CN107605509A - 砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护施工方法。施工时采用若干根自进式小导管和若干根钢花管施工，包括如下步骤：(一)在第一榀钢拱架安装完成及掌子面封闭后，将钢花管打入掌子面拱顶地层中并注浆加固地层；(二)开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距，然后封闭掌子面，安装第二榀钢拱架，按设计完成初期支护后，将自进式小导管钻入掌子面拱顶地层中并注浆填充小导管四周的空隙；(三)开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距，然后封闭掌子面，安装第三榀钢拱架，按设计完成初期支护，然后按步骤一施工上层钢花管，往后重复步骤一和步骤二的超前支护结构施工，最后形成稳定的超前支护结构体系。
Description
技术领域
本发明涉及一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构，属于隧道施工技术领域。本发明还涉及上述的超前支护结构的施工方法及施工中用的复合式超前小导管。
背景技术
近年来，为解决城市交通拥挤的问题，全国各主要城市均已开始了轨道交通的建设，其中地下线路工程的主要施工方法有盾构法、明挖法及暗挖法。盾构法主要用于地质条件好、线路长、曲线半径大的隧道施工中。明挖法简单易行，但要拆迁和维修大量的地下管网和地面建筑物，不同程度地影响地面交通和商业活动的正常运行和开展，会给附近居民带来很多不方便。暗挖法适用于不宜明挖施工的各种地层，尤其对城区交通运输繁忙、地下管线密布，且对地面沉陷要求严格的情况下修建的浅埋隧道更为适用。
浅埋暗挖法是在新奥法的基础上，针对城市地下工程的特点发展起来的，通过分步开挖和超前支护等辅助工法来确保隧道施工安全，目前隧道浅埋暗挖法超前支护方法主要有大管棚或超前小导管支护方案。砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道超前支护存在较大的风险及施工难题：一是由于隧道曲线半径小，随着管棚长度的增加，管棚偏离隧道拱顶的距离逐渐增加，从而限制了大管棚的支护长度；且大管棚施工需管棚工作室，在浅埋隧道中开挖管棚工作室，由于增大了开挖断面从而增加了隧道开挖的风险，所以采用大管棚超前支护方案在小曲线半径浅埋隧道中应用存在较大的局限性和安全风险；二是砂卵石地层中超前小导管打进施工难度大，如采用锤击式打进，由于大直径卵石的存在，锤击式打进无法击碎卵石从而导致导管打进长度有限，且钢管容易反弹从而加剧对地层的扰动，更容易引起塌方；如采用引孔施工工艺，钻杆拔出后砂卵石容易塌孔而使小导管无法顶入；如采用套管跟进施工工艺，因设备较大而需较大的施工空间，在小断面隧道中使用受限，且成本较高、施工进度慢。因此，砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道中采用小导管超前支护方案存在较大的施工难度和安全风险。
目前，在砂卵石地区浅埋隧道尽量避免设计成小曲线半径，但部分地区受周边环境影响，不可避免的会出现小曲线浅埋隧道，目前在砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道中超前支护尚无成熟、稳定的技术方案。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种施工效率高、施工安全、稳定性好、强度高，超前支护效果好的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构，其特征是：采用若干根自进式小导管打入隧道掌子面拱顶前端较深地层形成自进式小导管层，采用若干根钢花管打入隧道拱顶地层内形成钢花管层，所述钢花管层位于所述自进式小导管层的上部，所述钢花管和所述自进式小导管交错间隔布置，通过向所述自进式小导管和所述钢花管内注入水泥-水玻璃双浆液对拱顶地层进行注浆加固形成超前支护结构；所述自进式小导管包括钢管和安装在所述钢管前端的合金钻头，所述合金钻头上设置有与所述钢管连通的气孔，所述钢花管包括钢管本体，所述钢管本体的前端呈尖锥状，所述钢管本体的尾部焊接有加强筋，所述钢管本体的管壁上钻有若干个注浆孔，所述钢管本体的尾部设有止浆段，所述自进式小导管的长度大于所述钢花管的长度。
进一步的，为保证支护结构的加固效果，所述自进式小导管的长度为3-6米，外插角为11-17°，横向*纵向间距为0.35*1m；所述钢花管的长度为2-3米，外插角为14-20°，横向*纵向间距为0.35*1m。
进一步的，为保证注浆加固效果，所述钢花管上的注浆孔呈梅花形布置。
本发明还提供了一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护用的复合式超前小导管，其特征是：包括自进式小导管和钢花管，所述自进式小导管包括钢管和安装在所述钢管前端的合金钻头，所述合金钻头上设置有与所述钢管连通的气孔，所述钢花管包括钢管本体，所述钢管本体的前端呈尖锥状，所述钢管本体的尾部焊接有加强筋，所述钢管本体的管壁上钻有若干个注浆孔，所述钢管本体的尾部设有止浆段，所述自进式小导管的长度大于所述钢花管的长度。
进一步的，所述钢花管上的注浆孔呈梅花形布置，注浆孔的直径为10mm。
进一步的，所述止浆段的长度为距钢管本体的尾部0.5-1m。
本发明还提供了上述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构的施工方法，其特征是：包括如下步骤：(一)在第一榀钢拱架安装完成及掌子面封闭后，利用ZSY-50型分体式锚杆钻机将钢花管打入掌子面拱顶地层中，所述钢花管的外插角为14-20°，横向*纵向间距为0.35*1m，然后通过钢花管(3)进行全孔一次性注浆加固砂卵石地层，注浆浆液为水泥-水玻璃双浆液；(二)待步骤一中的注浆完成并达到强度后，开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距，然后封闭掌子面，安装第二榀钢拱架，按设计完成初期支护后，利用ZSY-50型分体式锚杆钻机将自进式小导管钻入掌子面拱顶地层中，然后通过自进式小导管前端钻头上的气孔进行反向注浆填充小导管四周的空隙，注浆浆液为水泥-水玻璃双浆液，所述自进式小导管的外插角为11-17°，横向*纵向间距为0.35*1m；(三)待步骤二中的自进式小导管注浆完成并达到强度后，开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距，然后封闭掌子面，安装第三榀钢拱架，按设计完成初期支护，然后按步骤一施工上层钢花管，往后重复步骤一和步骤二的超前支护结构施工，最后形成稳定的超前支护结构体系。
本发明中，下层采用较长的自进式小导管打入掌子面拱顶前端较深地层，以满足超前小导管前端有足够的“锚固”长度，上层采用较短的钢花管对拱顶地层进行注浆加固，固结拱顶砂卵石，二者相结合在隧道拱顶形成稳定性好、强度较高的防护壳体，达到超前支护的目的。其中，自进式小导管由于前端带有合金钻头，利用钻机可以较容易地将自进式小导管钻入砂卵石地层中，解决了小导管在砂卵石中打进困难、打进长度有限的难题，并且通过自进式小导管前端钻头上的气孔进行反向注浆填充小导管四周的空隙，可以提高自进式小导管与砂卵石地层的粘结强度。而钢花管则可弥补自进式小导管在砂卵石地层中的注浆效果不佳的缺陷，二者优势互补形成复合式超前小导管支护结构，支护结构稳定性好，支护效果好。
进一步的，所述自进式小导管的直径为38-50mm，长度为3-6米；所述钢花管的直径为38-42mm，长度为2-3米。
进一步的，所述钢花管上的止浆段的长度为距钢管本体的尾部0.5-1m。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用自进式小导管解决了小导管在砂卵石中打进困难、打进长度有限的难题，通过采用钢花管弥补了自进式小导管在砂卵石地层中的注浆效果不佳的缺陷，利用二者的优势互补，形成稳定的超前支护体系；
2、本发明不仅适用于砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道的超前支护，也适用于各种地层地层小曲线半径隧道的超前支护；
3、本发明施工效率高，超前支护效果好，有利于缩短工期；
4、本发明施工经简单培训后操作性强、成本低廉，具有较高的实用性。
附图说明
图1是本发明中的超前支护结构的正面图；
图2是本发明中的支护结构的纵向布置示意图；
图3是本发明中的自进式小导管的结构示意图；
图4是本发明中的钢花管的结构示意图；
图中，1、隧道初期支护，2、隧道二衬，3、钢花管，4、自进式小导管，5、钢拱架，6、掌子面，7、钢管，8、合金钻头，9、钻头气孔，10、加劲筋，11、钢管本体，12、注浆孔，13、止浆段。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图所示，一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构，其采用若干根自进式小导管4打入隧道掌子面拱顶前端较深地层形成自进式小导管层，采用若干根钢花管3打入隧道拱顶地层内形成钢花管层，所述钢花管层位于所述自进式小导管层的上部，所述钢花管3和所述自进式小导管4交错间隔布置，通过向所述自进式小导管4和所述钢花管3内注入水泥-水玻璃双浆液对拱顶地层进行注浆加固形成超前支护结构。所述自进式小导管4和所述钢花管3作为复合式超前小导管。所述自进式小导管4包括钢管7和安装在所述钢管7前端的合金钻头8，所述合金钻头8上设置有与所述钢管7连通的气孔9，所述钢管7上不开注浆孔。所述钢花管3包括钢管本体11，所述钢管本体11的前端呈尖锥状，所述钢管本体11的尾部焊接有加强筋10，所述钢管本体11的管壁上钻有若干个注浆孔12，所述钢管本体11的尾部设有止浆段13，止浆段13上不设置注浆孔，所述自进式小导管4的长度大于所述钢花管3的长度。
优选的是，所述自进式小导管4的直径为38-50mm，长度为3-6米，外插角为11-17°，横向*纵向间距为0.35*1m；所述钢花管3的直径为38-42mm，长度为2-3米，外插角为14-20°，横向*纵向间距为0.35*1m。
优选的是，所述钢花管3上每隔150mm钻两个φ10mm的注浆孔12，注浆孔12呈梅花形布置，钢管本体尾部0.5-1m不钻孔作为止浆段。
上述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构的施工方法是：包括如下步骤：(一)在第一榀钢拱架5安装完成及掌子面封闭后，利用ZSY-50型分体式锚杆钻机按照图1和图2所示将钢花管3打入掌子面拱顶地层中，所述钢花管3的外插角为14-20°，横向*纵向间距为0.35*1m，然后通过钢花管3进行全孔一次性注浆加固砂卵石地层，注浆浆液为水泥-水玻璃双浆液；由于钢花管3较短，钢花管3在打进时如遇较大卵石无法打进，可拔出稍微调整位置或角度重新施打；(二)待步骤一中的注浆完成并达到强度后，开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距(50cm)，然后封闭掌子面6，安装第二榀钢拱架5，按设计完成初期支护后，利用ZSY-50型分体式锚杆钻机按图1和图2所示将自进式小导管4钻入掌子面拱顶地层中，钻入深度符合要求后，然后通过自进式小导管4前端钻头上的气孔9进行反向注浆填充小导管四周的空隙，以提高自进式小导管4与砂卵石地层的粘结强度，注浆浆液为水泥-水玻璃双浆液，所述自进式小导管4的外插角为11-17°，横向*纵向间距为0.35*1m；(三)待步骤二中的自进式小导管4注浆完成并达到强度后，开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距(50cm)，然后封闭掌子面6，安装第三榀钢拱架5，按设计完成初期支护，然后按步骤一施工上层钢花管，往后重复步骤一和步骤二的超前支护结构施工，最后形成稳定的超前支护结构体系。
本发明中采用的ZSY-50型分体式锚杆钻机为现有技术，具体结构在此不再赘述。该钻机连接钻杆部分与操作平台分开，便于在狭小空间操作，使用灵活，既适用于自进式小导管的钻进，又适用于钢花管的打进。自进式小导管钻进时，当卵石含量低或粒径小，冲击功大些，主要靠冲击钻进；遇到大卵石时，转钎速度高些，冲击功小些，主要靠钻头钻穿卵石，减少导管反弹。钢花管打进主要靠冲击功锤击打进。
本发明实施例中的其它部分采用已知技术，在此不再赘述。
Claims (9)
1.一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构，其特征是：采用若干根自进式小导管(4)打入隧道掌子面拱顶前端较深地层形成自进式小导管层，采用若干根钢花管(3)打入隧道拱顶地层内形成钢花管层，所述钢花管层位于所述自进式小导管层的上部，所述钢花管(3)和所述自进式小导管(4)交错间隔布置，通过向所述自进式小导管(4)和所述钢花管(3)内注入水泥-水玻璃双浆液对拱顶地层进行注浆加固形成超前支护结构；所述自进式小导管(4)包括钢管(7)和安装在所述钢管(7)前端的合金钻头(8)，所述合金钻头(8)上设置有与所述钢管(7)连通的气孔(9)，所述钢花管(3)包括钢管本体(11)，所述钢管本体(11)的前端呈尖锥状，所述钢管本体(11)的尾部焊接有加强筋(10)，所述钢管本体(11)的管壁上钻有若干个注浆孔(12)，所述钢管本体(11)的尾部设有止浆段(13)，所述自进式小导管(4)的长度大于所述钢花管(3)的长度。
2.根据权利要求1所述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构，其特征是：所述自进式小导管(4)的长度为3-6米，外插角为11-17°，横向*纵向间距为0.35*1m；所述钢花管(3)的长度为2-3米，外插角为14-20°，横向*纵向间距为0.35*1m。
3.根据权利要求1所述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构，其特征是：所述钢花管(3)上的注浆孔(12)呈梅花形布置。
4.一种砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护用的复合式超前小导管，其特征是：包括自进式小导管(4)和钢花管(3)，所述自进式小导管(4)包括钢管(7)和安装在所述钢管(7)前端的合金钻头(8)，所述合金钻头(8)上设置有与所述钢管(8)连通的气孔(9)，所述钢花管(3)包括钢管本体(11)，所述钢管本体(11)的前端呈尖锥状，所述钢管本体(11)的尾部焊接有加强筋(10)，所述钢管本体(11)的管壁上钻有若干个注浆孔(12)，所述钢管本体(11)的尾部设有止浆段(13)，所述自进式小导管(4)的长度大于所述钢花管(3)的长度。
5.根据权利要求4所述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护用的复合式超前小导管，其特征是：所述钢花管(3)上的注浆孔(2)呈梅花形布置，注浆孔(12)的直径为10mm。
6.根据权利要求4所述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护用的复合式超前小导管，其特征是：所述止浆段(13)的长度为距钢管本体(11)的尾部0.5-1m。
7.一种如权利要求1所述的砂卵石地层小曲线半径浅埋隧道暗挖法超前支护结构的施工方法，其特征是：包括如下步骤：(一)在第一榀钢拱架(5)安装完成及掌子面封闭后，利用ZSY-50型分体式锚杆钻机将钢花管(3)打入掌子面拱顶地层中，所述钢花管(3)的外插角为14-20°，横向*纵向间距为0.35*1m，然后通过钢花管(3)进行全孔一次性注浆加固砂卵石地层，注浆浆液为水泥-水玻璃双浆液；(二)待步骤一中的注浆完成并达到强度后，开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距，然后封闭掌子面，安装第二榀钢拱架，按设计完成初期支护后，利用ZSY-50型分体式锚杆钻机将自进式小导管(4)钻入掌子面拱顶地层中，然后通过自进式小导管(4)前端钻头上的气孔(9)进行反向注浆填充小导管四周的空隙，注浆浆液为水泥-水玻璃双浆液，所述自进式小导管(4)的外插角为11-17°，横向*纵向间距为0.35*1m；(三)待步骤二中的自进式小导管(4)注浆完成并达到强度后，开挖隧道土方，开挖进尺为一榀钢拱架间距，然后封闭掌子面，安装第三榀钢拱架，按设计完成初期支护，然后按步骤一施工上层钢花管，往后重复步骤一和步骤二的超前支护结构施工，最后形成稳定的超前支护结构体系。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征是：所述自进式小导管(4)的直径为38-50mm，长度为3-6米；所述钢花管(3)的直径为38-42mm，长度为2-3米。
9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征是：所述钢花管(3)上的止浆段(13)的长度为距钢管本体(11)的尾部0.5-1m。
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