CN114961737A - 一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,包括S1、划分富水复合地层为六个导洞,单一先行导洞施工,施工初期支护,继续施工直至贯通;S2、利用先行导洞对其余五导洞超前注浆、核查掌子面前方实际地层情况并作为原位试验段,验证工前评估及设计措施有效性;S3、施工其余五个导洞,开挖并施工五个导洞的初期支护;S4、同步施工五个导洞至全线贯通;本方法大幅度提升效率节省工期,注浆和开挖同步进行,实时核查掌子面前方实际地层情况,创造新工作面对其余导洞进行超前注浆及对加固土体抽芯检查,满足施工工况工艺,不会在富水复合地层地段出现失真,防止发生工程事故及隐患,实现系统化人力、工程成本预算。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域,具体涉及一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法。
背景技术
常见的矿山法挖掘采用的施工方法及工序为:(1)建设施工竖井,或利用车站基坑作为工作面;(2)根据地质条件对相关地层采取超前注浆、降水等超前止水措施,施作管棚、注浆小导管等超前支护措施;(3)从竖井内破除地连墙进正线施工,各分部按步序(一般为先行导洞、先行导洞下方导洞、对侧导洞、对侧导洞下方导洞、中上导洞、中下导洞,相互间隔3~5m)掘进施工,该种方法在富水复合地层中存在下述工效低、取芯困难、地层失真、工程评估无法复核等问题。
在现有的分部开挖施工方法中,工效偏低且无法有效提高。实际工程经验显示,相同长度土体的超前注浆(未包含取芯检验耗时)耗时往往超过实际掘进时间,效率受到严重制约;注浆土体需满足设定要求(如土体无侧限抗压强度不小于0.8MPa、加固体渗透系数小于10cm/s等)方可开挖,但由于取芯困难、耗时过长等原因,在实际施工中往往被略去,不符合施工标准且存在隐患。
目前规范要求地下区间详勘测点间距为10~30m/孔,孔间地层情况靠经验推断,故勘察结果并不完整连续,在地层复合地段可能会出现失真,特别是在地面无法钻孔(如隧道下穿敏感建构筑物等)地段风险较高。
目前工程勘察、土体本构关系等方面的技术水平尚未能真实准确反映实际土体情况,且土体/结构相互作用非常复杂,工前模拟评估可靠性偏低。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题,急需设计一种适用富水复合地层的矿山法分部开挖施工方法,以解决施工效率低下、不满足实时工况检查、存在风险、达不到工艺标准等问题。
本发明的一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,包括如下步骤:
S1、划分富水复合地层为包括所述先行导洞在内的六个导洞,单一先行导洞施工,施工先行导洞初期支护,对先行导洞继续施工直至贯通;
S2、利用所述先行导洞对其余五个导洞超前注浆,先行导洞作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况,同步利用先行导洞作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性;
S3、施工所述其余五个导洞,进洞开挖导洞土体,施工所述五个导洞的初期支护;
S4、同步施工所述五个导洞,直至全线贯通。
更进一步地,所述S1步骤具体包括:
S11、划分所述六个导洞为先行导洞、先行导洞下方导洞、中上导洞、中下导洞、对侧导洞、对侧导洞下方导洞;
S12、打设拱顶超前支护;
S13、进行先行导洞掌子面超前注浆;
S14、进洞开挖导洞土体;
S15、施工先行导洞初期支护,包括先行导洞相关的初支钢架、临时中隔墙和临时仰拱;
S16、重复进行S14、S15步骤,直至单一先行导洞贯通。
更进一步地,S1步骤中,所述单一先行导洞选择施工横断面的左上方或右上方。
更进一步地,所述S2步骤具体包括:
S21、利用所述先行导洞对先行导洞下方导洞、中上导洞、中下导洞、对侧导洞、对侧导洞下方导洞超前注浆;
S22、利用先行导洞作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况;
S23、利用先行导洞作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性。
更进一步地,所述先行导洞与所述中上导洞、对侧导洞在上层水平方向上依次排布,所述先行导洞下方导洞与所述中下导洞、对侧导洞下方导洞在下层水平方向上依次排布。
更进一步地,所述初期支护初支钢架单元连接处,使用锁脚锚管。
更进一步地,步骤S3具体包括:
S31、开挖所述先行导洞下方导洞,搭建初支钢架和临时中隔墙并喷射混凝土闭合导洞初支;
S32、在开挖先行导洞下方导洞领先约5m后,开挖对侧导洞,搭建初支钢架并喷射混凝土闭合导洞初支,施工临时仰拱与临时中隔墙;
S33、在对侧导洞领先约5m后,开挖对侧导洞下方导洞,搭建初支钢架和临时中隔墙并喷射混凝土闭合导洞初支;
S34,在对侧导洞下方导洞领先约5m后,开挖中上导洞,连接先行导洞和对侧导洞上方初支钢架、连接临时仰拱;
S35,在中上导洞领先5m后,开挖中下导洞,闭合整环初支。
本发明的一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,具备一以下技术优势:
(1)划分富水复合地层为六个导洞,单一先行导洞贯通创造新工作面对其余导洞进行超前注浆及对加固土体抽芯检查,实现其余导洞注浆和开挖同步连续施工直至全线贯通,属于快速化分部挖掘方法,大幅度提升效率,节省工期,同时本方法可适配应急隧道或国家紧急工程。
(2)先行导洞作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况,不会在富水复合地层地段出现失真。
(3)先行导洞作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性,避免不符合施工标准,防止发生工程事故及隐患。
(4)多个导洞同时施工,可加强对导洞及周边土体监测,利用监测结果校正工前数值模拟评估,加强工程预算的体系构建,实现系统化人力、工程成本预算。
附图说明
图1为本发明先行导洞的横断面示意图;
图2为本发明先行导洞的纵断面示意图;
图3为本发明同步施工先行导洞与其余两导洞(先行导洞下方导洞、对侧导洞)的示例图;
图4为本发明同步施工先行导洞与先行导洞下方导洞的纵截面示意图;
图5为本发明同步施工先行导洞与先行导洞下方导洞的平剖面示意图;
图6为本发明的横断面结构示意图;
图中:1、拱顶;2、拱顶超前支护;3、先行导洞超前注浆;4、先行导洞初支钢架;5、第一临时中隔墙;6、先行导洞临时仰拱(第一临时仰拱);7、第三临时中隔墙;8、对侧导洞临时仰拱(第二临时仰拱);9、第二临时中隔墙;10、锁脚锚管;11、第四临时中隔墙;12、掌子面;13、先行导洞下方导洞初支钢架;14、先行导洞;15、先行导洞下方导洞;16、中上导洞;17、中下导洞;18、对侧导洞;19、对侧导洞下方导洞。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,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种实施例,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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
结合参阅附图1、附图2与附图6,本发明的一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,包括如下步骤:
S1、划分富水复合地层为包括所述先行导洞14在内的六个导洞,单一先行导洞14施工,施工先行导洞初期支护。
S1步骤具体包括:S11、划分所述六个导洞为先行导洞14、先行导洞下方导洞15、中上导洞16、中下导洞17、对侧导洞18、对侧导洞下方导洞19;S12、打设拱顶超前支护2;S13、对先行导洞14掌子面12进行先行导洞超前注浆3;S14、进洞开挖导洞土体;S15、施工先行导洞初期支护,包括上方先行导洞初支钢架4,搭建先行导洞临时仰拱(第一临时仰拱)6与第一临时中隔墙5;初期支护的初支钢架单元连接处,使用锁脚锚管10;S16、重复进行S14、S15步骤,直至单一先行导洞14贯通。
本实施例中,如附图6的本发明的横断面结构示意图,划分六个导洞为先行导洞14、先行导洞下方导洞15、中上导洞16、中下导洞17、对侧导洞18、对侧导洞下方导洞19,单一先行导洞14选择施工横断面的左上方或右上方定为施工位置,先行导洞14与中上导洞16、对侧导洞18在上层水平方向上依次排布,先行导洞下方导洞15与中下导洞17、对侧导洞下方导洞19在下层水平方向上依次排布。结合参阅附图1、附图2本发明先行导洞的横断面示意图与纵断面示意图,先在富水复合地层隧道拱部拱顶1打设拱顶超前支护2,拱顶超前支护2覆盖隧道拱顶1弯曲部分,之后对先行导洞14进行施工,进行先行导洞14掌子面12超前注浆,进洞开挖导洞土体,开挖过程中,需进行先行导洞14初支施工,包括上方先行导洞初支钢架4、第一临时仰拱6、第一临时中隔墙5,待喷射混凝土强度满足设计要求后,继续掘进、施工初支直至先行导洞14贯通,先行导洞14开挖过程中,加强对导洞及周边土体监测,利用监测结果校正工前数值模拟评估。
S2、先行导洞14贯通创造新工作面对其余导洞进行超前注浆及对加固土体抽芯检查,实现注浆和开挖同步连续施工;利用先行导洞14对其余五个导洞超前注浆,先行导洞14作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况,满足施工工况工艺,不会在富水复合地层地段出现失真;同步利用先行导洞14作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性,避免不符合施工标准,防止发生工程事故及隐患。
S2步骤具体包括:S21、利用先行导洞14对先行导洞下方导洞15、中上导洞16、中下导洞17、对侧导洞18、对侧导洞下方导洞19超前注浆,结合参阅附图3先行导洞14与其余两导洞(先行导洞下方导洞1、对侧导洞18)的示例图;参阅附图4、附图5先行导洞14与先行导洞下方导洞15的纵截面示意图与平剖面示意图,S22、利用先行导洞14作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况;S23、利用先行导洞14作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性。
S3、施工其余五个导洞,进洞开挖导洞土体,施工五个导洞的初期支护。
本实施例中,步骤S3具体包括:S31、开挖先行导洞下方导洞15,搭建先行导洞下方导洞初支钢架13和第二临时中隔墙9并喷射混凝土闭合导洞初支;S32、在开挖先行导洞下方导洞15领先约5m后,开挖对侧导洞18,搭建初支钢架并喷射混凝土闭合导洞初支,施工对侧导洞临时仰拱(第二临时仰拱)8与第三临时中隔墙7;S33、在对侧导洞18领先约5m后,开挖对侧导洞下方导洞19,搭建初支钢架包括第四临时中隔墙11并喷射混凝土闭合导洞初支;S34,在对侧导洞下方导洞19领先约5m后,开挖中上导洞16,连接先行导洞和对侧导洞上方初支钢架并连接先行导洞临时仰拱(第一临时仰拱)6与对侧导洞临时仰拱(第二临时仰拱)8;S35,在中上导洞16领先5m后,开挖中下导洞17,闭合整环初支。
S4、同步施工五个导洞,直至全线贯通。
本发明方法适于于常规地层与富水复合地层,划分富水复合地层为六个导洞,单一先行导洞14施工然后利用先行导洞14对其余五个导洞施工,搭建内部支护后同步施工,单一先行导洞14贯通还可以创造新工作面对其余导洞进行超前注浆及对加固土体抽芯检查,实现全线贯通,属于快速化分部挖掘方法,大幅度提升效率,节省工期,同时本方法可适配应急隧道或国家紧急工程。
多个导洞同时施工,可加强对导洞及周边土体监测,利用监测结果校正工前数值模拟评估,加强工程预算的体系构建,实现系统化人力、工程成本预算。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“上”“下”“前”“后”“竖直”“水平”“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,而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,因为不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、划分富水复合地层为包括先行导洞在内的六个导洞,单一先行导洞施工,施工先行导洞初期支护,对先行导洞继续施工直至贯通;
S2、利用所述先行导洞对其余五个导洞超前注浆,先行导洞作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况,同步利用先行导洞作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性;
S3、施工所述其余五个导洞,进洞开挖导洞土体,施工所述五个导洞的初期支护;
S4、同步施工所述五个导洞,直至全线贯通。
2.根据权利要求1所述的适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,所述S1步骤具体包括:
S11、划分所述六个导洞为先行导洞、先行导洞下方导洞、中上导洞、中下导洞、对侧导洞、对侧导洞下方导洞;
S12、打设拱顶超前支护;
S13、进行先行导洞掌子面超前注浆;
S14、进洞开挖导洞土体;
S15、施工先行导洞初期支护,包括先行导洞相关的初支钢架、临时中隔墙和临时仰拱;
S16、重复进行S14、S15步骤,直至单一先行导洞贯通。
3.根据权利要求1所述的适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,S1步骤中,所述单一先行导洞选择施工横断面的左上方或右上方。
4.根据权利要求1所述的适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,所述S2步骤具体包括:
S21、利用所述先行导洞对先行导洞下方导洞、中上导洞、中下导洞、对侧导洞、对侧导洞下方导洞超前注浆;
S22、利用先行导洞作为水平地质探坑核查掌子面前方实际地层情况;
S23、利用先行导洞作为原位试验段,监测结果验证工前评估及设计措施有效性。
5.根据权利要求4所述的适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,所述先行导洞与所述中上导洞、对侧导洞在上层水平方向上依次排布,所述先行导洞下方导洞与所述中下导洞、对侧导洞下方导洞在下层水平方向上依次排布。
6.根据权利要求1所述的适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,所述初期支护初支钢架单元连接处,使用锁脚锚管。
7.根据权利要求1所述的适用于富水复合地层矿山法分部开挖快速化施工方法,其特征在于,步骤S3具体包括:
S31、开挖所述先行导洞下方导洞,搭建初支钢架和临时中隔墙并喷射混凝土闭合导洞初支;
S32、在开挖先行导洞下方导洞领先约5m后,开挖对侧导洞,搭建初支钢架并喷射混凝土闭合导洞初支,施工临时仰拱与临时中隔墙;
S33、在对侧导洞领先约5m后,开挖对侧导洞下方导洞,搭建初支钢架和临时中隔墙并喷射混凝土闭合导洞初支;
S34、在对侧导洞下方导洞领先约5m后,开挖中上导洞,连接先行导洞和对侧导洞上方初支钢架、连接临时仰拱;
S35、在中上导洞领先5m后,开挖中下导洞,闭合整环初支。
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