CN114278310B - 隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，属于隧道支护方法领域，方法包括对隧道浅埋段洞身覆盖层的地表清理、处理面平整，对隧道中轴线复测，进行机械打孔，制备钢筋笼并安放入打好孔钢管内，往钢管内注浆液，隧道浅埋段洞身覆盖层的地表上施工混凝土格梁，待混凝土格梁硬化后，进行隧道暗洞施工。将地表防护微型桩、混凝土格梁与暗洞内拱架进行连接形成立体支护体系，将暗洞内初期支护的压力分散到两侧的基岩上形成稳定受力体系。降低暗洞初期支护的压力，达到降低暗洞施工风险的目的。采用微型桩格梁施工技术成果解决浅埋段堆积体地质出洞难题，不用大幅开挖边仰坡，原地貌得以保护，对附近建筑物不造成任何扰动。
Description
技术领域
本发明涉及隧道支护方法领域，尤其涉及隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法。
背景技术
隧道在施工时经常会遇见洞身浅埋段施工，洞身浅埋段地质条件较差、覆盖层厚度最小，在隧道暗挖施工过程中，极易因土层震动而造成浅埋段塌陷，因此需要在隧道暗挖至浅埋段之前对洞身浅埋段的地表进行加固，以提高洞身覆盖层厚度和围岩结构的稳定，确保施工安全。常用的地表处理方式主要分为明挖法和盖挖法，均为洞外处理方式，但是这种施工方法存在一个较为严重的问题，地表加固所需要的各种施工设备和填筑材料，都需要从地表运输至浅埋段。因此，需要设计一种更好的隧道浅埋段施工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，解决背景技术中提到的技术问题。地表注浆属于单点加固，尽管浆液具备扩散功能，及时加密孔间距，洞顶范围内整块堆积体仍然难以形成整体。洞身开挖临空后存在整体下沉风险，极易造成初期支护侵限发生换拱等难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，对隧道浅埋段洞身覆盖层的地表清理、处理面平整，对隧道中轴线复测，在隧道浅埋段洞身覆盖层上进行机械打孔，对打好的孔质量检测，制备钢筋笼并安放入打好孔钢管内，往钢管内注浆液，隧道浅埋段洞身覆盖层的地表上施工混凝土格梁，待混凝土格梁硬化后，进行隧道暗洞施工。
进一步地，地表处理前需要进行一次地质详勘，确定处理范围边界，将处理范围向堆积体四周延伸设定距离使得稳定区域对框格梁起到支撑作用，地表清理时需要将整个处理面平整，避免凹凸不平或出现台阶，处理面不平整会造成最终框格梁不在同一面上，在竖向受力状态下易造成格梁拉裂丧失功能，降低整体性从而达不到加固处理效果，处理表面沿暗洞方向呈上坡走势，格梁沿坡面顺势布置即可不必强行将处理面开挖成水平面进而造成地表的破坏。
进一步地，隧道中轴线复测后在地表进行放样便于确定位置布置于中轴线两侧，复测沿轴线每个桩号的地表高程确定微型桩需要深入洞身范围内的每个截面钻孔深度，做到加固区域不遗漏、不赘余。
进一步地，在机械打孔的过程中，实用钢管进行打孔，由于堆积体呈松散状态，碎石、孤石夹杂泥土普通成孔方式极易出现塌孔、缩孔和卡钻的现象，拔管后成孔效果没有达到预期效果，对于成孔方式选择根管钻进或自进式成孔不用拔管确保成孔质量，成孔孔径选用
钻头使得钢管与孔壁存在固定缝隙用于浆液填充增强管壁与松散体的摩擦力，成孔后需要对孔内石屑等杂物进行清孔，采用高压风枪吹孔，保证孔内畅通便于钢筋笼安放到底，微型钢管制作采用
钢管，管长2～3m，丝口采用套管连接，管壁设置间距30cm散浆孔呈梅花形布置，成孔后对管口进行分端并焊接注浆管及止浆阀，微型桩注浆扩散半径在0.5～1.0m，微型桩间距宜控制在0.7～1.4m。
进一步地，成孔质量检测的是复核钻孔深度，采用铅锤掉线法检测深度与设计深度是否相符，如钻孔深度不满足设计要求需要进行二次成孔，成孔质量检测频率为100％全检。
进一步地，钢筋笼采用三根
螺纹钢筋加工成三角架整体吊装安放至孔内，下料长度确保外露30cm伸入框格梁内，微型桩注浆前需要进行现场浆液配合比调试，注浆压力控制在1.0～1.5MPa，单孔注浆结束依据可根据肉眼可见孔口处孔壁出现返浆判定，注浆质量检测采用钻芯法在两孔中间位置取芯，查看浆液扩散情况，钻芯检测频率为微型桩总根数的100％并不少于3孔。
进一步地，混凝土格梁施工中，混凝土格梁的框格梁竖向立柱截面设置为2.2×0.4m容纳3根微型桩，横梁间距3.2cm，截面设置为1.8×0.4m容纳3根微型桩，在勘定堆积体边界后格梁立柱跨越堆积体坐落于稳定基岩上，起到支撑作用对微型钢管桩提供竖向拉力锚固堆积体，暗洞施工中，地表处理完成后进入暗洞施工，洞内施工时仍需遵循管超前、短进尺、强支护、勤测量的原则，稳步推进，仰拱及二衬及时跟进，安全步距要求严于规范要求，仰拱距离掌子面不宜超过25m，二衬距离掌子面不宜超过50m。
所述施工方法的装置包括混凝土格梁、若干根微型桩和暗洞内初期支护拱架，混凝土格梁设置在隧道浅埋段洞身覆盖层的顶端，暗洞内初期支护拱架设置在道浅埋段洞内的顶端，若干根微型桩一端设置在混凝土格梁连接，并穿过隧道浅埋段洞身覆盖层与暗洞内初期支护拱架连接。
进一步地，微型桩包括钢管、钢筋笼和浆液，钢管设置在竖直的孔洞内，钢筋笼设置在钢管内，浆液填充在钢管内。
进一步地，钢筋笼由三条钢筋组成，三条钢筋间隔设置，三条钢设置成三角架结构，三角架结构的外侧间隔焊接固定条。
进一步地，混凝土格梁包括竖条和横条，两条竖条设置在隧道浅埋段洞身覆盖层上，两条竖条的方向与隧道的方向相同，且两条竖条的宽度比隧道的宽度大，若干条横条设置在两条竖条之间，若干根微型桩连接在横条上，并与横条一体设置。
进一步地，竖条和横条均是由混凝土和格梁钢筋笼组成，格梁钢筋笼与钢筋笼焊接连接。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明将地表防护微型桩、混凝土格梁与暗洞内拱架进行连接形成立体支护体系，将暗洞内初期支护的压力分散到两侧的基岩上形成稳定受力体系。降低了暗洞初期支护的压力，从而达到降低暗洞施工风险的目的。本项目八洞隧道采用微型桩格梁施工技术成果解决浅埋段堆积体地质出洞难题，不用大幅开挖边仰坡，原地貌得以保护，对附近建筑物不造成任何扰动。
(2)较传统浅埋段施工技术具有快捷、安全、环保等优势饿而且具有创新性，基于常规地表注浆再引入路基边坡锚杆框架梁防护理论依据，使二者相结合形成优势互补，对类似工程具有良好的借鉴意义，对推动施工技术创新具有积极作用，同时对提高企业行业竞争力助推公司高质量发展具有显著效益。二是后期风险基本可以忽略，采用其他方式难以避免需要大幅开挖边仰坡，对临近建筑物带来安全隐患，施工完成后可以恢复原地表植被，不至于形成大面积地表“创口”给行车带来压迫感。在同类型隧道施工中具有显著的推广使用价值，主要应用于隧道洞口浅埋段施工，为进出洞提供技术支撑，尤其针对浅埋堆积体地质环境具有显著推广价值。对降低施工工期、降低施工成本、降低暗洞施工风险具有明显优势。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明剖面图；
图3是本发明微型桩横向切面图；
图4是本发明混凝土格梁与微型桩竖向剖面结构示意图；
图5是本发明混凝土格梁平面图。
附图中，1-混凝土格梁，1.1-格梁钢筋笼，1.2-焊点，1.3-竖条，1.4-横条，2-微型桩，3-暗洞内初期支护拱架，2.1-孔洞，2.2-钢管，2.3-钢筋笼，2.4-浆液。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，包括如下步骤：
1)地表清理、处理面平整：
地表处理前需要进行一次地质详勘，确定处理范围边界，需要将处理范围向堆积体四周延伸一定距离使得稳定区域对框格梁起到一定的支撑作用。地表清理时需要将整个处理面平整，避免凹凸不平或出现台阶，处理面不平整会造成最终框格梁不在同一面上，在竖向受力状态下易造成格梁拉裂丧失功能，降低整体性从而达不到加固处理效果。处理表面一般沿暗洞方向呈上坡走势，格梁可沿坡面顺势布置即可不必强行将处理面开挖成水平面进而造成地表一定程度的破坏。
2)隧道中轴线复测
隧道中轴线复测后在地表进行放样可便于钻孔位置精准布置于中轴线两侧，复测沿轴线每个桩号的地表高程从而确定微型桩需要深入洞身范围内的每个截面钻孔深度。做到加固区域不遗漏、不赘余。
3)机械成孔
由于堆积体呈松散状态，碎石、孤石夹杂泥土普通成孔方式极易出现塌孔、缩孔、卡钻等现象，拔管后成孔效果不佳难以达到预期效果。对于成孔方式需要选择根管钻进或自进式成孔不用拔管确保成孔质量。成孔孔径宜选用
钻头使得钢管与孔壁存在一定缝隙用于浆液填充增强管壁与松散体的摩擦力。成孔后需要对孔内石屑等杂物进行清孔，可采用高压风枪吹孔，保证孔内畅通便于钢筋笼安放到底。微型钢管制作采用
钢管，管长2～3m，丝口采用套管连接，管壁设置间距30cm散浆孔呈梅花形布置。成孔后需要对管口进行分端并焊接注浆管及止浆阀。微型桩注浆扩散半径一般在0.5～1.0m，微型桩间距宜控制在0.7～1.4m。
4)成孔质量检测
成孔质量检测主要是复核钻孔深度，可采用铅锤掉线法检测深度与设计深度是否相符，如钻孔深度不满足设计要求需要进行二次成孔。成孔质量检测频率为100％全检。
5)钢筋笼安放
钢筋笼采用三根
螺纹钢筋加工成三角架整体吊装安放至孔内，下料长度确保外露30cm伸入框格梁内。
6)微型桩注浆
微型桩注浆是本工法最重要工序之一，对处理效果起到决定性作用。注浆前需要进行现场浆液配合比调试，水灰比不做统一规定需要结合松散体孔隙率及注浆压力等综合因素决定。注浆压力控制在1.0～1.5MPa，单孔注浆结束依据可根据肉眼可见孔口处孔壁出现返浆判定。
注浆质量检测可采用钻芯法在两孔中间位置取芯，查看浆液扩散情况。钻芯检测频率为微型桩总根数的100％并不少于3孔。
7)格梁施工
框格梁如以路基边坡格梁尺寸以锚杆点为布置依据势必因间距过小造成施工不便，间距过大难以达到对角钢管浆液扩散范围重合，框格梁网格尺寸设置区别于路基边坡格梁以锚杆间距为准布置。本工法格梁截面尺寸较大可布置多跟微型桩，不受微型桩间距限制。框格梁竖向立柱截面设置为2.2×0.4m可容纳3根微型桩，横梁间距3.2cm，截面设置为1.8×0.4m可容纳3根微型桩。在勘定堆积体边界后格梁立柱跨越堆积体坐落于稳定基岩上，起到支撑作用对微型钢管桩提供竖向拉力锚固堆积体。
8)暗洞施工
地表处理完成后进入暗洞施工，洞内施工时仍需遵循“管超前、短进尺、强支护、勤测量”，稳步推进，仰拱及二衬及时跟进，安全步距要求严于规范要求，仰拱距离掌子面不宜超过25m，二衬距离掌子面不宜超过50m。
较传统浅埋段施工技术具有快捷、安全、环保等优势饿而且具有创新性，基于常规地表注浆再引入路基边坡锚杆框架梁防护理论依据，使二者相结合形成优势互补，对类似工程具有良好的借鉴意义，对推动施工技术创新具有积极作用，同时对提高企业行业竞争力助推公司高质量发展具有显著效益。二是后期风险基本可以忽略，采用其他方式难以避免需要大幅开挖边仰坡，对临近建筑物带来安全隐患。施工完成后可以恢复原地表植被，不至于形成大面积地表“创口”给行车带来压迫感。在同类型隧道施工中具有显著的推广使用价值。
在洞口浅埋段段落堆积体不良地质处理中，将地表防护微型桩、混凝土格梁与暗洞内拱架进行连接形成立体支护体系，将暗洞内初期支护的压力分散到两侧的基岩上形成稳定受力体系。降低了暗洞初期支护的压力，从而达到降低暗洞施工风险的目的。本项目八洞隧道采用微型桩格梁施工技术成果解决浅埋段堆积体地质出洞难题，不用大幅开挖边仰坡，原地貌得以保护，对附近建筑物不造成任何扰动。
利用框格梁通过竖向微型钢管拉住向下沉降的松散体达到提高松散体整体性的效果，达到安全出洞的目的。
如图2-5示，隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法所形成装置包括混凝土格梁1、若干根微型桩2和暗洞内初期支护拱架3，混凝土格梁1设置在隧道浅埋段洞身覆盖层的顶端，暗洞内初期支护拱架3设置在道浅埋段洞内的顶端，若干根微型桩2一端设置在混凝土格梁1连接，并穿过隧道浅埋段洞身覆盖层与暗洞内初期支护拱架3连接。混凝土格梁、微型桩与暗洞内初期支护拱架形成空间立体支护体系，通过刚度较大的混凝土格梁将暗洞初期支护的压力分散至两侧的基岩之上，降低暗洞初期结构支护压力，在不大开大挖破坏地表的条件下降低暗洞施工风险。微型桩2穿过暗洞内初期支护拱架3大概30厘米左右，并焊接固定设置。
采用微型钢管桩内设钢筋笼连接顶部格梁，外设注浆孔加固堆积体。采用跟管钻孔工艺避免塌孔影响成孔质量保障加固质量。钻孔深度直至洞身范围内，横向辐射范围至隧道轮廓线5～10m。微型钢管桩内设置钢筋笼，在注浆后管内饱满浆体将钢管与钢筋笼形成整体，钢管及钢筋笼深入格梁内，钢筋笼主筋与格梁钢筋焊接成整体，然后浇筑格梁形成竖向受力体系。可视实际情况对于极度松散层还可对钢筋施加一定的预应力加强对堆积体的挤压力。以上工序施工完成后对格梁内部进行覆土绿化，快速恢复地表原有植被，既环保不留痕迹也可减缓雨水冲刷浸透作用。
本发明实施例中，如图2所示，微型桩2包括钢管2.2、钢筋笼2.3和浆液2.4，钢管2.2设置在竖直的孔洞2.1内，钢筋笼2.3设置在钢管2.2内，浆液2.4填充在钢管2.2内。钢筋笼2.3由三条钢筋组成，三条钢筋间隔设置，三条钢设置成三角架结构，三角架结构的外侧间隔焊接固定条。微型桩注浆是本工法最重要工序之一，对处理效果起到决定性作用。注浆前需要进行现场浆液配合比调试，水灰比不做统一规定需要结合松散体孔隙率及注浆压力等综合因素决定。注浆压力控制在1.0～1.5MPa，单孔注浆结束依据可根据肉眼可见孔口处孔壁出现返浆判定。注浆质量检测可采用钻芯法在两孔中间位置取芯，查看浆液扩散情况。钻芯检测频率为微型桩总根数的100％并不少于3孔。
本发明实施例中，如图3-4所示，混凝土格梁1包括竖条1.3和横条1.4，两条竖条1.3设置在隧道浅埋段洞身覆盖层上，两条竖条1.3的方向与隧道的方向相同，且两条竖条1.3的宽度比隧道的宽度大，若干条横条1.4设置在两条竖条1.3之间，若干根微型桩2连接在横条1.4上，并与横条1.4一体设置。竖条1.3和横条1.4均是由混凝土和格梁钢筋笼1.1组成，格梁钢筋笼1.1与钢筋笼2.3焊接连接。格梁施工，框格梁如以路基边坡格梁尺寸以锚杆点为布置依据势必因间距过小造成施工不便，间距过大难以达到对角钢管浆液扩散范围重合，框格梁网格尺寸设置区别于路基边坡格梁以锚杆间距为准布置。本工法格梁截面尺寸较大可布置多跟微型桩，不受微型桩间距限制。框格梁竖向立柱截面设置为2.2×0.4m可容纳3根微型桩，横梁间距3.2cm，截面设置为1.8×0.4m可容纳3根微型桩。
由中交一公局第四工程有限公司承建的广西南丹至天峨下老高速公路No6标下老枢纽互通八洞隧道出口端浅埋段，洞口开挖揭露地表上覆盖二级路松散填土，揭露最大厚度16.2m,主要为灰黑色松散碎石土，松散填土层以下原地表上部为粘土，厚1.4～8.2m,下伏三叠系灰黄、灰黑色薄～厚层状强～中风化泥岩、钙质页岩等，属堆积体地质，基本处于无自稳能力状态，属于随挖随塌的状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，其特征在于：对隧道浅埋段洞身覆盖层的地表清理、处理面平整，对隧道中轴线复测，在隧道浅埋段洞身覆盖层上进行机械打孔，对打好的孔质量检测，制备钢筋笼并安放入打好孔钢管内，往钢管内注浆液，隧道浅埋段洞身覆盖层的地表上施工混凝土格梁，待混凝土格梁硬化后，进行隧道暗洞施工；
地表处理前需要进行一次地质详勘，确定处理范围边界，将处理范围向堆积体四周延伸设定距离使得稳定区域对框格梁起到支撑作用，地表清理时需要将整个处理面平整，避免凹凸不平或出现台阶，处理面不平整会造成最终框格梁不在同一面上，在竖向受力状态下易造成格梁拉裂丧失功能，降低整体性从而达不到加固处理效果，处理表面沿暗洞方向呈上坡走势，格梁沿坡面顺势布置即可不必强行将处理面开挖成水平面进而造成地表的破坏；
在机械打孔的过程中，实用钢管进行打孔，由于堆积体呈松散状态，碎石、孤石夹杂泥土普通成孔方式极易出现塌孔、缩孔和卡钻的现象，拔管后成孔效果没有达到预期效果，对于成孔方式选择根管钻进或自进式成孔不用拔管确保成孔质量，成孔孔径选用φ127mm钻头使得钢管与孔壁存在固定缝隙用于浆液填充增强管壁与松散体的摩擦力，成孔后需要对孔内杂物进行清孔，采用高压风枪吹孔，保证孔内畅通便于钢筋笼安放到底，微型钢管制作采用φ108×6mm钢管，管长2～3m，丝口采用套管连接，管壁设置间距30cm散浆孔呈梅花形布置，成孔后对管口进行分端并焊接注浆管及止浆阀，微型桩注浆扩散半径在0.5～1.0m，微型桩间距宜控制在0.7～1.4m；
钢筋笼采用三根φ32mm螺纹钢筋加工成三角架整体吊装安放至孔内，下料长度确保外露30cm伸入框格梁内，微型桩注浆前需要进行现场浆液配合比调试，注浆压力控制在1.0～1.5MPa，单孔注浆结束依据可根据肉眼可见孔口处孔壁出现返浆判定，注浆质量检测采用钻芯法在两孔中间位置取芯，查看浆液扩散情况，钻芯检测频率为微型桩总根数的100％并不少于3孔；
混凝土格梁施工中，混凝土格梁的框格梁竖向立柱截面设置为2.2×0.4m容纳3根微型桩，横梁间距3.2cm，截面设置为1.8×0.4m容纳3根微型桩，在勘定堆积体边界后格梁立柱跨越堆积体坐落于稳定基岩上，起到支撑作用对微型钢管桩提供竖向拉力锚固堆积体，暗洞施工中，地表处理完成后进入暗洞施工，洞内施工时仍需遵循管超前、短进尺、强支护、勤测量的原则，稳步推进，仰拱及二衬及时跟进，安全步距要求严于规范要求，仰拱距离掌子面不超过25m，二衬距离掌子面不超过50m；
所述施工方法的装置包括混凝土格梁(1)、若干根微型桩(2)和暗洞内初期支护拱架(3)，混凝土格梁(1)设置在隧道浅埋段洞身覆盖层的顶端，暗洞内初期支护拱架(3)设置在道浅埋段洞内的顶端，若干根微型桩(2)一端设置在混凝土格梁(1)连接，并穿过隧道浅埋段洞身覆盖层与暗洞内初期支护拱架(3)连接；
微型桩(2)包括钢管(2.2)、钢筋笼(2.3)和浆液(2.4)，钢管(2.2)设置在竖直的孔洞(2.1)内，钢筋笼(2.3)设置在钢管(2.2)内，浆液(2.4)填充在钢管(2.2)内，钢筋笼(2.3)由三条钢筋组成，三条钢筋间隔设置，三条钢设置成三角架结构，三角架结构的外侧间隔焊接固定条；
混凝土格梁(1)包括竖条(1.3)和横条(1.4)，两条竖条(1.3)设置在隧道浅埋段洞身覆盖层上，两条竖条(1.3)的方向与隧道的方向相同，且两条竖条(1.3)的宽度比隧道的宽度大，若干条横条(1.4)设置在两条竖条(1.3)之间，若干根微型桩(2)连接在横条(1.4)上，并与横条(1.4)一体设置，竖条(1.3)和横条(1.4)均是由混凝土和格梁钢筋笼(1.1)组成，格梁钢筋笼(1.1)与钢筋笼(2.3)焊接连接。
2.根据权利要求1所述的隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，其特征在于：隧道中轴线复测后在地表进行放样便于确定位置布置于中轴线两侧，复测沿轴线每个桩号的地表高程确定微型桩需要深入洞身范围内的每个截面钻孔深度，做到加固区域不遗漏、不赘余。
3.根据权利要求1所述的隧道浅埋段微型钢管桩格梁施工方法，其特征在于：成孔质量检测是复核钻孔深度，采用铅锤掉线法检测深度与设计深度是否相符，如钻孔深度不满足设计要求需要进行二次成孔，成孔质量检测频率为100％全检。
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