CN113982597A - 适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法 - Google Patents
适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，将隧道断面分成上台阶、下台阶和隧底三部分依次滞后一段距离进行弱爆破开挖，从而减少对围岩的振动以控制成型，每次开挖后及时施作初期支护，之后在同一断面位置封闭成环，并控制设置的隧道防排水系统，防止围岩过大变形而导致坍塌，稳步推进岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工，施工效率较高，安全性有保障。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法。
背景技术
高速铁路是我国的一张国家名片，我国高速铁路网已居世界第一位，拥有世界上高铁里程最长、运输密度最高、成网运营场景最复杂的国家。高铁线路设计标准等级高，桥隧占比大，现阶段我国复杂地质条件下高铁隧道建造技术已取得长足进步，但实际工程建设中特别是复杂地质环境下高铁隧道工程依然存在质量缺陷多发，运营期病害时有出现等实际工程问题。新时期《中长期铁路网规划》明确提出了“坚持绿色发展，加强生态环境保护，综合高效利用土地、通道、岸线及枢纽资源，集约和引导空间综合开发利用”的指导思想和“安全可靠、绿色集约”的建设原则，高速铁路建设面临新的机遇和挑战。我国地域广阔，地质条件复杂，复杂地质环境下高铁隧道施工面临坍塌、大变形、开挖后围岩劣化等风险，而高铁隧道质量检验标准普遍高于一般线路标准，隧道安全高效建造技术水平及工程品质依然有待进一步提升。部分铁路隧道须穿越岩溶塌陷区、层状页岩与煤系软弱夹层、膨胀性黏土岩和易风化崩解岩溶角砾岩等复杂地质，隧道施工难度，风险高，因此需要针对复杂地质环境下铁路隧道施工面临的关键共性安全与质量问题进行联合技术攻关，以规避质量缺陷，杜绝安全风险，进一步提升高铁隧道建造相关的绿色施工技术水平和质量保障能力。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，以解决现有技术中针对岩溶塌陷区强透水松散地层等复杂地质情况，施工工法安全度不够的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，包括如下步骤：
S1、将隧道断面分成上断面、下端面和隧底三部分，首先采用弱爆破方式开挖上断面，形成上台阶，然后施作上台阶周边初期支护；
S2、在上台阶的后方弱爆破开挖下断面，形成下台阶，然后施作下台阶边墙初期支护；
S3、在下台阶的后方弱爆破开挖隧底，然后施作隧底初期支护；
S4、在隧底的后方浇筑仰拱及边墙基础；
S5、待仰拱混凝土初凝后，浇筑隧底并向上填充至设计高度；
S6、施作隧道防排水；
S7、利用模板台车一次性浇筑拱墙二次衬砌。
优选的是，所述上台阶和下台阶的高度比例为3:2。
优选的是，所述上台阶长度为5-10m，所述上台阶每次开挖的长度为3-5m，所述下台阶每次开挖的长度为15-25m。
优选的是，所述初期支护施工步骤包括：首先初喷混凝土，然后插入注浆锚杆、挂钢筋网、架立钢架，设置锁脚锚杆，再进行超前支护、设置径向锚杆，之后复喷混凝土，喷射混凝土时采用湿式喷射作业，喷射混凝土分段、分片自下而上顺序进行，喷射角度与受喷面垂直，喷射距离为0.6m-1.8m，每段长度不超过6m，分层喷射时，后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，先用风水清洗喷层表面。
优选的是，在开挖位于已架立钢架段的所述上台阶后方的所述下台阶时，采取左右错开开挖的方式，错开距离在两榀钢架以上。
优选的是，所述防排水施工包括：针对衬砌外支护表面，设置土工布结合防水板的防水层；针对明洞结构，在外缘设置底层环保沥青、中层防水板、表层保护砌砖的防水层，其中在地下水封闭地段全环设置，在一般地段的拱墙设置，明洞回填土体顶面粘土封闭；针对隧道衬砌的纵、环向施工缝均采取全程的外贴橡胶止水带结合中埋橡胶止水带的防水措施，变形缝采用全环的外贴橡胶止水带、中埋钢边橡胶止水带、内缘双组份聚硫密封膏、缝间聚乙烯硬质泡沫板填充的防水措施；针对明洞衬砌的环向和纵向施工缝，均采取全环的中埋橡胶止水带结合中埋橡胶止水带的防水措施，变形缝采取全环的外缘沥青麻筋封闭、中埋橡胶止水带、中埋钢边橡胶止水带、内缘聚硫密封膏嵌缝、缝间聚乙烯硬质泡沫板充填的防水措施。
优选的是，在防水层基面准备铺设前，先处理股状渗水，并检查隧道初期支护喷射混凝土表面是否存在初期支护侵入二衬界限，如有则及时进行凿除，再切除锚杆头和钢筋露头，采用细石混凝土抹平覆盖，漏水部位采用埋设排水管直接引排到边沟，其中，针对钢筋网等凹出部分，先切断后用锤铆平，抹砂浆，有凸出的注浆钢管头时，先切断，并用锤铆平，用砂浆填实封平，锚杆有凸出部位时，螺头顶预留5mm切断后，用塑料帽遮盖处理，使初期支护表面平整圆顺，无空鼓、裂缝、松酥现象，表面平整度符合D/L≤1/20的要求，其中L为基面相邻两凸面间的距离且L≤1m，D为基面相邻两凸面间凹进去的深度，若不满足要求则进行喷射混凝土或抹平砂浆找平处理。
优选的是，所述二次衬砌的变形缝、施工缝的橡胶止水带施工时，橡胶止水带与二衬端头模板正交，确保位置准确、牢固可靠，橡胶止水带在连接前做好接头表面的清刷与打毛，搭接长度不小于50cm，橡胶止水带接头采用热熔焊接机焊接，接头强度不低于母材的80％，橡胶止水带的转角半径不小于200mm，固定橡胶止水带时采用钢筋卡或模板固定，保证橡胶止水带整体顺直、位置准确，环向中埋橡胶止水带位于衬砌混凝土中间，二次衬砌脱模后，若有走模、止水带过分偏离的现象，则对橡胶止水带进行纠偏。
优选的是，喷射混凝土时，利用喷射装置进行喷射，喷射装置包括：
轨道，其为柔性结构且平铺在待喷射混凝土的台阶水平面上，轨道上平行设置有两条柔性链环；
装载车，其底部设置有两组滚轮，每组滚轮设置在一条柔性链环上且与对应的柔性链环啮合，装载车内部具有置物腔，装载车在位于滚轮滚动方向的前后两侧中部分别开设有前后贯通的槽口，置物腔的中部平行于滚轮轴向设置有转轴，转轴的中部沿径向的延伸方向固定有套管，套管远离转轴的一端设置有喷管，喷管一端穿入套管内侧且与套管之间通过螺纹连接，喷管的靠近套管一端上开设有进料口、进水口、进气口，进料口用于通入拌合好的混凝土，转轴上还固定连接有推杆，套管侧壁上沿平行于轴向的方向开设有通孔，置物腔内在转轴的两端对称设置有驱动电机，每个驱动电机与转轴的对应端同轴固定连接，每个驱动电机的底部连接有沿竖向顶推的千斤顶，千斤顶的底部与装载车固定连接，两个千斤顶相对于转轴对称设置且同步顶升，置物腔内还设置有加压泵、水箱、混凝土中转箱，加压泵的出气端与进气口连通，水箱与进水口连通，混凝土中转箱与进料口连通，装载车在位于滚轮滚动方向的左右两侧对称设置有限位腔，每侧的限位腔分别设置有上下两个且共同插入设置有拉板，拉板的上端伸出上侧的限位腔以上后向垂直于限位腔的水平弯折形成限位杆，每个拉板的下端伸出下侧的限位腔以下且两个拉板的下端之间在装载车的位于滚轮滚动方向前后两侧分别连接有卡位板，卡位板上对应轨道设置有错位孔，错位孔的底面在对应每个柔性链环的位置向下设置有卡块，卡块的尺寸与柔性链环上的链孔配合设置，卡位板在位于轨道两侧的部分的底部设置有锥形件，用于插打进入台阶水平面，以对装载车临时固定，拉板的上端沿垂直于限位腔的方向开设有销孔，销孔内插有限位销，限位销的长度大于限位腔的宽度，拉板位于销孔以上的长度大于卡位板的竖向长度。
优选的是，所述装载车在位于所述滚轮滚动方向的前侧沿竖向间隔设置有多个拉环，多个拉环内共同连接一根拉绳。
本发明至少包括以下有益效果：本发明将隧道断面分成上台阶、下台阶和隧底三部分依次滞后一段距离进行弱爆破开挖，从而减少对围岩的振动以控制成型，每次开挖后及时施作初期支护，之后在同一断面位置封闭成环，并控制设置的隧道防排水系统，防止围岩过大变形而导致坍塌，稳步推进岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工，施工效率较高，安全性有保障，另外通过设置辅助施工的湿喷混凝土喷射装置，适应不同断面尺寸，显著提高了湿喷混凝土的施工效率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明在隧道掘进施工时的横断面的结构示意图；
图2为本发明在隧道掘进施工时的纵断面的结构示意图；
图3为本发明的喷射装置的主视结构图；
图4为本发明的喷射装置的侧视结构图；
图5为本发明的喷射装置的外部的侧视结构图。
说明书附图标记说明：1、轨道，2、柔性链环，3、滚轮，4、槽口，5、转轴，6、套管，7、喷管，8、推杆，9、驱动电机，10、千斤顶，11、加压泵，12、装载车，13、拉板，14、限位杆，15、卡位板，16、卡块，17、锥形件，18、台阶水平面，19、限位销，20、钢架，21、径向锚杆，22、喷射混凝土，23，拉环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，包括如下步骤：
S1、将隧道断面分成上断面、下端面和隧底三部分，首先采用弱爆破方式开挖上断面，形成上台阶，然后施作上台阶周边初期支护。
具体的结合图1、图2所示，针对Ⅳ、Ⅴ级围岩，隧道断面分为①、②、③三部分，台阶法开挖上台阶长度5～10m，开挖采用光面爆破，减少对围岩的振动以控制成型，上台阶爆破后，挖掘机位于下台阶将上台阶渣扒到下台阶，在下台阶由装载机装渣，自卸汽车运渣至弃碴场，初期支护设置后，再施作下一循环超前支护、架设①底部临时横撑。
S2、在上台阶的后方弱爆破开挖下断面，形成下台阶，然后施作下台阶边墙初期支护。
在滞后①部一段距离后，光面爆破开挖②部，支护施作②部边墙初期支护，无钢拱架地段可与上台阶平行跟进，有钢拱架地段，应左右交错进行，根据量测要求布设量测点，并及时进行分析反馈指导施工。
S3、在下台阶的后方弱爆破开挖隧底③部，然后施作隧底初期支护。在滞后②部一段距离后，弱爆破开挖③部。
S4、在隧底的后方浇筑仰拱及边墙基础。即在滞后③部一段距离后，浇筑
部仰拱及边墙基础，及时施作仰拱，封闭成环。
S5、待仰拱混凝土初凝后，浇筑隧底并向上填充至设计高度。即浇筑仰拱填充
部至设计高度。
S6、施作隧道防排水。完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础，各台阶底板开挖略微成凹型。
S7、利用模板台车一次性浇筑拱墙二次衬砌。即一次性浇筑
部(拱墙)二次衬砌。
通过台阶法开挖，光面爆破施工，采用短开挖、加密支撑措施，防止围岩过大变形而导致坍塌，稳步推进岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工，施工效率较高，安全性有保障。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，所述上台阶和下台阶的高度比例为3:2。
具体的，开挖的上台阶高度为6m，下台阶高度为4m，在开挖上台阶后及时进行初期支护，再开挖下台阶，支护将位于同一断面位置的下台阶的初期支护与上台阶的初期支护连接封闭成环，同时保证开挖效率和断面结构支护稳定。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，所述上台阶长度为5-10m，所述上台阶每次开挖的长度为3-5m，所述下台阶每次开挖的长度为15-25m。通过控制开挖循环进尺，减小爆破对围岩的扰动。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，所述初期支护施工步骤包括：首先初喷混凝土，然后插入注浆锚杆、挂钢筋网、架立钢架20，设置锁脚锚杆，再进行超前支护、设置径向锚杆21，之后复喷混凝土，喷射混凝土22时采用湿式喷射作业，喷射混凝土22分段、分片自下而上顺序进行，喷射角度与受喷面垂直，喷射距离为0.6m-1.8m，每段长度不超过6m，分层喷射时，后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，先用风水清洗喷层表面。
采用湿式喷射作业，能够减少回弹量，降低粉尘，提高喷层质量，喷射前清理岩面危石并清洗岩面，埋没喷层厚度控制标志钉，喷射混凝土22料用强制式拌和机分次投料洞外拌和，机械运输至洞内喷射处，喷锚支护喷射混凝土22，分初喷和复喷二次进行，初喷在开挖完成后立即进行，以尽早封闭岩面，防止表层风化剥落，复喷混凝土在锚杆、挂网和钢架20安装后进行，尽快形成喷锚支护体系，以抑制围岩变位，钢架20间用混凝土喷平，保护层不得小于3cm。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，在开挖位于已架立钢架20段的所述上台阶后方的所述下台阶时，采取左右错开开挖的方式，错开距离在两榀钢架20以上。
施工开挖中的第②部，有钢架20时，应分成左右两部分错开开挖，其中一侧侧超前另一侧保证拱脚处平台不小于1.5m。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，所述防排水施工包括：针对衬砌外支护表面，设置土工布结合防水板的防水层；针对明洞结构，在外缘设置底层环保沥青、中层防水板、表层保护砌砖的防水层，其中在地下水封闭地段全环设置，在一般地段的拱墙设置，明洞回填土体顶面粘土封闭；针对隧道衬砌的纵、环向施工缝均采取全程的外贴橡胶止水带结合中埋橡胶止水带的防水措施，变形缝采用全环的外贴橡胶止水带、中埋钢边橡胶止水带、内缘双组份聚硫密封膏、缝间聚乙烯硬质泡沫板填充的防水措施；针对明洞衬砌的环向和纵向施工缝，均采取全环的中埋橡胶止水带结合中埋橡胶止水带的防水措施，变形缝采取全环的外缘沥青麻筋封闭、中埋橡胶止水带、中埋钢边橡胶止水带、内缘聚硫密封膏嵌缝、缝间聚乙烯硬质泡沫板充填的防水措施。
针对不同地质机构设置不同的防水措施，隧道内部主要针对施工缝、变形缝进行防水，对较大面积的防水需求采取土工布和防水板的形式，隧道防排水遵循防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理的原则，同时提高防水质量和施工效率，具体的施工工艺如下：
(1)土工布铺设
无纺布铺设时首先将单幅无纺布固定到预定位置，然后用专用热熔衬垫及射钉将无纺布固定在喷射混凝土22上，专用热熔衬垫及射钉按梅花形布置，拱部间距0.5～0.8m，边墙0.8～1.0m，底部1.0～1.5m，无纺布铺设要松紧适度，使之能紧贴在喷射混凝土22表面，无纺布幅间搭接宽度不小于5cm。
(2)防水板铺设
铺设防水板先将复合防水板固定到预定位置，然后用手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔衬垫上，防水板铺设要松紧适度，使之能与无纺布充分结合并紧贴在喷射混凝土22表面，防止过紧而破损或过松形成人为蓄水点，防水板间搭接缝应与变形缝、施工缝等防水薄弱环节错开1m-2m以上。
防水板间采用热熔双焊缝，用自动双缝热熔焊接机按照预定温度、速度焊接，单条焊缝的有效焊缝宽度不小于1.5cm。焊接前先除尽防水板表面的灰尘，防水板间搭接宽度不小于15cm，分段铺设的防水板边缘部位应预留至少60cm的搭接余量。
焊缝检测：用检漏器现场监测防水板焊接质量，先堵住空气道的一端，然后用空气检测器从另一端打气加压，直至压力达到0.25MPa，保持该压力不小于15分钟，允许压力下降不超过10％。如达到要求，说明完全粘合。否则，用检测液找出漏气部位，用手动热熔焊机焊接修补后再次检测，直到完全粘合。
防水板破损处理：如发现防水板有破损，必须及时修补。先取一小块防水板，除尽两防水板的灰尘后，将其置于破损处，然后用手动电热熔焊接器熔接。溶接质量用真空检测器检测，若不合格重新修补。
(3)橡胶止水带施工
根据衬砌厚度及衬砌形式自制拼装式挡头模板，每块模板宽度为衬砌厚度的一半，在拼接缝适当位置预留橡胶止水带安装专用槽，同时将钢模根据安装顺序编号，全断面液压钢模衬砌台车就位后，按照挡头模板按其编号进行安装，同时将橡胶止水带沿隧道环向夹在挡头板预留槽中，并用U形钢筋卡固定，间距30cm，一半橡胶止水带打入上一循环衬砌砼中，预留的一半橡胶止水带浇筑在下一循环衬砌砼中。
(4)施工缝
拱墙环向、纵向施工缝处设置中埋式橡胶止水带+外贴式橡胶止水带，中埋式橡胶止水带埋设时，应确保位置准确，牢固可靠。
(5)变形缝
变形缝采取全环的外缘沥青麻筋封闭+外贴橡胶止水带+中埋钢边橡胶止水带+内缘双组份聚硫密封膏+缝间聚乙烯硬质泡沫板填充的防水措施，变形缝的两侧应平整、清洁、无渗水。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，在防水层基面准备铺设前，先处理股状渗水，并检查隧道初期支护喷射混凝土22表面是否存在初期支护侵入二衬界限，如有则及时进行凿除，再切除锚杆头和钢筋露头，采用细石混凝土抹平覆盖，漏水部位采用埋设排水管直接引排到边沟，其中，针对钢筋网等凹出部分，先切断后用锤铆平，抹砂浆，有凸出的注浆钢管头时，先切断，并用锤铆平，用砂浆填实封平，锚杆有凸出部位时，螺头顶预留5mm切断后，用塑料帽遮盖处理，使初期支护表面平整圆顺，无空鼓、裂缝、松酥现象，表面平整度符合D/L≤1/20的要求，其中L为基面相邻两凸面间的距离且L≤1m，D为基面相邻两凸面间凹进去的深度，若不满足要求则进行喷射混凝土22或抹平砂浆找平处理。通过以上补喷或凿除等方法使初期支护表面平整圆顺、无空鼓、裂缝、松酥等现象，做好基面处理施工，以保证后续防水施工质量，橡胶止水带等能紧密贴合或粘接在防水层表面。
在另一种技术方案中，如图1、2所示，所述二次衬砌的变形缝、施工缝的橡胶止水带施工时，橡胶止水带与二衬端头模板正交，确保位置准确、牢固可靠，橡胶止水带在连接前做好接头表面的清刷与打毛，搭接长度不小于50cm，橡胶止水带接头采用热熔焊接机焊接，接头强度不低于母材的80％，橡胶止水带的转角半径不小于200mm，固定橡胶止水带时采用钢筋卡或模板固定，保证橡胶止水带整体顺直、位置准确，环向中埋橡胶止水带位于衬砌混凝土中间，二次衬砌脱模后，若有走模、止水带过分偏离的现象，则对橡胶止水带进行纠偏。通过上述方式保证橡胶止水带安装位置准确，保证防水效果。
在另一种技术方案中，如图3-5所示，喷射混凝土22时，利用喷射装置进行喷射，喷射装置包括：
轨道1，其为柔性结构且平铺在待喷射混凝土22的台阶水平面18上，轨道1上平行设置有两条柔性链环2；
装载车12，其底部设置有两组滚轮3，每组滚轮3设置在一条柔性链环2上且与对应的柔性链环2啮合，装载车12内部具有置物腔，装载车12在位于滚轮3滚动方向的前后两侧中部分别开设有前后贯通的槽口4，置物腔的中部平行于滚轮3轴向设置有转轴5，转轴5的中部沿径向的延伸方向固定有套管6，套管6远离转轴5的一端设置有喷管7，喷管7一端穿入套管6内侧且与套管6之间通过螺纹连接，喷管7的靠近套管6一端上开设有进料口、进水口、进气口，进料口用于通入拌合好的混凝土，转轴5上还固定连接有推杆8，套管6侧壁上沿平行于轴向的方向开设有通孔，置物腔内在转轴5的两端对称设置有驱动电机9，每个驱动电机9与转轴5的对应端同轴固定连接，每个驱动电机9的底部连接有沿竖向顶推的千斤顶10，千斤顶10的底部与装载车12固定连接，两个千斤顶10相对于转轴5对称设置且同步顶升，置物腔内还设置有加压泵11、水箱、混凝土中转箱，加压泵11的出气端与进气口连通，水箱与进水口连通，混凝土中转箱与进料口连通，装载车12在位于滚轮3滚动方向的左右两侧对称设置有限位腔，每侧的限位腔分别设置有上下两个且共同插入设置有拉板13，拉板13的上端伸出上侧的限位腔以上后向垂直于限位腔的水平弯折形成限位杆14，每个拉板13的下端伸出下侧的限位腔以下且两个拉板13的下端之间在装载车12的位于滚轮3滚动方向前后两侧分别连接有卡位板15，卡位板15上对应轨道1设置有错位孔，错位孔的底面在对应每个柔性链环2的位置向下设置有卡块16，卡块16的尺寸与柔性链环2上的链孔配合设置，卡位板15在位于轨道1两侧的部分的底部设置有锥形件17，用于插打进入台阶水平面18，以对装载车12临时固定，拉板13的上端沿垂直于限位腔的方向开设有销孔，销孔内插有限位销19，限位销19的长度大于限位腔的宽度，拉板13位于销孔以上的长度大于卡位板15的竖向长度。
进行湿喷混凝土时，将轨道1平铺固定在隧道待喷射混凝土22的所在断面处的台阶水平面18上，且使柔性链环2与所在断面处的横截面方向平行，柔性结构即可适应坡度变化的台阶表面，柔性链环可直接开设在轨道上形成一列链孔与滚轮啮合，也可额外通过固定件固定在轨道上，然后将装载车12放置在轨道1上，每组滚轮3对应一条柔性链环2，通过滚轮3与柔性链环2啮合作用使装载车12能沿柔性链环2延伸方向移动，移动到所需位置后，抽出销孔内的插销，对称下压限位杆14、从而下压拉板13使卡位板15下移直至锥形件17接触台阶水平面18，由于设置了错位孔，使得卡位板15在下移过程中，不会抵触到轨道1，然后略用力向下击打锥形件17，使锥形件17插入地面内，同时，卡块16进入柔性链环2上位于卡块16正下方的链孔内，形成临时限位，然后通过千斤顶10调整转轴5、套管6的高度从而调整喷管7的高度，再通过旋转与套管6螺纹连接的喷管7来调整喷管7位于套管6内的长度，并使喷管7的喷射方向与待喷射面垂直，喷管7端部距离待喷射面的距离满足0.6m-1.8m的要求，为加强连接强度和稳定性，可在喷管7与套管6连接的一端套上垫片并拧上螺母锁紧，之后分别向进气口、进水口、进料口内分别通入对应的高压气体、水及混凝土配料，使得混合后的混凝土从喷管7端部喷射出，进行喷射，然后通过手动拨动推杆8，旋转转轴5，从而改变喷管7的方向，再操作限位杆14拉起卡位板15，解除装载车12的临时限位固定，根据需求前后移动装载车12，使喷管7移动至合适位置，水箱、混凝土中转箱均可存储部分对应的物料，作为中转站，连接位于下台阶的后方物料提供端，无需直接将大型存储物料的装置向上移运至上台阶上，喷射混凝土22前根据需求铺设轨道1朝向，在喷射混凝土22过程中，通过沿轨道1移动装载车12移动使喷管7随喷射位置的变化进行适应性移动，而不需操作人员手持喷管7，也解决了由大型机械手直接喷射过程中角度、高低不易调整的问题。
另一种技术方案中，如图3-5所示，所述装载车12在位于所述滚轮3滚动方向的前侧沿竖向间隔设置有多个拉环23，多个拉环23内共同连接一根拉绳。
在调配使用装载车12的过程中，利用轨道1的柔性特性，可将轨道1沿上台阶水平面向下台阶水平面上铺设，即柔性链环2的两端分别位于上台阶水平面和下台阶水平面上，然后将装载车12放置在柔性链环2上，将装载车12设置有拉环23的一侧面向上台阶水平方向，在所有拉环23内穿入拉绳，拉绳可通过在上台阶水平面18上临时固定小型卷扬机驱动，通过控制放出拉绳，利用重力作用，可使装载车12从上台阶水平面上朝向下台阶水平面移动，供下台阶施工喷射混凝土22作业时使用，当上台阶施工又需喷射混凝土22时，可通过轨道1，将装载车12拉上来，方便施工，提高设备利用率，提高湿喷混凝土施工效率，从而提高在较差地质条件下的岩溶塌陷区强透水松散地层的整体施工效率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将隧道断面分成上断面、下端面和隧底三部分，首先采用弱爆破方式开挖上断面，形成上台阶，然后施作上台阶周边初期支护；
S2、在上台阶的后方弱爆破开挖下断面，形成下台阶，然后施作下台阶边墙初期支护；
S3、在下台阶的后方弱爆破开挖隧底，然后施作隧底初期支护；
S4、在隧底的后方浇筑仰拱及边墙基础；
S5、待仰拱混凝土初凝后，浇筑隧底并向上填充至设计高度；
S6、施作隧道防排水；
S7、利用模板台车一次性浇筑拱墙二次衬砌。
2.如权利要求1所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，所述上台阶和下台阶的高度比例为3:2。
3.如权利要求1所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，所述上台阶长度为5-10m，所述上台阶每次开挖的长度为3-5m，所述下台阶每次开挖的长度为15-25m。
4.如权利要求3所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，所述初期支护施工步骤包括：首先初喷混凝土，然后插入注浆锚杆、挂钢筋网、架立钢架，设置锁脚锚杆，再进行超前支护、设置径向锚杆，之后复喷混凝土，喷射混凝土时采用湿式喷射作业，喷射混凝土分段、分片自下而上顺序进行，喷射角度与受喷面垂直，喷射距离为0.6m-1.8m，每段长度不超过6m，分层喷射时，后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，先用风水清洗喷层表面。
5.如权利要求4所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，在开挖位于已架立钢架段的所述上台阶后方的所述下台阶时，采取左右错开开挖的方式，错开距离在两榀钢架以上。
6.如权利要求1所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，所述防排水施工包括：针对衬砌外支护表面，设置土工布结合防水板的防水层；针对明洞结构，在外缘设置底层环保沥青、中层防水板、表层保护砌砖的防水层，其中在地下水封闭地段全环设置，在一般地段的拱墙设置，明洞回填土体顶面粘土封闭；针对隧道衬砌的纵、环向施工缝均采取全程的外贴橡胶止水带结合中埋橡胶止水带的防水措施，变形缝采用全环的外贴橡胶止水带、中埋钢边橡胶止水带、内缘双组份聚硫密封膏、缝间聚乙烯硬质泡沫板填充的防水措施；针对明洞衬砌的环向和纵向施工缝，均采取全环的中埋橡胶止水带结合中埋橡胶止水带的防水措施，变形缝采取全环的外缘沥青麻筋封闭、中埋橡胶止水带、中埋钢边橡胶止水带、内缘聚硫密封膏嵌缝、缝间聚乙烯硬质泡沫板充填的防水措施。
7.如权利要求6所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，在防水层基面准备铺设前，先处理股状渗水，并检查隧道初期支护喷射混凝土表面是否存在初期支护侵入二衬界限，如有则及时进行凿除，再切除锚杆头和钢筋露头，采用细石混凝土抹平覆盖，漏水部位采用埋设排水管直接引排到边沟，其中，针对钢筋网等凹出部分，先切断后用锤铆平，抹砂浆，有凸出的注浆钢管头时，先切断，并用锤铆平，用砂浆填实封平，锚杆有凸出部位时，螺头顶预留5mm切断后，用塑料帽遮盖处理，使初期支护表面平整圆顺，无空鼓、裂缝、松酥现象，表面平整度符合D/L≤1/20的要求，其中L为基面相邻两凸面间的距离且L≤1m，D为基面相邻两凸面间凹进去的深度，若不满足要求则进行喷射混凝土或抹平砂浆找平处理。
8.如权利要求6所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，所述二次衬砌的变形缝、施工缝的橡胶止水带施工时，橡胶止水带与二衬端头模板正交，确保位置准确、牢固可靠，橡胶止水带在连接前做好接头表面的清刷与打毛，搭接长度不小于50cm，橡胶止水带接头采用热熔焊接机焊接，接头强度不低于母材的80％，橡胶止水带的转角半径不小于200mm，固定橡胶止水带时采用钢筋卡或模板固定，保证橡胶止水带整体顺直、位置准确，环向中埋橡胶止水带位于衬砌混凝土中间，二次衬砌脱模后，若有走模、止水带过分偏离的现象，则对橡胶止水带进行纠偏。
9.如权利要求8所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，喷射混凝土时，利用喷射装置进行喷射，喷射装置包括：
轨道，其为柔性结构且平铺在待喷射混凝土的台阶水平面上，轨道上平行设置有两条柔性链环；
装载车，其底部设置有两组滚轮，每组滚轮设置在一条柔性链环上且与对应的柔性链环啮合，装载车内部具有置物腔，装载车在位于滚轮滚动方向的前后两侧中部分别开设有前后贯通的槽口，置物腔的中部平行于滚轮轴向设置有转轴，转轴的中部沿径向的延伸方向固定有套管，套管远离转轴的一端设置有喷管，喷管一端穿入套管内侧且与套管之间通过螺纹连接，喷管的靠近套管一端上开设有进料口、进水口、进气口，进料口用于通入拌合好的混凝土，转轴上还固定连接有推杆，套管侧壁上沿平行于轴向的方向开设有通孔，置物腔内在转轴的两端对称设置有驱动电机，每个驱动电机与转轴的对应端同轴固定连接，每个驱动电机的底部连接有沿竖向顶推的千斤顶，千斤顶的底部与装载车固定连接，两个千斤顶相对于转轴对称设置且同步顶升，置物腔内还设置有加压泵、水箱、混凝土中转箱，加压泵的出气端与进气口连通，水箱与进水口连通，混凝土中转箱与进料口连通，装载车在位于滚轮滚动方向的左右两侧对称设置有限位腔，每侧的限位腔分别设置有上下两个且共同插入设置有拉板，拉板的上端伸出上侧的限位腔以上后向垂直于限位腔的水平弯折形成限位杆，每个拉板的下端伸出下侧的限位腔以下且两个拉板的下端之间在装载车的位于滚轮滚动方向前后两侧分别连接有卡位板，卡位板上对应轨道设置有错位孔，错位孔的底面在对应每个柔性链环的位置向下设置有卡块，卡块的尺寸与柔性链环上的链孔配合设置，卡位板在位于轨道两侧的部分的底部设置有锥形件，用于插打进入台阶水平面，以对装载车临时固定，拉板的上端沿垂直于限位腔的方向开设有销孔，销孔内插有限位销，限位销的长度大于限位腔的宽度，拉板位于销孔以上的长度大于卡位板的竖向长度。
10.如权利要求9所述的适用于岩溶塌陷区强透水松散地层隧道掘进施工工法，其特征在于，所述装载车在位于所述滚轮滚动方向的前侧沿竖向间隔设置有多个拉环，多个拉环内共同连接一根拉绳。
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