CN116220003A - 控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，包括以下步骤：S1、对施工现场进行踏勘；S2、在隧道明暗交界处的外侧施作洞顶截水沟并增加套拱区段的长度，对套拱区段采用上下台阶分步施工；S3、待S2的上部台阶施工完成后，在套拱区段的两侧进行钻孔，并浇筑钢管桩形成套拱上台阶扩大基础，然后安装第一钢拱；S4、待S3中的钢管桩达到强度后，进行套拱区段下部台阶的施工，安装第二钢拱。本发明大幅度提高了施工时的安全性，保障了施工人员的安全，整体操作简单，且施工效果好，经济成本低，具有良好的经济效益。

Description

控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法

技术领域

本发明涉及公路隧道洞口段施工技术领域，尤其是涉及一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法。

背景技术

在施工项目中，隧道出口地形较陡峭，为山前斜坡地段；出口段轴线与山坡大角度相交，自然斜坡产状275°∠27°；隧道出口表层松散覆盖层分布厚度较大，开挖后形成边坡主要为土质边坡，稳定性差，受安山岩侵入影响，岩石风化严重，岩体节理裂隙发育，岩体破碎，施工易产生大规模滑塌，开挖不当或支护不及时易引发岩土体崩塌。雨季施工时地表水极易流入洞内，洞室内会产生滴水、遇裂隙密集段会产生小股水流。

隧道出口端左、右洞洞口段洞身开挖施工过程中，因洞口段岩体为厚层坡积物，长度达60m，厚度达25m，呈碎屑结构，且下边坡为自然冲沟，坡比、临空面大，受隧道开挖扰动及连续降雨等方面影响，洞口整体有蠕动滑移趋势，诱发隧道洞口段初支及山体开裂变形。

目前解决隧道洞口整体位移的常用方法有两种，第一种是在洞口段施打抗滑桩抵抗松散堆积体扰动受到的滑移力；第二种是加长套拱再回填反压。施打抗滑桩能解决一定的问题，但是针对工期紧、成本低的项目不太适用，第二种方法虽能在一般松散堆积体上解决洞口纵向位移，但是针对长厚的松散堆积体洞口仍不能起到完全控制的作用，后期运营过程中仍然有滑移的危险。

发明内容

本发明提供了一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，解决针对长距离大厚度松散堆积体施工过程中容易出现滑移，支护效果不佳，施工效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，包括以下步骤：

S1、对施工现场进行踏勘并根据设计进行施工点的标记；

S2、在隧道明暗交界处的外侧施作洞顶截水沟并增加套拱区段的长度，对套拱区段采用上下台阶分步施工；

S3、待S2的上部台阶施工完成后，在套拱区段的两侧进行钻孔，并浇筑钢管桩形成套拱上台阶扩大基础，然后安装第一钢拱；

S4、待S3中的钢管桩达到强度后，进行套拱区段下部台阶的施工，安装第二钢拱；

S5、在套拱区段整体施工完成后，沿暗洞方向施作超长大管棚；

S6、超长大管棚施工完成后对隧道进行开挖，依次完成隧道暗洞初支、隧道仰拱二衬、仰拱初支 、隧道暗洞二衬的施工；

S7、在原设计明洞区段的仰拱底部的基础上超挖，然后布置钢管桩；

S8、钢管桩在明洞区段施工完成后，进行立模浇筑混凝土形成筏板基础，筏板基础上施作混凝土形成调平层；

S9、筏板基础和调平层施工完成后，进行绑扎仰拱二衬钢筋并浇筑混凝土形成明洞仰拱二衬，然后进行明洞二衬的施工，最后进行连接钢筋的施工。

S10、明洞混凝土强度达到设计要求后利用进行明洞回填，明洞回填完成后施作洞门墙顶截水沟和洞门墙，洞门墙和明洞二衬通过连接钢筋连接形成一个受力整体。

优选的方案中，在S1中，踏勘获取地面线的走向、高程以及洞口段松散堆积体的长度。

优选的方案中，根据踏勘的结果进行安全风险的评估，套拱区段增加的长度需要根据风险的状态进行调整，同时在套拱区段内依次安装第一钢拱和第二钢拱。

优选的方案中，在S5中，第一钢拱通过钢板和第二钢拱 连接，钢板固设在第一钢拱的两侧。

优选的方案中，在S3中的钢管桩对称平行施作两排，在S7中的钢管桩呈梅花形布置。

优选的方案中，钢管桩的结构为：钢管桩包括套管，在套管内沿周向均匀设置四个安装筋，套管的内部和安装筋之间通过混凝土连接。

优选的方案中，S10中进行回填时，先用浆砌片石回填至顶面，顶面以上分两层填筑至设计标高，第一层采用碎石土回填并压实，压实度满足95%，第二层采用粘土隔水层和种植土结合区回填并在其表面种草。

优选的方案中，在钢板上插设有锁杆，锁杆的底部伸入到施工坡的底部，锁杆用于对钢板进行固定。

优选的方案中，在施工坡靠近第一钢拱的外侧对称设置有第二钢管，钢板上设置有支撑板，支撑板通过螺杆和第二钢管连接，两个第二钢管之间设置有多个第一钢管，第一钢管和第一钢拱的顶部连接。

优选的方案中，支撑板内设置腰圆孔，螺杆穿设在腰圆孔内，螺杆通过螺母和支撑板连接，螺杆的另一侧和第二钢管固定。

本发明的有益效果为：通过对套拱加长，对套拱进行上下台阶的分步施工，在套拱上台阶落底处施作梅花型钢管桩并灌砂浆，钢管桩施工完毕后立模浇筑素混凝土使其钢管桩连接成为整体；明洞仰拱段也按照梅花型布置施工钢管桩，桩内安装小型钢筋笼并灌浆，通过浇筑混凝土形成大筏板将明洞仰拱段的钢管桩连接形成整体，从而保证了施工全过程的安全性高，且受力稳定，同时抵抗在后期运营时可能产生的滑移现象。

1）经济性：在套拱区段上台阶和明洞仰拱区段施作钢管桩，相比传统的施打抗滑桩成本低。

2）工效高：在套拱区段上台阶和明洞仰拱区段施作钢管桩涉及到的工序主要是潜孔钻机钻孔、下放带钢筋的钢管、灌注水泥浆，其中带钢筋的钢管桩可以在后场进行加工，效率高。

3）可行性：在套拱区段上台阶施作钢管桩可以控制套拱在施工过程中发生纵向位移，在明洞区段内施作“钢管桩+筏板基础” 抵抗松散堆积体扰动受到的滑移力。

4）安全性：“加长套拱+套拱上台阶钢管桩扩大基础”与明洞仰拱下施作“钢管桩+筏板扩大基础”相比抗滑桩施工安全风险低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的纵断面示意图；

图2是本发明的平面布置示意图；

图3是本发明的钢管桩平面示意图；

图4是本发明在施工现场的示意图状态一；

图5是图4的简化模型图；

图6是图5的正视示意图；

图7是图5的左视示意图；

图8是图5的俯视示意图；

图9是本发明在施工现场状态二简化模型示意图；

图10是本发明在施工现场状态三简化模型示意图；

图11是图5的A处放大结构示意图。

图中：地面线1；洞顶截水沟2；隧道暗洞初支3；隧道暗洞二衬4；超长大管棚5；隧道仰拱二衬6；仰拱初支 7；钢管桩8；套管801；安装筋802；混凝土803；隧道明暗交界处9；粘土隔水层和种植土结合区10；浆砌片石11；碎石土12；洞门墙顶截水沟13；连接钢筋14；明洞二衬15；调平层16；筏板基础17；明洞仰拱二衬18；套拱区段19；套拱上台阶扩大基础20；明洞区段21；洞门墙22；第一钢拱23；钢板24；支撑板2401；螺杆2402；螺母2403；第二钢拱25；施工坡26；第一钢管27；第二钢管28；锁杆29。

具体实施方式

实施例1

如图1-10中，一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，包括以下步骤：

S1、对施工现场进行踏勘并根据设计进行施工点的标记；

S2、在隧道明暗交界处9的外侧施作洞顶截水沟2并增加套拱区段19的长度，对套拱区段19采用上下台阶分步施工；

S3、待S2的上部台阶施工完成后，在套拱区段19的两侧进行钻孔，并浇筑钢管桩8形成套拱上台阶扩大基础20，然后安装第一钢拱23；

S4、待S3中的钢管桩8达到强度后，进行套拱区段19下部台阶的施工，安装第二钢拱25；

S5、在套拱区段19整体施工完成后，沿暗洞方向施作超长大管棚5；

S6、超长大管棚5施工完成后对隧道进行开挖，依次完成隧道暗洞初支3、隧道仰拱二衬6、仰拱初支 7、隧道暗洞二衬4的施工；

S7、在原设计明洞区段21的仰拱底部的基础上超挖，然后布置钢管桩8；

S8、钢管桩8在明洞区段21施工完成后，进行立模浇筑混凝土形成筏板基础17，筏板基础17上施作混凝土形成调平层16；

S9、筏板基础17和调平层16施工完成后，进行绑扎仰拱二衬钢筋并浇筑混凝土形成明洞仰拱二衬18，然后进行明洞二衬15的施工，最后进行连接钢筋14的施工。

S10、明洞混凝土强度达到设计要求后利用进行明洞回填，明洞回填完成后施作洞门墙顶截水沟13和洞门墙22，洞门墙22和明洞二衬15通过连接钢筋14连接形成一个受力整体。

图5是上台阶施工时的状态，图9是下台阶施工时的状态，图10是整体施工完成时的状态，在施工时，由于将套拱进行加长，并在套拱区段采用上下台阶法施工时优先在上台阶下部施作钢管桩，可以增强抵抗力抑制套拱在施工过程中发生纵向位移，避免了整体开挖时支护不稳，受力不平衡产生的风险，采用分段支护能削减施工坡由于底部产生开挖孔，孔洞周围的约束减少，在重力作用下容易产生掉落的趋势。

优选的方案中，在S1中，踏勘获取地面线1的走向、高程以及洞口段松散堆积体的长度。由此结构，以使得需要根据实际的地形进行施工方案的调整，在保证安全生产的前提下，提高施工的效率，保证施工方案的操作性高。

优选的方案中，根据踏勘的结果进行安全风险的评估，套拱区段19增加的长度需要根据风险的状态进行调整，同时在套拱区段19内依次安装第一钢拱23和第二钢拱25。由此结构，以使得对于具有一定距离和厚度的松散堆积体，需要根据其具体长度和厚度的数值进行受力分析，并根据长度和厚度的变化进行调整，保证整体的受力稳定，施工时的安全。

优选的方案中，在S5中，第一钢拱23通过钢板24和第二钢拱25 连接，钢板24固设在第一钢拱23的两侧。由此结构，以使得在对第一钢拱23进行预制时，将钢板24直接焊接到设计位置，保证了现场操作的便捷，且钢板24增大了第一钢拱23在套拱区段19台阶处的接触面积，减少了应力集中的问题。

优选的方案中，在S3中的钢管桩8对称平行施作两排，在S7中的钢管桩8呈梅花形布置。由此结构，以使得在钢管桩上面施作筏板基础和调平层能够很好抵抗洞口段长距离大厚度的松散堆积体的推力，确保隧道在后期运营过程中洞口段不发生纵向位移。

如图3中，优选的方案中，钢管桩8的结构为：钢管桩8包括套管801，在套管801内沿周向均匀设置四个安装筋802，套管801的内部和安装筋802之间通过混凝土803连接。由此结构，以使得可以大幅度增加钢管的刚度，使其在后期受力后不易发生变形。

优选的方案中，S10中进行回填时，先用浆砌片石11回填至顶面，顶面以上分两层填筑至设计标高，第一层采用碎石土12回填并压实，压实度满足95%，第二层采用粘土隔水层和种植土结合区10回填并在其表面种草。由此结构，以使得整体的结构更稳定，浆砌片石11和碎石土12之间压实紧密，受力更充分。

如图9-10中，优选的方案中，在钢板24上插设有锁杆29，锁杆29的底部伸入到施工坡26的底部，锁杆29用于对钢板24进行固定。由此结构，在钢板24上设置有相应的通孔，利用钻机在套拱区段19台阶处进行钻孔后，锁杆29伸入其中并锁止，调整第一钢拱23的位置并将其固定，从而从底部对第一钢拱23进行限位，从纵向保证自身的精度高，能辅助调高现场全站仪的测定效率，施工效果更好。

如图5中，优选的方案中，在施工坡26靠近第一钢拱23的外侧对称设置有第二钢管28，钢板24上设置有支撑板2401，支撑板2401通过螺杆2402和第二钢管28连接，两个第二钢管28之间设置有多个第一钢管27，第一钢管27和第一钢拱23的顶部连接。由此结构，以使得可以将第一钢拱23在底部和施工坡26连接，整体的锁止效果更好，由于在钢管桩8施工的过程中存在振动的传递，通过螺杆2402保证自身轴向位置的稳定，其和锁杆29以及第一钢管27配合，从多方位对第一钢拱23进行限位和锁止，且由于第一钢拱23是第二钢拱24的连接基础，只有当第一钢拱23自身位置准确，后续施工的精度才有保证。

如图11中，优选的方案中，支撑板2401内设置腰圆孔，螺杆2402穿设在腰圆孔内，螺杆2402通过螺母2403和支撑板2401连接，螺杆2402的另一侧和第二钢管28固定。两个螺母2403分别在支撑板2401两侧进行锁止，由此结构，以使得安装调整便捷，现场操作简单，且保证整体施工效果好，螺杆2402和第二钢管28焊接受力稳定。

实施例2

利用本方案在项目现场施工的过程：

1、加长套拱施工：施工作业前，依据设计、现场踏勘了解洞口段为长距离大厚度松散堆积体，安全风险大，故在隧道明暗交界处5m外施作洞顶截水沟并将套拱由原2m加长至4m，套拱区段采用上下台阶分两部开挖，套拱里面预埋的工字钢根据开挖工法分两次进行安装。

2、扩大基础施工：套拱上台阶开挖完成后，在4m套拱区段内左右两侧采用潜孔钻机钻孔，钻孔完成后在左右两侧施作两排φ108钢管桩（每排钢管桩设置3根），两侧钢管桩横向间距为50cm，纵向间距为150cm，钢管桩长600cm,钢管桩安装完成后灌入水泥浆。

3、明洞底部钢管桩施工：在原设计明洞仰拱底部的基础上超挖80cm，其中上30cm施作调平层，下50cm施作筏板基础，在筏板基础下用潜孔钻机钻孔施作带钢筋笼的钢管桩，钢管桩50cm×150cm（横向×纵向）梅花形布置，钢管桩长600cm，钢管桩安装完成后灌入水泥浆。

4、调平层和筏板基础施工：在明洞区段钢管桩施工完成后，用钢筋焊接各钢管桩端头连接形成整体，立模浇筑50cm混凝土形成筏板基础；在筏板基础上施作30cm混凝土形成调平层。

5、明洞施工：筏板基础和调平层施工完成后，在调平层上绑扎仰拱二衬钢筋并浇筑混凝土，待仰拱施工完成后开始明洞钢筋绑扎、浇筑等工序施工。

6、明洞回填：明洞混凝土强度达到设计要求后进行明洞回填，回填分两层进行施工，第一层用碎石土回填，回填压实度满足95%；第二层采用粘土隔水层+种植土，厚100cm，明洞回填完成后依次施作洞门墙顶截水沟和洞门墙。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：包括以下步骤：

S1、对施工现场进行踏勘并根据设计进行施工点的标记；

S2、在隧道明暗交界处（9）的外侧施作洞顶截水沟（2）并增加套拱区段（19）的长度，对套拱区段（19）采用上下台阶分步施工；

S3、待S2的上部台阶施工完成后，在套拱区段（19）的两侧进行钻孔，并浇筑钢管桩（8）形成套拱上台阶扩大基础（20），然后安装第一钢拱（23）；

S4、待S3中的钢管桩（8）达到强度后，进行套拱区段（19）下部台阶的施工，安装第二钢拱（25）；

S5、在套拱区段（19）整体施工完成后，沿暗洞方向施作超长大管棚（5）；

S6、超长大管棚（5）施工完成后对隧道进行开挖，依次完成隧道暗洞初支（3）、隧道仰拱二衬（6）、仰拱初支 （7）、隧道暗洞二衬（4）的施工；

S7、在原设计明洞区段（21）的仰拱底部的基础上超挖，然后布置钢管桩（8）；

S8、钢管桩（8）在明洞区段（21）施工完成后，进行立模浇筑混凝土形成筏板基础（17），筏板基础（17）上施作混凝土形成调平层（16）；

S9、筏板基础（17）和调平层（16）施工完成后，进行绑扎仰拱二衬钢筋并浇筑混凝土形成明洞仰拱二衬（18），然后进行明洞二衬（15）的施工，最后进行连接钢筋（14）的施工；

S10、明洞混凝土强度达到设计要求后利用进行明洞回填，明洞回填完成后施作洞门墙顶截水沟（13）和洞门墙（22），洞门墙（22）和明洞二衬（15）通过连接钢筋（14）连接形成一个受力整体。

2.根据权利要求1所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：在S1中，踏勘获取地面线（1）的走向、高程以及洞口段松散堆积体的长度。

3.根据权利要求2所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：根据踏勘的结果进行安全风险的评估，套拱区段（19）增加的长度需要根据风险的状态进行调整，同时在套拱区段（19）内依次安装第一钢拱（23）和第二钢拱（25）。

4.根据权利要求1所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：在S5中，第一钢拱（23）通过钢板（24）和第二钢拱（25） 连接，钢板（24）固设在第一钢拱（23）的两侧。

5.根据权利要求1所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：在S3中的钢管桩（8）对称平行施作两排，在S7中的钢管桩（8）呈梅花形布置。

6.根据权利要求5所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：钢管桩（8）的结构为：钢管桩（8）包括套管（801），在套管（801）内沿周向均匀设置四个安装筋（802），套管（801）的内部和安装筋（802）之间通过混凝土（803）连接。

7.根据权利要求1所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：S10中进行回填时，先用浆砌片石（11）回填至顶面，顶面以上分两层填筑至设计标高，第一层采用碎石土（12）回填并压实，压实度满足95%，第二层采用粘土隔水层和种植土结合区（10）回填并在其表面种草。

8.根据权利要求4所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：在钢板（24）上插设有锁杆（29），锁杆（29）的底部伸入到施工坡（26）的底部，锁杆（29）用于对钢板（24）进行固定。

9.根据权利要求4所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：在施工坡（26）靠近第一钢拱（23）的外侧对称设置有第二钢管（28），钢板（24）上设置有支撑板（2401），支撑板（2401）通过螺杆（2402）和第二钢管（28）连接，两个第二钢管（28）之间设置有多个第一钢管（27），第一钢管（27）和第一钢拱（23）的顶部连接。

10.根据权利要求9所述一种控制不良地质隧道洞口纵向位移的施工方法，其特征是：支撑板（2401）内设置腰圆孔，螺杆（2402）穿设在腰圆孔内，螺杆（2402）通过螺母（2403）和支撑板（2401）连接，螺杆（2402）的另一侧和第二钢管（28）固定。

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