CN113464148A - 昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法 - Google Patents

昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法 Download PDF

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吴胜红
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张义君
邹永木
颛孙晓康
邓杰
张彪
尹智勇
陈文萍
刘咏梅
田刚
熊志刚
侯佳俊
周琪
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Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，包括以下步骤，步骤1，超前地质预报；步骤2，洞身开挖；步骤3，初期支护；采用拱架全环支护，相邻拱架之间通过连接筋连接；在各台阶拱脚处，每榀拱架两侧均安设若干第一锁脚锚管；在各台阶拱脚处，相邻的两榀拱架之间搭接纵向拱架，所述纵向拱架上预留锚管孔；喷混凝土后，在所述锚管孔处安设第二锁脚锚管，管内注浆封闭；步骤4，进行二衬衬砌；安设第二锁脚锚管后，能够有效控制隧道沉降。在调整时，并不影响原有的第一锁脚锚管的施工参数，利于加快施工进度。配合三台阶临时仰拱法，在有效控制隧道沉降的同时，缩短了工序循环时间进而缩短了工期。

Description

昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法。
背景技术
格达地质为半成岩状，兼具土和岩的特性，但稳定性极差，有水极易软化，失水后层层剥离分解粉化，暴露于空气中风化速度快，并且节理发育，施工中常遇到垮塌等情况，甚至导致隧道冒顶等危害。随着主体洞身开挖，打破了岩体的平衡，周围地层势必会受到扰动，继而变形，岩体的变形导致地表和地表的建筑发生失稳，严重时会导致既有建筑物失去稳定性而破坏，影响既有地表建筑物的使用安全。
为保证工期能按时完成，隧道昔格达地层段浅埋在不影响地表大型构筑物的安全使用时如何加快施工进尺，缩短下穿建筑物时间是急需解决的问题。隧道的安全快速施工技术是一项综合技术，涉及到设计、施工的各个环节，要实现安全快速掘进，就必须实现隧道的动态施工，建立隧道安全快速施工的合理支护体系。除了进行超前地质预报、信息化监测等外，安全快速支护是实现安全、快速掘进的重要一环。
监控沉降参数并能及时调整支护方式尤为重要。但是，目前施工过程中，采用的在每榀拱架处设置多个锁脚锚管的方式，由于其数量设置较大，难于根据沉降参数，快速的调整支护结构。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的如何在不影响地表大型构筑物的安全使用情况下，进行昔格达地层特长隧道安全快速浅埋段下穿地表建筑物施工时，由于沉降明显增加，现有的施工和支护方式难于快速调整支护结构的问题，提供一种昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法。该方法通过大锁脚施工技术，在保持原设计锁脚锚管不变的情况下，在相邻拱架之间设置大锁脚，有效的控制昔格达地层隧道沉降，优化了隧道下穿昔格达地层段既有建筑物的支护形式，利于隧道的安全快速掘进。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，包括以下步骤，
步骤1，超前地质预报；
步骤2，洞身开挖；
步骤3，初期支护；采用拱架全环支护，相邻拱架之间通过连接筋连接；在各台阶拱脚处，每榀拱架两侧均安设若干第一锁脚锚管；
在各台阶拱脚处，相邻的两榀拱架之间搭接纵向拱架，所述纵向拱架上预留锚管孔；喷混凝土后，在所述锚管孔处安设第二锁脚锚管，管内注浆封闭；
步骤4，进行二衬衬砌；
在洞身开挖时采用台阶式临时仰拱法或者CRD法实施。在实施过程中，通常采用的控制沉降的方式为，在每榀拱架两侧均安设若干第一锁脚锚管。这种设置方式，尤其在采用三台阶临时仰拱法时，在中台阶开挖后，与上台阶接长拱架时容易出现沉降速率超标的问题。这主要是因为锁脚锚管起到的作用有限，在昔格达软质泥浆中细小的锚管隧钢架沉降时很容易将软岩切开，很难锁住钢架。通过在相邻的两榀宫拱架之间，先设置纵向拱架，安设第二锁脚锚管后，能够有效控制隧道沉降。
作为本发明的优选方案，步骤2中，采用三台阶临时仰拱法；上台阶、中台阶和下台阶开挖步距为5-10m，采用机械开挖，采用开挖一榀支护一榀的方式进行支护紧跟施工。
采用三台阶临时仰拱法，每月进尺约为50m。而双侧壁导坑法每月进尺仅约为20m，CRD法每月进尺仅约为25m。采用三台阶临时仰拱法与增加第二锁脚锚管的方式相结合，在有效控制隧道沉降的同时，缩短了工序循环时间进而缩短了工期。
作为本发明的优选方案，在施工过程中，进行围岩量测，获得日累计沉降量；当日累计沉降量＞5mm时，即时将第二锁脚锚管加长，加长长度为1-2米。
根据量测结果即时在后续施工中增加第二锁脚锚管的长度。而原来的第一锁脚锚管在保持相同条件的情况下施工，施工参数一致，利于保持施工进度。
作为本发明的优选方案，所述围岩量测包括洞内拱顶沉降及收敛，先确定监测区域，然后在不沉降的位置设置基准点。单个断面设置7个水泥桩监测点，间距2.5m～5m。隧道施工掌子面距离监控点前30m时开始测量，掌子面超过测点20m且数据显示稳定后停止监测。
监控量测方法：监控量测采用洞内拱顶沉降及收敛，在隧道上方采用路面及建筑物地表沉降和位移监测。测试隧道开挖时对地面沉降的影响及其影响范围，主要设置地表沉降点，建筑物沉降观测点及路面沉降观测点。当地表沉降点发生下沉时，用全站仪对测点进行位移测量，以此来判断测点的下沉是竖向的还是带有横向的，分析测点沉降是否跟隧道有直接关系。实施信息化管理，结合超前地质预报，及时调整施工工序和支护参数，确保施工处于安全可控状态。
作为本发明的优选方案，在无水条件下，在每个上台阶、中台阶、下台阶拱脚处，所述第一锁脚锚管的数量均为2-3根；在有水条件下，在每个上台阶、下台阶拱脚处，所述第一锁脚锚管的数量均为2-3根；在中台阶拱脚处，所述第一锁脚锚管的数量为4-5根。
在无水条件下，上、中、下台阶拱脚每处所述第一锁脚锚管的数量为2-3 根时，第一根第一锁脚锚管与水平地面的夹角为20-30°，第二根第一锁脚锚管位于第一根第一锁脚锚管下方，且两根第一锁脚锚管的夹角为20-30°；所述第二锁脚锚管的数量为1根，且与水平底面的夹角为20-60°；
在有水条件下，在上述条件基础上，增加中台阶拱脚处的第一锁脚锚管数量。在中台阶拱脚处，每处所述第一锁脚锚管数量为4-5根，每根长4-5米，第一根第一锁脚锚管与水平地面的夹角为15°，第二根第一锁脚锚管位于第一根第一锁脚锚管下方，第三根第一锁脚锚管位于第二根第一锁脚锚管下方，第四根第一锁脚锚管位于第三根第一锁脚锚管下方，相邻的两根第一锁脚锚管的夹角为10°；所述第二锁脚锚管数量为1根，且与水平地面的夹角为15°-45°
作为本发明的优选方案，所述第二管脚锚管的与水平地面的夹角小于所述第一管脚锚管与水平地面的最大夹角，且大于所述第一管脚锚管与水平地面的最小夹角。
作为本发明的优选方案，所述第一管脚锚管为φ42锁脚锚管，长度为4-5 米；所述第二管脚锚管为φ76锁脚锚管，长度为4-10米。
作为本发明的优选方案，在步骤2之前，采用小导管配合管棚的方式施作超前支护；在无水条件下，采用双层Φ42小导管配合Φ76中管棚施作超前支护；在有水条件下，当隧道1/2上部为昔格达地质时，采用单层Φ42小导管配合Φ 108大管棚施作超前支护，当隧道全断面为昔格达地质时，采用单层Φ42小导管加Φ159大管棚施做超前支护。
作为本发明的优选方案，所述拱架为采用I22b型钢钢架，所述连接筋为Φ 22连接筋。
作为本发明的优选方案，在有水条件下，出现较大股状水时，进行施工防水、排水，采取堵水措施，进行基础处理。
本发明还提供一种适用于昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物隧道的支护结构，包括超前支护的管棚和若干榀拱架，所述管棚位于隧道顶拱区域，若干所述拱架沿隧道延伸方向排布，相邻所述拱架之间连接有连接筋；每个拱架两侧均设有第一锁脚锚管；相邻拱架之间连接有纵向拱架，所述纵向构架上设有第二锁脚锚管；所述第二锁脚锚管直径大于所述第一锁脚锚管。
通过上述结构设置，在第一锁脚锚管满足基本沉降要求的情况下，能够灵活的通过调整第二锁脚锚管的长度控制隧道沉降，利于加快施工进度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，在通常采用的每榀拱架两侧均安设若干第一锁脚锚管的基础上，通过在相邻的两榀宫拱架之间，先设置纵向拱架，安设第二锁脚锚管后，能够有效控制隧道沉降。在施工过程中通过实时监测，当日沉降量大于5mm时，即时调整第二锁脚锚管的长度，在调整时，并不影响原有的第一锁脚锚管的施工参数，利于加快施工进度。配合三台阶临时仰拱法，在有效控制隧道沉降的同时，缩短了工序循环时间进而缩短了工期。
2、本发明的昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，在无水、有水等不同工况时，针对不同地质条件隧道沉降不同，采用不同的超前支护方式，进而保证了通过调整第二锁脚锚管的长度能够实现对隧道沉降的控制。在不同的工况下，将不同的超前支护方式与第二锁脚锚管长度相结合，形成了一套完整的支护方案，利于高效、安全的完成了隧道施工，保证了地表建筑物的结构安全和正常使用。该工法满足设计，符合规范，保障了施工安全，提高了施工效率，保证了施工质量。特别是缩短了工期，降低了成本。
附图说明
图1是本发明的施工方法流程图。
图2是本发明的施工方法在无水条件下三台阶临时仰拱法施工工序示意图；
图3是本发明的施工方法在无水条件下CRD法施工工序示意图；
图4是本发明的施工方法在有水条件下三台阶临时仰拱法施工工序示意图；
图5是本发明的施工方法的有水条件下CRD工法施工工序示意图；
图6是本发明的施工方法，第二锁脚锚管安装位置示意图；
图7是本发明的施工方法，地表下沉监测布置示意图。
图标：1-拱架；2-纵向拱架；3-锚管孔；4-焊接部位。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
某隧道出口在D6K584+681～D6K584+850(169m)下穿三线建设博物馆，出口段为软弱围岩昔格达地层，隧道顶距三线博物馆桩底为31m。
一种昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，包括以下步骤，
步骤1，超前地质预报；
步骤2，洞身开挖；
步骤3，初期支护；采用拱架全环支护，相邻拱架之间通过连接筋连接；在各台阶拱脚处，每榀拱架两侧均安设若干第一锁脚锚管；在各台阶拱脚处，相邻的两榀拱架之间搭接纵向拱架，所述纵向拱架上预留锚管孔；喷混凝土后，在所述锚管孔处安设第二锁脚锚管，管内注浆封闭；
步骤4，进行二衬衬砌；
形成的支护结构，包括超前支护的管棚和若干榀拱架，所述管棚位于隧道顶拱区域，若干所述拱架沿隧道延伸方向排布，相邻所述拱架之间连接有连接筋；每个拱架两侧均设有第一锁脚锚管；相邻拱架之间连接有纵向拱架，所述纵向构架上设有第二锁脚锚管；所述第二锁脚锚管直径大于所述第一锁脚锚管。
具体施工工艺还包括在初期支护后进行铺设防水层以及进行仰拱超前施作。详细施工工艺流程图如附图1所示。其中围岩测量1和围岩测量2分别为沉降测量及收敛测量。
监控量测方法：
监控量测采用洞内拱顶沉降及收敛，在隧道上方炳仁路采用地表沉降和位移监测，三线建设博物馆地表采用沉降和位移监测。测试隧道开挖时对炳仁路及博物馆地面沉降的影响及其影响范围,主要设置地表沉降点，建筑物沉降观测点及炳仁路面沉降观测点。当地表沉降点发生下沉时，用全站仪对测点进行位移测量，以此来判断测点的下沉是竖向的还是带有横向的，分析测点沉降是否跟隧道有直接关系。
在隧道轴线和隧道轴线的左右侧设置地面监测点，监控量测点的纵向埋设按隧道轴线为方向，具体埋点断面见表1。
表1地表沉降观测点纵向间距表
隧道埋深与开挖宽度 纵向测点间距(m)
2B＜H0＜2.5B 20～50
B＜H0≤2B 10～20
H0≤B 5～10
H0代表隧道与地表之间的净距，B代表隧道开挖宽度。
横向断面间距根据地形条件确定，间距按2.5～4.5m控制，在隧道中线附近按1.5～3m控制，在隧道中线左右两侧埋点宽度不能小于隧道埋深和隧道开挖宽度的和。确定监测区域后，首先在不沉降的位置设置基准点。单个断面设置7个水泥桩监测点，间距2.5m～5m。隧道施工掌子面距离监控点前30m时开始测量，掌子面超过测点20m且数据显示稳定后停止监测，如图7所示。按规定频次监测，数据由内业组进行整理，对数据分析并制出时间—位移曲线，通过分析曲线变化，进行回归分析，分析出岩体蠕动规律，形成反馈机制，进而调整现场动态隧道施工。
昔格达地层施工指导思想：管超前、不爆破、短进尺、强支护、勤量测、早封闭、快衬砌。上、中、下台阶开挖步距控制在5～10m范围内，采用机械开挖，减少对围岩的扰动，采用开挖一榀，支护一榀的方式进行支护紧跟施工。下面针对不同的施工工况对施工方式和支护参数进行说明。
1.无水条件下
1)隧道1/2上部均为昔格达地质时
①工法采用三台阶临时仰拱法。
②超前支护及加强支护参数：采用双层Φ42小导管配合Φ76中管棚施作超前支护；其中Ф42小导管环向间距0.4m，2.4m/环，51根/环，3.5m/根；Φ 76中管棚环向间距0.4m，51根/环，长10m/根，搭接3m；采用I22b型钢钢架全环支护，间距0.5m/榀；连接筋为Φ22连接筋，间距为0.5m。第一锁脚锚管为Φ42锁脚锚管，上中下台阶处数量均为两根，长度4.5m；
各台阶拱脚处在相邻拱架之间设有Φ76锁脚锚管，每根长4.5m，每榀间设置。如图2所示，
2)隧道全断面为昔格达地质时
①根据沉降观测结果，当日累计沉降量＞5mm时，将4.5m长的φ76锁脚锚管调整为6m长。
②隧道与地面净距＜50m，隧道施工可采用CRD工法；隧道与地面净距＞ 50m，隧道施工优先选择三台阶临时仰拱法。如图3所示，
2.有水条件下(无较大股状水)
1)当隧道1/2上部为第三系昔格达地质
①工法采用三台阶临时仰拱法，超前支护采用单层Φ42小导管配合Φ108 大管棚施作超前支护；其中小导管环向间距0.4m、51根/环、2.4m/环、3.5m/ 根；Φ108大管棚环向间距0.4m、54根/环，45m/根；采用I25b型钢钢架全环支护，间距0.4m/榀，纵向Φ22连接筋间距由1.0m调整为0.5m。第一锁脚锚管为Φ42锁脚锚管，长度4.5m。
各台阶拱脚处在相邻拱架之间设有Φ76锁脚锚管，每根长4.5m，每榀间设置。如图4所示，
②根据沉降观测结果，当日累计沉降量＞5mm时，4.5m长的φ76锁脚锚管调整为6～8m长。
③为保证结构的安全性和稳定性，在昔格达地层隧道有水地段拟采用增加衬砌厚度至55cm、衬砌钢筋主筋型号加大至Φ25钢筋的方式施工。
2)当洞身全断面均为昔格达地质
①隧道与顶面净距＜50m，工法可采用CRD法；隧道与顶面净距＞50m，工法可采用三台阶临时仰拱法，采用单层Φ42小导管加Φ159大管棚施做超前支护；其中Φ42小导管环向间距0.4m、3.5m/根、2.4m/环、51根/环；Φ159大管棚环向间距0.4m、45m/根、54根/环；采用I25b型钢双层钢架相错全环支护，相对间距0.4m/榀，纵向Φ22连接筋间距调整为0.5m。第一锁脚锚管为Φ 42锁脚锚管，长度4.5m；
各台阶拱脚增加Φ76大锁脚锚管，每根长6m。如图5所示，
②根据沉降观测结果，当日累计沉降量＞5mm时，6～8m长的φ76锁脚锚管调整为10m长。
③为保证结构的安全性和稳定性，在昔格达地层隧道有水地段拟采用增加衬砌厚度至55cm、衬砌钢筋主筋型号加大至Φ25钢筋的方式施工。
具体施做方法：采用Φ76大锁脚，长度按不同工况选择不同长度。在两榀拱架1之间搭接纵向拱架2，纵向拱架2上预留Φ76的锚管孔3，待拱架1立好，喷射混凝土后，在锚管孔3处，钻孔安设第二锁脚锚管，管内注浆封闭。角度按原设计正常锁脚锚杆角度设置。Φ76大锁脚(第二锁脚锚管)的设置位置如图6所示。图中4为焊接部位。
试验例隧道施工工法选择
1.工法采用双侧壁导坑法时。
超前支护及加强支护参数：拱部采用单层Φ42小导管和Φ159大管棚加强支护，Ф42小导管环向间距0.4m，2.4m/环，51根/环，3.5m/根；大管棚环向间距 0.4m，51根/环，长60m/根，搭接5m；采用双层型钢钢架全环支护(拱墙外层HW175 型钢，内层I18型钢，仰拱单层I20b型钢钢架)，间距0.8m/榀，设置Φ42锁脚，每根长4.5m，每榀间设置。纵向Φ22连接筋间距为1m。每次开挖不大于1榀，每月进尺大约为20m。
2.工法采用三台阶临时仰拱法时。
超前支护采用单层Φ42小导管配合Φ108大管棚，小导管环向间距0.4m，51 根/环，2.4m/环，3.5m/根，管棚环向间距0.4m，54根/环，45m/根，采用I25b 型钢钢架全环支护，间距0.6m/榀，纵向Φ22连接筋间距由1.0m调整为0.5m。每次开挖不大于1榀，每月进尺大约为50m。
a.根据沉降观测结果，当日累计沉降量＞5mm时，4.5m长的φ76锁脚锚管调整为6～8m长。
b.为保证结构的安全性和稳定性，在昔格达地层隧道有水地段拟采用增加衬砌厚度至55cm、衬砌钢筋主筋型号加大至Φ25钢筋的方式施工。
3.工法采用CRD法时；
超前支护采用单层Φ42小导管加Φ159大管棚施做超前支护，小导管环向间距0.4m，3.5m/根，2.4m/环，51根/环，管棚环向间距0.4m，45m/根，54根/环，采用I25b型钢双层钢架相错全环支护，相对间距0.4m/榀，纵向Φ22连接筋间距为1m。每次开挖不大于1榀，每月进尺大约为25m。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，超前地质预报；
步骤2，洞身开挖；
步骤3，初期支护；采用拱架全环支护，相邻拱架之间通过连接筋连接；在各台阶拱脚处，每榀拱架两侧均安设若干第一锁脚锚管；
在各台阶拱脚处，相邻的两榀拱架之间搭接纵向拱架，所述纵向拱架上预留锚管孔；喷混凝土后，在所述锚管孔处安设第二锁脚锚管，管内注浆封闭；
步骤4，进行二衬衬砌。
2.根据权利要求1所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，其特征在于，步骤2中，采用三台阶临时仰拱法；上台阶、中台阶和下台阶开挖步距为5-10m，采用机械开挖，采用开挖一榀支护一榀的方式进行支护紧跟施工。
3.根据权利要求1所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，其特征在于，在施工过程中，进行围岩量测，获得日累计沉降量；当日累计沉降量＞5mm时，即时将第二锁脚锚管加长，加长长度为1-2米。
4.根据权利要求3所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，其特征在于，所述围岩量测包括洞内拱顶沉降及收敛，先确定监测区域，然后在不沉降的位置设置基准点。单个断面设置7个水泥桩监测点，间距2.5m～5m。隧道施工掌子面距离监控点前30m时开始测量，掌子面超过测点20m且数据显示稳定后停止监测。
5.根据权利要求1所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大象构筑物施工方法，其特征在于，
在无水条件下，在每个上台阶、中台阶、下台阶拱脚处，所述第一锁脚锚管的数量均为2-3根；
在有水条件下，在每个上台阶、下台阶拱脚处，所述第一锁脚锚管的数量均为2-3根；在中台阶拱脚处，所述第一锁脚锚管的数量为4-5根。
6.根据权利要求1所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大象构筑物施工方法，其特征在于，
所述第二管脚锚管的与水平地面的夹角小于所述第一管脚锚管与水平地面的最大夹角，且大于所述第一管脚锚管与水平地面的最小夹角。
7.根据权利要求1所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大象构筑物施工方法，其特征在于，
所述第一管脚锚管为φ42锁脚锚管，长度为4-5米；所述第二管脚锚管为φ76锁脚锚管，长度为4-10米。
8.根据权利要求1-7任一所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法，其特征在于，在步骤2之前，采用小导管配合管棚的方式施作超前支护；
在无水条件下，采用双层Φ42小导管配合Φ76中管棚施作超前支护；
在有水条件下，当隧道1/2上部为昔格达地质时，采用单层Φ42小导管配合Φ108大管棚施作超前支护，当隧道全断面为昔格达地质时，采用单层Φ42小导管加Φ159大管棚施做超前支护。
9.根据权利要求1-7任一所述的昔格达地层段浅埋下穿地表大象构筑物施工方法，其特征在于，所述拱架为采用I22b型钢钢架，所述连接筋为Φ22连接筋。
10.一种适用于昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物隧道的支护结构，其特征在于，包括超前支护的管棚和若干榀拱架，所述管棚位于隧道顶拱区域，若干所述拱架沿隧道延伸方向排布，相邻所述拱架之间连接有连接筋；每个拱架两侧均设有第一锁脚锚管；相邻拱架之间连接有纵向拱架，所述纵向构架上设有第二锁脚锚管；所述第二锁脚锚管直径大于所述第一锁脚锚管。
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