黄土隧道微台阶施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种黄土隧道微台阶施工方法。

背景技术：

国内外黄土隧道施工发生了很多坍塌事故，主要原因是不能及时封闭围岩、二次衬砌不及时而导致了坍落。一种基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺专利申请(申请号为201510623492.4)公开了一种隧道施工方法，该方法首先进行上台阶开挖，上台阶开挖4m高度和4m长度，不预留核心土，在拱脚处斜向下钻设锁脚锚杆，每榀拱架设置两处锁脚锚杆，且每处设置两根四米长的锁脚锚杆，控制和保持上台阶的宽度，同时开挖上台阶和中台阶，中台阶开挖303m的高度和5m长度，不预留核心土，然后对中台阶设置锁脚钢管和锁脚锚杆，每榀拱架上设置两根φ89mm的锁脚钢管和四根6m长的锁脚锚杆；按上述循环开挖上中台阶两次，此时中台阶的长度达到15m，开挖总长度达到19m；上台阶和中台阶继续保持同步掘进，同时搭设栈桥，开始下台阶开挖和仰拱封闭，下台阶开挖3.3m的高度，4m的长度，不预留核心土，然后封闭仰拱；同步推进上台阶、中台阶、下台阶的开挖，采用上台阶+左侧中台阶+右侧下台阶同步开挖和上台阶+右侧中台阶+左侧下台阶同步开挖交替循环作业直至完成施工。

上述专利申请的隧道施工方法中设置了锚杆，增加了工程造价，施工工艺更复杂，不便施工，拖缓了工期；长台阶、短台阶在开挖砂质新黄土隧道时纵向变位大，断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近水平收敛而使其失去稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种黄土隧道微台阶施工工法，能够节省工程造价，提高施工效率和质量，降低人工劳动强度，安全稳定，方便快捷，以解决上述背景技术中存在的现有黄土隧道施工工期长，施工不便，工程成本高，不能灵活调整的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种黄土隧道微台阶施工方法，包括以下步骤，

步骤s110：上台阶超前支护；

步骤s120：上台阶开挖扒渣；

步骤s130：中台阶开挖扒渣；

步骤s140：上中台阶初喷c25混凝土；

步骤s150：上中台阶立格栅钢架，同时下台阶开挖；

步骤s160：上中台阶再喷混凝土，同时下台阶立格栅钢架；

步骤s170：下台阶喷射混凝土；

步骤s180：仰拱开挖支护，同时循环步骤s110-步骤s170，依次保持微台阶开挖交替循环作业；

步骤s190：二次衬砌。

进一步的，步骤s110中，在隧道入口段，用超前长管棚作为上台阶超前支护；在洞身软弱围岩段，用超前短管棚作上台阶超前支护；在iv、v、vi级围岩段用超前小导管作上台阶超前支护。

进一步的，所述超前长管棚设置有导向墙，所述导向墙内设置工字型钢架，所述钢架外设导向钢管；所述工字型钢架为2榀i18工字型钢架，所述导向钢管的直径为14cm，厚度为5mm；所述导向墙采用c20混凝土制成，所述导向墙截面长度和宽度均为1m。

进一步的，所述超前长管棚用若干热轧无缝钢管环向布置丝扣制成，所述超前长管棚的长度为20～40m；所述热轧无缝钢管长度为4～6m，直径为108mm，厚度为6mm，所述热轧无缝钢管之间的距离为3m，所述钢管轴线与衬砌外缘线夹角1～3°。

进一步的，所述超前短管棚采用若干钢花管环向布置丝扣制成，所述钢花管环向间距为3m，纵向搭接间距大于3m。

进一步的，所述钢花管的设置为每10m一环，所述钢花管的长度为4～6m，所述钢花管的直径为89mm，所述钢花管的壁厚为5mm，所述钢花管的外插脚为7～11°。

进一步的，所述钢花管上设有注浆孔，所述注浆孔的孔径为10～16mm，所述注浆孔的孔间距为15cm。

进一步的，所述注浆孔采用m15水泥砂浆封孔，所述m15水泥砂浆液水灰比为0.5:1～2:1，注浆压力为0.5～2mpa。

进一步的，所述超前小导管为外径42mm，壁厚3.5mm，长为3.5～4m的热轧无缝钢管，所述超前小导管的外插角度为10～15°。

进一步的，所述格栅钢架为复合式衬砌格栅钢架，所述格栅钢架的主筋和桁架筋均采用hpb400级钢筋，所述格栅钢架的圈筋采用hpb300级钢筋；所述格栅钢架的格栅纵向间距为1.0m，格栅之间设置设置有直径为22mm的连接筋；所述格栅钢架的格栅环向间距为1.0m，内外交错布置，所述格栅钢架的拱部每个节点均设置两根直径为16mm的定位钢筋。

本发明有益效果：上、中、下三个台阶的长度合理，保证了各台阶在开挖过程中的稳定，充分利用了作业空间，方便人工操作和机械作业，提高了人员设备利用率；三个台阶断面同步作业，缩短了掌子面至仰拱初支封闭的距离，满足了三台阶施工初支封闭成环距离掌子面不大于2倍洞径，保证了施工安全，提高了工作效率，加快了施工进度；采取环向加密超前支护，确保围岩的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工方法流程图。

图2为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工状态纵向断面图。

图3为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工状态正向断面图。

其中：1-仰拱；2-下台阶；3-中台阶；4-上台阶。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。图1为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工方法流程图。

图1为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工方法流程图，图2为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工状态纵向断面图，图3为本发明实施例所述的黄土隧道微台阶施工状态正向断面图。本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

如图1至图3所示，本发明实施例所述的一种黄土隧道微台阶施工方法，该方法主要包括以下步骤，

步骤s110：上台阶4超前支护；

步骤s120：上台阶4开挖扒渣；

步骤s130：中台阶3开挖扒渣；

步骤s140：上台阶4和中台阶3初喷c25混凝土；

步骤s150：上台阶4和中台阶3立格栅钢架，同时下台阶2开挖；

步骤s160：上台阶4和中台阶3再喷混凝土，同时下台阶2立格栅钢架；

步骤s170：下台阶2喷射混凝土；

步骤s180：仰拱1开挖支护，同时循环步骤s110-步骤s170，依次保持微台阶开挖交替循环作业；

步骤s190：二次衬砌。

在本发明的一个具体实施例中，步骤s110中，在隧道入口段，用超前长管棚作为上台阶4超前支护；在洞身软弱围岩段，用超前短管棚作上台阶超前支护；在iv、v、vi级围岩段用超前小导管作上台阶超前支护。

在本发明的一个具体实施例中，所述超前长管棚设置有导向墙，所述导向墙内设置工字型钢架，所述钢架外设导向钢管；所述工字型钢架为2榀i18工字型钢架，所述导向钢管的直径为14cm，厚度为5mm；所述导向墙采用c20混凝土制成，所述导向墙截面长度和宽度均为1m。

在本发明的一个具体实施例中，所述超前长管棚用若干热轧无缝钢管环向布置丝扣制成，所述超前长管棚的长度为20～40m；所述热轧无缝钢管长度为4～6m，直径为108mm，厚度为6mm，所述热轧无缝钢管之间的距离为3m，所述钢管轴线与衬砌外缘线夹角1～3°。

在本发明的一个具体实施例中，所述超前短管棚采用若干钢花管环向布置丝扣制成，所述钢花管环向间距为3m，纵向搭接间距大于3m。

在本发明的一个具体实施例中，所述钢花管的设置为每10m一环，所述钢花管的长度为4～6m，所述钢花管的直径为89mm，所述钢花管的壁厚为5mm，所述钢花管的外插脚为7～11°。

在本发明的一个具体实施例中，所述钢花管上设有注浆孔，所述注浆孔的孔径为10～16mm，所述注浆孔的孔间距为15cm。

在本发明的一个具体实施例中，所述注浆孔采用m15水泥砂浆封孔，所述m15水泥砂浆液水灰比为0.5:1～2:1，注浆压力为0.5～2mpa。

在本发明的一个具体实施例中，所述超前小导管为外径42mm，壁厚3.5mm，长为3.5～4m的热轧无缝钢管，所述超前小导管的外插角度为10～15°。

在本发明的一个具体实施例中，所述格栅钢架为复合式衬砌格栅钢架，所述格栅钢架的主筋和桁架筋均采用hpb400级钢筋，所述格栅钢架的圈筋采用hpb300级钢筋；所述格栅钢架的格栅纵向间距为1.0m，格栅之间设置设置有直径为22mm的连接筋；所述格栅钢架的格栅环向间距为1.0m，内外交错布置，所述格栅钢架的拱部每个节点均设置两根直径为16mm的定位钢筋。

本发明的在具体施工中，合理确定微台阶开挖上、中、下三个台阶的长度，上台阶4的长度为3～5m，中台阶3的长度为6～8m左右，下台阶2的长度为9～12m，保证各台阶在开挖过程中的稳定，有一定的作业空间，方便机械作业。三个台阶断面同步作业，缩短了掌子面至仰拱初支封闭的距离，满足了三台阶施工初支封闭成环距离掌子面不大于2倍洞径，保证施工安全，提高工作效率，加快施工进度；部分隧道围岩为散体状结构的砂岩，自稳能力极差，开挖后出现溜塌现象，利用微台阶施工的优势，现场采取环向间距10～12cm加密超前φ42热轧无缝钢管的措施，确保围岩稳定；开挖过程中，严格控制超挖，欠挖现象，若采用机械开挖，必须预留30-50cm人工进行修整遵循软弱围岩施工的“三超前、四到位、一强化”原则。即超前预报、超前加固、超前支护，工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌跟进到位，强化量测。

上台阶格栅钢架立架必须紧贴掌子面，立架完成后应尽快施作锁脚锚管锁死，锁脚锚杆按与水平方向45°角度向下打射，采用φ22“l”型螺纹钢筋将锁脚锚管与钢拱架双面焊接，焊缝必须饱满。

超前短管棚施工时，当钻进地层易于成孔时，采用先钻孔后插管的方法；当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎地层不易成孔时，采用跟管钻进工艺。

超前小导管安设采用钻孔打入法，顶入长度不小于钢管长度的90％。

在超前小导管安装完成后，进行压水试验，压力不大于1mpa，当压力达到注浆压力终值并稳定10～15min，注浆量达到设计值的80％时可以结束注浆。超前小导管注浆顺序为由下至上，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大。

发生串浆时应使用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆，当水泥浆进浆量很大压力不变时，应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆。

本发明实施例在施工中，可根据具体施工情况，选择合适时间进行喷射砼以及格栅钢架的生产、加工、运输，比如，在中台阶开挖出渣过程中，同时进行喷射砼和格栅钢架的生产、加工，运送至施工现场进行上、中台阶的砼喷射，上、中台阶初喷砼结束后，进行上中台阶的格栅钢架的立架。

本发明实施例所述的施工方法已在蒙华铁路ⅴ级围岩薛家畔1号隧道dk240+863～dk241+000段、阳城隧道进口dk242+053～dk242+220段、阳城隧道出口dk248+430～dk249+124段，青阳隧道进口dk249+308～dk249+807段，青阳隧道出口dk250+865～dk251+178段和红石湾隧道进口dk251+302～dk251+400段成功应用，在现场实践中，综合工程进度、质量、安全、文明施工等各方面都有较大改善，提高了施工现场管理水平，目前各隧道作业队均已采用微台阶法施工。

综上所述，本发明实施例通过采用微台阶工法，保证了隧道洞身开挖的现场安全，三个台阶断面同时推进，流水作业，仰拱初支封闭紧跟下台阶施工，有效改进了初支封闭不能紧跟掌子面作业、不能及时封闭的不利情况，保证了洞身开挖段的安全，特别对于洞口段软弱围岩施工期间，避免了洞口段的安全风险，现场人员安全得到了保证；采用该工法施工，给后续工序创造了流水作业，同步施工的作业空间，克服了以前仰拱、二衬因台阶过长，不能及时跟进的客观事实；实行微台阶施工，现场施工组织管理、文明施工等方面相比以前都得到了明显改进。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。