专利名称：一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道施工方法。
背景技术：
岩溶是在碳酸盐类可溶性岩石分布区发育的一种独特的地质作用和现象，中国岩溶地貌分布广、面积大，因此公路隧道施工不可避免要穿越岩溶地区。张家口至涿州高速公路保定段LJ-S4合同段的西马各庄隧道位于太行山低山地带，其穿越区地层主要为古生界寒武系中统凤山组地层，主要岩性是石灰岩，节理、裂隙较为发育，岩溶广泛分布且呈层状及串珠状不均匀分布，连通性好，呈半充填物状，充填物主要是石灰岩碎石及砂性土，隧道出水形式为以潮湿及滴水为主，雨季可能出现淋流，在施工过程中极易产生坍塌和冒顶。因此，需要一种适用于岩溶地区隧道施工的方法。
发明内容
本发明提供了一种适用于有填充物的溶洞、地质不良、易发生坍塌III IV类岩石地段的大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法。本发明的技术方案如下:
本发明按照下述步骤进行:
步骤一:在岩溶充填区布设超前小导管注浆；
所述超前小导管为热轧无缝钢管，外径42mm,厚3.5mm,长4500mm,钢管前端设置有尖锥头，中部设置有注浆孔，尾部设置有止浆段，止浆段的尾部设置有箍筋；` 所述止衆孔的孔径为IOmm,间距为15mm ；
所述超前小导管与掌子面垂直布设，并与导坑侧壁成25 45°夹角，两个超前小导管的竖向间距不大于50cm ；
所述超前小导管的布设采用风钻钻孔、机械钻孔或洛阳铲成孔后顶入，钻孔孔径56mm，超前小导管顶入长度不小于其自身长度的90% ；
所述注浆的注浆材料为水泥水单液浆，注浆压力为0.5 1.0MPa，注浆扩散半径不小于40cm,水泥与水的体积比为1:1,速凝剂掺量为2 2.5%体积百分比,水泥使用早强PR42.5 水泥；
步骤二:采用上下台阶法开挖左导坑、右导坑和中导坑，上台阶与下台阶纵向距离为3飞m，上台阶进尺3米时，开挖下台阶；左导坑完成至少2倍于开挖跨度时开挖右导坑，右导坑下台阶完成至少20m时开挖中导坑；左导坑、右导坑及中导坑的开挖按照下述步骤分进程依次循环直至开挖完成，单循环进尺0.75^1.0米:
步骤二 a:向岩体初喷混凝土，所述混凝土为钢纤维C25混凝土，喷射厚度5 8cm ；所述混凝土喷射分段施工，喷射混凝土预留宽度为200 300mm的斜面，斜面上用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土；
所述混凝土喷射自下而上施工，先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土，边墙喷混凝土从墙脚开始向上喷射；
所述一次喷射混凝土的厚度，边墙为7 10cm，拱部为5飞cm，保持喷层厚度均匀，顶部喷射时，两次喷射的间隔时间为2 4 h ；
所述喷射混凝土的风压，边墙为0.3 0.5MPa，拱部为0.4 0.65MPa ；
所述喷射混凝土的喷射角度为70° 90°，喷嘴与受喷面间距为1.5 2.0m,喷射动作为环形且一圈压半圈喷射，环形横向40 60cm,高15 20cm ；
所述喷射混凝土的过程中控制混凝土的回弹率侧壁不大于15%，拱部不大于25% ； 所述喷射混凝土在喷射侧壁下部时，先清理上半断面喷射时的回弹物；
步骤二 b:钢架支护，所述钢架为I 20b工字钢钢架，环向支撑加强支护，间距为0.5米，每两榀钢架之间设Φ25πιπι纵向钢筋连接，环向间距为Im;
所述钢架在掌子面以螺栓连接，钢架每侧安设2 3根锁脚锚管，所述锁脚锚管为长4 5m的Φ42钢花管；
所述钢架在施做二次衬砌前拆除；
步骤二 c:中空锚杆注浆，采用风动凿岩机成孔，孔径42_，钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷混凝土表面；锚杆孔比杆径大15 mm ;成孔后采用高压风清孔；
所述中空锚杆为法向0 25mm中空注浆锚杆；
所述注浆的注浆料采用纯水泥浆，水灰比为1:1 ;
所述中空锚杆 的中孔为注浆料灌入孔，所述中空锚杆的上仰孔设置止浆塞和排气孔； 步骤二 d:复喷混凝土，所述混凝土为钢纤维C25混凝土，喷射12 15cm ；
所述复喷混凝土的操作步骤与初喷混凝土的操作步骤相同。进一步的，本发明在隧道开挖前进行平面控制测量、高程控制测量和隧道洞内控制测量。进一步的，本发明在双导坑台阶式开挖前、开挖中进行超前小导管注浆。进一步的，本发明在钢架支护中拉挂钢筋网，所述钢筋网为单层HPB235钢筋网。进一步的，本发明的超前小导管的外露面通过焊接与钢筋网连接；钻入岩体的中空锚杆的端部与钢筋网焊接连接。进一步的，本发明在喷射混凝土终凝2小时后，进行喷雾养护，养护时间不小于14天。进一步的，本发明在台阶开挖后，立即进行初期支护，上台阶初期支护封闭控制在3小时以内，下台阶初期支护封闭控制在4小时以内。进一步的，本发明在上下台阶开挖支护后，净空变化速率控制在lmm/d以内。本发明的有益效果:
采取正台阶小开挖方法，减少对隧道溶洞区充填物的扰动，隧道大断面分解成小断面，减少开挖跨度，降低开挖高度，分部开挖，分块支护，步步封闭，减少了对溶洞围岩的扰动，防止大面积坍塌，安全性高，围岩受力得到保护。与传统的⑶法施工相比，减少了工序转换，施工进度快，施工具有很大的灵活性，可根据施工中实际情况灵活调整方案，保证了施工质量和安全。灵活采用了小导管注浆工艺，岩溶裂缝及填充物得到固结，为后续开挖成拱创造了条件，操作方便，相对于管棚施工的双浆液注浆施工，降低了机械费用和材料成本。
开挖量小，控制方便，充分发挥处理后的围岩自稳性，经有效初次支护形成受力平衡体，保持充填体不重新发生二次应力分布。开挖施工正台阶预留核心土，预留中间支撑，有效防止了开挖过程中的塌方危险，保证了施工安全。隧道溶洞充填物单液注浆成本约400元/m3，相对于双液注浆成本1200元/m3，节约施工成本。
图1为本发明施工工艺流程 图2为本发明喷射混凝土施工工艺框 图3为本发明钢拱架施工工艺流程 图4为本发明中空注浆锚杆施工工艺流程 图5-1为本发明隧道开挖施工工艺示意图(一)；
图5-2为本发明隧道开挖施工工艺示意图(二)；
图6为本发明超前小导管的示意 在附图中，I超前小导管、2尖锥头、3注浆孔、4止浆段、5箍筋、6拱顶核心土、7核心土、8左上台阶、9左下台阶、10右上台阶、11右下台阶、12拱顶和侧墙的二次衬砌、13仰拱、14钢筋混凝土仰拱。
具体实施例方式实施例1张涿高速公路保定段LJ-S4标西马各庄隧道的施工。施工工艺流程图如图1所示。一、施工准备
1.建立综合预报系统，用地质法、工程地质类比法、地质素描法作宏观分析预报，用地质雷达和超前探孔作揭露式验证预报，根据掌子面揭露的地层岩性、岩体结构面的发育程度、裂隙大小，渗流水量、压力综合判定前方岩溶与稳定情况。2.施工测量
(I).平面控制测量:洞外控制网布置采用光电导线闭合环形式，按四等标准并采用在检定有效期内的I"级全站仪施测和施工控制点的加密，在每个洞口附近布设不少于3个控制点。点位埋设通视、稳固，尽可能避免被施工干扰、被弃碴掩埋。(2).高程控制测量:隧道洞外控制测量按三等精度的要求进行。使用精密水准仪进行往返观测，每个洞口埋设3个以上水准基点。(3).隧道洞内控制测量:根据洞口投点向洞内作引伸测量且由洞口投点传递进洞方向的联接角测角中误差不应超过测量等级要求，后视方向的长度不宜小于300m。导线点应尽量沿路线中线布设，导线边长在直线地段不宜短于200m，曲线地段不宜短于70m。二、超前小导管预注浆
对岩溶溶隙及局部空洞进行超前预注浆是对岩溶地质充填物进行整体化固结的施工技术。采用双导坑台阶式开挖前、开挖中根据开挖断面地质情况随时进行断面超前预注浆工作。
1.超前预注浆
采用小导管超前预注浆固结隧道充填物，增强隧道岩体及围岩的整体性、自稳性，防止岩溶区岩土的下沉、松弛、坍塌。(1)、小导管设计参数
材料:超前小导管I为热轧无缝钢管，外径42mm,厚3.5mm,长4500mm,钢管前端设置有尖锥头2，中部设置有注浆孔3，尾部设置有止浆段4，止浆段4的尾部设置有箍筋5 ;止浆孔3的孔径为10mm，间距为15mm。如图6所示:
(2)、小导管注浆施工工艺及控制要点 ①、施工准备
施工前必须将风管、水管接设完毕，各种机械设备运转正常满足施工条件。②.测量布孔
按照设计要求进行测量放线，小导管与掌子面垂直，同时控制小导管I与导坑侧壁成25 45°夹角，竖向间距不大于50cm。③.钻孔
采用Y-26型风钻钻孔，孔径56mm，小导管L=4.5m,水平插入。④.清孔
使用长度不小于3.5m的中空管钢管接高压风对钻孔进行清理。⑤.顶入小导管
在钻孔清理完毕后顶入小导管1，在顶管过程如出现无法顶入的情况，可使用风钻或铁锤辅助，顶入长度不小于小导管I长度的90%。⑥.注浆
浆液种类为单液浆，注浆压力为0.5 1.0MPa,扩散半径不小于40cm，水泥标号为P.042.5R早强水泥，水灰比为1: 1，外加剂(速凝剂)掺量为2 2.5%。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆，以达到良好的扩散半径，同时做好注浆记录，以便分析注浆效果。⑦.现场清理
注浆完成后对现场进行清理干净，做到工完料尽。三、开挖与支护
开挖前按以上要求进行小导管注浆，浆体达到一定强度后进行开挖作业。开挖方式采用左右导坑及核心土纵向错开、平行推进方法，左导坑先行开挖，右导坑滞后距离不小于20米；核心土开挖为拱顶核心土和下部核心土两台阶开挖，台阶间距为3 5米，拱顶核心土开挖与右导坑下台阶间距为不小于20米；导坑开挖采用上下台阶法，上下台阶间距控制在3 5米。开挖后的支护工艺如下:
1.初期支护与临时支护
喷射厚度20cm钢纤维C25混凝土，采用I 20b工字钢钢架环向支撑加强支护，间距为
0.5米，每两榀钢架之间设Φ25πιπι纵向钢筋连接，环向间距为lm，保证工字钢脚放在坚实的岩石上。设置单层HPB235钢筋网及法向Φ25πιπι中空注浆锚杆。对于用于环向支撑临时加强支护的I 20b工字钢钢架在施做二次衬砌前拆除。2.喷射混凝土施工工艺及操作要点喷射混凝土工艺采用湿喷工艺，湿喷作业按二台阶分部开挖顺序分段，由下而上先边墙、拱脚、后拱顶方式分片，以及按照先初喷，初次支护后复喷方式进行。施工工艺见图2。(I).喷射混凝土设计
初期支护喷射钢纤维混凝土，设计厚度6cm，后复喷至20cm，设计强度等级为C25，混合料和易性好，坍落度控制在8 13cm。喷射混凝土配合比设计应满足:强度符合设计要求、不发生管路堵塞、能向上喷射至设计厚度的要求。(2).喷射混凝土施工
喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，采用湿喷机喷射作业。在开挖完成后，先喷射6cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。(3).喷射前准备
①.喷射前应对受喷岩面进行处理。一般岩面可用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水容易潮解、泥化时，宜采用高压风吹净岩面。若为泥、砂质岩面时应挂设细钢筋网(网格宜不大于20X20mm、线径宜小于3mm)，用环向钢筋和锚钉或钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力。②.设置控制喷射混凝土厚度的标志，一般采用埋设钢筋头做标志，亦可在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每2m设一根，作为施工控制用。
③.检查机具设备和风、水、电等管线路，湿喷机就位，并经试运转良好。A.空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求；压风进入喷射机前必须进行 油水分离。B.输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并应有良好的耐磨性能。C.保证作业区具有良好通风和照明条件。D.喷射作业的环境温度不得低于5°C。④.若遇受喷面有渗水或潮湿情形，喷射前应按不同情况进行处理:
A.裂隙渗漏水宜采用岩面注浆堵水或导管引排后再喷射混凝土。B.潮湿岩面宜采用粘结性强的混凝土，添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性倉泛。(4).混凝土搅拌、运输
①.湿喷混凝土搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入。②.钢纤维混凝土搅拌工艺应确保钢纤维在拌合物中分散均匀，不产生结团，宜优先采用将钢纤维、水泥、粗细骨料先干拌后加水湿拌的方法，且干拌时间不得少于
1.5min，搅拌时间不宜小于3min ;或采用先投放水泥、粗细骨料和水，在拌合过程中分散加入钢纤维的方法。搅拌时间应通过现场搅拌试验确定，并应较普通混凝土规定的搅拌时间延长I 2min。③.运输采用混凝土运输罐车。喷射混凝土时，多台运输车应交替运料，以满足湿喷混凝土的供应。在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化及产生初凝等现象。(5).喷射作业①.喷射操作程序:打开速凝剂辅助风一缓慢打开主风阀一启动速凝剂计量泵、主电机、振动器一向料斗加混凝土。②.喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段喷射。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。A.喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为250mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。B.分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层。C.分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，终凝后进行，若终凝Ih后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。边墙一次喷射混凝土厚度控制在8cm,拱部控制在6cm,并保持喷层厚度均勻。顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2 4h。③.喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压:边墙
0.4MPa，拱部 0.5MPa。④.喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距为2.0m ;喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈,横向50cm,高18cm ;若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时,可将喷嘴稍加偏斜，但 不宜小于70°。如果喷嘴与受喷面的角度大小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。(6).养护
喷射混凝土终凝2小时后，应进行喷雾养护，养护时间不小于14天。当气温低于5°C时，不得洒水养护。(7).施工控制要点
①.喷射混凝土原材料先检验合格后才能使用，速凝剂应妥善保管，防止受潮变质。严格控制拌合物水胶比，经常检查速凝剂注入环的工作状况。喷射混凝土坍落度宜控制在10cm，过大混凝土会流淌，过小容易出现堵管现象。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率和实际配合比。喷射混凝土的回弹率:侧壁不应大于15%，拱部不应大于25%。②.喷射混凝土拌合物停放时间不得大于30min。③.必须在隧道开挖后及时进行施作。喷射混凝土严禁选用具有潜在碱活性骨料。喷混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射混凝土厚度。④.喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时处理。喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。⑤.喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况可用锤敲击检查，同时测量其平整度和断面，并将此断面与开挖断面对比，确认喷射混凝土厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷或采用压浆法充填。
⑥.在喷射侧壁下部时，需将上半断面喷射时回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护强度。⑦.经常检查喷射机出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时处理。管路堵塞时，必须先关闭主机，然后才能进行处理。⑧.喷射完成后应先关主机，再依次关闭计量泵、震动棒和风阀，然后用清水将机内、输送管路内残留物清除干净。⑨.冬期施工时，洞口喷射混凝土的作业场合应有防冻保暖措施；作业区气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5° C ;在结冰层面上不得进行喷射混凝土作业；混凝土强度未达到6MPa前，不得受冻。3.钢架施工工艺及操作要点
钢架主要由工字钢 弯制而成，用于开挖断面临时支撑和初次支护。隧道开挖完成初喷混凝土后及时安装钢架，初次支护与定位锚杆、径向锚杆连接固定，纵向采用Φ25_钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。钢架施工工艺流程图见图3。(I).钢架加工
加工场地用混凝土硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后在加工场地上进行试拼。各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺，沿隧道周边轮廓误差不大于3cm ;型钢钢架平放时，平面翅曲小于2cm。(2).钢架安装
钢架安装在分部开挖初喷完成后立即进行。根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下虚碴及杂物，同时每侧安设2根锁脚锚管将其锁定。钢架按设计位置安设，在安设过程中当钢架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用混凝土预制块楔紧，钢架背后用喷混凝土填充密实。钢架纵向连接采用Φ25_钢筋，环向间距Im。钢架落底接长同时进行并尽快喷射混凝土，喷射混凝土分层进行，以使钢架与喷混凝土共同受力，接长钢架和上部钢架通过垫板用螺栓牢固准确连接。在施工过程中需加强对钢架安装以后的监控量测，必要时采取有效措施进行加固，以防止拱顶钢架下沉。具体措施如下:
①加强对钢架的锁脚固定措施
由于采用分部开挖方法，拱部钢架安装后，钢架暂时不能全断面封闭成环，同时拱部钢架可能没有坐落在坚实的基岩上，因此，拱部钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，钢架锁脚采用两根L=4.0m的Φ42锁脚锚管锁定，锚管采用钢花管，压注水泥浆液进行锚固，必要时采用增加锁脚锚管长度和再增设一根锁脚锚管以加强钢架的稳定。②加设钢架基础连接纵梁，扩大开挖底脚，防止钢架悬空
为防止钢架下沉，视地质情况，必要时在拱部钢架底脚增设连接纵梁，纵梁采用32槽钢，与钢架底脚采用焊接连接，以增加钢架底脚的承力面积。③及时喷射混凝土
钢架安装完成后，及时进行喷射钢纤维混凝土，喷射时分层、分段进行，钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40_。④防止施工过程中的碰撞和损坏
机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械对已支护好钢架进行碰撞和冲击，造成钢架损坏，因此，开挖时，要委派专人对开挖作业进行指挥，严格限制机械作业界限，以防止碰撞钢架。(3).施工要点
①.钢架应按设计位置安设，钢架之间必须用钢筋纵向连接，并要保证焊接质量。钢架安设过程中当钢架与围岩之间有较大空隙时，沿钢架外缘每隔2m应用混凝土预制块楔紧。②.钢拱架的拱脚采·用纵向托梁和锁脚锚管等措施加强支承。③.钢架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护的效应。④.喷射混凝土时，要将钢架与岩面之间的间隙喷射饱和达到密实。⑤.喷射混凝土应分层次分段喷射完成，初喷混凝土应尽早进行“早喷锚”，复喷混凝土应在量测指导下进行，即“勤量测”的基本原则，以保证喷射混凝土的复喷适时有效。⑥.钢架应采用冷弯成型，钢架加工的焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。⑦.每榀钢架加工完成后应放在水泥地面上试拼，周边拼装允许误差为±3cm，平面翅曲应小于2cm。⑧.钢架应在初喷混凝土后及时架设，各节钢架间以螺栓连接，连接板必须密贴。⑨.钢架安装前应清除底脚下的虚碴及杂物，钢架底脚应置于牢固的基础上。4.中空锚杆施工工艺及操作要点
中空锚杆施工工艺请见图4。在施工前进行锚杆的制作，及工前准备，进行锚杆孔位的测量放样，钻孔机就位后可进行正式施工。(I).锚杆钻孔
采用风动凿岩机成孔，孔径42mm，钻孔深度根据围岩变化情况灵活调整并符合设计要求。为提高成孔速度和安全性，锚杆钻孔利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按设计间距布孔；钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷混凝土表面；锚杆孔比杆径大15 mm，深度误差不得大于±50mm ;成孔后采用高压风清孔。(2).锚杆安装与注浆
①.安装前，应检查锚杆体钻头的水孔是否畅通，若有异物堵塞，应及时清理。②.锚杆体装入设计深度后，应用水和空气洗孔，直至孔口反水或返气。③.注浆材料宜采用纯水泥浆，水灰比宜为1:1。④.注浆料应由杆体中孔灌入，上仰孔应设置止浆塞和排气孔。⑤.锚杆孔的孔径应符合设计要求；锚杆孔的深度应大于锚杆长度IOcm ;锚杆孔距允许偏差为±15cm ;锚杆插入长度不得小于设计长度的95%。⑥.注浆完成后安装垫板。
5.4施工顺序
5.4.1见图1及图5-1、5-2，开挖时先进行左上台阶10和左下台阶11的测量并标记开挖轮廓线，对岩溶充填区进行超前小导管预注浆，岩溶裂缝及填充物得到固结后方可进行开挖，两个台阶开挖间距3飞米，采用0.6m3挖掘机开挖，对于孤石及坚硬围岩辅以静态爆破方法进行破碎，单循环进尺0.75^1.0米，开挖断面进行清理后立即喷射C25钢纤维混凝土厚度6cm，如围岩不稳定及时架设钢架临时支撑；与以上所述步骤相同进行右上台阶8和右下台阶9的开挖，注意右台阶和左台阶保持不小于2倍的隧道设计断面的距离；在喷射钢纤维混凝土初次支护后，及时钻锚杆孔，安装中空锚杆并注浆，加设边墙钢架落底，钢架间距0.5米/榀，及时设置锁脚锚杆，然后进行复喷至设计厚度。接着进行拱顶核心土上台阶6的开挖，并注意拱顶核心土上台阶6与右下台阶间距为不小于20米；在拱顶核心土上台阶6开挖了 3飞米后然后进行核心土 7的开挖，开挖断面进行清理后立即喷射C25钢纤维混凝土初次支护厚度6cm，如围岩不稳定及时架设钢架临时支撑；在喷射钢纤维混凝土初次支护后，及时钻锚杆孔，安装中空锚杆并注浆，加设边墙钢架落底，钢架间距0.5米/榀，及时设置锁脚锚杆，然后进行复喷至设计厚度。接着进行仰拱13部位的开挖和清理、对岩溶充填区进行超前小导管预注浆，仰拱13部位的岩溶裂缝及填充物得到固结后进行钢筋绑扎和混凝土浇筑，完成钢筋混凝土仰拱14的施工，此时侧墙、拱顶和仰拱闭合成环。接着完成后续拱顶和侧墙的_■次衬砲12施工。5.4.2与上同进行右导坑上台阶8和右导坑下台阶9的开挖和支护，左导坑与右导坑纵向错开间距不大于20米且不得大于2D (D为隧道开挖跨度)。5.4.3拱顶核心土 6和下部核心7 土开挖与支护同上述工艺和顺序,但注意拱顶核心土 6和下部核心7开 挖纵向错开距离不得大于5米，下部核心土 7台阶与右导坑的纵向错开间距不得大于20米且不得大于2D (D为隧道开挖跨度)。拱顶钢架合拢钢板连接紧密，螺栓紧固。5.5施工监测量控项目
5.5.1进行监测量控，当量测数据满足以下要求时可认为已经基本稳定。已产生的各项位移已达到预计总位移量的80% ；
周边位移速率小于0.1 0.2mm/d ；
拱顶下沉速度小于0.07 0.15mm/d，可逐段拆除必须的临时支护，浇筑仰拱二次衬砌
混凝土。5.5.2根据“新奥法”施工和规范规定，为对隧道施工安全、支护效果、施工二次衬砌的时间进行分析和判定，必须进行施工监测量控来掌握围岩力学变化规律，掌握支护工作状态信息，及时反馈和工程预报，确定施工对策，落实措施，指导施工，确保安全。主要监测项目和测量频率:
量测项目及频率表
权利要求
1.一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，按照下述步骤进行: 步骤一:在岩溶充填区布设超前小导管(I)注浆； 所述超前小导管(I)为热轧无缝钢管，外径42mm,厚3.5mm,长4500mm,钢管前端设置有尖锥头(2)，中部设置有注浆孔(3)，尾部设置有止浆段(4)，止浆段(4)的尾部设置有箍筋(5)； 所述止衆孔(3)的孔径为IOmm,间距为15mm ； 所述超前小导管(I)与掌子面垂直布设，并与导坑侧壁成25 45°夹角，两个超前小导管(I)的竖向间距不大于50cm; 所述超前小导管(I)的布设采用风钻钻孔、机械钻孔或洛阳铲成孔后顶入，钻孔孔径56mm，超前小导管(I)顶入长度不小于其自身长度的90% ； 所述注浆的注浆材料为水泥水单液浆，注浆压力为0.5 1.0MPa，注浆扩散半径不小于40cm,水泥与水的体积比为1:1,速凝剂掺量为2 2.5%体积百分比,水泥使用早强PR42.5 水泥； 步骤二:采用上下台阶法开挖左导坑、右导坑和中导坑，上台阶与下台阶纵向距离为3飞m，上台阶进尺3米时，开挖下台阶；左导坑完成至少2倍于开挖跨度时开挖右导坑，右导坑下台阶完成至少20m时开挖中导坑；左导坑、右导坑及中导坑的开挖按照下述步骤分进程依次循环直至开挖完成，单循环进尺0.75^1.0米: 步骤二 a:向岩体初喷混凝土，所述混凝土为钢纤维C25混凝土，喷射厚度5 8cm ；所述混凝土喷射分段 施工，喷射混凝土预留宽度为200 300mm的斜面，斜面上用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土； 所述混凝土喷射自下而上施工，先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土，边墙喷混凝土从墙脚开始向上喷射； 所述一次喷射混凝土的厚度，边墙为7 10cm，拱部为5飞cm，保持喷层厚度均匀，顶部喷射时，两次喷射的间隔时间为2 4 h ； 所述喷射混凝土的风压，边墙为0.3 0.5MPa，拱部为0.4 0.65MPa ； 所述喷射混凝土的喷射角度为70° 90°，喷嘴与受喷面间距为1.5 2.0m,喷射动作为环形且一圈压半圈喷射，环形横向40 60cm,高15 20cm ； 所述喷射混凝土的过程中控制混凝土的回弹率侧壁不大于15%，拱部不大于25% ； 所述喷射混凝土在喷射侧壁下部时，先清理上半断面喷射时的回弹物； 步骤二 b:钢架支护，所述钢架为I 20b工字钢钢架，环向支撑加强支护，间距为0.5米，每两榀钢架之间设Φ25πιπι纵向钢筋连接，环向间距为Im ； 所述钢架在掌子面以螺栓连接，钢架每侧安设2 3根锁脚锚管，所述锁脚锚管为长4 5m的Φ 42钢花管； 所述钢架在施做二次衬砌前拆除； 步骤二 c:中空锚杆注浆，采用风动凿岩机成孔，孔径42_，钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷混凝土表面；锚杆孔比杆径大15 mm ;成孔后采用高压风清孔； 所述中空锚杆为法向Φ25πιπι中空注浆锚杆； 所述注浆的注浆料采用纯水泥浆，水灰比为1:1 ;所述中空锚杆的中孔为注浆料灌入孔，所述中空锚杆的上仰孔设置止浆塞和排气孔； 步骤二 d:复喷混凝土，所述混凝土为钢纤维C25混凝土，喷射12 15cm ； 所述复喷混凝土的操作步骤与初喷混凝土的操作步骤相同。
2.根据权利要求1所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，在隧道开挖前进行平面控制测量、高程控制测量和隧道洞内控制测量。
3.根据权利要求2所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，在双导坑台阶式开挖前、开挖中进行超前小导管(I)注浆。
4.根据权利要求3所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，在钢架支护中拉挂钢筋网，所述钢筋网为单层HPB235钢筋网。
5.根据权利要求4所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于超前小导管的外露面通过焊接与钢筋网连接；钻入岩体的中空锚杆的端部与钢筋网焊接连接。
6.根据权利要求5所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，在喷射混凝土终凝2小时后，进行喷雾养护，养护时间不小于14天。
7.根据权利要求6所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，台阶开挖后，立即进行初期支护，上台阶初期支护封闭控制在3小时以内，下台阶初期支护封闭控制在4小时以内。
8.根据权利要求7所述的一种大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其特征在于，上下台阶开 挖支护后，净空变化速率控制在lmm/d以内。
全文摘要
本发明提供了一种适用于有填充物的溶洞、地质不良、易发生坍塌Ⅲ~Ⅳ类岩石地段的大断面岩溶隧道双侧壁导坑预留核心土施工方法，其步骤包括在岩溶充填区布设超前小导管注浆，采用上下台阶法开挖左导坑、右导坑和中导坑，上台阶与下台阶纵向距离为3~5m，上台阶进尺3米时，开挖下台阶；左导坑完成至少2倍于开挖跨度时开挖右导坑，右导坑下台阶完成至少20m时开挖中导坑；左导坑、右导坑及中导坑的开挖按照向岩体初喷混凝土、钢架支护、中空锚杆注浆和复喷混凝土。本发明采取正台阶小开挖方法，减少对隧道溶洞区充填物的扰动，隧道大断面分解成小断面，减少开挖跨度，降低开挖高度，分部开挖，分块支护，步步封闭，减少了对溶洞围岩的扰动，防止大面积坍塌，安全性高，围岩受力得到保护。
文档编号E21D11/10GK103244128SQ201310190228
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月22日 优先权日2013年5月22日
发明者蔡献东, 周万生, 肖淑青, 岳静芳, 李宗正, 陈秀利, 葛守扬, 王红亮, 刘朋帅 申请人:汇通路桥建设集团有限公司