CN115306442A - 砂质黄土地层的隧道预支护结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及砂质黄土地层的隧道预支护结构及施工方法,预支结构包括隧道围岩预支护结构和开挖台阶土的预支护结构;隧道围岩预支护结构包括上、中台阶拱部设置的水平旋喷桩体系,中台阶拱脚设置的斜向旋喷桩体系、下台阶边墙设置的斜向中导管体系、隧道仰拱底部设置的基底旋喷桩体系;开挖土体预支护结构包括上台阶超前水平小导管体系、中台阶和下台阶的竖向小导管体系。本发明施工方法中,中、下台阶采用预留矩形核心土和于竖向小导管背后紧贴设置木质插板防护的开挖方法。本发明采用的组合支护方式,可充分预加固隧道围岩土体及开挖范围内土体,有效降低砂质黄土地层隧道开挖风险,保证施工安全及进度。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工设计领域,具体涉及一种砂质黄土地层的隧道预支护结构及施工方法。
背景技术
砂质黄土地层隧道施工问题主要体现在砂质黄土结构松散,稳定性极差,开挖时对地层稍有扰动则会造成砂质黄土成片坍塌与地层变形,严重影响施工安全及进度。
现有预加固结构及方法仅仅采用大管棚及小导管超前支护拱部,对于各开挖台阶的支护及注浆加固范围有限,无法有效加固围岩,施工时存在坍塌风险。
发明内容
本申请提供一种砂质黄土地层的隧道预支护结构及施工方法,解决现有预加固结构及方法预支护范围有限、施工时容易坍塌等问题。
为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:
砂质黄土地层的隧道预支护结构,所述预支结构包括隧道围岩预支护结构和开挖台阶土的预支护结构;
所述围岩预支护结构包括上、中台阶拱部的超前水平旋喷桩体系、中台阶开挖面高程处侧墙的斜向旋喷桩体系、拱脚的斜向中导管体系和仰拱开挖面以下的基底旋喷桩体系;
所述开挖台阶土的预支结构包括上台阶掌子面的超前水平小导管体系、中台阶的第一竖向小导管体系、下台阶的第二竖向小导管体系和木插板。
进一步的,在所述中台阶开挖面对应开挖的最大跨度处,其两侧设置若干排斜向旋喷桩体系,斜向旋喷桩的打设角度与水平方向小于45°,每排斜向旋喷桩体系包括沿隧道纵向间隔连续打设的多组斜向旋喷桩。
进一步的,所述超前水平旋喷桩体系设置在中台阶面以上范围的隧道拱部,包括若干超前水平旋喷桩,超前水平旋喷桩在环向相互咬合,形成连续的拱棚支护结构。
进一步的,在所述下台阶面两侧的边墙设置斜向中导管体系,包括若干斜向中导管,斜向中导管打设角度与隧道开挖轮廓线垂直,若干斜向中导管呈梅花布设。
进一步的,所述第一竖向小导管体系和第二竖向小导管体系分别垂直于中台阶面和下台阶面,第一竖向小导管体系和第二竖向小导管体系均包括若干分排打设的竖向小导管,若干竖向小导管呈梅花型布设。
进一步的,所述超前水平旋喷桩和斜向旋喷桩内设置有螺纹钢筋。
进一步的,第一竖向小导管体系和第二竖向小导管体系的若干竖向小导管在隧道纵向采用连接筋连接。
进一步的,所述木插板紧贴设置在第一竖向小导管体系或第二竖向小导管体系的竖向小导管背后。
砂质黄土地层的隧道施工方法,施作超前水平旋喷桩体系和超前水平小导管体系后,开挖上台阶;
上台阶开挖后,清除核心土并施作第一竖向小导管体系;
开挖中台阶,中台阶两侧土体开挖完毕后施作斜向旋喷桩体系;
中台阶开挖后,清除核心土并施作第二竖向小导管体系;
开挖下台阶,下台阶两侧土体开挖完毕后施作斜向中导管体系;
下台阶开挖完毕后施作基底旋喷桩体系。
进一步的,具体包括:
S1、施作上台阶地面标高以上拱部的超前水平旋喷桩体系及水平小导管体系并注浆加固;待上部超前加固体强度稳定后,采用预留梯形核心土法开挖上台阶,在其两侧土体开挖完毕后立即在临空面挂网喷混凝土并架设型钢钢架;
S2、在上台阶拱部土体开挖5米过后,清除该台阶的梯形核心土,在上台阶地面垂直打入中台阶第一竖向小导管体系并注浆加固,第一竖向小导管体系深入下台阶不小于1m;
S3、待第一竖向小导管体系浆液强度稳定后,先开挖中台阶两侧土体后再施作双排斜向旋喷桩体系,并立即挂网喷混凝土,连接型钢钢架,再喷混凝土;
S4、待中台阶两侧土体开挖超前5米过后,中台阶已形成经第一竖向小导管体系加固后的矩形核心土;在紧贴最外排和相邻排第一竖向小导管体系的竖向小导管背后均插入一道30cm厚木插板,并使得前后相邻的两道木插板的底面和顶面保持在同一高程,以此阻止矩形核心土滑塌;
S5、木插板安设就位后,通过先拆除第一竖向小导管体系之间的连接钢筋,以边拆、边挖、边插板的方式,逐步分层开挖完中台阶的矩形核心土;在清除中台阶的矩形核心土后,在中台阶的地面垂直打入第二竖向小导管体系并注浆加固;
S6、以S3、S4、S5的步骤开挖下台阶;当下台阶的两侧土体开挖完毕后,施作边墙斜向中导管体系并注浆加固,挂网喷混凝土,连接下边墙钢架,再喷混凝土,最后清除该台阶的核心土并施作基底旋喷桩体系;
S7、重复S1-S6,以5m超前距离为一次进尺最大值,重复挖土掘进。
本发明的有益效果如下:
本发明的预支护结构整体布局合理,施工工艺简便,通过旋喷桩、超前小导管、中导管以及木质插板结构的组合支护方式,能有效加固开挖面周边围岩及充分保护开挖土体,降低砂质黄土地层隧道开挖过程中的成片坍塌、变形等风险。
当然地,实施本发明的各技术方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的预支护措施正面布置图;
图2为图1的I-I剖面布置图;
图3为图1的平面布置图;
图4为本发明实施例的插板法开挖示意图。
图中,1-水平旋喷桩体系,2-斜向旋喷桩体系,3-水平小导管体系,4-第一竖向小导管体系,5-第二竖向小导管体系,6-斜向中导管体系,7-基底旋喷桩体系,8-螺纹钢筋,9-连接筋,10-木插板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外,说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时,方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。
本发明的基本思路是提供一种用于砂质黄土地层的隧道预支护结构及施工方法,砂质黄土地层的隧道预支护结构分围岩及开挖土体预支护两大部分。围岩主要通过水平旋喷桩、双排斜向旋喷桩、基底旋喷桩及边墙中导管进行预支护加固;开挖土体主要通过水平小导管及竖向小导管进行预支护加固,采用插板法分层分块开挖。二者相结合施工工艺简便,能有效加固开挖面周边围岩及充分保护开挖土体,保证施工安全及进度。
参见图1-图4,图1-图4为本发明实施例的预支护措施正面布置图;图2为图1的I-I剖面布置图;图3为图1的平面布置图;图4为本发明实施例的插板法开挖示意图。
实施例1:
本实施例提供一种砂质黄土地层的隧道预支护结构,该预支结构包括隧道围岩预支护结构和开挖台阶土的预支护结构;
如图1-图3,围岩预支护结构包括外轮廓周边的超前水平旋喷桩体系1、中台阶开挖面高程处侧墙的斜向旋喷桩体系2、拱脚的斜向中导管体系6和仰拱开挖面以下的基底旋喷桩体系7;
开挖台阶土的预支结构包括上台阶掌子面的超前水平小导管体系3、中台阶的第一竖向小导管体系4、下台阶的第二竖向小导管体系5和木插板10。
中台阶开挖面对应开挖的最大跨度处,其两侧设置两排斜向旋喷桩体系2,其他实施例中,斜向旋喷桩体系2可以设置更多排,每排斜向旋喷桩体系2包括沿隧道纵向间隔连续打设的多组斜向旋喷桩,在本实施例中,斜向旋喷桩的打设角度与水平方向呈30°,在其他实施例中,斜向旋喷桩的打设角度与水平方向呈小于45°的角度。
超前水平旋喷桩体系1设置在中台阶面以上范围的隧道拱部,包括若干超前水平旋喷桩,超前水平旋喷桩在环向相互咬合,形成连续的拱棚支护结构。
下台阶面两侧的边墙设置斜向中导管体系6,包括若干斜向中导管,斜向中导管打设角度与隧道开挖轮廓线垂直,若干斜向中导管呈梅花布设。
第一竖向小导管体系4和第二竖向小导管体系5分别垂直于中台阶面和下台阶面,第一竖向小导管体系4和第二竖向小导管体系5均包括若干分排打设的竖向小导管,若干竖向小导管呈梅花型布设。
如图4,木插板10紧贴设置在第一竖向小导管体系4或第二竖向小导管体系5的竖向小导管背后。
实施例2:
与实施例1不同的是,本实施例中,第一竖向小导管体系4和第二竖向小导管体系5的若干竖向小导管在隧道纵向采用连接筋9连接,用于加强第一竖向小导管体系4和第二竖向小导管体系5的整体性。
实施例3:
与实施例1或实施例2不同的是,本实施例中,超前水平旋喷桩和斜向旋喷桩内设置有螺纹钢筋8,以加强桩体抗剪强度。
实施例4:
本实施例提供一种砂质黄土地层的隧道施工方法,该方法施作超前水平旋喷桩体系1和超前水平小导管体系3后,开挖上台阶;上台阶开挖后,清除核心土并施作第一竖向小导管体系4;开挖中台阶,中台阶两侧土体开挖完毕后施作斜向旋喷桩体系2;中台阶开挖后,清除核心土并施作第二竖向小导管体系5;开挖下台阶,下台阶两侧土体开挖完毕后施作斜向中导管体系6;下台阶开挖完毕后施作基底旋喷桩体系7。
具体包括以下步骤:
S1、施作上台阶地面标高以上拱部的超前水平旋喷桩体系1及水平小导管体系3并注浆加固;待上部超前加固体强度稳定后,采用预留梯形核心土法开挖上台阶,在其两侧土体开挖完毕后立即在临空面挂网喷混凝土并架设型钢钢架。
S2、在上台阶拱部土体开挖5米过后,清除该台阶的梯形核心土,在上台阶地面垂直打入中台阶第一竖向小导管体系4并注浆加固,第一竖向小导管体系4深入下台阶不小于1m。
S3、待第一竖向小导管体系4浆液强度稳定后,先开挖中台阶两侧土体后再施作双排斜向旋喷桩体系2,并立即挂网喷混凝土,连接型钢钢架,再喷混凝土。
S4、待中台阶两侧土体开挖超前5米过后,中台阶已形成经第一竖向小导管体系4加固后的矩形核心土;在紧贴最外排和相邻排第一竖向小导管体系4的竖向小导管背后均插入一道30cm厚木插板10,并使得前后相邻的两道木插板10的底面和顶面保持在同一高程,以此阻止矩形核心土滑塌。
S5、木插板10安设就位后,通过先拆除第一竖向小导管体系4之间的连接钢筋9,以边拆、边挖、边插板的方式,逐步分层开挖完中台阶的矩形核心土;在清除中台阶的矩形核心土后,在中台阶的地面垂直打入第二竖向小导管体系5并注浆加固,S3、S4、S5即为采用预留矩形核心土法及插板法开挖中台阶,插板法开挖具体参见图4。
S6、以S3-S5的步骤开挖下台阶,即采用预留矩形核心土法及插板法开挖下台阶;当下台阶的两侧土体开挖完毕后,施作边墙斜向中导管体系6并注浆加固,挂网喷混凝土,连接下边墙钢架,再喷混凝土,最后清除该台阶的核心土并施作基底旋喷桩体系7。
S7、重复S1-S6,以5m超前距离为一次进尺最大值,重复挖土掘进。
本实施例方法避免了传统砂质黄土地层中预加固仅仅采用大管棚及小导管超前支护,支护及注浆加固范围有限,无法有效加固隧道围岩及开挖土体等缺陷,可充分预加固围岩土体及开挖范围内土体,有效降低砂质黄土隧道开挖风险,保证施工安全及进度。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,所述预支结构包括隧道围岩预支护结构和开挖台阶土的预支护结构;
所述围岩预支护结构包括上、中台阶拱部的超前水平旋喷桩体系(1)、中台阶开挖面高程处侧墙的斜向旋喷桩体系(2)、拱脚的斜向中导管体系(6)和仰拱开挖面以下的基底旋喷桩体系(7);
所述开挖台阶土的预支结构包括上台阶掌子面的超前水平小导管体系(3)、中台阶的第一竖向小导管体系(4)、下台阶的第二竖向小导管体系(5)和木插板(10)。
2.根据权利要求1所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,在所述中台阶开挖面对应开挖的最大跨度处,其两侧设置若干排斜向旋喷桩体系(2),斜向旋喷桩的打设角度与水平方向小于45°,每排斜向旋喷桩体系(2)包括沿隧道纵向间隔连续打设的多组斜向旋喷桩。
3.根据权利要求1或2所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,所述超前水平旋喷桩体系(1)设置在中台阶面以上范围的隧道拱部,包括若干超前水平旋喷桩,超前水平旋喷桩在环向相互咬合,形成连续的拱棚支护结构。
4.根据权利要求3所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,在所述下台阶面两侧的边墙设置斜向中导管体系(6),包括若干斜向中导管,斜向中导管打设角度与隧道开挖轮廓线垂直,若干斜向中导管呈梅花布设。
5.根据权利要求4所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,所述第一竖向小导管体系(4)和第二竖向小导管体系(5)分别垂直于中台阶面和下台阶面,第一竖向小导管体系(4)和第二竖向小导管体系(5)均包括若干分排打设的竖向小导管,若干竖向小导管呈梅花型布设。
6.根据权利要求5所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,所述超前水平旋喷桩和斜向旋喷桩内设置有螺纹钢筋(8)。
7.根据权利要求6所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,第一竖向小导管体系(4)和第二竖向小导管体系(5)的若干竖向小导管在隧道纵向采用连接筋(9)连接。
8.根据权利要求7所述砂质黄土地层的隧道预支护结构,其特征在于,所述木插板(10)紧贴设置在第一竖向小导管体系(4)或第二竖向小导管体系(5)的竖向小导管背后。
9.砂质黄土地层的隧道施工方法,其特征在于,施作超前水平旋喷桩体系(1)和超前水平小导管体系(3)后,开挖上台阶;
上台阶开挖后,清除核心土并施作第一竖向小导管体系(4);
开挖中台阶,中台阶两侧土体开挖完毕后施作斜向旋喷桩体系(2);
中台阶开挖后,清除核心土并施作第二竖向小导管体系(5);
开挖下台阶,下台阶两侧土体开挖完毕后施作斜向中导管体系(6);
下台阶开挖完毕后施作基底旋喷桩体系(7)。
10.根据权利要求9所述砂质黄土地层的隧道施工方法,其特征在于,具体包括:
S1、施作上台阶地面标高以上拱部的超前水平旋喷桩体系(1)及水平小导管体系(3)并注浆加固;待上部超前加固体强度稳定后,采用预留梯形核心土法开挖上台阶,在其两侧土体开挖完毕后立即在临空面挂网喷混凝土并架设型钢钢架;
S2、在上台阶拱部土体开挖5米过后,清除该台阶的梯形核心土,在上台阶地面垂直打入中台阶第一竖向小导管体系(4)并注浆加固,第一竖向小导管体系(4)深入下台阶不小于1m;
S3、待第一竖向小导管体系(4)浆液强度稳定后,先开挖中台阶两侧土体后再施作双排斜向旋喷桩体系(2),并立即挂网喷混凝土,连接型钢钢架,再喷混凝土;
S4、待中台阶两侧土体开挖超前5米过后,中台阶已形成经第一竖向小导管体系(4)加固后的矩形核心土;在紧贴最外排和相邻排第一竖向小导管体系(4)的竖向小导管背后均插入一道30cm厚木插板(10),并使得前后相邻的两道木插板(10)的底面和顶面保持在同一高程,以此阻止矩形核心土滑塌;
S5、木插板(10)安设就位后,通过先拆除第一竖向小导管体系(4)之间的连接钢筋(9),以边拆、边挖、边插板的方式,逐步分层开挖完中台阶的矩形核心土;在清除中台阶的矩形核心土后,在中台阶的地面垂直打入第二竖向小导管体系(5)并注浆加固;
S6、以S3、S4、S5的步骤开挖下台阶;当下台阶的两侧土体开挖完毕后,施作边墙斜向中导管体系(6)并注浆加固,挂网喷混凝土,连接下边墙钢架,再喷混凝土,最后清除该台阶的核心土并施作基底旋喷桩体系(7);
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2022
- 2022-08-22 CN CN202211004851.4A patent/CN115306442A/zh active Pending
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