CN111472790A - 用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构及施工方法。全断面法由于开挖面较大，围岩稳定性降低，双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。本发明的组成包括：四个扇形洞室围合成的椭圆形结构和铺设在地面的地面钢梁（2），每个所述的扇形洞室外都围设支撑结构，所述的支撑结构是由设置在所述的扇形洞室外部的两层钢筋网（4）和设置在两层所述的钢筋网之间铺设多个钢筋格栅（3）组成，所述的地面钢梁上设置多个锁脚锚杆（1）穿过地面上的孔洞后焊接在钢筋格栅内。本发明用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构及施工方法。

Description

用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构及施工方法

技术领域：

本发明涉及一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构及施工方法。

背景技术：

国内外已有施工经验和技术成果表明，根据地质情况及开挖掌子面尺寸，浅埋暗挖隧道施工工法主要有全断面法、上下台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。

全断面开挖法又称全断面掘进法。按隧道设计开挖断面，一次开挖到位的施工方法。其开挖方式主要有三种：即新奥地利全断面开挖法、护板全断面开挖法和掘进机护板全断面开挖法。这种方法是先将洞室一次开挖成形，然后再衬砌。在围岩很稳定、无塌方掉块危险或断面尺寸较小时，适于全断面开挖。这种方法的优点是施工场地开阔、出渣方便、掘进速度快。

台阶法是指先开挖隧道上部断面（上台阶），上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面（下台阶），上下台阶同时并进的施工方法。根据台阶长度，可分为短台阶、长台阶、超短台阶（微台阶）法等。

单侧壁导坑法适应于隧道跨度大，扁平率低、围岩较差，一般Ⅳ～Ⅴ类围岩，地表下沉需控制的隧道。其施工要点有：1、将断面分成侧壁导坑、上台阶、下台阶；2、侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜；3、导坑与台阶的距离以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则；4、上下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。

双侧壁导坑法又称双侧壁导洞法或眼镜工法。属于新奥法的一个分支，以新奥法基本原理为依据。一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑、上部核心土、下台阶。导坑尺寸侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3，高度以到起拱线为宜。这样，导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便。导坑与台阶的距离没有硬性规定，但一般应以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则，所以在短隧道中可先挖通导坑，而后再开挖台阶。上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。

现在控制隧道顶部地层变形的普遍做法主要为单排超前小导管注浆、双排超前小导管注浆或大管棚。

全断面法由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。本工法开挖断面分块多，每个分块都是在开挖后立即与上部杆系连接，并立即施加初次支护，每个分块各自闭合，所以在施工中间变形几乎不发展。双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。大断面浅埋暗挖隧道悬挂法施工相比双侧壁导坑法每延米可节省约3万元，经济效益明显，同时有利于项目安全顺利完成生产，确保工期。

目前控制隧道顶部地层变形的普遍做法主要为单排超前小导管注浆、双排超前小导管注浆或大管棚。无论采用哪种超前支护方式，浅埋隧道施工时地表均存在不同程度的沉降变形。同时，由于隧道施工管理松懈、工艺操作不规范等因素，实际地表沉降变形远超设计控制标准。本工法的发明有利于解决浅埋暗挖大断面隧道施工引起地表沉降变形及控制技术难题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构及施工方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构包括四个扇形洞室围合成的椭圆形结构和铺设在地面的地面钢梁，每个所述的扇形洞室外都围设支撑结构，所述的支撑结构是由设置在所述的扇形洞室外部的两层钢筋网和设置在两层所述的钢筋网之间铺设多个钢筋格栅组成，所述的地面钢梁上设置多个锁脚锚杆穿过地面上的孔洞后焊接在钢筋格栅内。

所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的地面钢梁是由横向钢梁和纵向钢梁垂直交叉焊接而成的结构。

所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的锁脚锚杆包括两个平行设置的钢板和焊接在两个所述的钢板之间的肋板，精轧螺纹钢的一端穿过两层所述的钢板螺接有螺母，所述的精轧螺纹钢的另一端外部套有波纹管。

所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的钢筋格栅包括多个平行并列布置的箍筋，多个所述的箍筋的内部四个角部穿设主筋并且焊接，相邻两个所述的主筋之间焊接有连接筋。

一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构的施工方法，该方法包括如下步骤：

（1）施作地表混凝土横梁及钢纵梁，并在系梁上预留系杆孔；

（2）施做地面梁，埋设精轧螺纹钢，打设隧道拱顶小导管，每两榀格栅打设一排，管壁每隔100-200mm交错钻眼，眼孔直径6-8mm，注浆液根据地层选择水泥浆，注浆压力控制0.4-0.6MPa，注浆体加固体直径不小于0.5m，为防止浆液外漏，在孔口处设置止浆塞；

（3）在施做二衬结构前，初期支护施工时拱顶及侧壁预埋φ42水煤气管，环向间距3m，纵向间距3m，呈梅花形布置，注浆深度为初期支护背后0.5m，初期支护闭合成一定长度后，即对初支背后压注水泥浆液，注浆压力0.4-0.6MPa；

（4）二衬模筑时，拱顶及侧壁预埋φ42水煤气管，环向间距3m，纵向间距3m，呈梅花形布置，对二衬背后压注高强无收缩浆液，注浆压力0.1-0.3MPa；

（5）开挖1号洞室，施做初期支护，打设锁脚锚杆，连接初支结构及精轧螺纹钢；

（6）开挖2号洞室和3号洞室，施做初期支护，打设注浆锚管，连接初支结构及精轧螺纹钢，1号洞室与2号洞室之间，2号洞室与3号洞室之间纵向步距不小于15m；

（7）开挖4号洞室，施做初期支护，3号洞室与4号洞室之间纵向步距不小于15m；

（8）从注浆锚管向支撑结构内注浆；

（9）根据拆除段划分，分批对精轧螺纹钢施加预应力，然后拆除下部部分临时中隔壁，一次拆除长度不大于8m，找平处理，铺设防水层，最后施做A部底板以及部分边墙二次衬砌，待拱底结构达到设计强度后，将临时中隔壁回撑至结构底板；

（10）分段破除临时迎拱及中隔壁，一次破除长度不大于8m，施做B部边墙二次衬砌，封闭成环；

（11）待二衬达到设计强度后，拆除所有临时支撑构件。

有益效果：

1.本发明为减小地表沉降变形，采用悬挂法进行浅埋暗挖大断面隧道施工，悬挂法是基于双侧壁导坑法改进的工法，隧道开挖前在地表设置系梁，并在系梁上预留钻孔，以系梁钻孔为导向向地层深处预钻孔，隧道开挖后及时架设格栅拱架或者型钢拱架，并将精轧螺纹钢或者预应力锚索通过预留钻孔将拱架与系梁连接起来，及时施加预应力从而克服大断面隧道开挖引起的地表沉降变形。

本发明悬挂法是对双侧壁导坑法施工工法的改进，可有效地控制大断面隧道施工引起的地表沉降变形，保证周边既有管线及建（构）筑物不会发生因地表沉降变形较大导致的安全事故。

本发明悬挂法力学原理清晰，施工工艺简单，可操作性强，其在大断面浅埋暗挖隧道施工沉降控制中应用的研究是可行的。

本发明降低施工风险、施工成本投入和经济损失，从而取得技术与经济、社会效益双赢效果。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是地面钢梁的结构示意图；

附图3是钢筋格栅的结构示意图；

附图4是钢筋格栅的展开图；

附图5是锁脚锚杆的结构示意图；

附图6是施工铺设地面钢梁以及锁脚锚杆的结构示意图；

附图7是施工设置超前小导管的结构示意图；

附图8是施工开挖1号洞室的结构示意图；

附图9是施工开挖2号洞室和3号洞室的结构示意图；

附图10是施工开挖4号洞室的结构示意图；

附图11是施做A部二次衬砌的结构示意图；

附图12是施做B部二次衬砌的结构示意图；

附图13是拆除支撑结构的结构示意图；

图中：1、锁脚锚杆；2、地面钢梁；3、钢筋格栅；4、钢筋网；5、1号洞室；6、2号洞室；7、4号洞室；8、3号洞室；9、纵向钢梁；10、横向钢梁；11、精轧螺纹钢；12、波纹管；13、钢板；14、肋板；15、垫板；16、螺母；17、连接筋；18、主筋；19、箍筋；20、超前小导管。

具体实施方式：

实施例1：

一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构包括四个扇形洞室围合成的椭圆形结构和铺设在地面的地面钢梁2，每个所述的扇形洞室外都围设支撑结构，所述的支撑结构是由设置在所述的扇形洞室外部的两层钢筋网4和设置在两层所述的钢筋网之间铺设多个钢筋格栅3组成，所述的地面钢梁上设置多个锁脚锚杆1穿过地面上的孔洞后焊接在钢筋格栅内。

实施例2：

根据实施例1所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的地面钢梁是由横向钢梁9和纵向钢梁9垂直交叉焊接而成的结构。

实施例3：

根据实施例1或2所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的锁脚锚杆包括两个平行设置的钢板13和焊接在两个所述的钢板之间的肋板14，精轧螺纹钢11的一端穿过两层所述的钢板螺接有螺母16，所述的精轧螺纹钢的另一端外部套有波纹管12。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，所述的钢筋格栅包括多个平行并列布置的箍筋19，多个所述的箍筋的内部四个角部穿设主筋18并且焊接，相邻两个所述的主筋之间焊接有连接筋17。

实施例5：

一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构的施工方法，该方法包括如下步骤：

（1）施作地表混凝土横梁及钢纵梁，并在系梁上预留系杆孔；

（2）施做地面梁，埋设精轧螺纹钢，打设隧道拱顶小导管20，每两榀格栅打设一排，管壁每隔100-200mm交错钻眼，眼孔直径6-8mm，注浆液根据地层选择水泥浆，注浆压力控制0.4-0.6MPa，注浆体加固体直径不小于0.5m，为防止浆液外漏，在孔口处设置止浆塞；

（3）在施做二衬结构前，初期支护施工时拱顶及侧壁预埋φ42水煤气管，环向间距3m，纵向间距3m，呈梅花形布置，注浆深度为初期支护背后0.5m，初期支护闭合成一定长度后，即对初支背后压注水泥浆液，注浆压力0.4-0.6MPa；

（4）二衬模筑时，拱顶及侧壁预埋φ42水煤气管，环向间距3m，纵向间距3m，呈梅花形布置，对二衬背后压注高强无收缩浆液，注浆压力0.1-0.3MPa；

（5）开挖1号洞室，施做初期支护，打设锁脚锚杆，连接初支结构及精轧螺纹钢；

（6）开挖2号洞室和3号洞室，施做初期支护，打设注浆锚管，连接初支结构及精轧螺纹钢，1号洞室与2号洞室之间，2号洞室与3号洞室之间纵向步距不小于15m；

（7）开挖4号洞室，施做初期支护，3号洞室与4号洞室之间纵向步距不小于15m；

（8）从注浆锚管向支撑结构内注浆；

（9）根据拆除段划分，分批对精轧螺纹钢施加预应力，然后拆除下部部分临时中隔壁，一次拆除长度不大于8m，找平处理，铺设防水层，最后施做A部底板以及部分边墙二次衬砌，待拱底结构达到设计强度后，将临时中隔壁回撑至结构底板；

（10）分段破除临时迎拱及中隔壁，一次破除长度不大于8m，施做B部边墙二次衬砌，封闭成环；

（11）待二衬达到设计强度后，拆除所有临时支撑构件。

Claims (5)

1.一种用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，其特征是：所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构包括四个扇形洞室围合成的椭圆形结构和铺设在地面的地面钢梁，每个所述的扇形洞室外都围设支撑结构，所述的支撑结构是由设置在所述的扇形洞室外部的两层钢筋网和设置在两层所述的钢筋网之间铺设多个钢筋格栅组成，所述的地面钢梁上设置多个锁脚锚杆穿过地面上的孔洞后焊接在钢筋格栅内。

2.根据权利要求1所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，其特征是：所述的地面钢梁是由横向钢梁和纵向钢梁垂直交叉焊接而成的结构。

3.根据权利要求2所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，其特征是：所述的锁脚锚杆包括两个平行设置的钢板和焊接在两个所述的钢板之间的肋板，精轧螺纹钢的一端穿过两层所述的钢板螺接有螺母，所述的精轧螺纹钢的另一端外部套有波纹管。

4.根据权利要求3所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构，其特征是：所述的钢筋格栅包括多个平行并列布置的箍筋，多个所述的箍筋的内部四个角部穿设主筋并且焊接，相邻两个所述的主筋之间焊接有连接筋。

5.一种权利要求1-4之一所述的用于控制浅埋暗挖大断面隧道沉降的施工结构的施工方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）施作地表混凝土横梁及钢纵梁，并在系梁上预留系杆孔；

（2）施做地面梁，埋设精轧螺纹钢，打设隧道拱顶小导管，每两榀格栅打设一排，管壁每隔100-200mm交错钻眼，眼孔直径6-8mm，注浆液根据地层选择水泥浆，注浆压力控制0.4-0.6MPa，注浆体加固体直径不小于0.5m，为防止浆液外漏，在孔口处设置止浆塞；

（3）在施做二衬结构前，初期支护施工时拱顶及侧壁预埋φ42水煤气管，环向间距3m，纵向间距3m，呈梅花形布置，注浆深度为初期支护背后0.5m，初期支护闭合成一定长度后，即对初支背后压注水泥浆液，注浆压力0.4-0.6MPa；

（4）二衬模筑时，拱顶及侧壁预埋φ42水煤气管，环向间距3m，纵向间距3m，呈梅花形布置，对二衬背后压注高强无收缩浆液，注浆压力0.1-0.3MPa；

（5）开挖1号洞室，施做初期支护，打设锁脚锚杆，连接初支结构及精轧螺纹钢；

（6）开挖2号洞室和3号洞室，施做初期支护，打设注浆锚管，连接初支结构及精轧螺纹钢，1号洞室与2号洞室之间，2号洞室与3号洞室之间纵向步距不小于15m；

（7）开挖4号洞室，施做初期支护，3号洞室与4号洞室之间纵向步距不小于15m；

（8）从注浆锚管向支撑结构内注浆；

（9）根据拆除段划分，分批对精轧螺纹钢施加预应力，然后拆除下部部分临时中隔壁，一次拆除长度不大于8m，找平处理，铺设防水层，最后施做A部底板以及部分边墙二次衬砌，待拱底结构达到设计强度后，将临时中隔壁回撑至结构底板；

（10）分段破除临时迎拱及中隔壁，一次破除长度不大于8m，施做B部边墙二次衬砌，封闭成环；

（11）待二衬达到设计强度后，拆除所有临时支撑构件。

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