CN115324587A - 一种浅埋超大断面隧道施工方法 - Google Patents

一种浅埋超大断面隧道施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浅埋超大断面隧道施工方法，所述方法包括以下步骤：在地表上，沿隧道中轴线方向上，依次竖向间隔桩基成孔；在若干孔洞中下放钢套管，所述钢套管上下端均位于隧道开挖轮廓线以外；在钢套管中下钢筋笼，并浇筑混凝土，形成钢管桩；开挖钢管桩任意一侧的导坑上台阶，并进行支护；开挖同一侧的导坑下台阶，并进行支护；开挖钢管桩另一侧的导坑上台阶，并进行支护；开挖另一侧的导坑下台阶，并进行支护；开挖仰拱并进行浇筑；浇筑完成后，截断所述钢管桩的洞身段；最后浇筑二衬。采用本方案，能解决传统浅埋超大断面隧道双侧壁导坑法或交叉中隔壁法施工工序繁杂的问题，从而实现快速、安全施工。

Description

一种浅埋超大断面隧道施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种浅埋超大断面隧道施工方法。
背景技术
常规超大断面隧道采用扁平马蹄形断面，钻爆法掘进，新奥法支护。由于开挖断面大，一般在150以上，单洞四车道高速公路隧道可达260以上，如图1所示的台阶法施工，其中，Ⅳ、Ⅴ级围岩超大断面隧道均采用分部开挖法，如图2所示的环形开挖留核心土法、图3所示的中隔壁法、图4所示的交叉中隔壁法和图5所示的双侧壁导坑法。
如下表所示，为不同围岩条件和开挖端面适宜的开挖方法：
Figure BDA0003798508170000011
上述多种开挖方法能根据不同的断面选择不同的施工方法，但上述开挖方法中，特别是浅埋超大断面隧道双侧壁导坑法或交叉中隔壁法，其施工工序繁杂，开挖工序多，施工进度慢，同时施工单位出于效益考虑也非常不配合。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，目的在于提供一种浅埋超大断面隧道施工方法，采用本方案，能解决传统浅埋超大断面隧道双侧壁导坑法或交叉中隔壁法施工工序繁杂的问题，从而实现快速、安全施工。
本发明通过下述技术方案实现：
一种浅埋超大断面隧道施工方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：在地表上，沿隧道中轴线方向上，依次竖向间隔桩基成孔；
步骤二：在若干孔洞中下放钢套管，所述钢套管上下端均位于隧道开挖轮廓线以外；
步骤三：在钢套管中下钢筋笼，并浇筑混凝土，形成钢管桩；
步骤四：开挖钢管桩任意一侧的导坑上台阶，并进行支护；
步骤五：开挖同一侧的导坑下台阶，并进行支护；
步骤六：开挖钢管桩另一侧的导坑上台阶，并进行支护；
步骤七：开挖另一侧的导坑下台阶，并进行支护；
步骤八：开挖仰拱并进行浇筑；
步骤九：浇筑完成后，截断所述钢管桩的洞身段；
步骤十：最后浇筑二衬。
相对于现有技术，在多种开挖方法中，特别是浅埋超大断面隧道双侧壁导坑法或交叉中隔壁法，其施工工序繁杂，开挖工序多，施工进度慢的问题，本方案提供了一种浅埋超大断面隧道施工方法，采用本方案，通过地表预埋施工的钢管桩替代常规洞内施工的型钢喷砼中隔壁，显著提高了中隔壁对隧道后行导洞围岩的支护效果，并且导洞可由常规的三台阶开挖优化为两台阶开挖；具体步骤中，在隧道开挖之间，需在地表施工，采用旋挖法或者冲击成孔等方式桩基成孔，形成的若干孔洞依次沿隧道中轴线方向间隔设置，即相邻两个孔洞之间留有间距，孔洞竖向贯穿预开挖隧道，并位于隧道开挖轮廓线以下；
随后，在孔洞中下放钢套管和同等长度的钢筋笼，其中钢套管的下端伸出隧道开挖轮廓线并外延3m范围，而钢套管的上端伸出隧道开挖轮廓线并外延3m范围；随后浇筑钢筋砼，从而形成钢筋砼钢管桩，其中采用钢套管，能在形成高强度和高刚度的钢筋砼钢管桩的同时，还能便于和导洞型钢钢架焊接；
随后，钢管桩将隧道开挖端面分为左右两个导洞，而左右导洞施工的前后顺序与常规中隔壁法相同，导洞本身采用上下台阶开挖，因为钢管桩替代了传统做法的型钢喷砼支护确保后行导洞侧围岩稳定，先行导洞开挖时无需再施工中隔壁型钢，桩间围岩采用喷砼封闭即可；
而在具体开挖过程中，每开挖一个台阶，均要设置导洞型钢钢架对其进行支护，支护完成后，开挖仰拱，并进行浇筑，浇筑完成后，截断钢管桩的洞身段，最后浇筑二衬，从而完成施工。
以上方案，旨在实现：采用地表预埋施工的钢管桩替代常规洞内施工的型钢喷砼中隔壁，显著提高了中隔壁对隧道后行导洞围岩的支护效果，为简化两侧导洞施工工序创造了条件，导洞可由常规的三台阶开挖优化为两台阶开挖。因为地表钢管桩施工与洞内施工是两条分离互不影响的施工线，钢管桩可以择机提前施工，减少了洞内施工工序时间，可以显著提高隧道主洞浅埋段施工进度。
进一步优化，所述钢管桩为中隔壁结构，钢管桩段填充钢筋砼，位于所述钢管桩上方的孔洞部分填筑贫混凝土；在具体施工过程中，需根据孔洞自下而上的功能作用和材料不同，分为上下两端，下端设置为钢筋砼钢管桩，而上端，即隧道洞顶3m至地表之间，采用贫混凝土浇筑回填，如采用C15片石砼。
进一步优化，所述钢管桩的桩径为1～1.2m。
进一步优化，相邻两个所述钢管桩之间的间距为隧道设计钢架纵向间距的整数倍，且不小于2倍桩径。
进一步优化，还包括导洞型钢钢架，所述导洞型钢钢架包括设桩段和非设桩段，所述非设桩段的顶部包括沿隧道轮廓线依次连接的若干段A单元；所述设桩段的顶部包括位于中心的A1单元，所述A1单元的两侧沿隧道轮廓线均依次连接有若干段A2单元；所述A1单元的弦长不小于所述钢管桩的管径；其中，支护所用的导洞型钢钢架分为设桩段和非设桩段两种布置形式，非设桩段的顶部钢架采用若干段A2单元沿隧道轮廓线依次连接，即采用长度相同的常规钢架分段设计；而设桩段则在最中间采用较短长度的A1单元，但其弦长不应小于钢管桩的管径，便于钢管桩的插入和连接，随后在A1单元两端设置常规的A2单元依次连接，其中A1单元仅代表预留长度，不设钢架。
进一步优化，所述钢管桩两侧的A2钢架单元通过连接件和所述钢管桩外侧壁焊接；在具体连接过程中，相邻两个A2单元之间、A2单元和钢管桩之间均通过连接件连接，从而形成稳定的连接支护结构。
进一步优化，所述连接件包括背板，所述靠近钢管桩的A2单元的端部还设有工型接头，所述工型接头一端固定于背板中部，所述工型接头另一端和所述钢管桩侧壁焊接；为实现和钢管桩的稳定连接，连接件包括背板，背板和A2单元固定连接，在钢管桩两侧的连接件上的背板中还设有工型接头，通过工型接头和钢管桩焊接，从而使A2单元和钢管桩稳定连接；其中导洞型钢钢架整体采用工型钢，而钢管桩伸入导洞型钢钢架的部分类似于将A1单元截断，在具体安装过程中，也可直接预留出钢管桩的位置，直接调整钢管桩两侧的连接件位置即可，是连接件紧邻桩布设。
进一步优化，所述A2单元端部也设有背板，所述连接件的背板和所述A2单元端部的背板之间相互贴合，并通过若干螺栓连接；相邻钢架单元之间通过背板连接，在背板上开设有若干螺纹孔，通过若干螺栓连接，从而实现可拆卸的连接方式。
进一步优化，截断所述钢管桩的洞身段包括以下步骤：将钢管桩沿隧道开挖轮廓线内的部分均截断，截断后，拆除钢管桩两侧连接件，随后在两侧A2单元之间增设A1单元长度的钢架，并通过所述连接件连接。
进一步优化，截断所述钢管桩的洞身段包括以下步骤：将钢管桩沿初支表面轮廓截断。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供了一种浅埋超大断面隧道施工方法，采用本方案，通过地表预埋施工的钢管桩替代常规洞内施工的型钢喷砼中隔壁，显著提高了中隔壁对隧道后行导洞围岩的支护效果，为简化两侧导洞施工工序创造了条件，导洞可由常规的三台阶开挖优化为两台阶开挖。因为地表钢管桩施工与洞内施工是两条分离互不影响的施工线，钢管桩可以择机提前施工，减少了洞内施工工序时间，可以显著提高隧道主洞浅埋段施工进度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：
图1为现有技术提供的台阶法的施工示意图；
图2为现有技术提供的环形开挖留核心土法的施工示意图；
图3为现有技术提供的中隔壁法的施工示意图；
图4为现有技术提供的交叉中隔壁法的施工示意图；
图5为现有技术提供的双侧壁导坑法的施工示意图；
图6为本发明提供的施工示意图；
图7为本发明提供的预埋置钢管桩纵向布置示意图；
图8为本发明提供的桩和钢架之间的局部俯视图；
图9为本发明提供的非设桩段连接结构示意图；
图10为本发明提供的局部示意图A；
图11为本发明提供的设桩段连接结构示意图；
图12为本发明提供的局部示意图B；
图13为本发明提供的截断方式一的示意图；
图14为本发明提供的截断方式二的示意图；
图15为本发明提供的连接件和钢套管的连接示意图；
图16为本发明提供的连接件的前示图；
图17为本发明提供的连接件和钢套管的连接俯视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-钢管桩，2-导洞型钢钢架，3-连接件，31-背板，32-工型接头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例提供了一种基于预埋置钢管桩1的新型中隔壁开挖方法，如图6至12图所示，所述方法包括以下具体步骤：
S1：在隧道开挖之间，需在地表施工，采用旋挖法或者冲击成孔等方式桩基成孔，形成的若干孔洞依次沿隧道中轴线方向间隔设置，即相邻两个孔洞之间留有间距，孔洞竖向贯穿预开挖隧道，并位于隧道开挖轮廓线以下。
S2：在孔洞中下放钢套管和同等长度的钢筋笼，其中钢套管的下端伸出隧道开挖轮廓线并外延3m范围，而钢套管的上端伸出隧道开挖轮廓线并外延3m范围；随后浇筑钢筋砼，从而形成钢筋砼钢管桩1，其中采用钢套管，能在形成高强度和高刚度的钢筋砼钢管桩1的同时，还能便于和导洞型钢钢架2焊接；而在具体浇筑过程中，需根据孔洞自下而上的功能作用和材料不同，分为上下两端，下端设置为钢筋砼钢管桩1，而上端，即隧道洞顶3m至地表之间，采用贫混凝土浇筑回填，如采用C15片石砼。
S3：如图6中所示，开挖钢管桩1左导坑上台阶，然后对左导坑上台阶进行支护；
S4：开挖钢管桩1左导坑下台阶，然后对左导坑下台阶进行支护；
S5：开挖钢管桩1右导坑上台阶，并对右导坑上台阶进行支护；
S6：开挖钢管桩1右导坑下台阶，并对右导坑下台阶进行支护；上述S3到S6的左右导洞施工的前后顺序与常规中隔壁法相同，导洞本身采用上下台阶开挖，因为钢管桩1替代了传统做法的型钢喷砼支护确保后行导洞侧围岩稳定，先行导洞开挖时无需再施工中隔壁型钢，桩间围岩采用喷砼封闭即可。
S7：开挖仰拱并进行浇筑；
S8：浇筑完成后，截断所述钢管桩1的洞身段；本实施例中，在二衬施工时，将钢管桩 1逐个截断的方式有两种，截断方式一：将钢管桩1沿隧道开挖轮廓线内的部分均截断，截断后，拆除钢管桩两侧连接件，随后在两侧A2单元之间增设A1单元长度的钢架，并通过所述连接件连接，如图13所示；截断方式二：截断所述钢管桩1的洞身段包括以下步骤：将钢管桩1沿初支表面轮廓截断即可，无需增设A1单元，如图14所示；本实施例推荐采用第二种截断方式。
S9：最后浇筑二衬。
本实施例中，所述钢管桩1的桩径为1～1.2m。
本实施例中，相邻两个所述钢管桩1之间的间距为隧道设计钢架纵向间距的整数倍，且不小于2倍桩径。
请参阅图9，本实施例中，还包括导洞型钢钢架2，所述导洞型钢钢架2包括设桩段和非设桩段，所述非设桩段的顶部包括沿隧道轮廓线依次连接的若干段A单元；所述设桩段的顶部包括位于中心的A1单元，所述A1单元的两侧沿隧道轮廓线均依次连接有若干段A2单元；所述A1单元的弦长不小于所述钢管桩1的管径；其中，支护所用的导洞型钢钢架2分为设桩段和非设桩段两种布置形式，非设桩段的顶部钢架采用若干段A单元沿隧道轮廓线依次连接，即采用长度相同的常规钢架分段设计，或者如图9和图10所示，在最顶部采用长度相同的三个A单元连接，其余部位可根据实际情况设置其余长度的B单元/C单元/D单元/E单元等等；而设桩段则在最顶部的三个单元中，采用两个A2单元加一个A1单元的形式，其余部位也可根据实际情况设置其余长度的B单元/C单元/D单元/E单元等等，如图11和图12所示，其中，在最中间采用较短长度的A1单元，便于钢管桩1的插入和连接，随后在A1单元两端设置常规的A2单元依次连接。
请参阅图15-图17，本实施例中，所述钢管桩两侧的A2单元通过连接件和所述钢管桩外侧壁焊接；在具体连接过程中，A2单元和钢管桩1之间均通过连接件3连接，从而形成稳定的连接支护结构。
请参阅图15-图17，本实施例中，所述连接件3包括背板31，所述靠近钢管桩1的A2单元的端部还设有工型接头32，所述工型接头32一端固定于背板31中部，所述工型接头32另一端和所述钢管桩1侧壁焊接；为实现和钢管桩1的稳定连接，连接件3包括背板31，背板31和A2单元固定连接，在钢管桩1两侧的连接件3上的背板31中还设有工型接头32，通过工型接头32和钢管桩1焊接，从而使A2单元和钢管桩1稳定连接；其中导洞型钢钢架 2整体采用工型钢，而钢管桩1伸入导洞型钢钢架2的部分类似于将A1单元截断，在具体安装过程中，也可直接预留出钢管桩1的位置，直接调整钢管桩1两侧的连接件3位置即可，是连接件3紧邻桩布设。
本实施例中，所述A2单元端部也设有背板31，所述连接件3的背板31和所述A2单元端部的背板31之间相互贴合，并通过若干螺栓连接；相邻钢架单元之间通过背板31连接，在背板31上开设有若干螺纹孔，通过若干螺栓连接，从而实现可拆卸的连接方式。
另外，请参阅图17，本实施例中，图17为俯视图，工型接头32在和钢管桩1连接端部位置处，为匹配钢管桩外侧的弧度，在焊接之间，需对工型接头32端部做圆弧处理。
以上方案，旨在实现：采用地表预埋施工的钢管桩1替代常规洞内施工的型钢喷砼中隔壁，显著提高了中隔壁对隧道后行导洞围岩的支护效果，为简化两侧导洞施工工序创造了条件，导洞可由常规的三台阶开挖优化为两台阶开挖。因为地表钢管桩1施工与洞内施工是两条分离互不影响的施工线，钢管桩1可以择机提前施工，减少了洞内施工工序时间，可以显著提高隧道主洞浅埋段施工进度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：在地表上，沿隧道中轴线方向上，依次竖向间隔桩基成孔；
步骤二：在若干孔洞中下放钢套管，所述钢套管上下端均位于隧道开挖轮廓线以外；
步骤三：在钢套管中下钢筋笼，并浇筑混凝土，形成钢管桩(1)；
步骤四：开挖钢管桩(1)任意一侧的导坑上台阶，并进行支护；
步骤五：开挖同一侧的导坑下台阶，并进行支护；
步骤六：开挖钢管桩(1)另一侧的导坑上台阶，并进行支护；
步骤七：开挖另一侧的导坑下台阶，并进行支护；
步骤八：开挖仰拱并进行浇筑；
步骤九：浇筑完成后，截断所述钢管桩(1)的洞身段；
步骤十：最后浇筑二衬。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，所述钢管桩(1)为中隔壁结构，钢管桩段填充钢筋砼，位于所述钢管桩(1)上方的孔洞部分填筑贫混凝土。
3.根据权利要求1所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，所述钢管桩(1)的桩径为1～1.2m。
4.根据权利要求1所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，相邻两个所述钢管桩(1)之间的间距为隧道设计钢架纵向间距的整数倍，且不小于2倍桩径。
5.根据权利要求1所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，还包括导洞型钢钢架(2)，所述导洞型钢钢架(2)包括设桩段和非设桩段，所述非设桩段的顶部包括沿隧道轮廓线依次连接的若干段A单元；所述设桩段的顶部包括位于中心的A1单元，所述A1单元的两侧沿隧道轮廓线均依次连接有若干段A2单元；所述A1单元的弦长不小于所述钢管桩(1)的管径。
6.根据权利要求5所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，所述钢管桩(1)两侧的A2单元通过连接件(3)和所述钢管桩(1)外侧壁焊接。
7.根据权利要求6所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，所述连接件(3)包括背板(31)，所述靠近钢管桩(1)的A2单元的端部背板(31)上还设有工型接头(32)，所述工型接头(32)一端固定于背板(31)中部，所述工型接头(32)另一端和所述钢管桩(1)侧壁焊接。
8.根据权利要求7所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，所述A2单元端部也设有背板(31)，所述连接件(3)的背板(31)和所述顶部钢架(2)端部的背板(31)之间相互贴合，并通过若干螺栓连接。
9.根据权利要求6所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，截断所述钢管桩(1)的洞身段包括以下步骤：将钢管桩(1)沿隧道开挖轮廓线内的部分均截断，截断后，拆除钢管桩(1)两侧连接件(3)，随后在两侧A2单元之间增设A1单元长度的钢架，并通过所述连接件(3)连接。
10.根据权利要求6所述的一种浅埋超大断面隧道施工方法，其特征在于，截断所述钢管桩(1)的洞身段包括以下步骤：将钢管桩(1)沿初支表面轮廓截断。
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