锚杆打入后采用钢筋8与拱架7紧密焊接，相邻拱架7间采用钢筋8进行连接，架设完毕后进行混凝土复喷，两侧完成支护后，于底部喷射10cm厚c25混凝土封闭后，用I16型钢钢架9作为临时仰拱6进行支护，钢架9间距与两侧初期支护一致，用钢板螺栓紧固，完成上台阶4支护；
其中，施作上台阶4洞身初喷4cm厚混凝土，打设系统锚杆，架立拱架7，安装锁脚锚管后复喷至设计厚度，拱架7底部设置I16工字钢作为临时支护，复喷10cm厚混凝土。拱架7采用I18型钢架9作为支撑，拱架7间距(一榀)为0.8m，拱架7每侧拱脚采用Φ42mm，L＝3.5m的无缝钢管作为锁脚锚管，每侧俩根紧贴型钢拱架7，锚管打入后采用Φ22MMU型螺纹钢筋与拱架7紧密焊接，相邻拱架7间采用Φ22MM纵向连接钢筋8进行连接，环向间距1.0m，拱架7在初喷4cm的c25喷射混凝土后架设，架设完毕后复喷至设计厚度。隧道围岩拱部系统锚杆采用长3m，Φ22MM中空锚杆，边墙采用长3m，Φ22MM砂浆锚杆，锚杆间距布置为环纵向1m*1m。
开挖下台阶5之前，通过监控量测变形数据判断是否稳定，数据判断稳定后才可进行开挖，先拆除上台阶临时仰拱6，然后在下台阶5左右两侧进行单独开挖，两侧开挖里程不得在同一断面，需错开至少2.4m以上间距，一侧开挖完毕后，立即对上台阶4拱脚处进行钢架9接长，钢架9与拱架7接头处采用两片钢板对接，钢板间夹橡胶垫板，钢板采用螺栓螺母连接，钢架9满焊在钢板上，钢架9架设完毕后打设砂浆锚杆，并进行混凝土喷射；其中，下台阶5每次开挖循环进尺不得大于两榀拱架7间距，即1.6m，接头处采用两片16mm厚钢板对接，钢板间夹3mm厚橡胶垫板，钢板采用M27配套螺栓螺母连接，钢架9满焊在钢板上。钢架9架设完毕后打设Φ22砂浆锚杆，复喷c25喷射混凝土至设计厚度。
开挖下部仰拱部分，开挖完毕后，立即施作仰拱混凝土，仰拱混凝土浇筑完成并达到初凝后，浇筑仰拱填充混凝土；其中，仰拱6每次开挖长度不得大于3m，仰拱混凝土采用c35，p10抗渗混凝土现场浇筑，仰拱混凝土浇筑完成达到初凝后可浇筑仰拱填充混凝土，仰拱填充混凝土采用c20混凝土现浇。
在上述实施例中，每一榀钢架9的间距为80cm。
在本申请的另一可选实施例中，方法还包括步骤5，开挖完成后施作预应力锚杆，具体为：
钻孔，按施工图纸布置位置使用风钻进行钻孔，孔径、孔深均不得小于设计值，锚杆孔水平打设。钻孔过程中，及时检查孔斜误差，合理纠偏，保证钻孔角度的准确。钻孔开始采用轻冲击钻孔，反复校核钻孔角度，准确无误后再全速钻进。
安装，钻孔完成后，进行锚杆安装，锚杆长度比设计中夹岩厚度长25cm，锚杆可分作多段加工而成，采用连接套筒进行连接螺纹连接；
施作预应力，锚杆安装完成后，孔口处采用砂浆找平，安装螺母、垫板、止浆塞，采用扭力扳手进行张拉；设计张拉值为50KN，预应力张拉采用扭力扳手进行，张拉设备在张拉前应进行标定，根据标定报告换算出拉力所对应的扭力扳手刻度表读数，将扭力扳手刻度值调整到相应的拉力值后，对预应力锚杆进行张拉，当扭力扳手报警，即认定预应力锚杆锁定到设计张拉值。
注浆封堵，锚杆张拉完成后，立即进行注浆封堵。浆液采用水泥浆液，配合体积比为水泥：锚固剂：水＝1：0.01：0.5，相邻的两个锚杆中，一个锚杆用于注浆，另一个锚杆用于观察注浆效果，当用于观察注浆效果的锚杆排出的浆液于注入浆液同等浓度且无气泡时，视为注浆完成并立即封堵注浆口。
综上所述，本申请提供了一种市域铁路矿山法隧道燕尾段(小净距)施工方法，通过在隧道开挖端面设置多圈呈伞形延伸的注浆孔3，以保证对隧道中心及隧道外围岩的注浆，提高注浆完整性；通过本方法一次注浆即可进行隧道开挖，大大提高了隧道开挖进度，同时降低隧道外围岩坍塌的可能性。
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、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，根据设计图纸对隧道断面轮廓线进行测量，确定隧道的注浆固结外缘线，并在隧道端面上进行注浆孔点位放样，其中，所述注浆孔有多圈，每圈所述注浆孔关于隧道断面周向均布；
步骤S2，沿预设的注浆孔点位进行打孔，任意一圈所述注浆孔在隧道开挖方向上向隧道端面轮廓线的外围倾斜以呈伞形分布，其中，所述注浆孔的倾斜角度自外圈至内圈依次减小，使每圈所述注浆孔的末端延伸至所述注浆固结外缘线上；
步骤S3，在所述注浆孔内埋设孔口管，所述孔口管上至少具有注浆管和止浆阀；将注浆管连接注浆机进行超前预注浆，注浆过程中，注浆顺序为由外圈至内圈依次注浆；
步骤S4，注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，注浆达到效果后进行隧道开挖。
2.根据权利要求1所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，超前预注浆每次的注浆长度为30米，每开挖22米进行一次超前预注浆，注浆孔的布置要以注浆范围不出现空白为原则，以此循环进行施工。
3.根据权利要求1所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，注浆孔以隧道中轴呈伞形布置，孔底间距3m布置，每一循环共设4圈98个注浆孔，各圈注浆孔之间的半径差为75cm，单注浆孔有效扩散半径2m。
4.根据权利要求1所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，所述每圈注浆孔的角度自外圈至内圈依次为26°、20°、16°、12°。
5.根据权利要求1所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，超前预注浆的方式包括：
后退式注浆，采用钻机直接钻孔至预设注浆孔深度；
前进式注浆，采取钻一段注一段的方式，直至预设注浆孔深度。
钻进过程可能遇到涌水或因岩层破损造成卡钻时，应停止钻进，进行注浆扫孔后再行钻进。
6.根据权利要求1所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，步骤S4中，采用台阶临时仰拱法进行开挖。
7.根据权利要求6所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，所述台阶临时仰拱法包括：
开挖上台阶，上台阶每循环开挖支护进尺不应大于1榀钢架间距，首先对开挖后围岩面进行混凝土初喷，待初喷完成后架设拱架，拱架每侧均打入不少于两个中空锚杆，中空锚杆打入后采用螺纹钢筋与拱架紧密焊接，相邻拱架间采用钢筋进行连接，架设完毕后进行混凝土复喷，两侧完成支护后，于底部喷射混凝土封闭后，用型钢钢架作为临时仰拱进行支护，钢架间距与两侧初期支护一致，用钢板螺栓紧固，完成上台阶支护；
开挖下台阶之前，通过监控量测变形数据判断是否稳定，数据判断稳定后才可进行开挖，先拆除上台阶临时仰拱，然后在下台阶左右两侧进行单独开挖，两侧开挖里程不得在同一断面，需错开至少2.4m以上间距，一侧开挖完毕后，立即对上台阶拱脚处进行钢架接长，钢架与拱架接头处采用两片钢板对接，钢板间夹橡胶垫板，钢板采用螺栓螺母连接，钢架满焊在钢板上，钢架架设完毕后打设砂浆锚杆，并进行混凝土喷射；其中，下台阶每次开挖循环进尺不得大于两榀拱架间距；
开挖下部仰拱部分，开挖完毕后，立即施作仰拱混凝土，仰拱混凝土浇筑完成并达到初凝后，浇筑仰拱填充混凝土；其中，仰拱每次开挖长度不得大于3m。
8.根据权利要求7所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，每一榀钢架的间距为80cm。
9.根据权利要求1所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，所述方法还包括步骤5，开挖完成后立即施作预应力锚杆。
10.根据权利要求9所述的市域铁路矿山法隧道燕尾段施工方法，其特征在于，施作预应力锚杆包括：
钻孔，按施工图纸布置位置使用风钻进行钻孔；
安装，钻孔完成后，进行锚杆安装，锚杆长度比设计中夹岩厚度长25cm，锚杆可分作多段加工而成，采用连接套筒进行连接螺纹连接；
施作预应力，锚杆安装完成后，孔口处采用砂浆找平，安装螺母、垫板、止浆塞，完成一端锚固工艺后，在另一端采用扭力扳手进行张拉；
注浆封堵，锚杆张拉完成后开始注浆，相邻的两个锚杆中，一个锚杆用于注浆，另一个锚杆用于观察注浆效果，当用于观察注浆效果的锚杆排出的浆液于注入浆液同等浓度且无气泡时，视为注浆完成并立即封堵注浆口。
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