穿越回填土段及过渡段隧道的施工方法与流程

本发明涉及隧道工程，具体涉及穿越回填土段及过渡段隧道的施工方法。

背景技术：

隧道施工的特点是隐蔽性大、作业空间有限、作业的综合性强，施工环境恶劣、风险性大；施工方法受地形、地质的制约。只有对这些特点进行合理分析后，根据隧道穿越地层的不同情况，选择适当的施工方法，才能够安全、快速地完成隧道工程。如CN 104500077B公告的“一种浅埋暗挖隧道穿越平房区施工方法”，采用台阶开挖法由后向前对所施工浅埋暗挖隧道的隧道洞进行开挖，且开挖过程中由后向前对开挖形成的隧道洞进行初期支护；隧道洞由上导洞和位于上导洞正下方的下导洞组成，隧道洞的后部与竖井相连；隧道洞的初期支护结构包括多榀由后向前对所述隧道洞进行支撑的格栅钢架、挂装在隧道洞内壁上的一层钢筋网和喷射在隧道洞内壁上的混凝土层；对所施工浅埋暗挖隧道的隧道洞进行开挖时，过程如下：一、上导洞初始段开挖；二、下导洞初始段开挖；三、上下导洞同步开挖。该方法步骤简单、设计合理且施工方便、施工效果好，能简便完成穿越平房区的浅埋暗挖隧道施工过程，并且施工过程安全可靠。随着城市轨道交通建设的发展，隧道穿越的地段将遇到很多新情况，如城市轨道交通需要穿越回填土段及过渡段。目前，穿越回填土段及过渡段的隧道施工方面没有一套标准、规范的施工方案可供遵循，能够借鉴的资料很少。因而，亟待探索一种设计合理、步骤简单、施工方便、施工效果好的穿越回填土段及过渡段隧道的施工方法，以满足城市轨道交通建设的需求。

发明目的

本发明的目的是提供穿越回填土段及过渡段隧道的施工方法，其步骤简单、施工方便、安全可靠，能够保证施工质量，满足城市轨道交通建设的需求。

鉴于回填土段的地质条件较差，地层由上而下依次为素填土层、残坡积粉质粘土层、沉积岩层。回填土段覆盖层在沟谷地带的厚度较大，基岩为砂岩和泥岩互层的陆相碎屑岩，含水相对较弱。回填土段水文地质条件较复杂，地下水的富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，主要为大气降水、地面沟、塘水体渗漏以及城市地下排水管线渗漏补给，为孔隙潜水和上层滞水，且地下水的水位不统一，水位及水量呈明显的季节性变化特征，动态幅度大，地下水之间无水力联系。

经实地勘察，与回填土段两端相连的过渡段的地质条件较回填土段好，与回填土段一端相连的过渡段较短，称为小里程方向，与回填土段另一端相连的过渡段较长，称为大里程方向；要求施工的隧道为双向通轻轨，即分为左线隧道和右线隧道。根据上述具体情况，首先，应对对施工现场作出具体的规划，对与回填土段两端相连的过渡段采用B型断面结构。由于处于岩质段到回填土段交界位置，岩层较破碎不均匀，为了防止开挖过程引起坍塌，同时减少开挖后的沉降变形，在过渡段采用B型断面形式，对B型断面采用T76L×9.5mm自进式管棚与Ф42×3.5mm注浆小导管进行超前支护，采用机械法分上下台阶法开挖，其初期支护形式为I20a型钢钢架+喷射C25砼进行支护，并在拱腰处分别设置2根8m长Ф108钢管作为锁脚锚管。同时对二衬采用与回填段等厚度的600mm进行支护，而岩质段二衬厚度为350mm。对于回填土段，由于回填时间较短(4-5年)，回填料不均匀，自然固结未稳定，回填土区较深，在回填土段设置C型断面，采用T76L×9.5mm自进式管棚与Ф42×3.5mm注浆小导管进行超前支护，采用预留核心土环形分上下台阶法开挖，为及时将初支封闭成环，其第一层初期支护形式为I20a型钢钢架+喷射C25砼进行支护，并在拱腰和拱脚处分别设置2根8m长Ф108钢管作为锁脚锚管；第二层初期支护形式为格栅钢架+喷射钢纤维C25砼进行支护，此层初期支护目的是防止初支施工完成后到二衬施作期间隧道发生过大沉降变形。针对回填土段隧道底部还有呈锅底状的回填区，最大深度达20m以上，对C断面隧底采用桩径为Ф500mm的钢管桩在隧道纵向按间距650mm，布置3+2根梅花形桩基进行基底加固。

本发明所述的穿越回填土段及过渡段隧道的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步，施工场地排水；

隧道穿越回填土段及过渡段地层在雨季时存在丰富的地下水，采用管井法降水，降水井管直径为300mm(毫米)，将水位降至隧道底标高以下2.0m(米)。隧道穿越回填土段及过渡段的洞内采用反坡排水，即采用接力式排水，设置增压泵逐段增压抽水，排至洞口沉淀池内，以保证及时排除洞内渗水或其他积水；

第二步，开挖隧道；

1)小里程方向过度段右线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工，至回填土段后，进行小里程方向右线回填土段隧道施工，采用预留核心土法机械开挖，隧道按C型断面结构施工；

2)当B型断面、C型断面共计施工30m时，开始小里程方向过度段左线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工，并保持左、右线隧道掌子面间距30m(米)，继续施工；

3)大里程方向过度段左线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工，当大里程方向过度段左线隧道施工30m(米)后，进行大里程方向过度段右线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工；

4)当大里程方向右线、左线隧道先后进入C型断面施工，采用预留核心土法机械开挖，隧道按C型断面结构施工；

5)当左线隧道或/和右线隧道两端掌子面相距10m(米)时，暂停大里程方向左线隧道或/和右线隧道掌子面开挖施工；

6)小里程方向左线隧道或/和右线隧道线单向继续施工，直至隧道贯通。

进一步，所述B型断面施工的步序为：①、超前管棚、超前小导管；②、开挖上台阶，施作初期支护半环，打设锚管；③、开挖下台阶，施作初期支护全环封闭，打设锁脚锚杆；④、铺设防水层，施作仰拱；⑤、铺设防水层，施作拱部及曲墙二次衬砌。

进一步，所述C型断面施工的步序为：①、超前管棚、超前小导管施工；②、孤形导坑开挖，施作径向注浆管并注浆，施作第一层初期支护，打设锁脚锚管，施做下台阶超前小导管；③、开+挖下台阶，施作径向注浆管并注浆，施作下台阶第一层初期支护，钢架全环封闭，打设锁脚锚管；架设格栅拱架，施作第二层初期支护；④、施作隧底桩基础；⑤、铺设防水层，施作仰拱；⑥、铺设防水层，施作拱部及曲墙二次衬砌。

本发明的有益效果：由于充分利用了复合衬砌设计原理，施工中将初期支护分为两个部分，第一部分为型钢拱架+喷射混凝土+锁脚锚管，第二部分为格栅钢架+喷射钢纤维混凝土，并按顺序依次实施，在开挖方法上结合环形核心土法开挖的特点，搭设超前管棚+超前小导管组合形成超前支护，增加锁脚锚管提高初期支护支撑能力，尽早将初支封闭成环，加强超前注浆与初支背后回填注浆，尽早发挥围岩的自持能力，减少围岩变形，实现初支变形稳定，为后序洞内施工创造条件。同时隧底增加钢管桩，能够有效减少运营期间隧道在洞外地下水流动及列车运行等动荷载作用下的沉降变形。

附图说明

图1施工现场规划示意图；

图2降水井布置示意图；

图3是B型断面隧道采用台阶法机械开挖的示意图；

图4是图3的左视图；

图5是采C型断面隧道用预留核心土法机械开挖的示意图；

图6是图5的左视图；

图7小里程方向施工示意图；

图8大里程方向开始施工的示意图；

图9是大、小里程方向均进入回填土段施工的示意图；

图10是左线隧道或/和右线隧道两端掌子面相距10m时的示意图；

图11是小里程方向左线隧道或/和右线隧道线单向继续施工的示意图；

图12 B型断面超前管棚、超前小导管施工示意图；

图13上台阶开挖并作初期支护的施工示意图；

图14下台阶开挖并作初期全环支护的施工示意图；

图15铺设防水层、施作仰拱的施工示意图；

图16铺设防水层、施作拱部及曲墙的二次衬砌施工示意图；

图17 C型断面超前管棚、超前小导管的施工施工示意图；

图18孤形导坑开挖，施作径向注浆管并注浆，施作第一层初期支护的示意图；

图19开挖下台阶，施作径向注浆管并注浆，施作下台阶第一层初期支护，钢架全环封的示意图；

图20施作隧底桩基础的示意图；

图21铺设防水层，施作仰拱的施工示意图；

图22铺设防水层，施作拱部及曲墙二次衬砌的施工示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

经实地勘察，与回填土段两端相连的过渡段的地质条件较回填土段好，与回填土段一端相连的过渡段较短，称为小里程方向，与回填土段另一端相连的过渡段较长，称为大里程方向；要求施工的隧道为双向通地铁，即分为左线隧道和右线隧道。根据上述具体情况，首先，应对施工现场作出具体的规划，对与回填土段两端相连的过渡段采用B型断面结构。由于处于岩质段到回填土段交界位置，岩层较破碎不均匀，为了防止开挖过程引起坍塌，同时减少开挖后的沉降变形，在过渡段采用B型断面形式，对B型断面采用T76L×9.5mm自进式管棚与Ф42×3.5mm注浆小导管进行超前支护，采用机械法分上下台阶法开挖，其初期支护形式为I20a型钢钢架+喷射C25砼进行支护，并在拱腰处分别设置2根8m长Ф108钢管作为锁脚锚管。同时对二衬采用与回填段等厚度的600mm进行支护，而岩质段二衬厚度为350mm。对回填土段隧道采用C型断面结构：由于回填时间较短(4-5年)，回填料不均匀，自然固结未稳定，回填土区较深，在回填土段设置C型断面，采用T76L×9.5mm自进式管棚与Ф42×3.5mm注浆小导管进行超前支护，采用预留核心土环形分上下台阶法开挖，为及时将初支封闭成环，其第一层初期支护形式为I20a型钢钢架+喷射C25砼进行支护，并在拱腰和拱脚处分别设置2根8m长Ф108钢管作为锁脚锚管；第二层初期支护形式为格栅钢架+喷射钢纤维C25砼进行支护，此层初期支护目的是防止初支施工完成后到二衬施作期间隧道发生过大沉降变形。针对回填土段隧道底部还有呈锅底状的回填区，最大深度达20m以上，对C断面隧底采用桩径为Ф500mm的钢管桩在隧道纵向按间距650mm，布置3+2根梅花形桩基进行基底加固。

本发明所述的穿越回填土段及过渡段隧道的施工方法，参见图1至图22，其特征是，包括以下步骤：

第一步，施工场地排水；

隧道穿越回填土段及过渡段地层在雨季时存在丰富的地下水，采用管井法降水，降水井管直径为300mm(毫米)，将水位降至隧道底标高以下2.0m(米)。隧道穿越回填土段及过渡段的洞内采用反坡排水，即采用接力式排水，设置增压泵逐段增压抽水，排至洞口沉淀池内，以保证及时排除洞内渗水或其他积水；

第二步，开挖隧道；

1)小里程方向过度段右线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工，至回填土段后，进行小里程方向右线回填土段隧道施工，采用预留核心土法机械开挖，隧道按C型断面结构施工；

2)当B型断面、C型断面共计施工30m时，开始小里程方向过度段左线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工，并保持左、右线隧道掌子面间距30m(米)，继续施工；

3)大里程方向过度段左线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工，当大里程方向过度段左线隧道施工30m(米)后，进行大里程方向过度段右线隧道施工，采用台阶法机械开挖，隧道按B型断面结构施工；

4)当大里程方向右线、左线隧道先后进入C型断面施工，采用预留核心土法机械开挖，隧道按C型断面结构施工；

5)当左线隧道或/和右线隧道两端掌子面相距10m(米)时，暂停大里程方向左线隧道或/和右线隧道掌子面开挖施工；

6)小里程方向左线隧道或/和右线隧道线单向继续施工，直至隧道贯通。

所述B型断面施工的步序为：①、超前管棚、超前小导管；②、开挖上台阶，施作初期支护半环，打设锚管；③、开挖下台阶，施作初期支护全环封闭，打设锁脚锚杆；④、铺设防水层，施作仰拱；⑤、铺设防水层，施作拱部及曲墙二次衬砌。

所述C型断面施工的步序为：①、超前管棚、超前小导管施工；②、孤形导坑开挖，施作径向注浆管并注浆，施作第一层初期支护，打设锁脚锚管，施做下台阶超前小导管；③、开+挖下台阶，施作径向注浆管并注浆，施作下台阶第一层初期支护，钢架全环封闭，打设锁脚锚管；架设格栅拱架，施作第二层初期支护；④、施作隧底桩基础；⑤、铺设防水层，施作仰拱；⑥、铺设防水层，施作拱部及曲墙二次衬砌。

结合类似工程经验及节点工期要求初步拟定穿越回填土段施工步距，在施工过程中根据施工监测数据及时进行优化调整：①、上、下台阶的步距：采用短台阶法，上台阶超前5～10榀钢架间距(钢架间距0.65m)，立即进行下台阶施工，钢架及时封闭成环；②、掌子面与桩基的步距：掌子面超前桩基区10.4m，开挖与双层初支10.4m后，暂停掌子面施工，及时施作桩基础；③、掌子面与仰拱的步距：桩基经检测合格后，及时施作仰拱，原则上仰拱滞后掌子面2～3个衬砌施工循环长度(衬砌台车长7.5m)④、拱墙二衬与仰拱的步距：在变形收敛稳定的前提下，拱墙二衬紧跟仰拱施工，拱墙二衬滞后仰拱不超过2个衬砌施工循环长度。

支护和衬砌工程

1)、隧道穿越回填土段及过渡段地质条件较差，采用φ76自进式管棚、φ42小导管进行超前支护，其中过渡段采用型钢钢架初期支护，回填土段采用型钢钢架与格栅拱架双层初期支护，回填土段洞底采用钢管桩加固地基处理。

2)、锚喷支护必须紧跟开挖工作面，施工前，认真检查和处理锚喷支护作业区的危石，施工机具布置在安全地带。

3)、初期支护采用先喷砼，再安装锚杆的施工方式。锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求，孔内积水和岩粉应吹洗干净。

4)、工字钢架、格栅拱架制作质量必须符合设计要求，钢架立柱不得置于浮渣上。

5)初期支护喷射砼作业应分段、分片、分层由下而上依次进行。

6)初期支护背后回填注浆以初期支护与岩土层密贴为原则，及时对初衬背后空隙注浆填充，初衬背后注浆采用水泥砂浆，注浆压力控制在0.3～0.5MPa左右。

7)初期支护拱架设纵向连接筋，连接筋必须与拱架可靠焊接；锚杆端部与拱架可靠焊接。

8)拱架在洞外加工成榀并试拼，必须满足设计要求；拱架安装过程中，要确保每一个节点准确到位且连接可靠。