富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道施工方法与流程

本发明涉及隧道领域，具体涉及富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道施工方法。

背景技术：

在富水未固结地层中，周围地层固结时，隧道结构将随之产生沉降，隧道内净空和线路线型将受到严重影响，为此在设计中多在仰拱底部设置桩基来维持隧道结构的相对稳定，从而保证线路的稳定。而复合式隧道结构二衬与初期支护密贴，两者共同变形，共同受力，当底部设置桩基保持相对稳定时，二衬与初支将承受上覆土柱荷载和附加的被动土压力，当埋深较深时，结构将难于承受而产生破坏。而今设计了适应富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道，之前隧道的施工方法则不适应新型隧道的建造。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道的施工方法，具体技术方案如下：

一种富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道施工方法，其关键在于：采用如下步骤：

步骤一：施作至少一层初期支护(2)；

步骤二：穿过所述初期支护(2)的仰拱(2-11)施作钢管桩(6)，并使该钢管桩(6)下端固定连接在所述初期支护(2)下方的稳定地层内；

步骤三：在所述初期支护(2)的仰拱(2-11)上铺设活动填补层(5)，并在该活动填补层(5)上施作第一层二次衬砌(3)的仰拱(3-4)和矮边墙(3-3)，同时使所述第一层二次衬砌(3)的仰拱(3-4)与所述钢管桩(6)上端刚性连接；

步骤四：在所述矮边墙(3-3)和初期支护(2)之间的空隙内填充所述活动填补层(5)；

步骤五：施作所述第一层二次衬砌(3)的拱墙(3-2)和拱圈(3-1)，并在所述第一层二次衬砌(3)的拱圈(3-1)上预留灌注孔(9)；

步骤六：通过所述灌注孔(9)在所述第一层二次衬砌(3)和初期支护(2)之间填充轻质缓冲层(5)；

步骤七：在所述第一层二次衬砌(3)内表面上铺设全环向封闭的防水层和施作第二层二次衬砌(4)。

本发明是这样实现的：先施作初期支护和钢管桩，然后在钢管桩上端分步施作二次衬砌各部分，方便设置活动填补层和轻质缓冲层；由于轻质缓冲层不便单独设置，在施作二次衬砌拱圈时，预留用于设置轻质缓冲层的灌注孔；等第一层二次衬砌成型后再一次施作防水层和第二层二次衬砌，由于第一层二次衬砌的仰拱与钢管桩钢性连接处防水是薄弱环节，在第一层二次衬砌相对平整的内壁上铺设全包防水层和第二层二次衬砌，使防水层和第二层二次衬砌的一次成型，提高防水层和第二层二次衬砌的防水性，可有效增强隧道整体结构的防水能力。施工完成后，初期支护和第一层二次衬砌脱离，且第一层二次衬砌的下部设有钢管桩支撑；这样，在未固结回填土地层中，初期支护随地层固结沉降，并压缩轻质缓冲层而不接触第一层二次衬砌，初期支护与钢管桩相对滑动，钢管桩支撑二次衬砌使二次衬砌位置保持稳定，同时活动填补层将初期支护相对第一层二次衬砌位移的空间填补上。

为更好的实现本发明，可进一步为：所述初期支护(2)的仰拱(2-11)上开设有用于穿设所述钢管桩(6)的孔，在该孔内壁上设有钢圈(7)，该钢圈(7)与所述初期支护(2)内铺设的钢拱架(8)固定连接；所述钢管柱(6)设有钢管护壁，在该钢管护壁内为钢筋混凝土结构；这样，钢管护壁使钢管桩更坚固，在初期支护上与钢管桩接触的部分设置钢圈，用来隔离初期支护和钢管桩，并且两者之间有活动填补层中的活动填补材料，活动填补材料在减小初期支护和钢管桩之间摩擦作用的同时，还保护初期支护不受基桩的损坏；

所述活动填补层(5)为豆粒石，或为砂砾石在初期支护随地层沉降而与第一层二次衬砌的仰拱产生空隙时，豆粒石或砂砾石将能随水力滚落填补第一层二次衬砌底部的空隙；

所述轻质缓冲层(1)为乒乓球，该乒乓球采用PE材料，直径50～100mm，厚0.5～2mm，乒乓球质量轻，且缓冲效果好，易填充；

所述防水层为自粘式防水层，厚度为1～3mm，自粘式防水层防水效果好，厚的为1～3mm时，不易漏水，隔离性好，且节约用料。

本发明的有益效果为：施工工序安排合理，实施各段隧道循环施工后，可有效减少工期；在二次衬砌拱圈上预留灌注孔，方便施作轻质缓冲层；二次衬砌分步施工，方便施作活动填补层；本发明的施工方法施工工序简单，各环节联系紧密，方便富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道建造。

附图说明

图1为本发明的施工工序流程图；

图2为本发明施工隧道的结构示意图；

图3为第一层二次衬砌的结构示意图；

图4为初期支护与基桩接触部分的结构放大图；

图5为本发明施作多层初期支护的效果示意图；

图6为本发明施作钢管桩和活动填补层的效果示意图；

图7为本发明施作第一层二次衬砌仰拱和矮边墙的效果示意图；

图8为本发明施作第一层二次衬砌拱墙和拱圈的效果示意图；

图9为本发明施作轻质缓冲层的效果示意图；

图10为本发明施第二层二次衬砌作和防水层的效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1及图5至图10所示：一种富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道施工方法，采用如下步骤：

步骤一：施作两层初期支护2；

步骤二：穿过初期支护2的仰拱2-11施作钢管桩6，并使钢管桩6下端固定连接在初期支护2下方的稳定地层内；其中，初期支护2的仰拱2-11上开设有用于穿设钢管桩6的孔，在该孔内壁上设有钢圈7，钢圈7与初期支护2内铺设的钢拱架8固定连接；钢管柱6设有钢管护壁，在该钢管护壁内灌注钢筋混凝土桩；

步骤三：在初期支护2的仰拱2-11上铺设活动填补层5，并在活动填补层5上施作第一层二次衬砌3的仰拱3-4和矮边墙3-3，同时使第一层二次衬砌3的仰拱3-4与钢管桩6上端刚性连接；

步骤四：在矮边墙3-3和初期支护2之间的空隙内填充活动填补层5，活动填补层5为豆粒石，或为砂砾石；

步骤五：施作第一层二次衬砌3的拱墙3-2和拱圈3-1，并在第一层二次衬砌3的拱圈3-1上预留灌注孔9；

步骤六：通过灌注孔9在第一层二次衬砌3和初期支护2之间的空隙内填充轻质缓冲层5，所述轻质缓冲层(1)为乒乓球，该乒乓球采用PE材料，直径50mm，厚1mm；

步骤七：在第一层二次衬砌3内表面上铺设全环向封闭的防水层和施作第二层二次衬砌4，防水层为自粘式防水层，厚度为2mm。

如图2、3和4所示：一种富水未固结地层抗浮抗沉抗水压减震隧道结构，包括隧道，该隧道内表面上由外向内依次设置有初期支护2和第一层二次衬砌3，初期支护2设置有两层，第一层二次衬砌3包括拱圈3-1、拱墙3-2、矮边墙3-3和仰拱3-4，在拱圈3-1和拱墙3-2对应的第一层二次衬砌3和初期支护2之间的空隙内设置有轻质缓冲层1，在矮边墙3-3及仰拱3-4对应的第一层二次衬砌3和初期支护2之间的空隙内设置有活动填补层5，活动填补层5为豆粒石层；在仰拱3-4下表面分布有钢管桩6，钢管桩6上端与仰拱3-4固定连接，下端穿过初期支护2的仰拱2-11固定在初期支护2下方的稳定地层内；第一层二次衬砌3内设有第二层二次衬砌4，在第一层二次衬砌3和第二层二次衬砌4之间设有自粘式防水层；

钢管桩6设有钢管护壁，在钢管护壁内为钢筋混凝土结构；钢管桩6上端设置有桩头6-1并与第一层二次衬砌3的仰拱3-4钢性连接；初期支护2下部开设有用于穿设钢管桩6的孔，在孔内壁上设有钢圈7，该钢圈7与初期支护2内铺设的钢拱架8固定连接。

本发明的施工对象由初期支护2和两层二次衬砌组成，初期支护2和二次衬砌脱离并在两者之间设有轻质缓冲层1，钢管桩6和第一层二次衬砌3连接，并与初期支护2隔离；施工期荷载由初期支护2承担；初期支护2可随回填层沉降而沉降，二次衬砌结构由设于稳定地层或基岩中的钢管桩6支撑而保持相对稳定，二次衬砌内净空及线路线型能得到保证；轻质缓冲层1可避免初期支护2劣化或破坏对二次衬砌的冲击作用，兼具减震层，采用PE复合材质乒乓球或缓冲充气枕，质量轻缓冲效果好；钢管桩6同时作为抗拔桩，确保结构抗浮；防水层和第二层二次衬砌4确保二次衬砌结构的防水性能，在第一层二次衬砌3平整的内壁铺设自粘式全包防水层，使结构的防水性更加可靠；第一层二次衬砌3纵向按跨度4m(也可根据断面和荷载情况设置不同的跨度)的连续箱梁设计，并能承担两层二次衬砌重量、轨道重量和列车荷载，同时能承担围岩压力；第二层二次衬砌4纵向8m设置一道变形缝，不考虑纵向受力(但仍按刚度比例加强配筋)；在初期支护2和第一层二次衬砌3之间的矮边墙墙3-3及仰拱3-4部位填充豆粒石，并将仰拱3-4设置成一定的圆曲线斜坡，在初期支护2随地层沉降而与第一层二次衬砌3的仰拱3-4产生空隙时，豆粒石将能随水力滚落填补仰拱3-4底部的空隙。