CN116006221A - 一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法 - Google Patents
一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及隧道桥梁工程建造技术领域，具体涉及一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法。该方法包括制定隧道进、出洞相应措施、确定施工方案、进洞施工技术、横洞和主动交叉区施工方案、确定主洞出洞施工技术五个步骤，该工法可广泛适用于浅埋偏压洞口段小净距隧道进口穿越高陡边坡，整体稳定性很差，施工难度很大的工程，尤其浅偏压严重，岩体破碎，小净距双隧道施工的工程；解决了工程施工过程中因山区地形陡峭、洞口段浅埋偏压、施工条件恶劣等关键技术难题所容易引发的洞口坍塌和冒顶等重大工程事故，极大程度的提高了施工安全。
Description
技术领域
本发明涉及隧道桥梁工程建造技术领域，特别涉及一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法。
背景技术
近年我国在西南山区不断加大高速公路投入力度，我国艰险山区高速公路建设工程正在如火如荼的进行，经济不断的高速发展使得西南地区交通也迎来了新的建设局面，高速公路作为一种必要的方便出行的交通运输方式，已经成为西南地区交通业发展的重中之重。
山区公路隧道中洞口段的施工往往是隧道施工中的重点和难点，因为岩体在长期的风化作用下，隧道洞口段围岩级别较低，围岩稳定性极差，特别是在我国山体坡度较为陡峭的四川、云南等地，由于施工隧道洞口埋深较浅，隧道顶部上覆围岩的成拱能力也就较差，造成围岩极不稳定，施工难度相对较大。在我国目前已建成的穿山公路常见的公路隧道设计形式中，采用较小净距的分离式隧道可以优化洞口段线路的线型，但是其施工风险较大，而且洞口段偏压的风险也随之加大。
浅埋偏压小净距隧道和一般小净距隧道不同，因为其复杂的地质条件和特殊的施工环境而极易出现工程事故，特别是在隧道施工最关键的地段--隧道洞口段，因为隧道洞口段大都处于偏压状态，围岩风化程度高而且埋深也较浅，洞口地形陡峭，无布置施工场地条件，所以一旦施工方法或者支护措施不当，就很容易引发洞口坍塌和冒顶等重大工程事故，严重威胁施工安全。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，解决了工程施工过程中因山区地形陡峭、洞口段浅埋偏压、施工条件恶劣等关键技术难题所容易引发的洞口坍塌和冒顶等重大工程事故，极大程度的提高了施工安全。
一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，包括如下步骤：
步骤一：根据浅埋偏压破碎地层小净距双隧道现场工程实际，进行工程地质与周边环境调查、洞口周边风险分析，制定隧道进、出洞的相应措施；
步骤二：通过建立高精度三维数值模型，模拟分析不同工法施工引起的隧道变形、应力与地层变形情况，优选合理施工方案；
步骤三：确定合理的隧道进洞超前支护技术，左洞进洞前将洞口边仰坡防护及桩基托梁挡墙施工完毕后进洞，右洞在抗滑桩施工完后进洞；
步骤四：横洞和主洞交叉区采用直接挑顶法施工，严格按照技术交底施工，避免局部过大变形；
步骤五：主体隧道掘进至明暗交界结束前30米处，出洞以先采用单侧壁小导坑出洞，边掘进边作临时支护的方式出洞；待小导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，再作导向墙及洞门施工，洞门完善后再以中导洞为中心向周边进行修整直至达到施工要求。
优选的，步骤二施工方案结合围岩力学响应和灰色关联度分析确定优选技术为单侧壁导坑法。
优选的，步骤三的进洞施工技术，隧道进洞超前支护技术包括地表处理、洞口抗滑桩施工、边仰坡防护施工和桩基托梁挡墙施工。
优选的，洞口抗滑桩施工应先进口端地表进行注浆加固处理，然后再进行洞口开挖施工，采用钢花管桩注浆加固，注浆使用导管为热轧无缝钢管，导管上需钻注浆孔，呈梅花型布置；所述注浆材料为纯水泥浆(w/c＝0.6～0.8)，注浆水泥的强度等级为42.5，注浆压力为1～1.5MPa。
优选的，所述边仰坡防护应在边仰坡开挖后进行洞口边仰坡挂网锚喷防护，自上而下，随开挖分层及时施作，做好对边仰坡的锚杆，挂网喷浆支护，对洞顶的孤石、危石进行处理；为防止地表水从仰坡与截水沟之间的平台下渗，坡顶与水沟之间采用5cm素混凝土封闭。
优选的，所述桩基托梁挡墙施工，在隧道进口处设置桩基托梁仰斜式挡墙，挡土墙紧贴右侧边仰坡设置，托梁上部为重力式挡土墙，墙高6～10米；托梁共5段，每段长12米、宽3.5～5米，高1.2～1.5米；桩基采用单排圆桩，桩径2米，桩长8～12米，桩基成孔采用冲击钻挖孔，安装钢筋笼后浇筑C30水下混凝土；桩基施工完后浇筑C30钢筋砼冠梁，挡墙采用C20片石砼材料，托梁开挖边坡坡率为1:0.3，托梁挡墙墙背临时边坡设挂网喷砼防护，挡墙内按要求预留排水管。
优选的，所述步骤四横洞和主洞交叉区施工技术包括横洞进洞技术和交叉段挑顶施工技术；
其中，横洞进洞技术，在施工前对横洞洞口外1～3m的坡体进行锚喷(网)加固；横洞洞口段段初步采用单侧壁导坑法法开挖，后续施工根据现场实际情况后可采用全断面法开挖，横洞掘进至与主洞交界处时，横洞拱部采用超前小导管进行加固；
其中，交叉段挑顶施工技术，在支洞施工至与正洞设计二次衬砌最大跨度相交时，首先对支洞交叉口采用双层型钢拱架锁固；其次进行超前支护，然后以上下台阶开挖方式垂直进入主洞并进行弧面挑顶开挖，设置主洞初期支护及临时门架支护。
优选的，步骤五出洞施工技术包括小导洞施工和大管棚施工；
其中，所述小导洞施工中，在主体隧道掘进至明暗交界结束前30cm处，出洞以先开中导洞4×5m内净空的小洞，边掘进边作临时支护的方式出洞。待中导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，在作导向墙及洞门施工；
其中，大管棚施工设置在隧道洞口，长度为30m，采用热轧无缝钢管制成，钢管接头采用螺纹段长度大于15cm丝扣链接，相邻钢管接头错开1m以上，隧道纵向同一截面内接头数不大于50％；钢花管上钻注浆孔，孔径Φ12mm，孔径距15cm，呈梅花型布置，钢管套拱露空部分为3.0m不钻花孔，环向间距40cm。超前大管棚施工时，钢管与隧道中线平行，其仰角为1～2°(不含路线纵坡度)，可根据实际情况作调整。
优选的，隧道进口地形为悬崖峭壁，无施工作业条件，无通往道路的路线，主要机械设备和材料物资无法直接送到洞口作业；隧道进口浅埋偏压覆盖层厚度4～10m，左右两线监测量线最小净距7.81m；加强超前支护及初期支护措施，对中岩墙加固区域采用Φ42×4注浆小导管加固，必要时对基底进行换填或注浆加固处理。加强对隧道围岩及支护结构的监控量测，及时分析隧道各关键部位的变形情况，以此为根据来判定隧道围岩和支护结构的稳定性。
本发明具有如下有益效果：
1、该工法通过浅埋偏压破碎地层小净距双隧道施工方案优选技术、隧道进洞超前支护技术、横洞和主洞交叉区施工技术、主洞出洞施工技术，克服浅埋、偏压、洞口悬崖峭壁无现场施工条件导致的隧道施工难题；
2、该工法通过制定浅埋偏压破碎地层小净距双隧道最优的施工方案，最优的洞口支护方案，避免经验决策的主观性与盲目性，有效降低了施工风险；
3、该工法在主洞和横洞交叉区通过采用“直接挑顶法”，有效的降低了因交叉口处围岩空间三维受力复杂，从而产生塌方的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1：本发明施工工法工艺流程图；
图2：本发明步骤二中不同方案施工步骤断面图；
图3：本发明步骤三超前加固下洞口围岩位移变化图；
图4：本发明步骤三超前加固下洞口支护结构应力图；
图5：本发明步骤四横洞支护设计图；
图6：本发明步骤四施工横洞的平面布置图；
图7：本发明步骤四超前小导管支护图；
图8：本发明步骤四挑顶施工支护设计图；
图9：本发明步骤五隧道与小导洞位置关系图；
图10：本发明步骤五管棚断面设计图：
图11：本发明步骤五管棚开挖断面图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
下面将参考附图并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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“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，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，因此不能理解为对本发明的限制。
浅埋偏压小净距隧道区段，洞口地形陡峭，无布置施工场地条件，隧道所处围岩等级为V级，隧道围岩类别为表土层，围岩较破碎，抵制复杂、多变，节理发育。针对浅埋段主要从支护结构、施工工序及监控测量三个方面进行防治。
一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，包括如下步骤：
步骤一：制定隧道进、出洞相应措施：根据浅埋偏压破碎地层小净距双隧道现场工程实际，进行工程地质与周边环境调查、洞口周边风险分析，制定隧道进、出洞的相应措施；
步骤二：确定施工方案：通过建立高精度三维数值模型，模拟分析不同工法施工引起的隧道变形、应力与地层变形情况，优选合理施工方案；
步骤三：进洞施工技术：确定合理的隧道进洞超前支护技术，左洞进洞前将洞口边仰坡防护及桩基托梁挡墙施工完毕后进洞，右洞在抗滑桩施工完后进洞；
步骤四：确定横洞和主洞交叉区采用直接挑顶法施工，严格按照技术交底施工，避免局部过大变形；
步骤五：确定主洞出洞施工技术，主体隧道掘进至明暗交界结束前30米处，出洞以先采用单侧壁小导坑出洞，边掘进边作临时支护的方式出洞；待小导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，再作导向墙及洞门施工，洞门完善后再以中导洞为中心向周边进行修整直至达到施工要求。
以下分别对一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法施工步骤进行详细说明。
1步骤一：制定隧道进、出洞相应措施：根据浅埋偏压破碎地层小净距双隧道现场工程实际，进行工程地质与周边环境调查、洞口周边风险分析，制定隧道进、出洞的相应措施；
该工法可广泛适用于浅埋偏压洞口段小净距隧道进口穿越高陡边坡，整体稳定性很差，施工难度很大的工程，尤其浅偏压严重，岩体破碎，小净距双隧道施工的工程。
2步骤二：确定施工方案：通过建立高精度三维数值模型，模拟分析不同工法施工引起的隧道变形、应力与地层变形情况，优选合理施工方案；
选取隧道进口段为模拟段，通过四种开挖工法模拟的数值模型采用同一尺寸断面形式，详见图2，图2中数字表示施工顺序，由于地形偏压的存在，隧道埋深在9～18m范围内围岩采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，隧道围岩服从Mohr-Coulomb准则，初期支护、二次衬砌采用实体弹性模型，超前支护通过提高其围岩加固区参数来模拟，锚杆采用cable单元。
通过对台阶法、留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法四种施工方案的模拟分析，分别从应力、位移、塑性区等方面进行分析，考虑不同开挖方式对围岩扰动的影响，并结合灰色关联度分析，最终选择最优开挖方式为单侧壁导坑法。
3步骤三：进洞施工技术：确定合理的隧道进洞超前支护技术，左洞进洞前将洞口边仰坡防护及桩基托梁挡墙施工完毕后进洞，右洞在抗滑桩施工完后进洞；
为了验证超前加固效果，对超前注浆加固工况数值计算结果与加固前进行对比分析和规律总结：
3.1塑性区分析
通过对隧道拱顶超前加固后数值模型进行计算，得到围岩塑性区的发展分布情况，发现隧道超前加固区域塑性区分布明显减小，尤其是在隧道顶部区域的围岩几乎没有出现塑性破坏。分析认为是因为超前加固后，提高了隧道上部围岩的整体稳定性，降低了围岩的敏感度，极大削弱了隧道开挖对围岩的扰动影响，进而降低了隧道周边围岩的变形，使得塑性破坏区域减小，因隧道洞口拱顶围岩超前加固对地层产生的“支撑”作用引起隧道顶部围岩的固结沉降明显降低，进而使隧道顶部围岩甚少发生塑性破坏。
3.2围岩变形
从图3超前加固下洞口围岩位移变化中可以看出，随着隧道开挖，围岩应力逐渐释放，最大沉降发生在拱顶处，最大隆起发生在拱底处，洞口段最大收敛发生拱脚处，加固后拱顶沉降未超出预警值，这是因为隧道拱顶围岩超前注浆加固后，改变了拱顶周边围岩的岩性，提高了围岩的整体稳定性，极大程度减小了隧道开挖对隧道拱顶围岩的扰动，进而降低拱顶沉降变形，隧道洞口超前加固产生的“支撑”作用引起顶部围岩的固结沉降明显降低，由此可见，超前加固效果良好，能有效减小隧道洞口围岩，确保施工安全。
3.3支护结构应力
隧道洞口在超前加固工况下初期支护的应力如图4所示。隧道初期支护的最大主应力为受拉状态，在拱顶位置出现应力集中且最大拉应力发生在拱顶处，拱腰处最小。最大拉应力值为1.11MPa，此时，洞口拱顶超前加固工况下的初期支护的最大拉应力小于C25混凝土抗拉强度1.78MPa，处于安全范围之内。隧道初期支护的最小主应力为受压状态，在拱脚位置出现应力集中且最大压应力值发生在拱脚处，拱顶处最小。最大压应力值为7.94MPa，此时，洞口段初期支护的最大压应力小于C25混凝土抗拉强度16.7MPa，处于安全范围之内。
隧道进洞的超前支护技术包括地表处理、洞口抗滑桩施工、边仰坡防护及桩基托梁挡墙施工完毕后进洞，右洞在抗滑桩施工完后进洞。
3.3.1地表处理及截水天沟、风水电建设
洞门施工前先进行测量放线，根据测量放线做好边坡开挖轮廓线和截水天沟，为有效拦截地表水，避免地表水冲刷危及洞门结构及边仰坡的稳定，以利截排水，在开挖线10m外设置一道截水沟，同时将洞口段开挖线以外10～15米范围的漏斗、洼地、危石等进行处理，防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全；并建好高山水池设施、铺设管道满足施工用水需求；接好主电源安装好空压机做好进洞前准备。
3.3.2洞口抗滑桩施工
1)为防止洞口边、仰坡开挖对洞顶上方堆积体的稳定性造成影响，应先进口端地表进行注浆加固处理，然后再进行洞口开挖施工。
2)地处理采用Φ75钢花管桩注浆加固，导管为热轧无缝钢管，外径75mm，壁厚6mm，导管上须钻注浆孔，孔径为12mm，间距为lm×lm，呈梅花型布置。导管尾部1m不钻孔作为止浆段。注浆材料为纯水泥浆(w/c＝0.6～0.8)，注浆水泥的强度等级为42.5，注浆压力为1～1.5MPa，土质边仰坡应边开挖边防护。
3)Φ75钢花管埋入深度满足以下任意一条即停止钻进：a.隧道开挖轮廓线；b.基岩面以下0.5m；c.隧底以下0.5m。
4)注浆量达到设计值或注浆压力达到设计值时立即终止注浆。
3.3.3边仰坡防护
边仰坡开挖后及时进行洞口边仰坡挂网锚喷防护，自上而下，随开挖分层及时施作，做好对边仰坡的锚杆，挂网喷浆支护，防止坡面风化、冲刷；并对洞顶的孤石、危石进行处理。为防止地表水从仰坡与截水沟之间的平台下渗，坡顶与水沟之间采用5cm素混凝土封闭。
加强临时边仰坡防护，以Φ22砂浆锚杆长度为3.5m，间距1.2m，梅花形布置。并挂Φ8钢筋网，网格20*20cm；后进行C20喷射混泥土加固。
锚杆：锚杆施工前应根据设计要求和允许调整原则定出孔位。锚杆的倾角应满足设计和施工要求，误差为±5°，不满足要求的可重新调整。对于仰角大于45°的陡坡，施工时宜搭设施工用脚手架或作业平台。
锚固：根据基础所处地层的岩性选择不同的锚固方式。
喷射混凝土：按设计要求配制C20的喷射混凝土料，在岩面上喷射10cm的混凝土面，进料加入速凝剂，由专业熟练工人操作，保证喷射混凝土面平整，无干斑或脱落现象。
洞口段碎石土及块石土等覆盖层厚，施工前先清除洞顶松动岩体，并设置主动、被动防护网。
严格按照以上工作内容为进洞铺设有利条件。
3.3.4桩基托梁挡墙
隧道进口处设置桩基托梁仰斜式挡墙，挡土墙紧贴右侧边坡设置，托梁上部为重力式挡土墙，墙高6～10米；托梁共5段，每段长12米、宽3.5～5米，高1.2～1.5米；桩基采用单排圆桩，桩径2米，桩长8～12米，桩基成孔采用冲击钻挖孔，安装钢筋笼后浇筑C30水下混凝土。桩基施工完后浇筑C30钢筋砼冠梁，挡墙采用C20片石砼材料，托梁开挖边坡坡率为1:0.3，托梁挡墙墙背临时边坡设挂网喷砼防护，挡墙内按要求预留排水管。
4步骤四：横洞和主洞交叉区施工技术；横洞和主洞交叉区采用直接挑顶法施工，严格按照技术交底施工，避免局部过大变形；
4.1横洞进洞技术
施工前对横洞洞口外1～3m的坡体进行锚喷(网)加固。横洞洞口段段初步采用单侧壁导坑法法开挖，后续施工根据现场实际情况后可采用全断面法开挖，V级模筑衬砌，采用I18型钢拱架支护，钢架间距为0.8m/榀；Φ22药卷锚杆0.8m/环，每环8根，每根长3m；Φ6.5钢筋网，网格20*20cm进行挂网喷浆，横洞掘进至与主洞交界处时，横洞拱部采用单层Ф42超前小导管进行加固，环向间距40cm，每根长4.5m，倾角10～15°。施工中做好监控量测、超前地质预报工作，并根据反馈及时进行初期支护、二次衬砌施工。支护结构设计如图5所示。
横洞从公路位置掘进至隧道主洞，再从主洞洞身向进口方向掘进至隧道主洞进口，向出口方向掘进至隧道出口。其平面布置如图6所示。
4.2交叉段挑顶施工技术
由于支洞与正洞交叉口处的跨度大、受力复杂且围岩情况较差，隧道左线与支洞垂直交叉，且在该桩号存在人行横通道，形成十字交叉口，交叉口处围岩空间三维受力复杂，开挖支护不当围岩很容易下沉变形，甚至塌方发生安全质量事故。制定施工方案时以确保安全为原则，参照以往类似工程的施工经验，通过反复研究比选，确定主线交叉口采用“直接挑顶”加固法，即在支洞施工至与正洞设计二次衬砌最大跨度相交时，首先对支洞交叉口采用双层型钢拱架锁固；其次进行超前支护，然后以上下台阶开挖方式垂直进入主洞并进行弧面挑顶开挖，设置主洞初期支护及临时门架支护。此方案的优点在于一次性快速的进行正洞台阶法的施工，避免二次施工，减少围岩扰动，大大减少工期。
交叉段开挖工艺流程为：超前支护—挑顶开挖—初喷(锚杆、网片)—主洞型钢拱架(单节)—临时门架(支撑于掌子面侧)—复喷—下一循环。
施工方法如下：
4.2.1超前小导管支护
支洞与正洞相交处围岩为Ⅴ级，如图7所示，支洞拱部采用单层Φ42超前小导管，环向间距40cm，每根长4.5m，倾角10～15°。
4.2.2分台阶开挖
超前支护完成后，分台阶开挖，先按上台阶5.5m高断面开挖，核实顶部高程。在拱顶以44°的上倾角钻孔，底部抬高50cm钻孔(以形成上坡面)，钻孔深度控制在2m，周边眼间距控制在40cm。采用弱光面爆破，每个炮孔纵向采用不耦合装药结构。尽量减小爆破对围岩的破坏。进入左线主洞范围后，其顶拱最高点及比设计标高加大50cm，便于成拱，改善受力条件。严格控制开挖进尺，前一断面爆破对相邻断面爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
采用低爆速、小直径炸药，如直径20mm或25mm的光面爆破专用炸药；选用有足够段数的非电毫秒雷管，有条件的情况下可加选l00ms、200ms或半秒级的等差雷管，以进一步改善爆破效果，降低爆破振动强度；掏槽炮眼的布置采用楔形掏槽，模形体中增打中空眼，掏槽眼应尽最布置在开挖面底部，有足够多段数雷管时，掏槽可分层分次起瀑，以最大限度使掏槽区炮眼最大共同用装药量减少，降低振动强度。隧道其他部位的炮眼均按照浅密原则布置，即一次爆破深度(规模)不宜大，炸药尽可能均匀的分布在布置较密的炮眼中。
在施工过程中对爆破振动进行观测，主要在地表受影响区域的房屋建筑物的梁、柱及不同楼层地面上设置测点，并随时依照测量数据及《爆破安全规程》(GB 6722-2014)的建筑物振速要求对爆破方案进行必要的调整。
4.2.3挑顶施工
支洞掘进至正洞开挖轮廓线后，在交叉口处施作加强支护支撑加强环；采用光面爆破，向正洞中线垂直方向开挖。
第一循环进尺1.6m，初喷混凝土5cm，沿垂直正洞轴线方向设置I18型钢，一端焊接在托梁上，另一端先采用锁脚锚杆锚固在围岩内，再并联两榀I18设置临时“门型”棚架。按120×60cm间距施工药卷锚杆，长2.5m，复喷混凝土24cm至设计厚度，具体设计如图8所示。
第二循环后按提前预设弧度设置型钢拱架，完成后复核拱部标高，第三循环进尺米2.7m，到达左线挑顶最高处。第6循环完成挑顶工作。
在人行横通道设置龙门拱架，与正洞弧形型钢焊接，形成正洞顶拱封闭完整受力体系。拆除中间侧临时支撑，按设计施作超前支护；进行主洞上台阶开挖，每循环进尺1.2m；当上台阶距下台阶30m时，进行下台阶及边墙落地开挖支护；按照设计图纸开挖人行横通道。
挑顶施工应严格按方案施工工序执行，开挖后及时找顶，初喷混凝土后施工锚杆，再进行型钢拱架的安装，型钢拱架与支洞口加强拱架连接并焊接牢固，每循环必须在施作临时门架将拱部拱架“顶死”后，才能进行下一循环开挖。
5步骤五：出洞施工技术：主体隧道掘进至明暗交界结束前30米处，出洞以先采用单侧壁小导坑出洞，边掘进边作临时支护的方式出洞；待小导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，再作导向墙及洞门施工，洞门完善后再以中导洞为中心向周边进行修整直至达到施工要求。
5.1小导洞施工
由于隧道进、出口地形均为悬崖峭壁，无施工作业条件，也没有通往道路的路线，主要机械设备和材料物资不能直接送到洞口作业。主体隧道掘进至明暗交界结束前30m处，出洞以先开中导洞4×5m内净空的小洞，边掘进边作临时支护的方式出洞。待中导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，在作导向墙及洞门施工。洞门完善后在以中导洞为中心向周边进行修整直至达到设计图纸要求。
当隧道洞身开挖至离进口端明暗交界位置30m时，利用隧道洞渣垫便道进行小导洞开挖(图9)，各循环开挖进尺均小于1.5m，并及时作初期支护。小导洞尺寸为4m(宽)×5m(高)，导洞顶部位置处为r＝2m的半圆形拱，在隧道的上台阶靠右位置处。小导洞开挖采用光面弱爆破，并且同时减小爆破装药量，采用人工辅助出渣。小导洞施做超前支护时选用Φ42热轧无缝钢管做成的注浆小导管，直径为42mm，壁厚为4mm；隧道施做初期支护时采用Φ22药卷锚杆、Φ6钢筋网片、喷射C25混凝土；将钢架在隧道洞外进行制作，安装允许横向和竖向的误差均在±5cm、垂直度±2°的范围内，钢架的下端架设在稳固的岩体上，隧道拱脚的设置高度均位于上台阶的开挖底线以下15～20cm。超挖过大时，应在拱背喷相同等级强度的混凝土，将支护和围岩紧密贴合，控制隧道支护的变形持续增大。当隧道拱脚位置处的开挖超深时，采用加设钢板或混凝土垫块，在两排钢架中间加设Φ22钢筋拉杆连接牢固，使其成为整体受力的结构。
5.2大管棚施工
设置在隧道洞口，长度为30m，采用Φ108mm×6mm热轧无缝钢管制成的超前大管棚。钢管接头采用螺纹段长度大于15cm丝扣链接，相邻钢管接头错开1m以上，隧道纵向同一截面内接头数不大于50％；钢花管上钻注浆孔，孔径Φ12mm，孔径距15cm，呈梅花型布置，钢管套拱露空部分为3.0m不钻花孔，环向间距40cm。超前大管棚施工时，钢管与隧道中线平行，其仰角为1～2°(不含路线纵坡度)，可根据实际情况作调整。管棚断面设计与开挖断面图如图10和图11所示。
5.3主洞出洞技术方案
由于隧道进口地形均为悬崖峭壁，无施工作业条件，也没有通往道路的路线，主要机械设备和材料物资不能直接送到洞口作业。主体隧道掘进至明暗交界结束前30m处，出洞以先采用单侧壁小导坑出洞，边掘进边作临时支护的方式出洞。待小导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，在作导向墙及洞门施工。
隧道进口浅埋且偏压，覆盖层厚度仅有4～10m，地表第四系崩塌堆积体厚度大，且左右两线监测量线最小净距仅有7.81m。加强超前支护及初期支护措施，对中岩墙加固区域采用Φ42×4注浆小导管加固，必要时对基底进行换填或注浆加固处理。加强对隧道围岩及支护结构的监控量测，及时分析隧道各关键部位的变形情况，以此为根据来判定隧道围岩和支护结构的稳定性。
6主要材料与设备应用如下：
6.1主要材料
6.1.1管棚
选用Φ108mm×6mm热轧无缝钢管。管身四周带Φ12的溢浆小孔，管壁厚6mm。注浆材料：1:1纯水泥浆，注浆压力1.0～2.0MPa。Φ89中管棚选用Φ89热轧钢管，管身四周带Φ12的溢浆小孔，管壁厚6mm。注浆材料：W/C＝0.6～0.8纯水泥浆，注浆压力不小千l.0MPa。
6.1.2注浆小导管
Φ12热轧无缝钢管，管身周围带Φ8的溢浆小孔，管壁厚4mm。注浆材料：0.6～0.8水泥浆，注浆压力0.5～1.0MPa。
6.1.3拱架：选用工字钢制作。
6.1.4系统锚杆
Φ22药卷锚杆，杆体采用HRB335螺纹钢筋，垫板采用HPB235钢板，垫板尺寸为15cm×15cm×0.6cm(长×宽×厚)，装药长度不小于40cm；锚杆杆体抗拉力≥50KN；锚杆杆体抗拔力≥70KN。
6.2机具设备
机具设备具体配制详见表1：
表1机具设备表
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据浅埋偏压破碎地层小净距双隧道现场工程实际，进行工程地质与周边环境调查、洞口周边风险分析，制定隧道进、出洞的相应措施；
步骤二：通过建立高精度三维数值模型，模拟分析不同工法施工引起的隧道变形、应力与地层变形情况，优选合理施工方案；
步骤三：确定合理的隧道进洞超前支护技术，左洞进洞前将洞口边仰坡防护及桩基托梁挡墙施工完毕后进洞，右洞在抗滑桩施工完后进洞；
步骤四：确定横洞和主洞交叉区采用直接挑顶法施工，严格按照技术交底施工；
步骤五：确定主洞出洞施工技术，主体隧道掘进至明暗交界结束前30米处，出洞以先采用单侧壁小导坑出洞，边掘进边作临时支护的方式出洞；待小导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，再作导向墙及洞门施工，洞门完善后再以中导洞为中心向周边进行修整直至达到施工要求。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述步骤二施工方案结合围岩力学响应和灰色关联度分析确定优选技术为单侧壁导坑法。
3.根据权利要求1所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述步骤三的进洞施工技术，隧道进洞超前支护技术包括地表处理、洞口抗滑桩施工、边仰坡防护施工和桩基托梁挡墙施工。
4.根据权利要求3所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述洞口抗滑桩施工应先进口端地表进行注浆加固处理，然后再进行洞口开挖施工，采用钢花管桩注浆加固，注浆使用导管为热轧无缝钢管，导管上需钻注浆孔，呈梅花型布置；所述注浆材料为纯水泥浆(w/c＝0.6～0.8)，注浆水泥的强度等级为42.5，注浆压力为1～1.5MPa。
5.根据权利要求3所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述边仰坡防护应在边仰坡开挖后进行洞口边仰坡挂网锚喷防护，自上而下，随开挖分层及时施作，做好对边仰坡的锚杆，挂网喷浆支护，对洞顶的孤石、危石进行处理；坡顶与水沟之间采用5cm素混凝土封闭，防止地表水从仰坡与截水沟之间的平台下渗。
6.根据权利要求3所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述桩基托梁挡墙施工，在隧道进口处设置桩基托梁仰斜式挡墙，挡土墙紧贴右侧边仰坡设置，托梁上部为重力式挡土墙，墙高6～10米；托梁共5段，每段长12米、宽3.5～5米，高1.2～1.5米；桩基采用单排圆桩，桩径2米，桩长8～12米，桩基成孔采用冲击钻挖孔，安装钢筋笼后浇筑C30水下混凝土；桩基施工完后浇筑C30钢筋砼冠梁，挡墙采用C20片石砼材料，托梁开挖边坡坡率为1:0.3，托梁挡墙墙背临时边坡设挂网喷砼防护，挡墙内按要求预留排水管。
7.根据权利要求1所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述步骤四横洞和主洞交叉区施工技术包括横洞进洞技术和交叉段挑顶施工技术。
8.根据权利要求1所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：所述步骤五出洞施工技术包括小导洞施工和大管棚施工；
其中，所述小导洞施工中，在主体隧道掘进至明暗交界结束前30米处，出洞以先开中导洞4×5m内净空的小洞，边掘进边作临时支护的方式出洞，待中导洞贯穿，达到机械设备、材料物质的运输条件后，在作导向墙及洞门施工；
其中，大管棚施工设置在隧道洞口，长度为30m，采用热轧无缝钢管制成，钢管接头采用螺纹段长度大于15cm丝扣链接，相邻钢管接头错开1m以上，隧道纵向同一截面内接头数不大于50％；钢花管上钻注浆孔，孔径Φ12mm，孔径距15cm，呈梅花型布置，钢管套拱露空部分为3.0m不钻花孔，环向间距40cm。
9.根据权利要求1所述的一种浅埋偏压破碎地层小净距双隧道进、出洞施工工法，其特征在于：隧道进口地形为悬崖峭壁，无施工作业条件，无通往道路的路线，主要机械设备和材料物资无法直接送到洞口作业；隧道进口浅埋偏压覆盖层厚度4～10m，左右两线监测量线最小净距7.81m；加强超前支护及初期支护措施，对中岩墙加固区域采用Φ42×4注浆小导管加固，可对基底进行换填或注浆加固处理。
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|---|---|---|---|---|
| CN116816362A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 北京交通大学 | 一种超大埋深软岩隧道正洞与横通道交叉口支护加强方法 |
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| CN116816362B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-31 | 北京交通大学 | 一种超大埋深软岩隧道正洞与横通道交叉口支护加强方法 |
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