CN102562074A - 大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路隧道的施工方法，特别涉及一种大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法，该方法包括：开挖施工、初期支护、仰拱及衬砌施工的步骤，其中开挖施工过程中当隧道掌子面上部硬围岩厚度小于2m时，开挖施工方法为三台阶七步法，当隧道掌子面上部硬围岩厚度大于2m时，开挖施工方法为三台阶法。本施工方法具有施工进度快、安全性高，施工经济好的特点。

Description

大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法

技术领域

本发明公开了一种隧道的施工方法，特别涉及针对上硬下软复合地层的隧道施工方法。

背景技术

在隧道施工时，会遇到各种异常地质情况，如遇到隧道开挖断面上部为硬岩，围岩级别为Ⅱ级、Ⅲ级，下部为软岩，围岩级别为Ⅳ级、Ⅴ级，如何综合判断围岩级别进行施工就非常重要，而现有技术中，上软下硬地层施工较多，上硬下软地层施工却没有切实可行的施工方法。

我们针对八苏木隧道现场地质条件，进行了技术攻关，研究制定了大断面隧道上硬下软复合地层施工方法，顺利的完成隧道施工，该方法具有施工安全，施工进度较快，经济性好的施工特点。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服已有技术的不足，提供一种切实可行的针对上硬下软地层施工的隧道施工方法。

本发明的技术方案是：一种大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法，该方法包括开挖施工、初期支护、仰拱及衬彻施工的步骤，本方法针对不同的上硬下软复合地层特点，对开挖施工、仰拱及衬砌施工采取如下不同的施工方案进行施工，包括以下施工步骤：

1）、当上部硬岩厚度小于2m时，开挖选择三台阶七步法施工，对拱部120°范围内出现泥岩的位置采用Ф42小导管进行超前支护，长度不小于3.5m,开挖每循环进尺不大于1.6m，中台、下台左右侧开挖采用错开施工，错开距离不小于1m；当上部硬岩厚度大于2m时，开挖选择三台阶法开挖，上台、中台、下台开挖高度控制在3.5m左右，上台中部因高度较高，开挖时设置2m高简易拼装台架，以便于进行开挖作业，隧道每循环开挖进尺寸不大于2.0m，掌子面上部玄武岩开挖采用光面***，周边眼不大于60cm，掌子面下部采用松动***，挖掘机配合；

2）、初期支护及时紧跟，每步开挖完成后，及时进行支护，初期支护采用喷锚构筑法，以拱架、***锚杆、钢筋网、喷射混凝土构成的初期支护为主要受力结构；根据掌子面上部玄武岩厚度采用以下三种不同初期支护方式；当上部硬岩厚度小于3m时，全环设置I18工字钢架，每榀间距0.8m，喷射混凝土厚度25cm，拱部***锚杆长度4.0m，间距1.0m×1.0m；当上部硬岩厚度大于等于3m且小于6m时，拱部采用挂网喷射C25 混凝土支护，钢筋采用φ8，网格间距20×20cm，喷射混凝土厚度15cm，边墙采用I18工字钢架支护，每榀间距1.0m，喷射混凝土厚度25cm，拱部***锚杆长度3.5m，间距1.2m×1.2m；当上部硬岩厚度大于等于6m时，隧道全环均采用挂网喷射C25混凝土支护，钢筋采用φ8，网格间距20×20cm，喷射混凝土厚度12cm，拱部***锚杆长度3.0m，间距1.2m×1.2m；

3）、隧道仰拱下部均为泥岩，遇水易软化，施工前，在开挖仰拱前方设置积水井，将仰拱中积水进行抽排，仰拱每循环开挖不大于5m，开挖成形后，及时喷射混凝土将围岩进行封闭；

仰拱、衬砌采用钢筋混凝土，厚度应不小于40cm，施工时，应严格控制仰拱、衬砌距离掌子面距离，仰拱距离掌子面不宜超出40m，衬砌距离掌子面不宜超出70m。

上述洞内上台、中台的临时排水沟和仰拱积水井距离边墙不少于1m，以免软化基础。

上述拱架基础下部设置纵向钢带，采用20#槽钢，扩大拱脚。

上述初期支护采用型钢拱架支护时,***锚杆尽量与型钢拱架相连,下部锁脚锚杆每处设置不少于2根；如拱部有支护拱架时,在其拱部设置4根锚杆,起悬吊作用,以减小下部拱脚荷载。

本发明的有益效果是：针对不同的上硬下软复合地层特点，对开挖施工、衬砌施工、仰拱及衬砌施工采取不同的施工方案进行施工，是一种切实可行的施工方法，且此施工方法具有施工进度快、安全性高，施工经济好的特点。

附图说明

图1为开挖施工步骤中三台阶七步法施工顺序示意图；

图2为开挖施工步骤中三台阶七步法开挖示意图；

其中：1、上台，2、中台左侧，3、中台右侧，4、中台，5、下台右侧，6、下台左侧，7、下台，8、超前支护，9、仰拱，10、衬彻。

具体实施方式

本施工方法，针对不同的上硬下软复合地层特点，主要根据上硬岩的厚度，围岩的级别，下软岩的稳定性等特点，对开挖施工、衬砌施工、仰拱及衬砌施工采取不同的施工方案进行施工。

本实施例为京包线集宁至包头段增建第二双线八苏木隧道（全长8184m），是京包线集宁至包头段增建第二双线重点控制工程，设计为单洞双线隧道,隧道开挖断面大于130m²，开挖高度达11m，开挖宽度最大达14m。隧道出口施工时，开挖揭示隧道开挖范围内为上硬下软复合地层，掌子面上部为玄武岩，厚度为1-9米，整体性较好，围岩级别能达到Ⅱ级，下部为泥岩，呈胶结状，具有一定自稳性，但遇水易崩解，稳定性差, 围岩级别为Ⅳ级或Ⅴ级。针对这样的上硬下软复合地层特点，如图1和图2所示本施工方法的步骤为：

1、开挖施工

当上部玄武岩厚度小于2m时，开挖选择三台阶七步法施工，对拱部120°范围内出现泥岩的位置采用Ф42小导管进行超前支护（8），开挖每循环进尺不大于1.6m，中台左右侧及下台左右侧开挖采用错开施工，错开距离不小于1m。具体施工顺序如图1所示为上台（1）→中台左侧（2）→中台右侧（3）→中台（4）→下台右侧（5）→下台左侧（6）→下台（7）。 

当上部玄武岩厚度大于2m时，开挖选择三台阶法开挖，上台、中台、下台开挖高度控制在3.5m左右，上台中部因高度较高，开挖时设置2m高自制简易拼装台架，以便于进行开挖作业，隧道每循环开挖进尺寸不大于2.0m，掌子面上部玄武岩开挖采用光面***，周边眼不大于60cm，掌子面下部采用松动***，挖掘机配合。

、初期支护施工

1)支护参数选择

初期支护及时紧跟，每步开挖完成后，及时进行支护，初期支护采用喷锚构筑法，以拱架、***锚杆、钢筋网、喷射混凝土构成的初期支护为主要受力结构。根据掌子面上部玄武岩厚度采用以下三种不同初期支护方式。当上部玄武岩厚度小于3m时，全环设置I18工字钢架，每榀间距0.8m，喷射混凝土厚度25cm，拱部***锚杆长度4.0m，间距1.0m×1.0m；当上部玄武岩厚度大于等于3m且小于6m时，拱部采用挂网喷射C25 混凝土支护，钢筋采用φ8，网格间距20×20cm，喷射混凝土厚度15cm，边墙采用I18工字钢架支护，每榀间距1.0m，喷射混凝土厚度25cm，拱部***锚杆长度3.5m，间距1.2m×1.2m；当上部玄武岩厚度大于等于6m时，隧道全环均采用挂网喷射C25混凝土支护，钢筋采用φ8，网格间距20×20cm，喷射混凝土厚度12cm，拱部***锚杆长度3.0m，间距1.2m×1.2m。

防止初期支护失稳措施

因下部为泥岩，围岩遇水易软化，为防止拱脚下沉，具体采取如下措施：

①   洞内上台、中台临时排水沟和仰拱积水井距离边墙不少于1m，以免软化基础；

②   洞内安排专人进行排水，24小时值班，及时将掌子面的积水进行抽排；

③拱架基础下部设置纵向钢带，采用［20槽钢，扩大拱脚；

④初期支护采用型钢拱架支护时,***锚杆尽量与型钢拱架相连,下部锁脚锚杆每处设置不少于2根;

⑤如拱部有支护拱架时,在其拱部设置4根锚杆,起悬吊作用,以减小下部拱脚荷载;

3、仰拱、衬砌施工

隧道仰拱下部均为泥岩，遇水易软化，施工前，在开挖仰拱（9）前方设置积水井，将仰拱中积水进行抽排，仰拱每循环开挖不大于5m，开挖成形后，及时喷射混凝土将围岩进行封闭。

仰拱（9）、衬砌（10）采用钢筋混凝土，厚度应不小于40cm，施工时，应严格控制仰拱、衬砌距离掌子面距离，仰拱距离掌子面不宜超出40m，衬砌距离掌子面不宜超出70m。

二、施工注意事项

①做好超前地质预报工作，配备有经验的地质工程师，及时了解地质情况变化。

②充分认识水对软弱围岩的破坏作用，及时对围岩渗水及施工废水进行合理排放，杜绝对施工台阶墙脚形成浸泡。

③施工前，对所有参建员工进行上岗前的安全教育。对从事电器、***、高空作业、焊接、机动车驾驶等特殊工种的人员，经过专业培训，获得《安全操作合格证》后，方准持证上岗。

④隧道开挖后必须及时进行支护，尤其是下部的泥岩位置。

⑤加强监控量测工作，信息及时反馈，指导现场施工。量测人员发现量测数据有突变或异变时，应于量测后及时向现场负责人和技术负责人汇报，并立即采取应急措施或通知施工人员暂时撤离危险地段。

本实施例具有施工安全，施工进度较快，经济性好的优点，取得了较好的实施效果。

Claims (4)

1.一种大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法，该方法包括开挖施工、初期支护、仰拱及衬彻施工的步骤，其特征在于针对不同的上硬下软复合地层特点，对开挖施工、仰拱及衬砌施工采取如下不同的施工方案进行施工，包括以下施工步骤：

1）、当上部硬岩厚度小于2m时，开挖选择三台阶七步法施工，对拱部120°范围内出现泥岩的位置采用Ф42小导管进行超前支护，长度不小于3.5m,开挖每循环进尺不大于1.6m，中台、下台左右侧开挖采用错开施工，错开距离不小于1m；当上部硬岩厚度大于2m时，开挖选择三台阶法开挖，上台、中台、下台开挖高度控制在3.5m左右，上台中部因高度较高，开挖时设置2m高简易拼装台架，以便于进行开挖作业，隧道每循环开挖进尺寸不大于2.0m，掌子面上部玄武岩开挖采用光面***，周边眼不大于60cm，掌子面下部采用松动***，挖掘机配合；

2）、初期支护及时紧跟，每步开挖完成后，及时进行支护，初期支护采用喷锚构筑法，以拱架、***锚杆、钢筋网、喷射混凝土构成的初期支护为主要受力结构；根据掌子面上部玄武岩厚度采用以下三种不同初期支护方式；当上部硬岩厚度小于3m时，全环设置I18工字钢架，每榀间距0.8m，喷射混凝土厚度25cm，拱部***锚杆长度4.0m，间距1.0m×1.0m；当上部硬岩厚度大于等于3m且小于6m时，拱部采用挂网喷射C25 混凝土支护，钢筋采用φ8，网格间距20×20cm，喷射混凝土厚度15cm，边墙采用I18工字钢架支护，每榀间距1.0m，喷射混凝土厚度25cm，拱部***锚杆长度3.5m，间距1.2m×1.2m；当上部硬岩厚度大于等于6m时，隧道全环均采用挂网喷射C25混凝土支护，钢筋采用φ8，网格间距20×20cm，喷射混凝土厚度12cm，拱部***锚杆长度3.0m，间距1.2m×1.2m；

3）、隧道仰拱下部均为泥岩，遇水易软化，施工前，在开挖仰拱前方设置积水井，将仰拱中积水进行抽排，仰拱每循环开挖不大于5m，开挖成形后，及时喷射混凝土将围岩进行封闭；

仰拱、衬砌采用钢筋混凝土，厚度应不小于40cm，施工时，应严格控制仰拱、衬砌距离掌子面距离，仰拱距离掌子面不宜超出40m，衬砌距离掌子面不宜超出70m。

2.根据权利要求1所述的大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法，其特征在于洞内上台、中台的临时排水沟和仰拱积水井距离边墙不少于1m，以免软化基础。

3.根据权利要求1所述的大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法，其特征在于拱架基础下部设置纵向钢带，采用20#槽钢，扩大拱脚。

4.根据权利要求1所述的大断面隧道上硬下软复合地层的施工方法，其特征在于初期支护采用型钢拱架支护时,***锚杆尽量与型钢拱架相连,下部锁脚锚杆每处设置不少于2根;如拱部有支护拱架时,在其拱部设置4根锚杆,起悬吊作用,以减小下部拱脚荷载。

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