CN114922639B - 一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道技术领域，具体涉及一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法。既有涵洞位于隧道的左（或右）上方，隧道开挖施工方法包括：当隧道掌子面开挖至离既有涵洞4m‑6m时，沿隧道外轮廓线安装钢架，钢架安装后，先在隧道拱部施作长管棚，再在隧道拱部靠近既有涵洞的一侧增设超前小导管，长管棚和超前小导管的尾部均焊接在钢架上，并以长管棚和超前小导管作为注浆管进行注浆加固，之后在钢架处进行初喷混凝土；采用三台阶开挖方法对下穿既有涵洞的隧道段进行开挖；在既有涵洞靠近隧道的边坡表面和初喷混凝土的表面分别进行防水处理，之后施作二次衬砌。本发明施工方法能有效保证下穿既有涵洞的隧道施工安全，提高施工效率，降低施工成本。
Description
技术领域
本发明属于隧道技术领域，具体涉及一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法。
背景技术
在隧道开挖施工过程中，受周边结构物（比如涵洞）的影响，常规的施工方法无法满足施工安全要求。现有常用的施工方法是控制掌子面爆破振动，加强隧道支护参数，但是对于受不同结构物影响的隧道开挖施工，现有施工方法无法保证隧道施工安全，且施工效率较低，施工成本较高。
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
本发明的目的在于提供一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，以解决现有施工方法无法保证下穿既有涵洞的隧道施工安全，且施工效率较低，施工成本较高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，既有涵洞位于隧道的左上方或右上方，所述下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法包括以下步骤：
步骤一，当隧道掌子面开挖至离既有涵洞4m-6m时，沿隧道的外轮廓线安装钢架，钢架安装后，先在隧道拱部施作长管棚，再在隧道拱部靠近既有涵洞的一侧增设超前小导管，长管棚和超前小导管的尾部均焊接在钢架上，并以长管棚和超前小导管作为注浆管进行注浆加固，之后在钢架处进行初喷混凝土；
步骤二，采用三台阶开挖方法对下穿既有涵洞的隧道段进行开挖；
步骤三，在既有涵洞靠近隧道的边坡表面和初喷混凝土的表面分别进行防水处理，之后施作二次衬砌。
可选地，步骤一中，长管棚施作在隧道拱部120°范围内，且长管棚沿隧道纵向的施作长度为14m-16m；超前小导管布设在隧道拱部靠近既有涵洞的一侧由最低端长管棚向上环向6m-8m的范围内，超前小导管间隔布设在长管棚的环向间隙中，且超前小导管沿隧道的纵向布设有4-6环。
可选地，所述长管棚为多个，多个所述长管棚沿隧道的环向和纵向呈阵列分布；所述长管棚倾斜设置，且所述长管棚的长度方向与隧道纵向之间的夹角为10°-15°。
可选地，所述长管棚的长度为9m-11m，在隧道的环向上，相邻两个长管棚的环向间距为35cm-45cm，在隧道的纵向上，相邻两个长管棚的搭接长度为2.5m-3.5m。
可选地，所述超前小导管为多个，多个所述超前小导管沿隧道的环向和纵向呈阵列分布；所述超前小导管倾斜设置，且所述超前小导管的长度方向与隧道纵向之间的夹角为10°-15°。
可选地，所述超前小导管的长度为3m-5m，在隧道的环向上，相邻两个超前小导管的环向间距为70cm-90cm，在隧道的纵向上，相邻两个超前小导管的搭接长度为1m-2m。
可选地，步骤二中，开挖采用爆破开挖，控制装药不耦合系数为2.1-2.3，周边眼间距为0.3m-0.5m，周边孔最小抵抗线为0.4m-0.6m，相对距为0.5-0.8，周边眼装药集中度为0.07kg/m-0.15kg/m，每循环开挖进尺不大于0.6m；隧道靠近既有涵洞的一侧进行松动爆破，并采用机械开挖的方式进行开挖。
可选地，步骤三中，在既有涵洞靠近隧道的边坡表面进行防水处理具体为：先在既有涵洞靠近隧道的边坡表面铺设防水板，之后在防水板上浇筑钢筋网片混凝土。
可选地，步骤三中，在初喷混凝土的表面进行防水处理具体为：先在初喷混凝土的表面喷涂丙烯酸盐喷膜防水涂料层，之后铺设单面自粘型防水卷材；其中，单面自粘型防水卷材包括层叠设置的粘结层、防水板层和复合土工布层，铺设时，粘结层朝向丙烯酸盐喷膜防水涂料层。
可选地，既有涵洞沿隧道纵向的尺寸不大于5m；既有涵洞与隧道的间距为0.8m-2m。
有益效果：
本发明的下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，当隧道掌子面开挖至离既有涵洞4m-6m时，沿隧道的外轮廓线安装钢架，钢架安装后，先在隧道拱部施作长管棚，再在隧道拱部靠近涵洞的一侧增设超前小导管，长管棚和超前小导管的尾部均焊接在钢架上，并以长管棚和超前小导管作为注浆管进行注浆加固，之后在钢架处进行初喷混凝土；隧道开挖采用三台阶开挖方法；在既有涵洞靠近隧道的边坡表面和初喷混凝土的表面分别进行防水处理，之后施作二次衬砌。如此的施工方法能够有效地保证下穿既有涵洞的隧道的施工安全，为后续工序提供了良好的施工安全空间，同时还提高了施工效率，降低了施工成本。
附图说明
构成本发明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为本发明下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法中隧道与既有涵洞的分布示意图；
图2为本发明中长管棚沿隧道纵向的布置示意图；
图3为本发明中超前小导管沿隧道纵向的布置示意图；
图4为本发明下穿既有涵洞的隧道段的开挖示意图；
图5为本发明下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法中隧道防水处理的示意图。
图中标号：1-隧道；11-长管棚；12-超前小导管；13-钢架；14-初喷混凝土；15-模筑混凝土；16-丙烯酸盐喷膜防水涂料层；17-单面自粘型防水卷材；18-锁脚钢管；2-既有涵洞；21-边坡；22-防水板；23-钢筋网片混凝土。
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。
针对现有施工方法无法保证下穿既有涵洞的隧道施工安全，且施工效率较低，施工成本较高的问题，本发明提供了一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，本发明的施工方法能够有效地保证下穿既有涵洞的隧道的施工安全，为后续工序提供了良好的施工安全空间，同时还提高了施工效率，降低了施工成本。
需要说明的是，既有涵洞2位于隧道1的左上方或右上方，既有涵洞2与隧道1的间距为0.8m-2m（比如0.8m、1m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m、2m以及任意两端点值之间的区间值），既有涵洞2沿隧道1纵向的尺寸不大于5m。
需要说明的是，既有涵洞2与隧道1的间距是指既有涵洞2与隧道1之间的最小水平距离。
本发明的一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法包括以下步骤：
如图1、图2和图3所示，步骤一，当隧道1掌子面开挖至与既有涵洞2距离4m-6m（比如4m、5m、6m以及任意两个端点值之间的区间值）时，沿隧道1的外轮廓线安装钢架13，钢架13安装后，先在隧道1拱部施作长管棚11，再在隧道1拱部靠近既有涵洞2的一侧增设超前小导管12，长管棚11和超前小导管12的尾部均焊接在钢架13上，并以长管棚11和超前小导管12作为注浆管进行注浆加固，之后在钢架13处进行初喷混凝土14。
本发明具体实施例中，步骤一中，长管棚11施作在隧道1拱部120°范围内，且长管棚11沿隧道1纵向的施作长度为14m-16m（比如14m、15m、16m以及任意两个端点值之间的区间值）。
实际布置时，长管棚11为多个，多个长管棚11沿隧道1的环向和纵向呈阵列分布；长管棚11倾斜设置，且长管棚11的长度方向与隧道1纵向之间的夹角为10°-15°（比如10°、11°、12°、13°、14°、15°以及任意两个端点值之间的区间值）。
长管棚11采用φ89mm×5mm（壁厚）的钢花管，其顶部做成尖锥状，尾部焊接在钢架13上，包括预留止浆段和注浆段，其中，预留止浆段不设置注浆孔，预留止浆段的长度不低于1.1m，注浆段设置有注浆孔，注浆孔的直径为10mm-16mm（比如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm以及任意两端点值之间的区间值），且呈梅花形分布，注浆孔的间距为14cm-16cm（比如14cm、15cm、16cm以及任意两端点值之间的区间值）。
长管棚11的长度为9m-11m（比如9m、10m、11m以及任意两端点值之间的区间值），在隧道1的环向上，相邻两个长管棚11的环向间距为35cm-45cm（比如35cm、37cm、40cm、42cm、45cm以及任意两端点值之间的区间值），在隧道1的纵向上，相邻两个长管棚11的搭接长度为2.5m-3.5m（比如2.5m、2.7m、3m、3.2m、3.5m以及任意两端点值之间的区间值）。
需要说明的是，在施作长管棚11之前，需要实测既有涵洞2基础垫层标高及相对隧道1里程位置，根据测量数据计算出长管棚11的起始外插角度，避免与既有涵洞2基础相交。
本发明具体实施例中，长管棚11的注浆材料采用水泥浆液，水泥浆液的水灰比为1:1，最大注浆压力采用2.0MPa。其中，单根长管棚11的注浆量按下式计算：，式中，
Q为单根长管棚11的注浆量，为浆液扩散半价，取，
L 0 为注浆孔的间距（m），
L为长管棚11的管长（m），取0.85，为注浆饱满系数，
η为围岩空隙率（%），各种地层条件下围岩空隙率参考值为：风化岩层的围岩空隙率取2%-3%，岩石破碎带的围岩空隙率取4%-6%，粘土的围岩空隙率取20%-40%。
本发明具体实施例中，超前小导管12布设在隧道1拱部靠近既有涵洞2的一侧由最低端长管棚11向上环向6-8m（比如6m、7m、8m以及任意两个端点值之间的区间值）的范围内，超前小导管12间隔布设在长管棚11的环向间隙中，且超前小导管12沿隧道1的纵向布设有4-6环（比如4环、5环或6环）。
实际布置时，超前小导管12为多个，多个超前小导管12沿隧道1的环向和纵向呈阵列分布；超前小导管12倾斜设置，且超前小导管12的长度方向与隧道1纵向之间的夹角为10°-15°（比如10°、11°、12°、13°、14°、15°以及任意两个端点值之间的区间值）。
超前小导管12采用φ42mm×3.5mm（壁厚）的钢管，其顶部做成尖锥状，尾部焊接在钢架13上，包括预留止浆段和注浆段，预留止浆段的长度不小于3m，在钢管的前部管壁（即注浆段）按梅花形布置溢浆孔，溢浆孔的孔径为10mm-12mm（比如10mm、11mm、12mm以及任意两个端点值之间的区间值），溢浆孔的间距为14cm-16cm（比如14cm、15cm、16cm以及任意两端点值之间的区间值）。
超前小导管12的长度为3m-5m（比如3m、4m、5m以及任意两端点值之间的区间值），在隧道1的环向上，相邻两个超前小导管12的环向间距为70cm-90cm（比如70cm、75cm、80cm、85cm、90cm以及任意两端点值之间的区间值），在隧道1的纵向上，相邻两个超前小导管12的搭接长度为1m-2m（比如1m、1.2m、1.5m、1.8m、2m以及任意两端点值之间的区间值）。
本发明具体实施例中，超前小导管12的注浆材料采用水泥浆液，水泥浆液的水灰比为1:1，注浆压力为0.5MPa-1.0MPa。超前小导管12的单孔注浆量与围岩的空隙率有关，可用下式估算：
Q=π·R 2
·L·n·β，式中，
Q为超前小导管12的单孔注浆量，
R为浆液扩散半径（m），
L为超前小导管12注浆段的长度（m），
n为岩石空隙率，一般取0.1-0.3，
β为浆液在岩石空隙中的有效充填系数，一般为0.6-0.9。
需要说明的是，步骤一的操作即完成了隧道1开挖施工的初期支护。
如图4所示，步骤二，采用三台阶开挖方法对下穿既有涵洞2的隧道1段进行开挖。
需要说明的是，下穿既有涵洞2的隧道段是指距离既有涵洞2一端4m-6m的位置到距离既有涵洞2另一端4m-6m的位置的范围，也即是既有涵洞2影响范围内的隧道段。并且，本发明只限定了下穿既有涵洞2的隧道段的开挖采用三台阶开挖方法，隧道其他部分的开挖方法在此不作限定，采用常规的开挖方法即可。
本发明具体实施例中，下穿既有涵洞2的隧道段开挖采用爆破开挖，爆破开挖是要适当控制爆破参数，保证开挖施工安全，具体地，控制装药不耦合系数为2.1-2.3（比如2.1、2.2、2.3以及任意两端点值之间的区间值），周边眼间距为0.3m-0.5m（比如0.3m、0.4m、0.5m以及任意两端点值之间的区间值），周边孔最小抵抗线为0.4m-0.6m（比如0.4m、0.5m、0.6m以及任意两端点值之间的区间值），相对距为0.5-0.8（比如0.5、0.6、0.7、0.8以及任意两端点值之间的区间值），周边眼装药集中度为0.07kg/m-0.15kg/m（比如0.07kg/m、0.08kg/m、0.1kg/m、0.12kg/m、0.15kg/m以及任意两端点值之间的区间值），每循环开挖进尺不大于0.6m。
进一步地，隧道1靠近既有涵洞2的一侧进行松动爆破，并采用机械开挖的方式进行开挖，以保证隧道1的开挖施工安全。
本发明下穿既有涵洞2的隧道段开挖采用三台阶开挖方法的具体操作如下：（1）首先开挖隧道1的上部台阶（如图4中①部分），并施作上部洞身结构的初期支护，即初喷3cm-5cm（比如3cm、4cm、5cm以及任意两个端点值之间的区间值）厚混凝土，架立钢架，钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，设计厚度可选为24cm-28cm（比如24cm、25cm、26cm、27cm、28cm以及任意两个端点值之间的区间值），底部喷8-12cm（比如8cm、9cm、10cm以及任意两个端点值之间的区间值）混凝土封闭；（2）上部台阶施工至设计距离后，开挖中部台阶（如图4中②部分），并施作中部洞身结构的初期支护，即接长钢架，并参照步骤（1）进行；其中，设计距离可选为2m-3m（比如2m、3m以及任意两端点值之间的区间值）；（3）开挖下部台阶（如图4中③部分），并封闭上部洞身结构的初期支护和中部洞身结构的初期支护，进行下部台阶的初期支护；下部台阶的初期支护完成后，可参照步骤（2），灌注下部洞身内仰拱（如图4中IV部分）和隧底填充(如图4中V部分）；（4）进行隧道1的拱墙衬砌施工（如图4中VI部分），即，利用衬砌模板台车一次性灌注二次衬砌。
需要说明的是，上部台阶底部可根据隧道1施工期监测变形情况设置临时钢架（未标示），临时钢架的两端通过锁脚钢管18加固，以控制上部台阶的初期支护和围岩的变形。相应的，中部台阶底部也设置有临时钢架，临时钢架的两端通过锁脚钢管18加固，以控制中部台阶的初期支护。
步骤三，在既有涵洞2靠近隧道1的边坡21表面和初喷混凝土14的表面分别进行防水处理，之后施作二次衬砌。
本发明具体实施例中，在既有涵洞2靠近隧道1的边坡21表面进行防水处理具体为：
先在既有涵洞2靠近隧道1的边坡21表面铺设防水板22，防水板22采用厚度为1.5mm的EVA防水板，之后在防水板22上浇筑钢筋网片混凝土23，钢筋网片混凝土23的浇筑厚度为60cm-80cm（比如60cm、65cm、70cm、75cm、80cm以及任意两端点值之间的区间值），钢筋网片混凝土23中的钢筋采用直径为12mm的螺纹钢，钢筋网片混凝土23中网片的网格间距为20cm×20cm。如此的操作可以保证既有涵洞2靠近隧道1的边坡21表面具有良好的防水效果，以避免既有涵洞2内的水渗入隧道1而对隧道1造成影响。
本发明具体实施例中，在初喷混凝土14的表面进行防水处理具体为：
先在初喷混凝土14的表面喷涂丙烯酸盐喷膜防水涂料层16，丙烯酸盐喷膜防水涂料层16的厚度可选为1.5mm-2.5mm（比如1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm以及任意两个端点值之间的区间值），之后铺设单面自粘型防水卷材17；其中，单面自粘型防水卷材17包括层叠设置的粘结层、防水板层和复合土工布层，防水板层采用厚度为1.5mm的EVA防水板；铺设时，粘结层朝向丙烯酸盐喷膜防水涂料层16。
如图2、图3和图5所示，防水处理完成后，进行施作二次衬砌，即在隧道1初期支护内侧施作模筑混凝土15衬砌，隧道1二次衬砌采用模筑混凝土15为防水混凝土。二次衬砌与步骤一完成的隧道1初期支护共同组成复合式衬砌，以保证良好的加固效果。
需要说明的是，隧道1初期支护与二次衬砌间全环均进行防水处理，即均喷涂丙烯酸盐喷膜防水涂料层16和铺设单面自粘型防水卷材17。二次衬砌变形缝及环、纵向施工缝均采用复合防水处理措施，具体地，在接缝处先涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料，再铺设30mm-50mm厚的水泥砂浆，水泥砂浆的水灰比为1:1。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，其特征在于，既有涵洞位于隧道的左上方或右上方，既有涵洞沿隧道纵向的尺寸不大于5m，既有涵洞与隧道的间距为0.8m-2m，所述下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法包括以下步骤：
步骤一，当隧道掌子面开挖至离既有涵洞4m-6m时，沿隧道的外轮廓线安装钢架，钢架安装后，先在隧道拱部施作长管棚，再在隧道拱部靠近既有涵洞的一侧增设超前小导管，长管棚和超前小导管的尾部均焊接在钢架上，并以长管棚和超前小导管作为注浆管进行注浆加固，之后在钢架处进行初喷混凝土；
步骤二，采用三台阶开挖方法对下穿既有涵洞的隧道段进行开挖；
步骤三，在既有涵洞靠近隧道的边坡表面和初喷混凝土的表面分别进行防水处理，之后施作二次衬砌；
步骤一中，长管棚施作在隧道拱部120°范围内，且长管棚沿隧道纵向的施作长度为14m-16m；
超前小导管布设在隧道拱部靠近既有涵洞的一侧由最低端长管棚向上环向6m-8m的范围内，超前小导管间隔布设在长管棚的环向间隙中，且超前小导管沿隧道的纵向布设有4-6环；
步骤三中，在既有涵洞靠近隧道的边坡表面进行防水处理具体为：
先在既有涵洞靠近隧道的边坡表面铺设防水板，之后在防水板上浇筑钢筋网片混凝土；
步骤三中，在初喷混凝土的表面进行防水处理具体为：
先在初喷混凝土的表面喷涂丙烯酸盐喷膜防水涂料层，之后铺设单面自粘型防水卷材；
其中，单面自粘型防水卷材包括层叠设置的粘结层、防水板层和复合土工布层，铺设时，粘结层朝向丙烯酸盐喷膜防水涂料层。
2.如权利要求1所述的一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，其特征在于，所述长管棚为多个，多个所述长管棚沿隧道的环向和纵向呈阵列分布；
所述长管棚倾斜设置，且所述长管棚的长度方向与隧道纵向之间的夹角为10°-15°。
3.如权利要求2所述的一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，其特征在于，所述长管棚的长度为9m-11m，在隧道的环向上，相邻两个长管棚的环向间距为35cm-45cm，在隧道的纵向上，相邻两个长管棚的搭接长度为2.5m-3.5m。
4.如权利要求1所述的一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，其特征在于，所述超前小导管为多个，多个所述超前小导管沿隧道的环向和纵向呈阵列分布；
所述超前小导管倾斜设置，且所述超前小导管的长度方向与隧道纵向之间的夹角为10°-15°。
5.如权利要求4所述的一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，其特征在于，所述超前小导管的长度为3m-5m，在隧道的环向上，相邻两个超前小导管的环向间距为70cm-90cm，在隧道的纵向上，相邻两个超前小导管的搭接长度为1m-2m。
6.如权利要求1所述的一种下穿既有涵洞的隧道开挖施工方法，其特征在于，步骤二中，开挖采用爆破开挖，控制装药不耦合系数为2.1-2.3，周边眼间距为0.3m-0.5m，周边孔最小抵抗线为0.4m-0.6m，相对距为0.5-0.8，周边眼装药集中度为0.07kg/m-0.15kg/m，每循环开挖进尺不大于0.6m；
隧道靠近既有涵洞的一侧进行松动爆破，并采用机械开挖的方式进行开挖。
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