一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，该具体过程为：长管棚施工；分别对导向墙和管棚施工，导向墙施工前进行边仰坡开挖刷坡，边仰坡刷坡坡度为1∶1，洞顶开挖线以下刷坡坡度调整为1∶0.2；采用双层支护，隧道采用双层初期支护；高速公路导改；采用三台阶临时仰拱法施工，先后对上部台阶、中部台阶、下部台阶和底部隧道进行开挖，并采用仰拱工法逐步施工；支护结构受力自动化监测系统；在隧道断面上设置监测装置，对隧道的位移变形和土体压力变化的信息进行采集和处理，实时监测隧道施工状况；二次衬砌的紧跟。本发明施工方法较传统工法施工安全性高，施工进度快工期短，部少机械及劳动力资源配置低。
【专利说明】一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法。
【背景技术】
[0002]当今社会，交通系统的发展直接制约着国家综合实力的发展。在我国复杂的地形中存在大量流沙地层，流沙地层不同于一般软岩、土的特性，其具有流变性，造成该地层隧道成洞困难，稳定性差，支护难度大。
[0003]目前在既有运营高速公路段隧道施工难度较大，施工工艺复杂，针对该地层隧道施工进度慢，稳定性差，施工安全性低。
[0004]鉴于上述需求，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，用以克服上述技术缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，该具体过程为:
[0007]步骤a，长管棚施工；分别对导向墙和管棚施工，导向墙施工前进行边仰坡开挖刷坡，边仰坡刷坡坡度为1: 1，洞顶开挖线以下刷坡坡度调整为1: 0.2;
[0008]步骤b，采用双层支护，隧道采用双层初期支护；
[0009]步骤c,高速公路导改；
[0010]步骤d，采用三台阶临时仰拱法施工，先后对上部台阶、中部台阶、下部台阶和底部隧道进行开挖，并采用仰拱工法逐步施工；
[0011]步骤e，支护结构受力自动化监测系统；在隧道断面上设置监测装置，对隧道的位移变形和土体压力变化的信息进行采集和处理，实时监测隧道施工状况；
[0012]步骤f，二次衬砌的紧跟；根据围岩隧道监控量测情况，隧道整体变形趋于稳定，即可逐步拆除临时支撑，施工二衬混凝土。
[0013]进一步地，上述步骤d中，具体施工过程为:
[0014]步骤dl，开挖上部台阶；开挖上部台阶，施作上部洞身结构的超前支护、初期支护；
[0015]步骤d2，开挖中部台阶；上台阶开挖3?5m后，开中部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及临时仰拱支护；
[0016]步骤d3，开挖下部台阶；开挖下部台阶，施作初期支护；
[0017]步骤d4，开挖底部隧底；开挖底部隧底，每循环开挖进尺3m，施作初期支护，初期支护封闭成环；
[0018]步骤d5，仰拱施工；
[0019]步骤d6，拱墙二衬施工；将衬砌台车设计为9m，仰拱填充施工9?1m时，即可施工拱墙衬砌。
[0020]进一步地，上述步骤dl和d2中，架立钢架，钻设系统锚杆，喷射混凝土。由于为双层初支拱架，两层初支拱架需错开2榀，即距离lm。
[0021]进一步地，在上述步骤d5中，仰拱施工的具体过程为:根据监控量测数据分析，及时施作仰拱，保证初支稳定；施做仰拱开挖，每循环开挖进尺3m ;施做仰拱二衬,每6m施工一次；施做仰拱填充，每6m施工一次。
[0022]进一步地，在上述步骤a中，导向墙厚lm，长1.2m，导向墙设三榀I20b工字钢架，工字钢外侧焊导向管，导向管采用Φ200钢管，导向墙采用C25混凝土，设置内I20b拱架做加固支撑。每榀钢架为5个单元；开挖标高:起拱线以下48cm，为5cm拱架脚处浇筑一混凝土基础，宽Im,深0.5m,纵向长1.5m,内外侧拱架间距1cm,模板,模板与拱架间垫5cm垫块，钢架间采用Φ22钢筋连接，间距Im ;拱顶中心处，导向管预埋端头紧贴仰坡土层。
[0023]进一步地，在上述步骤a中，管棚施工时，
[0024]步骤a21，先做施工准备，掌子面导向墙完工后，多余核心土挖除，核心土斜坡挂网喷锚；步骤a22，管棚施工过程中，首先对管棚进行加工；
[0025]步骤a23，加工安放管内钢筋笼、填充水泥砂浆；钢筋笼为4支Φ 18钢筋，固定环采用Φ42钢管切割成环，长度为5cm，间距1.5m,间隔布置进行固定，前端采用钢管做成尖端；管棚钢管安装好后，将钢筋笼分段推入管棚钢管内；连接处采用套Φ42钢管进行焊接加固，管棚填充M20水泥砂浆，填满后封口。
[0026]进一步地，在上述步骤a22中，每根Φ159管棚长度为51m，由多节钢管组成，并相互错开，每节长度为4、4.5、6m，其中第一节管棚头加工成锥形，长度为30cm ;管棚间连接采用丝扣连接，每节管棚两端,一端加工成内丝扣，一端加工成外丝扣，丝扣长度为15cm ;管棚的第一管前端长30cm切斜口，端头切掉一半；再用宽16cm,长40cm,厚15mm钢板满焊。
[0027]进一步地，在上述步骤c中，其具体过程为:
[0028]步骤Cl，疏导交通到高速公路上行线，下行线的应急车道和正常车道进行封闭，进行下行线段区域隧道开挖与衬砌；
[0029]步骤c2，疏导交通到高速公路下行线，进行上行线区域隧道开挖支护及二衬施工；
[0030]步骤c3，疏导交通到高速公路上行线，下行线的应急车道和正常车道进行封闭，进行下行线区域隧道开挖支护及二衬施工，施工到隔离带中间；
[0031]步骤c4，疏导交通到高速公路下行线，进行上行线区域隧道开挖支护及二衬施工；全部完成二衬完成后，恢复高速公路正常通行。
[0032]进一步地，在该三台阶临时仰拱法施工过程中，隧道开挖超挖部分，用同等标号的喷射砼喷满，拱部杜绝出现空洞或不密实现象；锁脚锚管安设“L”型筋与钢架焊接牢固；钢架螺栓保证数量，并拧紧，对连接板存在空隙的，填充钢板或钢筋进行满焊；上台阶和中台阶钢架底脚垫设垫脚槽钢，下台阶钢架底脚可垫设木板；中台阶安设临时仰拱钢架，并与永久钢架连接牢固。
[0033]进一步地，在上述步骤a中，钢架与核心土间采用钢管、方木打支撑，支撑立于稳固地面，或放置木板等再打支撑，模板加固牢固；钢架及导向管安装好后支立模板，导向管按照预定角度埋置，为防止浇筑混凝土时拱架、导向管下沉，安制导向管时比设计角度加大2度，且每个孔都要用水平尺量对，顶部上仰，左右两侧外斜。
[0034]与现有技术相比较本发明的有益效果在于:本发明施工方法较传统工法施工安全性高，施工进度快工期短，部少机械及劳动力资源配置低，钢架一次拼接施工偏差小，初期支护施工质量高，建立正洞初支拱架整体结构速度快；本工法与传统工法相比工艺简单。降低了对施工人员的技术要求，避免了施工中由于人员操作引发的种种问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法的流程示意图；
[0036]图2a为本发明下行线区域隧道开挖支护及二衬施工示意图；
[0037]图2b为本发明上行线区域隧道开挖支护及二衬施工示意图；
[0038]图3为本发明隧道进口隧道与高速公路关系断面图；
[0039]图4为本发明三台阶临时仰拱法断面图。
【具体实施方式】
[0040]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0041]请参阅图1所示，其为本发明穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法的流程示意图，该施工为先设置稳固的导向支撑结构，然后才有三台阶法进行施工。该具体过程为:
[0042]步骤a，长管棚施工；
[0043]步骤al，导向墙施工；导向墙施工前进行边仰坡开挖刷坡，边仰坡刷坡坡度为I: 1，洞顶开挖线以下刷坡坡度调整为1: 0.2。
[0044]导向墙厚lm，长1.2m。导向墙设三榀I20b工字钢架，工字钢外侧焊导向管，导向管采用Φ200钢管。导向墙采用C25混凝土，设置内I20b拱架做加固支撑。每榀钢架为5个单元。
[0045]开挖标高:起拱线以下48cm。拱架脚处烧筑一混凝土基础，宽Im,深0.5m,纵向长
1.5m,内外侧拱架间距1cm,为5cm模板,模板与拱架间垫5cm垫块,钢架间采用Φ22钢筋连接，间距lm。
[0046]由于洞顶开挖线以下刷坡坡度为1: 0.2，导向墙拱脚处导向墙长1.2m，拱顶中心处，导向管预埋端头紧贴仰坡土层，外露部分进行封口堵死，防止钢管内混入泥浆，否则会影响施工角度。导向管约长3.5m。为保证边坡稳定，导向墙混凝土也增加长度，抵至边坡面。
[0047]由于断面较大，内侧土模难以成形，钢架与核心土间采用钢管、方木打支撑，支撑立于稳固地面，或放置木板等再打支撑，模板加固牢固。钢架及导向管安装好后支立模板，导向管按照预定角度埋置，为防止浇筑混凝土时拱架、导向管下沉，安制导向管时比设计角度加大2度，且每个孔都要用水平尺量对，顶部上仰，左右两侧外斜。另外进口为半径1200m的曲线，左右两侧导向管安装时，对曲线影响进行了调整。模板支立加固好后浇筑混凝土，混凝土浇筑时观察钢架及模板受力情况，以便控制混凝土浇筑速度。
[0048]步骤a2，管棚施工；
[0049]步骤a21，管棚施工前，先做施工准备，掌子面导向墙完工后，多余核心土挖除，核心土斜坡挂网喷锚。
[0050]根据现场实际地质情况，采用潜孔锤打风钻和带导向测试的水钻两种方式进行，核心土 1.5米处下挖80公分，先挖一个30公分的水沟，另外在左右两侧后面挖一个5米长宽，1.2?1.5米深的水坑，用作打水钻的循环水池。
[0051 ] 导向墙前6米用混凝土硬化。
[0052]步骤a22，管棚施工过程中，首先对管棚进行加工；本实施例中，每根Φ 159管棚长度为51m，由多节钢管组成，为满足设计要求管接头要相互错开，每节长度为4、4.5、6m，其中第一节管棚头加工成锥形，长度为30cm ;管棚间连接采用丝扣连接，每节管棚两端，一端加工成内丝扣，一端加工成外丝扣，丝扣长度为15cm。管棚的第一管前端长30cm切斜口，端头切掉一半。再用宽16cm,长40cm,厚15mm钢板满焊。
[0053]在管棚施工过程中，严格按操作要点施钻，控制好转速及进度，同时随钻进注意钻机的平稳状态及钻杆的铅直到现在稳定状态。发生异样而停机检查，及时对产生的钻孔偏差予以纠正，防止废孔。
[0054]管棚间连接除采用丝扣连接外，还在外侧用钢管割条进行帮焊，提供钢管的整体性。
[0055]每孔均进行终孔检查，孔位的偏差、终孔端的偏移值不大于10cm，并不许侵入开挖周边，施钻过程进行导向测试，对于弯曲、偏移过量孔填充后重钻。管棚打入的实际长度不小于设计长度的90%。
[0056]步骤a23，加工安放管内钢筋笼、填充水泥砂浆；
[0057]钢筋笼为4支Φ 18钢筋，固定环采用Φ42钢管切割成环，长度为5cm，间距1.5m,间隔布置进行固定，前端采用钢管做成尖端，安装管棚前提前加工好。
[0058]管棚钢管安装好后，将钢筋笼分段推入管棚钢管内。连接处采用套Φ42钢管进行焊接加固。管棚填充M20水泥砂浆，填满后封口。
[0059]步骤b，采用双层支护；
[0060]为确保隧道进洞安全及高速公路运营安全，隧道采用双层初期支护，外层采用122工字钢，内层采用I20b工字钢，间距0.5m。
[0061]步骤c,高速公路导改；
[0062]步骤Cl，疏导交通到高速公路上行线，下行线的应急车道和正常车道进行封闭，进行下行线段区域隧道开挖与衬砌；
[0063]步骤c2，疏导交通到高速公路下行线，进行上行线区域隧道开挖支护及二衬施工；
[0064]步骤c3，疏导交通到高速公路上行线，下行线的应急车道和正常车道进行封闭，进行下行线区域隧道开挖支护及二衬施工，施工到隔离带中间。
[0065]步骤c4，疏导交通到高速公路下行线，进行上行线区域隧道开挖支护及二衬施工；全部完成二衬完成后，恢复高速公路正常通行。
[0066]步骤d，采用三台阶临时仰拱法施工；
[0067]步骤dl，开挖上部台阶；
[0068]开挖①部即上部台阶；
[0069]施作①部即上部洞身结构的超前支护、初期支护，架立钢架，钻设系统锚杆，喷射混凝土。由于为双层初支拱架，两层初支拱架需错开2榀，即距离lm。
[0070]步骤d2，开挖中部台阶；
[0071]上台阶开挖3?5m后，开挖②部即中部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及临时仰拱支护，架立钢架，钻设系统锚杆，喷射混凝土。由于为双层初支拱架，两层初支拱架需错开2榀，即距离lm。
[0072]步骤d3，开挖下部台阶；
[0073]开挖③部即下部台阶，施作初期支护，架立钢架，钻设系统锚杆，喷射混凝土。由于为双层初支拱架，两层初支拱架需错开2榀，即距离lm。
[0074]步骤d4，开挖底部隧底；
[0075]开挖④部也即底部隧底，每循环开挖进尺3m，施作初期支护，初期支护封闭成环。
[0076]步骤d5，仰拱施工；该过程为:
[0077]根据监控量测数据分析，及时施作仰拱，保证初支稳定；
[0078]施做仰拱开挖，每循环开挖进尺3m ；
[0079]施做仰拱二衬，每6m施工一次；
[0080]施做仰拱填充，每6m施工一次；
[0081]步骤d6，拱墙二衬施工；
[0082]为减少开挖距离即可进行衬砌，衬砌台车未按常规的12m设计，而是将衬砌台车设计为9m，仰拱填充施工9?1m时，即可施工拱墙衬砌。
[0083]在该三台阶临时仰拱法施工过程中，严格控制了各分步之间的距离；严格控制超前支护措施的施工质量和数量；隧道开挖超挖部分，用同等标号的喷射砼喷满，拱部杜绝出现空洞或不密实现象；钢架锁脚锚管和锁脚锚杆严格按设计进行施工，锁脚锚管安设“L”型筋与钢架焊接牢固；钢架螺栓保证数量，并拧紧，对连接板存在空隙的，填充钢板或钢筋进行满焊；上台阶和中台阶钢架底脚垫设垫脚槽钢，下台阶钢架底脚可垫设木板；中台阶安设临时仰拱钢架，并与永久钢架连接牢固。
[0084]步骤e，支护结构受力自动化监测系统；在隧道断面上设置监测装置，通过传感器组、数据总线、自动采集箱对隧道的位移变形和土体压力变化的信息进行采集和处理，实时监测隧道施工状况。
[0085]步骤f，二次衬砌的紧跟；根据围岩隧道监控量测情况，隧道整体变形趋于稳定，即可逐步拆除临时支撑，施工二衬混凝土。
[0086]以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，该具体过程为: 步骤a，长管棚施工；分别对导向墙和管棚施工，导向墙施工前进行边仰坡开挖刷坡，边仰坡刷坡坡度为1: 1，洞顶开挖线以下刷坡坡度调整为1: 0.2; 步骤b，采用双层支护，隧道采用双层初期支护； 步骤c,高速公路导改； 步骤d，采用三台阶临时仰拱法施工，先后对上部台阶、中部台阶、下部台阶和底部隧道进行开挖，并采用仰拱工法逐步施工； 步骤e，支护结构受力自动化监测系统监测；在隧道断面上设置监测装置，对隧道的位移变形和土体压力变化的信息进行采集和处理，实时监测隧道施工状况； 步骤f，二次衬砌的紧跟；根据围岩隧道监控量测情况，隧道整体变形趋于稳定，即可逐步拆除临时支撑，施工二衬混凝土。
2.根据权利要求1所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，上述步骤d中，具体施工过程为: 步骤dl，开挖上部台阶；开挖上部台阶，施作上部洞身结构的超前支护、初期支护；步骤d2，开挖中部台阶；上台阶开挖3?5m后，开中部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及临时仰拱支护； 步骤d3，开挖下部台阶；开挖下部台阶，施作初期支护； 步骤d4，开挖底部隧底；开挖底部隧底，每循环开挖进尺3m，施作初期支护，初期支护封闭成环； 步骤d5，仰拱施工； 步骤d6，拱墙二衬施工；将衬砌台车设计为9m，仰拱填充施工9?1m时，即可施工拱墙衬砌。
3.根据权利要求2所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，上述步骤dl和d2中，架立钢架，钻设系统锚杆，喷射混凝土。由于为双层初支拱架，两层初支拱架需错开2榀，即距离lm。
4.根据权利要求3所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在上述步骤d5中，仰拱施工的具体过程为:根据监控量测数据分析，及时施作仰拱，保证初支稳定；施做仰拱开挖，每循环开挖进尺3m ;施做仰拱二衬,每6m施工一次；施做仰拱填充，每6m施工一次。
5.根据权利要求2所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在上述步骤a中，导向墙厚lm，长1.2m，导向墙设三榀I20b工字钢架，工字钢外侧焊导向管，导向管采用Φ200钢管，导向墙采用C25混凝土，设置内I20b拱架做加固支撑。每榀钢架为5个单元；开挖标高:起拱线以下48cm,为5cm拱架脚处烧筑一混凝土基础，宽Im,深0.5m,纵向长1.5m,内外侧拱架间距10cm，模板，模板与拱架间垫5cm垫块，钢架间采用Φ 22钢筋连接，间距Im ;拱顶中心处，导向管预埋端头紧贴仰坡土层。
6.根据权利要求2所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在上述步骤a中，管棚施工时， 步骤a21，先做施工准备，掌子面导向墙完工后，多余核心土挖除，核心土斜坡挂网喷锚；步骤a22，管棚施工过程中，首先对管棚进行加工； 步骤a23，加工安放管内钢筋笼、填充水泥砂浆；钢筋笼为4支Φ18钢筋，固定环采用Φ42钢管切割成环，长度为5cm，间距1.5m,间隔布置进行固定，前端采用钢管做成尖端；管棚钢管安装好后，将钢筋笼分段推入管棚钢管内；连接处采用套Φ42钢管进行焊接加固，管棚填充M20水泥砂浆，填满后封口。
7.根据权利要求6所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在上述步骤a22中，每根Φ 159管棚长度为51m，由多节钢管组成，并相互错开，每节长度为4、4.5、6m，其中第一节管棚头加工成锥形，长度为30cm ;管棚间连接采用丝扣连接，每节管棚两端，一端加工成内丝扣，一端加工成外丝扣，丝扣长度为15cm ;管棚的第一管前端长30cm切斜口，端头切掉一半；再用宽16cm,长40cm,厚15mm钢板满焊。
8.根据权利要求2所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在上述步骤c中，其具体过程为: 步骤Cl，疏导交通到高速公路上行线，下行线的应急车道和正常车道进行封闭，进行下行线段区域隧道开挖与衬砌； 步骤c2，疏导交通到高速公路下行线，进行上行线区域隧道开挖支护及二衬施工； 步骤c3，疏导交通到高速公路上行线，下行线的应急车道和正常车道进行封闭，进行下行线区域隧道开挖支护及二衬施工，施工到隔离带中间； 步骤c4，疏导交通到高速公路下行线，进行上行线区域隧道开挖支护及二衬施工；全部完成二衬完成后，恢复高速公路正常通行。
9.根据权利要求4所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在该三台阶临时仰拱法施工过程中，隧道开挖超挖部分，用同等标号的喷射砼喷满，拱部杜绝出现空洞或不密实现象；锁脚锚管安设“L”型筋与钢架焊接牢固；钢架螺栓保证数量，并拧紧，对连接板存在空隙的，填充钢板或钢筋进行满焊；上台阶和中台阶钢架底脚垫设垫脚槽钢，下台阶钢架底脚可垫设木板；中台阶安设临时仰拱钢架，并与永久钢架连接牢固。
10.根据权利要求4所述的穿越运营高速公路隧道超短台阶施工方法，其特征在于，在上述步骤a中，钢架与核心土间采用钢管、方木打支撑，支撑立于稳固地面，或放置木板等再打支撑，模板加固牢固；钢架及导向管安装好后支立模板，导向管按照预定角度埋置，为防止浇筑混凝土时拱架、导向管下沉，安制导向管时比设计角度加大2度，且每个孔都要用水平尺量对，顶部上仰，左右两侧外斜。
【文档编号】E21D9/00GK104389610SQ201410491528
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】苗增润, 马殷军, 徐润泽, 宋战平, 王忠双, 潘大鹏, 陈国彬, 徐宏鹏, 牛泽林 申请人:中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司