CN211202006U - 一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，通过在地面超前打设地面超前锁脚导管，在上台阶洞内超前打设中下台阶锁脚导管的方案，节约锁脚施工的时间，缩短了每一步台阶开挖后土体暴露的时间，提高了与之连接的钢拱架的抗沉降能力。

Description

一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构。

背景技术

在铁路、公路、市政、水利等地下隧道施工过程中，特别是在城市地下道路建设过程中，在已建成通车的地面道路下，采用地下浅埋暗挖隧道方法修建快速路时，如果地质情况为软弱土层，隧道沉降控制尤为关键。因为地面道路管线较多，且地面道路交通流量较大，如果沉降不能及时控制会造成：地面塌陷、管线爆裂、交通中断，会产生较大不良社会影响。隧道开挖过程会对土体造成扰动，只有加快掌子面封闭，减少土体暴露时间，使初期支护钢拱架尽快受力，特别是拱架脚部尽快受到支撑，才能尽量减少沉降。

因为在软弱土层中开挖，钢拱架拱脚不能着力于土层实处，需要向土体侧向打设锁脚导管及时锁定钢拱架，靠锁脚受力减少拱架沉降。这样就需要锁脚导管及时打设完成，能够尽快给钢拱架提供锁固力。但是锁脚导管打设需要一定的时间，一般锁脚导管长度为3.5-4米，在土层中打设加导管注浆约30-40分钟。一个拱脚设计2-4根，总共占用2-3小时。并且打设过程还会对开挖暴露的土体造成二次扰动，延缓了开挖面喷射混凝土支护的时间，进一步增加了隧道及地表的沉降。如何缩短掌子面闭合的时间，同时增加锁脚导管的受力是减少软弱土层中隧道沉降的关键。根据工程实践，一般隧道开挖分上、中、下三台阶开挖，上中台阶钢拱架节点处拱脚部位的锁脚和中下节点处的锁脚，是控制整个隧道开挖过程中沉降的重点。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提供一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构及工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，上台阶钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管，所述地面超前锁脚导管为从地面提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管与上台阶钢拱架连接；中台阶钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管，所述中下台阶超前锁脚导管为从上台阶提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管与中台阶钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管内均注浆。

所述地面超前锁脚导管沿隧道纵向打设间距与隧道内钢拱架设计间距一致，布孔区域设置在钢拱架开挖架设范围内。

所述地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管锚固长度均为4-6米。

所述上台阶钢拱架和地面超前锁脚导管之间、中台阶钢拱架和中下台阶超前锁脚导管之间均采用环形抱箍和钢筋帮条焊接连接。

所述地面超前锁脚导管与竖直方向的夹角10-40°；中下台阶超前锁脚导管与竖向方向夹角10-40°。

所述地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管采用直径79mm或108mm的钢管。

上述超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构的施工工艺，包括如下步骤：

（一）设计地面超前打设的地面超前锁脚导管的位置及打设角度；

（二）根据设计进行地面超前锁脚导管打设；

（三）地面超前锁脚导管注浆；

（四）隧道洞内上台阶开挖，上台阶钢拱架和地面超前锁脚导管连接；

（五）在上台阶进行中下台阶超前锁脚导管打设；

（六）中下台阶超前锁脚导管注浆；

（七）隧道洞内中台阶开挖，中台阶钢拱架和中下台阶超前锁脚导管连接；

（八）开挖下台阶，完成初期支护闭合成环。

所述步骤（二）中，地面超前锁脚导管打设角度与竖直方向的夹角10-40°；步骤（五）中，中下台阶超前锁脚导管打设角度与竖直方向夹角10-40°。

所述步骤（二）中，如地面道路结构层较稳定，成孔后不会塌孔可留置空孔，地面超前锁脚导管只在隧道范围内实际布管。

所述步骤（二）和步骤（五）中，地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管超过拱脚位置向下打设锚固长度均为4-6米。

所述步骤（四）中，上台阶开挖高度控制在3-4米。

所述步骤（四）和步骤（七）中，均采用环形抱箍通过钢筋帮条焊接的方法，使上台阶钢拱架和地面超前锁脚导管连接、中台阶钢拱架和中下台阶超前锁脚导管连接。

所述步骤（五）中，如地层稳定，成孔后不发生塌孔现象，直接采用成孔钻机成孔后，将中下台阶超前锁脚导管放置在中下台阶拱角设计位置；如地层较差存在塌孔现象，采用全护筒钻进，成孔下放中下台阶超前锁脚导管到设计位置后，将护筒提出。

本发明通过多次过程试验提出了在地面超前打设中台阶钢拱架节点处拱脚部位的锁脚，以及在已经封闭施工完成的上台阶洞内打设中下节点处的锁脚的方案。本发明可根据地面交通和管线布置情况，超前掌子面开挖里程预先打设锁脚导管并注浆加固。本发明因为操作空间大，作业时间可以延长，因此可加长锁脚导管打设深度，可以将打设长度加长为4-6米；同时加大锁脚导管的直径，根据地层及周边环境情况可选用直径79mm或108mm的钢管作为隧道支护钢拱架锁脚导管。这样从长度和直径都加大了锁脚导管与土体的锚固力，提高了与之连接的钢拱架的抗沉降能力。

本发明方案在城市浅埋暗挖大跨隧道施工中，当隧道处于软弱土层，地面沉降不容易控制时，作用尤为明显。通过在地面超前打设地面超前锁脚导管，在上台阶洞内超前打设中下台阶锁脚导管的方案，节约锁脚施工的时间，缩短了每一步台阶开挖后土体暴露的时间。而现有的施工工艺锁脚导管都是与钢拱架同步安装，占用较多时间，暴露时间长了不安全，并且管径小，与土体接触面积小，锚固力小。

本发明通过地面超前锁脚导管注浆同时对拱顶土体进行加固，对隧道拱顶也能起到超前支护的作用，减少了隧道拱顶侧向压力；通过中下台阶超前锁脚导管注浆同时对仰拱土体进行加固，可以有效增加隧道仰拱土体的地基承载力，减小隧道沉降。

本发明各个有效作用综合到一起，对隧道整体起到明显的加固和减小沉降的作用。本发明步骤简单，可操作性强，节约施工空间，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1上台阶，2中台阶，3下台阶，4地面超前锁脚导管，5中下台阶超前锁脚导管，6地面。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，上台阶1钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管4，所述地面超前锁脚导管4为从地面6提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管4与上台阶1钢拱架连接；中台阶2钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管5，所述中下台阶超前锁脚导管5为从上台阶1提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管5与中台阶2钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管4和中下台阶超前锁脚导管5内均注浆。

上述一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构对应的施工工艺，包括如下步骤：

（一）设计地面超前锁脚导管4的位置及打设角度

根据设计图纸、实际测量的地面标高、地面管线分布情况结合地下隧道开挖工况等设计地面超前锁脚导管4的位置及打设角度。

（二）地面超前锁脚导管4打设

根据设计的地面超前锁脚导管4的位置及角度进行打设，先在设计位置进行钻孔，然后放入地面超前锁脚导管4。沿隧道纵向打设间距与隧道内钢拱架设计间距一致，布孔区域设置在钢拱架开挖架设范围内，便于开挖后钢拱架能够与之有效连接。

优选的，地面超前锁脚导管4打设角度与竖直方向的夹角控制在10-40°为佳，打设长度超过上中台阶2钢拱架节点处4-6米为佳。

根据分布情况，如地面道路结构层地质坚硬，在地面道路结构层内，因结构层较稳定，成孔后不会塌孔可留置空孔，地面超前锁脚导管4只在隧道范围内实际布管。

作为优选方案，由于隧道埋深一般在10米左右，加上锁脚锚固深度4-6米和上台阶1开挖深度，然后减去空孔段，一般控制地面超前锁脚导管4长度在14-16米左右为佳。

根据地层及周边环境情况可适当加大地面超前锁脚导管4数量、直径、长度等，地面超前锁脚导管4可选用直径79mm或108mm的钢管。

（三）地面超前锁脚导管4注浆

地面超前锁脚导管4打设完成后，注水泥单液浆，通过地面超前锁脚导管4注浆同时对拱顶土体进行加固，对隧道拱顶也能起到超前支护的作用，减少了隧道拱顶侧向压力。

（四）隧道洞内上台阶1开挖

在地面6打设的地面超前锁脚导管4主要是加固上台阶1钢拱架。为了施工安全、减少沉降和便于锁脚施工，尽量减少隧道上台阶1开挖高度，控制上台阶1开挖高度满足正常施工作业空间即可。优选的，上台阶1开挖高度控制在3-4米以内为佳，这个高度能够满足人工配合小型钻机作业，常规挖掘设备施工等。

隧道洞内上台阶1开挖时暴露出上述超前打设的地面超前锁脚导管4，根据地面超前锁脚导管4位置结合钢拱架设定位置适当微调整，采用环形抱箍通过钢筋帮条焊接的方法，使上台阶1钢拱架和地面超前锁脚导管4有效连接，确保钢拱架通过地面超前锁脚导管4固定。

（五）在上台阶1进行中下台阶超前锁脚导管5打设

隧道洞内上台阶1施工一段长度后，形成作业面后，利用上台阶1的作业空间在洞内超前打设中下台阶节点处的中下台阶超前锁脚导管5。左右侧钢拱架中下台阶节点拱脚位置承载整个隧道的重量，对控制隧道整体沉降尤为关键。根据上台阶1开挖高度及钢拱架架设间距计算出中下台阶节点钢拱架拱脚位置的中下台阶超前锁脚导管5布置间距、打设长度和角度。

在从上台阶1超前打设中下台阶锁脚时，按照上台阶1开挖高度计算出中下台阶剩余开挖高度，在此高度内，如果地层较稳定，成孔后不发生塌孔现象，就直接采用成孔钻机成孔后，将中下台阶超前锁脚导管5放置在中下台阶拱角设计位置；如果地层较差存在塌孔现象时，采用全护筒钻进，成孔下放中下台阶超前锁脚导管5到设计位置后，将护筒提出。

优选的，中下台阶超前锁脚导管5打设角度与竖向方向夹角控制在10-40°为佳。

因为操作空间大，作业时间可以延长，可加长中下台阶超前锁脚导管5打设深度，优选的，中下台阶超前锁脚导管5锚固长度4-6米。

根据地层及周边环境情况可适当加大中下台阶超前锁脚导管5数量、直径、长度等，可选用直径79mm或108mm的钢管作为隧道支护钢拱架超前锁脚导管。

这样从超前锁脚导管锚固长度和直径上都加大了锁脚与土体的锚固力，提高了与之连接的钢拱架的抗沉降能力。

（六）中下台阶超前锁脚导管5注浆

打设完成后，中下台阶超前锁脚导管5注水泥单液浆，通过超前锁脚导管注浆同时对仰拱土体进行加固，可以有效增加隧道仰拱土体的地基承载力，减小隧道沉降。

（七）隧道洞内中台阶2开挖

隧道洞内中台阶2开挖时暴露出上述超前打设的中下台阶超前锁脚导管5，根据中下台阶超前锁脚导管5位置结合钢拱架设定位置适当微调整，采用环形抱箍通过钢筋帮条焊接的方法，使中台阶2钢拱架和中下台阶超前锁脚导管5有效连接，确保钢拱架通过中下台阶超前锁脚导管5固定。

（八）开挖下台阶3，完成初期支护闭合成环。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：上台阶（1）钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管（4），所述地面超前锁脚导管（4）为从地面（6）提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管（4）与上台阶（1）钢拱架连接；中台阶（2）钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管（5），所述中下台阶超前锁脚导管（5）为从上台阶（1）提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管（5）与中台阶（2）钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管（4）和中下台阶超前锁脚导管（5）内均注浆。

2.根据权利要求1所述的超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：所述地面超前锁脚导管（4）沿隧道纵向打设间距与隧道内钢拱架设计间距一致，布孔区域设置在钢拱架开挖架设范围内。

3.根据权利要求1所述的超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：所述地面超前锁脚导管（4）和中下台阶超前锁脚导管（5）锚固长度均为4-6米。

4.根据权利要求1所述的超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：所述上台阶（1）钢拱架和地面超前锁脚导管（4）之间、中台阶（2）钢拱架和中下台阶超前锁脚导管（5）之间均采用环形抱箍和钢筋帮条焊接连接。

5.根据权利要求1所述的超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：所述地面超前锁脚导管（4）与竖直方向的夹角10-40°；中下台阶超前锁脚导管（5）与竖向方向夹角10-40°。

6.根据权利要求1所述的超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：所述地面超前锁脚导管（4）和中下台阶超前锁脚导管（5）采用直径79mm或108mm的钢管。

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