CN108457670B - 一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法 - Google Patents

一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，具体步骤是：(1)拱顶超前加固；(2)上部硬岩地层预留硬岩层；(3)上部硬岩分布开挖及初支；(4)下部软弱富水地层核心土区域超前加固防水；(5)下部软弱富水地层核心土区域预留加固层；(6)开挖下部软弱富水地层核心土区域；(7)对下部软弱富水地层未开挖区域以及预设范围内的围岩区域超前加固防水；(8)下部软弱富水地层未开挖区域分步开挖及初支；(9)施作仰拱及二衬。本发明弥补了现有技术的不足，填补大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工技术的空缺，整个施工过程安全高效。

Description

一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法
技术领域
本发明涉及一种大断面隧道施工方法，具体是一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法。
背景技术
我国有相当一部分地区的地质情况较为复杂，在隧道施工中难免会遇到较为复杂的地质情况。复杂的地质情况为隧道施工带来了极大的困难，导致施工繁琐，围岩稳定难以控制，危机人员及隧道结构安全。尤其是在上硬下软富水地层隧道施工时，极易出现涌水、突泥，围岩失稳坍塌现象。而现有隧道施工技术，对于上硬下软富水地层仍没有安全高效的施工方法，因此急需一种安全高效的大断面隧道穿越上硬下软富水地层的施工方法。
发明内容
本发明提供一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，可弥补现有技术的不足，填补大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工技术的空缺。
一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，根据地勘资料，确认软硬地层分界线，划分上部硬岩地层和下部软弱富水地层；同时，确定所要施工大断面隧道的跨度d和高度h；大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法的具体步骤是：
步骤一、拱顶超前加固：在拱顶范围内环向打设加固装置进行拱顶加固；
步骤二、上部硬岩地层预留硬岩层：将上部硬岩地层中沿着软硬地层分界线向上预留预设厚度的预留硬岩层；
步骤三、上部硬岩分布开挖及初支：将上部硬岩地层中除预留硬岩层之外的区域分为左侧区域、中部区域和右侧区域，并先施工中部区域，边墙、拱顶进行临时封闭；然后再进行加固，保证随开挖随支护；待中部区域掌子面向前推进至预设距离后，按照中部区域的施工方法对左侧区域和右侧区域同时施工，并对两侧边角进行固定；
步骤四、下部软弱富水地层核心土区域超前加固防水：待左侧区域和右侧区域掌子面向前推进至预设距离后，在预留硬岩层上打孔，对核心土区域进行注浆加固防水；
步骤五、下部软弱富水地层核心土区域预留加固层：开挖预留硬岩层和加固后的核心土区域，将核心土区域中沿四周边缘向内预留预设宽度的加固层作为临时支护结构；
步骤六、开挖下部软弱富水地层核心土区域：开挖核心土区域上除加固层之外的核心土开挖区域时，每开挖预设深度，就及时对两侧未开挖区域以及预设范围内的软弱围岩进行注浆加固防水，保证随开挖随支护；
步骤七、对下部软弱富水地层未开挖区域以及预设范围内的围岩区域超前加固防水：挖至预留的加固层后，对下部未开挖区域以及预设范围内的软弱围岩进行注浆加固防水；
步骤八、下部软弱富水地层未开挖区域分步开挖及初支：将下部软弱富水地层中剩下待开挖区域分为左侧超前加固区域、右侧超前加固区域、下侧超前加固区域三个区域，破除预留的加固层，同时开挖左侧超前加固区域和右侧超前加固区域两个区域，边墙进行临时封闭；然后对边墙进行固定，保证随开挖随支护，并对拱脚位置进行固定；
步骤九、施作仰拱及二衬：待左侧超前加固区域和右侧超前加固区域两个区域掌子面向前推进至预设距离后，开挖下侧超前加固区域，并及时施作仰拱和二衬；
步骤十、重复步骤一至步骤九，直至整个隧道施工完成。
优选地，所述步骤一中的加固装置为超前小导管，拱顶超前加固是在拱顶120°范围内打设□42超前小导管，长度为5m，环向间距0.35m，纵向间距3.5m，超前小导管与水平方向成15°夹角。
优选地，所述步骤三中采用光面***施工中部区域，边墙采用喷射10cm厚C25早强混凝土进行临时封闭，拱顶采用喷射5cm厚C25早强混凝土进行临时封闭；然后打第一径向锚杆，挂钢筋网，对初喷岩面复喷至25cm厚，保证随开挖随支护；对左侧区域和右侧区域施工时施作第一锁脚锚杆对两侧边角进行固定。
优选地，所述第一径向锚杆的规格为□25，长度L＝5m；第一锁脚锚杆是规格为□42、壁厚t＝4mm、长度L＝6m的热轧无缝钢管，第一锁脚锚杆与水平方向成30°夹角，纵向间距为1m。
优选地，所述步骤四中采用小型钻机在预留硬岩层上打孔；采用袖阀管对核心土区域进行注浆加固防水操作。
优选地，所述袖阀管采用□42，壁厚t＝4mm的PVC管，袖阀管间间距为1.5m，在加固区域边缘处密排两排袖阀管，加固范围宽度为0.6d，深度为0.4h。
优选地，所述步骤七中采用袖阀管进行注浆加固防水操作，袖阀管是□42、壁厚t＝4mm的PVC管，袖阀管间间距1m。
优选地，所述步骤八中边墙采用喷射5cm厚C25早强混凝土进行临时封闭，然后打设第二径向锚杆，挂钢筋网，对初喷岩面复喷至25cm厚，保证随开挖随支护，并在拱脚位置施作第二锁脚锚杆进行固定。
优选地，所述第二径向锚杆的规格为□25，长度L＝5m；第二锁脚锚杆是规格为□42、壁厚t＝4mm、长度L＝6m的热轧无缝钢管，第二锁脚锚杆与水平方向成30°夹角，纵向间距为1m。
与传统的开挖方法相比，本发明大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法极大地提高了施工的安全性，同时避免了开挖过程中出现涌水、突泥等现象，在上硬下软富水地层中效果尤为明显；极大地提高了隧道的稳定性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。
附图说明
图1为本发明的施工流程图；
图2为本发明软硬地层分界示意图；
图3为本发明上部硬岩地层开挖示意图；
图4为本发明下部软弱富水地层核心土超前加固示意图；
图5为本发明下部软弱富水地层预留加固层示意图；
图6为本发明下部软弱富水地层未开挖区域超前加固示意图；
图7为本发明下部软弱富水地层开挖示意图；
图8为本发明仰拱及二衬示意图。
附图标记说明：
1-上部硬岩地层，2-下部软弱富水地层，3-左侧区域，4-中部区域，5-右侧区域，6-超前小导管，7-第一径向锚杆，8-预留硬岩层，9-核心土区域，10-加固层，11-核心土开挖区域，12-左侧超前加固区域，13-右侧超前加固区域，14-下侧超前加固区域，15-围岩超前加固区域，16-第一锁脚锚杆，17-第二锁脚锚杆，18-第二径向锚杆，19-仰拱，20-衬砌。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图8所示，一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，根据地勘资料，确认软硬地层分界线，如图2所示，划分上部硬岩地层1和下部软弱富水地层2；同时，确定所要施工大断面隧道的跨度d和高度h；大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法的具体步骤是：
步骤一、拱顶超前加固：在拱顶范围内环向打设加固装置进行拱顶加固；
步骤二、上部硬岩地层预留硬岩层：如图3所示，将上部硬岩地层1中沿着软硬地层分界线向上预留预设厚度的预留硬岩层8；其中，预设厚度根据具体的地勘资料确定，如可以是预留至少1m厚的预留硬岩层8；
步骤三、上部硬岩分布开挖及初支：如图3所示，将上部硬岩地层1中除预留硬岩层8之外的区域分为左侧区域3、中部区域4和右侧区域5，并采用光面***先施工中部区域4，边墙、拱顶进行临时封闭；然后再进行加固，保证随开挖随支护；待中部区域4掌子面向前推进至预设距离后，按照中部区域4的施工方法对左侧区域3和右侧区域5同时施工，并对两侧边角进行固定；
步骤四、下部软弱富水地层核心土区域超前加固防水：如图4所示，待左侧区域3和右侧区域5掌子面向前推进至预设距离后，在预留硬岩层8上采用小型钻机打孔，对核心土区域9进行注浆加固防水操作；
步骤五、下部软弱富水地层核心土区域预留加固层：如图4和图5所示，开挖预留硬岩层8和加固后的核心土区域9，并将核心土区域9中沿四周边缘向内预留预设宽度的加固层10作为临时支护结构；其中，预设宽度根据具体的需要设定，如可以沿四周边缘向内预留宽度至少为1m的加固层10作为临时支护结构；
步骤六、开挖下部软弱富水地层核心土区域：如图5和图6所示，开挖核心土区域9上除加固层10之外的核心土开挖区域11时，每开挖预设深度，就及时对两侧未开挖区域以及预设范围内的软弱围岩进行注浆加固防水，保证随开挖随支护；其中，预设深度可以是1m，预设范围可以是至少2m的范围，即每开挖深度1m，就及时对两侧未开挖区域以及至少2m范围内的软弱围岩进行注浆加固防水，保证边开挖边加固；
步骤七、对下部软弱富水地层未开挖区域以及预设范围内的围岩区域超前加固防水：挖至预留的加固层10后，对下部未开挖区域以及预设范围内的软弱围岩采用袖阀管注浆加固防水；其中，预设范围可以为至少2m的范围；
步骤八、下部软弱富水地层未开挖区域分步开挖及初支：如图7所示，将下部软弱富水地层2中剩下待开挖区域分为左侧超前加固区域12、右侧超前加固区域13、下侧超前加固区域14三个区域，破除预留的加固层10，同时开挖左侧超前加固区域12和右侧超前加固区域13两个区域，边墙进行临时封闭；然后对边墙进行固定，保证随开挖随支护，并对拱脚位置进行固定；
步骤九、施作仰拱及二衬：如图8所示，待左侧超前加固区域12和右侧超前加固区域13两个区域掌子面向前推进至预设距离后，开挖下侧超前加固区域14，并及时施作仰拱19和二衬20；
步骤十、重复上述步骤一至步骤九，直至整个隧道施工完成。
优选地，所述步骤一中的加固装置为超前小导管6，拱顶超前加固是在拱顶120°范围内打设□42超前小导管6，长度为5m，环向间距0.35m，纵向间距3.5m，超前小导管6与水平方向成15°夹角。
优选地，所述步骤三中采用光面***施工中部区域4，边墙采用喷射10cm厚C25早强混凝土进行临时封闭，拱顶采用喷射5cm厚C25早强混凝土进行临时封闭；然后打第一径向锚杆7，挂钢筋网，对初喷岩面复喷至25cm厚，保证随开挖随支护；对左侧区域3和右侧区域5施工时施作第一锁脚锚杆16对两侧边角进行固定。其中，第一径向锚杆7和第一锁脚锚杆16的数量可根据现场情况适当的进行增加。
优选地，所述第一径向锚杆7的规格为□25，长度L＝5m；第一锁脚锚杆16是规格为□42、壁厚t＝4mm、长度L＝6m的热轧无缝钢管，第一锁脚锚杆16与水平方向成30°夹角，纵向间距为1m。
优选地，所述步骤四中采用小型钻机在预留硬岩层8上打孔；对核心土区域9进行加固防水操作是采用袖阀管注浆加固防水，袖阀管采用□42，壁厚t＝4mm的PVC管，袖阀管错开布置，相邻两个袖阀管间的间距为1.5m，在加固区域边缘处密排两排袖阀管，加固范围宽度为0.6d(即以隧道中轴线为基准，左右各0.3d的加固范围)，深度为0.4h。
优选地，所述步骤七中采用袖阀管进行注浆加固防水操作，袖阀管是□42、壁厚t＝4mm的PVC管，袖阀管间间距1m。
优选地，所述步骤八中中边墙采用喷射5cm厚C25早强混凝土进行临时封闭，然后打设第二径向锚杆18，挂钢筋网，对初喷岩面复喷至25cm厚，保证随开挖随支护，并在拱脚位置施作第二锁脚锚杆17进行固定。
优选地，第二径向锚杆18的规格为□25，长度L＝5m；第二锁脚锚杆17是规格为□42、壁厚t＝4mm、长度L＝6m的热轧无缝钢管，第二锁脚锚杆17与水平方向成30°夹角，纵向间距为1m。其中，第二径向锚杆18和第二锁脚锚杆17的数量可根据现场情况适当的进行增加。
操作时，可按照上述步骤对大断面隧道进行开挖，具体是：(1)拱顶超前加固；(2)上部硬岩地层预留硬岩层；(3)上部硬岩分布开挖及初支；(4)下部软弱富水地层核心土区域超前加固防水；(5)下部软弱富水地层核心土区域预留加固层；(6)开挖下部软弱富水地层核心土区域；(7)对下部软弱富水地层未开挖区域以及预设范围内的围岩区域超前加固防水；(8)下部软弱富水地层未开挖区域分步开挖及初支；(9)施作仰拱及二衬。整个过程采用分区有针对性的操作，边开挖边支护，在保证了隧道稳定性的同时，确保开挖的顺利进行，降低了施工风险。
本发明大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法极大地提高了施工的安全性，同时避免了开挖过程中出现涌水、突泥等现象，在上硬下软富水地层中效果尤为明显；极大地提高了隧道的稳定性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。如上文提到的所有的支护类型、支护参数不仅仅局限于提到的支护方式，因地制宜采用合适的超前支护方式也可达到本方法的加固效果。同时，在实际工程应用本方法过程中，也可根据开挖断面大小以及围岩稳定的时空效应，来调整施工步距、初期支护的刚度以及二次衬砌施作的时机。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，根据地勘资料，确认软硬地层分界线，划分上部硬岩地层(1)和下部软弱富水地层(2)；同时，确定所要施工大断面隧道的跨度d和高度h；大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法的具体步骤是：
步骤一、拱顶超前加固：在拱顶范围内环向打设加固装置进行拱顶加固；
步骤二、上部硬岩地层预留硬岩层：将上部硬岩地层(1)中沿着软硬地层分界线向上预留预设厚度的预留硬岩层(8)；
步骤三、上部硬岩分步开挖及初支：将上部硬岩地层(1)中除预留硬岩层(8)之外的区域分为左侧区域(3)、中部区域(4)和右侧区域(5)，并先施工中部区域(4)，边墙、拱顶进行临时封闭；然后再进行加固，保证随开挖随支护；待中部区域(4)掌子面向前推进至预设距离后，按照中部区域(4)的施工方法对左侧区域(3)和右侧区域(5)同时施工，并对两侧边角进行固定；
步骤四、下部软弱富水地层核心土区域超前加固防水：待左侧区域(3)和右侧区域(5)掌子面向前推进至预设距离后，在预留硬岩层(8)上打孔，对核心土区域(9)进行注浆加固防水；
步骤五、下部软弱富水地层核心土区域预留加固层：开挖预留硬岩层(8)和加固后的核心土区域(9)，将核心土区域(9)中沿四周边缘向内预留预设宽度的加固层(10)作为临时支护结构；
步骤六、开挖下部软弱富水地层核心土区域：开挖核心土区域(9)上除加固层(10)之外的核心土开挖区域(11)时，每开挖预设深度，就及时对两侧未开挖区域以及预设范围内的软弱围岩进行注浆加固防水，保证随开挖随支护；
步骤七、对下部软弱富水地层未开挖区域以及预设范围内的围岩区域超前加固防水：挖至预留的加固层(10)后，对下部未开挖区域以及预设范围内的软弱围岩进行注浆加固防水；
步骤八、下部软弱富水地层未开挖区域分步开挖及初支：将下部软弱富水地层(2)中剩下待开挖区域分为左侧超前加固区域(12)、右侧超前加固区域(13)、下侧超前加固区域(14)三个区域，破除预留的加固层(10)，同时开挖左侧超前加固区域(12)和右侧超前加固区域(13)两个区域，边墙进行临时封闭；然后对边墙进行固定，保证随开挖随支护，并对拱脚位置进行固定；
步骤九、施作仰拱及二衬：待左侧超前加固区域(12)和右侧超前加固区域(13)两个区域掌子面向前推进至预设距离后，开挖下侧超前加固区域(14)，并及时施作仰拱(19)和二衬(20)；
步骤十、重复步骤一至步骤九，直至整个隧道施工完成。
2.如权利要求1所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述步骤一中的加固装置为超前小导管(6)，拱顶超前加固是在拱顶120°范围内打设□42超前小导管(6)，长度为5m，环向间距0.35m，纵向间距3.5m，超前小导管(6)与水平方向成15°夹角。
3.如权利要求1所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述步骤三中采用光面***施工中部区域(4)，边墙采用喷射10cm厚C25早强混凝土进行临时封闭，拱顶采用喷射5cm厚C25早强混凝土进行临时封闭；然后打第一径向锚杆(7)，挂钢筋网，对初喷岩面复喷至25cm厚，保证随开挖随支护；对左侧区域(3)和右侧区域(5)施工时施作第一锁脚锚杆(16)对两侧边角进行固定。
4.如权利要求3所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述第一径向锚杆(7)的规格为□25，长度L＝5m；第一锁脚锚杆(16)是规格为□42、壁厚t＝4mm、长度L＝6m的热轧无缝钢管，第一锁脚锚杆(16)与水平方向成30°夹角，纵向间距为1m。
5.如权利要求1所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述步骤四中采用小型钻机在预留硬岩层(8)上打孔；采用袖阀管对核心土区域(9)进行注浆加固防水操作。
6.如权利要求5所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述袖阀管采用□42，壁厚t＝4mm的PVC管，袖阀管间间距为1.5m，在加固区域边缘处密排两排袖阀管，加固范围宽度为0.6d，深度为0.4h。
7.如权利要求1所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述步骤七中采用袖阀管进行注浆加固防水操作，袖阀管是□42、壁厚t＝4mm的PVC管，袖阀管间间距1m。
8.如权利要求1所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述步骤八中边墙采用喷射5cm厚C25早强混凝土进行临时封闭，然后打设第二径向锚杆(18)，挂钢筋网，对初喷岩面复喷至25cm厚，保证随开挖随支护，并在拱脚位置施作第二锁脚锚杆(17)进行固定。
9.如权利要求8所述的一种大断面隧道穿越上硬下软富水地层施工方法，其特征在于，所述第二径向锚杆(18)的规格为□25，长度L＝5m；第二锁脚锚杆(17)是规格为□42、壁厚t＝4mm、长度L＝6m的热轧无缝钢管，第二锁脚锚杆(17)与水平方向成30°夹角，纵向间距为1m。
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