隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法，包括以下步骤：先确定下侧导坑的施工位置，然后对下侧导坑进行施工，当下侧导坑施工至N米时停止施工，并封闭掌子面，然后在排泄及疏干上侧断面的饱水带及岩土界面的残留水，疏干后，对剩余的上侧断面进行施工，再施工得到稳固的初期支护体系，然后再拆除临时支护体系进行二衬施工。本发明可以实现隧道穿越富水底层，并且稳定性好，施工简单、成本低，速度快。
【专利说明】隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道的施工方法，具体涉及一种隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法。
【背景技术】
[0002]在降雨集中的我国西部及“范古丝绸路”沿线的中亚国家，受地表剥蚀及外地质营力而形成的坡积体的土岩带(面)中和强、全风化带内富水，土体饱和，该富水饱和带土岩体强度低，在施工扰动等影响下，易沿该面发生剪切滑移导致既有坡积体的整体失稳。目前大断面隧道穿越软弱地层随带普遍采用的CD法、CRD法和眼镜法等工法均是将隧道掌子面上下分层及竖向分块，化大断面为步步封闭的小断面，可保证掌子面和隧道顶、帮的稳定性；但对饱水的土、岩结合面施工无法保证饱和土体沿饱水基岩面的滑塌；同时，采用分层、分块的小块开挖，反复施工扰动将引起围岩应力的多次重分布，特别是对扰动敏感的触变性土，反复施工扰动将使得土体强度降低甚或“呈流动”状态，不利于隧道结构和掌子面的稳定。而且这类工法工序复杂、施工速度慢、造价高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法，该方法可以实现隧道穿越富水底层，并且稳定性好，施工简单、成本低，速度快。
[0004]为达到上述目的，本发明所述的隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法包括以下步骤:
[0005]I)在施工过程中，根据地质预报及施工揭示信息确定穿越饱水岩结合面的产状，确定下侧导坑的施工位置；
[0006]2)在隧道穿越富水土层或基岩饱水带的施工过程中相邻基岩侧隧道下侧导坑先行施工，通过扩大拱脚的方式稳定支护，然后进行拱脚施工，在拱脚开挖进入基岩后，给基岩中开挖的洞的底部支垫混凝土块，同时，在施工中采用超前双层导管进行超前支护，下侧导坑根据掌子面土体的信息采用全断面环形开挖预留核心土法或二阶法进行施工，当下侧导坑施工至隧道全断面并进入稳定基岩后N米时停止施工，并封闭掌子面；
[0007]3)在下侧导坑穿越富水带前后各延后M米范围内，通过对下侧导坑侧面施作排水孔进行排泄及疏干上侧断面的饱水带及岩土界面的残留水；
[0008]4)当在上侧断面内岩土饱水带水疏干后，采用二台阶法对剩余的上侧断面进行施工，并分步平行开挖，同时分步平行施作拱墙初期支护，在支护过程中，仰拱初期支护在预设时间内封闭成环，使仰拱初期支护在预设时间内封闭成环，得稳固的初期支护体系，然后拆除临时支护体系，进行二衬施工；
[0009]5)重复步骤I)、2)、3)及4)，完成隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工。
[0010]N等于5，M等于2。
[0011]所述双层导管的管壁厚度为5mm，双层导管的直径为42mm，施工过程中，相邻两个双层导管之间的间距为4m。
[0012]本发明具有以下有益效果:
[0013]本发明所述的隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法在施工过程中，先确定下侧导坑的施工位置，然后对下侧导坑进行施工，当下侧导坑施工至N米时停止施工，并封闭掌子面，然后在排泄及疏干上侧断面的饱水带及岩土界面的残留水，疏干后，对剩余的上侧断面进行施工，再施工得到稳固的初期支护体系，然后再拆除临时支护体系进行二衬施工，从而有效实现隧道穿越富水底层，并且稳定性好，施工简单、成本低，速度快。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明施工过程中隧道横断面图；
[0015]图2为本发明施工过程中隧道纵断面图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0017]参考图1及图2，本发明所述的隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法包括以下步骤:
[0018]I)在施工过程中，根据地质预报及施工揭示信息确定穿越饱水岩结合面的产状，确定下侧导坑的施工位置；
[0019]2)在隧道穿越富水土层或基岩饱水带的施工过程中相邻基岩侧隧道下侧导坑先行施工，在拱脚施工未进入基岩时，通过扩大拱脚的方式稳定支护，然后进行拱脚施工，在拱脚开挖进入基岩后，给基岩中开挖的洞的底部支垫混凝土块，同时，在施工中采用超前双层导管进行超前支护，下侧导坑根据掌子面土体的信息采用全断面环形开挖预留核心土法或二阶法进行施工，当下侧导坑施工至隧道全断面并进入稳定基岩后N米时停止施工，并封闭掌子面，其中，N等于5;
[0020]3)在下侧导坑穿越富水带前后各延后M米范围内，通过对下侧导坑侧面施作排水孔进行排泄及疏干上侧断面的饱水带及岩土界面的残留水，其中，M等于2。
[0021]4)当在上侧断面内岩土饱水带水疏干后，采用二台阶法对剩余的上侧断面进行施工，并分步平行开挖，同时分步平行施作拱墙初期支护，在支护过程中，仰拱初期支护在预设时间内封闭成环，获得稳固的初期支护体系，然后拆除临时支护体系，进行二衬施工；
[0022]5)重复步骤I)、2)、3)及4)，完成隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工。
[0023]需要说明的是，述双层导管的管壁厚度为5mm，双层导管的直径为42mm，施工过程中，相邻两个双层导管之间的间距为4m。
[0024]实施例一
[0025]塔吉克斯坦境内杜尚别至阔勒买段公路(简称塔中公路)是连接塔吉克斯坦南部哈特隆州和东部巴达赫尚自治州并与中国喀喇昆仑公路相连接的国际公路运输主干线，对塔、中两国的经济贸易发展、对亚洲公路网的形成以及欧亚经济合作与发展将产生重要影响。塔中公路由中国路桥工程有限责任公司设计、施工和采购总承包，为EPC项目(交钥匙工程)。
[0026]塔中公路乔尔马扎克隧道是杜尚别至丹加拉(总统的故乡)干线公路上的重要枢纽工程，对改善塔交通状况乃至加强中塔商贸物流联系越来越具有重要的意义。乔尔马扎克隧道长4430m，位于塔吉克斯坦至中国公路改扩建工程第一期杜尚别至丹加拉C段，为单洞双向行驶的公路隧道，隧道内设计车速为50公里/小时。根据中国路桥工程有限责任公司2009年12月编制的“DUSHANBE-KULMA公路修复改造项目一期工程(塔吉克斯坦至中国边境公路)DUSHANBE-DANGARA段工程”考察报告和塔吉克斯坦交通部关于《DUSHANBE-KULMA公路修复改造项目一期工程(塔吉克斯坦至中国边境公路)DUSHANBE-DANGARA段工程》初步设计的批复。隧道工程按三级公路标准设计，主要设计标准如下:
[0027](I)设计行车速度50km/h ；
[0028](2)隧道建筑限界:隧道净宽9.5m，净高6.9m,隧道建筑限界高5.0m ；
[0029](3)设计交通量:根据“考察报告”预测，2022年交通量达到5363辆/日，2030年将达到6788辆/日；
[0030](4)洞内路面设计荷载:设计计算路面荷载，公路-1I级。
[0031]隧道建筑限界根据俄罗斯有关规范、结合塔吉克斯坦国家意见以及中华人民共和国部颁《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)设计，隧道建筑限界单洞净宽采用9.5m，横断面组成为:(0.75+0.5+3.5X2+0.5+0.75)m，建筑限界高度5.0m，隧道设双侧检修道。隧道内轮廓米用单心圆断面，其内轮廓净宽9.8m,净闻6.9m ;隧道内轮廓除满足有关规定外，还考虑了洞内排水、通风、照明等附属设施所需空间，同时还考虑了结构受力良好、便于施工等因素。
[0032]乔尔马克扎克隧道沿行车方向右侧每隔750m左右设有紧急停车带一处，其横断面组成为(0.75+3.5X2+3.5+0.75)m，断面设计采用三心圆，净高采用7.8m。
[0033]隧址区地貌属高山地貌，洞身所在山体为横穿山脊，总体地势中间高两端低，地面标高1200?1630?1120m，相对高差510m。隧道进出口处地形较缓，坡度为20-38°，隧道最大埋深约419m。
[0034]隧址区属典型的大陆性气候，随海拔高度增加大陆性气候加剧，气温变化明显。I月平均气温-2°C?2°C，最低温度-20° ;7月平均气温为35°C?40°C，最高温度40°以上。降水多集中在冬、春两季，年降水量150?250毫米。
[0035]隧址区沟谷切割强烈，山坡陡峭，坡面大部分为黄土，植被覆盖率较低，比较有利于自然排水。隧址区地层岩性主要为黄土、砂岩、粉砂岩、石灰岩加板岩，上部岩体呈强?弱风化岩体，节理裂隙发育，透水性较好，由于坡度较大不利于不含水。其上局部覆盖第二系全新统残坡积物(Q2)黄土，透水性较强。该区段主要接受大气降水及积雪的补给，由于沟谷切割严重，切割深度大，渗入量一般较小，强风化岩层，透水不含水，地下水贮存条件较差，降水及融雪水多顺坡体流入沟谷。隧址段局部存在基岩裂隙水，水量较弱，随季节而变化。对隧道的影响较小，在隧道开挖施工时，特别是丰水季及融雪季节开挖施工时，隧道进出口段会出现淋雨状或涌流状出水。对洞口边坡和洞室围岩的稳定性不利，必要时应进行超前探水，特别是靠近向斜核部时，施工时应引起重视。
[0036]隧址区出露地层主要为黄土、砂岩、粉砂岩、石灰岩和板岩；表层履盖有第一系残坡积物和第二系残坡积物。现按由新至老分述如下:
[0037]I)第二系全新统残坡积物(Q2):以黄土为主，深黄、棕黄及微红。有少量大孔或无大孔，土质紧密，具柱状节理，抗侵蚀力强，土质较均匀，不见层理，上部姜石少而小，古土壤层下姜石粒径5?20cm，且成层分布，或成钙质胶结层，下部有砂砾及小石子分布，主要分布在隧道的仰坡，山坡和坡顶。
[0038]2)第一系全新统残坡积物(Qlf):以黄土和黄土类型为主，微红及棕红等。不具大孔，土质紧密至坚硬，颗粒均匀，柱状节理发育，不见层理，姜石含量少，成层或零星分布于土层内，粒径I?3cm，有时含砂及砾石等粗颗粒土层。
[0039]3)粘土岩类
[0040](I)页岩:是由粘土脱水胶结而成，以粘土矿物为主，大部分有明显的薄层理，呈叶片状。岩性软弱，易风化成碎片，强度低，与水作用易于软化而丧失稳定性。
[0041](2)泥岩:成分与页岩相似，常成厚层状。以高岭石为主要成分的泥岩，常呈灰白色或黄白色，吸水性强，遇水后软化。以微晶高岭石为主要成分的泥岩，常呈白色、玫瑰色或浅绿色，表面有滑感，可塑性小，吸水性高，吸水后体积急剧膨胀。
[0042](3)砂岩、粉砂岩:深灰色，矿物成份以长石为主，细粒结构，块状构造，岩石多呈碎裂状结构，节理裂隙发育，部分地段相对完整和坚硬。该地层是隧道洞室的主要围岩，常与板岩呈互层状出露。按其风化程度，在勘探深度内可划分为强风化、弱风化、微风化等三个风化带。强风化[σ ο] = 400KPa,弱风化[σ o] = 100KPa0
[0043](4)长石石英细砂岩:紫红色，矿物成份以长石、石英为主，细粒结构，块状构造，岩石多呈碎裂状结构，节理裂隙发育，部分地段相对完整和坚硬。按其风化程度，可划分为强风化、弱风化、微风化等三个风化带。强风化[σ ο] = 400KPa,弱风化[σ o] = 100KPa0
[0044](5)石灰岩:深灰?浅灰色，矿物成分以分解石为主，其次含有少量的白云石和粘土矿物。有纯化学作用生成的具有结晶结构，当晶粒极细，经重结晶作用即可形成晶粒比较明显的结晶灰岩。由生物化学作用生成的灰岩，常含有丰富的有机物残骸。石灰岩中一般含有一些白云石和粘土矿物。
[0045]塔中公路乔尔马扎克隧道进口穿越黄土和泥岩不整合接触带，该段黄土饱水，基岩泥岩为不透水地层，隧道穿越该岩土结合带富水，隧道围岩稳定性极差，开挖自稳能力弱，对开挖控制极为不利。且隧道断面大，开挖支护困难，施工难度大。该段埋深超过50m，施工中如采取洞外降水，临时征地难度大，周期长，且容易引起不必要的纠纷；同时洞外降水施工周期长，效率低，降水成本高；且由于土岩结合面的不整合接触，洞外降水无法疏干局部存在的界面水，施工中易因该界面水的存在导致出现局部流塌，引起隧道支护结构失稳。在施工中，采用“侧导先行排水增稳”的短台阶施工工法施工，使隧道顺利穿越了土岩饱水接触带，避免了洞外降水需要临时征地及施工周期长的问题，大大提高了施工速度，为该隧道的安全、快速的贯通做出了巨大的贡献，取得了较好的经济效益。
【权利要求】
1.一种隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在施工过程中，根据地质预报及施工揭示信息确定穿越饱水岩结合面的产状，确定下侧导坑的施工位置； 2)在隧道穿越富水土层或基岩饱水带的施工过程中相邻基岩侧隧道下侧导坑先行施工，通过扩大拱脚的方式稳定支护，然后进行拱脚施工，在拱脚开挖进入基岩后，给基岩中开挖的洞的底部支垫混凝土块，同时，在施工中采用超前双层导管进行超前支护，下侧导坑根据掌子面土体的信息采用全断面环形开挖预留核心土法或二阶法进行施工，当下侧导坑施工至隧道全断面并进入稳定基岩后N米时停止施工，并封闭掌子面； 3)在下侧导坑穿越富水带前后各延后M米范围内，通过对下侧导坑侧面施作排水孔进行排泄及疏干上侧断面的饱水带及岩土界面的残留水； 4)当在上侧断面内岩土饱水带水疏干后，采用二台阶法对剩余的上侧断面进行施工，并分步平行开挖，同时分步平行施作拱墙初期支护，在支护过程中，仰拱初期支护在预设时间内封闭成环，使仰拱初期支护在预设时间内封闭成环，得稳固的初期支护体系，然后拆除临时支护体系，进行二衬施工； 5)重复步骤I)、2)、3)及4)，完成隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工。
2.根据权利要求1所述的隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法，其特征在于，N等于5，M等于2。
3.根据权利要求1所述的隧道穿越富水地层下导坑超前排水增稳的短台阶施工方法，其特征在于，所述双层导管的管壁厚度为5mm，双层导管的直径为42mm，施工过程中，相邻两个双层导管之间的间距为4m。
【文档编号】E21D9/00GK104213922SQ201410410694
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】宋战平, 杨腾添, 袁驰宇, 陈平, 张丹锋, 严冰 申请人:西安建筑科技大学