一种下穿隧道超前管幕施工方法与流程

本发明属于隧道管幕支护的技术领域，具体涉及一种下穿隧道超前管幕施工方法。

背景技术：

管幕施工方法是属于浅埋暗挖施工的一种，施工时不会对地面环境造成破坏，不会影响交通以及城市环境，管幕工法可以显著减少地面沉降。作为穿越道路、铁路、结构物、机场等的非开挖技术，在日本、美国和中国台湾都取得了较好的效果。管幕工法经过国内学者多年的研究和在工程中的成功实施，其已发展成熟。

传统的管幕施工方法通常采用设置工作井进行一次性开挖土体并打设管幕钢管，但是在隧道横跨较大、土体容易松动的情况下，采用传统的管幕施工方法极易造成土体松动甚至坍塌，同时在打设管幕钢管时也容易造成土体松动，进而造成管幕钢管位移，严重影响最终管幕支护的稳固性与安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种下穿隧道超前管幕施工方法，实现对隧道进行分段式超前管幕支护。

本发明通过下述技术方案实现：

一种下穿隧道超前管幕施工方法，根据隧道截面轮廓将隧道分为拱顶部分与下部轮廓部分，然后在隧道两侧通过工作井开挖拱顶部分并施作拱顶的管幕超前支护钢管，再预留核心土开挖下部轮廓部分并施作下部轮廓的管幕超前支护钢管完成整个隧道轮廓的超前管幕支护。

为了更好的实现本发明，进一步地，具体包括以下步骤：

步骤a、在隧道两侧施作工作井基坑，根据隧道暗挖轮廓在工作井基坑中设置围护桩；

步骤b、通过两侧的工作井基坑从上至下开挖工作井拱顶部分并截断拱顶的管幕设置区域中的围护桩，在拱顶的管幕设置区域中沿着隧道的拱顶轮廓打设拱顶的管幕超前支护钢管，并将拱顶的管幕超前支护钢管与围护桩连接；

步骤c、继续向下开挖工作井的下部轮廓部分至管幕设计标高以下并预留隧道中心区域核心土，截断下部轮廓处管幕设置区域中的围护桩，同步沿着两侧的隧道下部轮廓打设管幕超前支护钢管，并将管幕超前支护钢管与围护桩连接。

为了更好的实现本发明，进一步地，步骤b中工作井拱顶部分对应圆心角为50°-60°。

为了更好的实现本发明，进一步地，在打设管幕超前支护钢管的同时随钻检测孔斜，并在管幕超前支护钢管顶进20m-30m时通过检测孔斜进行测斜。

为了更好的实现本发明，进一步地，打设管幕超前支护钢管具体包括以下步骤：

步骤1、将管幕超前支护钢管分为若干管幕超前支护节段，并通过顶管机将一段管幕超前支护节段顶入土层，然后通过螺旋钻杆插入管幕超前支护节段进行螺旋出土；

步骤2、在顶入土层的管幕超前支护节段的端部焊接下一段管幕超前支护节段，然后通过螺旋钻杆插入管幕超前支护节段带动管幕超前支护节段转动，同时通过顶管机顶推管幕超前支护节段进入土层；

步骤3、重复上述步骤2，直到将所有的管幕超前支护节段顶入土层，然后在管幕超前支护节段中插入固定钢筋笼，同时对管幕超前支护节段进行内部注浆填充。

为了更好的实现本发明，进一步地，在管幕超前支护节段内部注浆填充完成后，对管幕超前支护节段的外部进行注浆加固。

为了更好的实现本发明，进一步地，在管幕超前支护节段顶进过程中，采用全站仪实时检测顶进方向与倾角；并根据顶进方向与倾角，通过方向调节油缸调节螺旋钻杆的方向。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤a中施作工作井基坑后，在工作井基坑的马头门处设置联系梁，并在联系梁的内部并排设置两榀工字钢架用于支撑管幕超前支护钢管。

为了更好的实现本发明，进一步地，在相邻的管幕超前支护钢管之间设置管幕钢管接头，并将管幕钢管接头与联系梁连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过将隧道按照截面轮廓分为拱顶部分与下部轮廓部分，然后在隧道两侧设置工作井，通过工作井首先开挖隧道的拱顶部分并打设管幕超前支护钢管形成拱顶管幕支护结构；然后再通过两侧的工作井同步开挖下部轮廓部分并预留隧道中心区域的核心土，然后在下部轮廓区域打设管幕超前支护钢管形成下部轮廓管幕支护，进而实现对整个隧道进行管幕支护，有效避免了传统管幕支护直接开挖隧道容易造成土体不稳的问题，使得对隧道的管幕支护更加稳固安全；

（2）本发明在打设了管幕超前支护钢管后，然后向管幕超前支护钢管内部插入钢筋笼对管幕超前支护钢管进行支护，然后向管幕超前支护钢管内部及外部进行注浆加固，进而大大提高了管幕超前支护钢管构成管幕的强度；

（3）本发明通过在相邻的管幕超前支护钢管之间设置管幕接头，并设置联系梁将管幕接头与围护桩固连形成整体结构，进而使得管幕与围护桩构成整体结构，大大加强整个管幕支护结构的强度。

附图说明

图1为本发明的步骤流程示意图；

图2为工作井的设置示意图；

图3为拱顶部分的施工示意图；

图4为下部轮廓部分的施工示意图；

图5为管幕超前支护钢管与联系梁的连接示意图；

图6为相邻的管幕超前支护钢管的连接示意图；

图7为管幕超前支护钢管内部支护的结构示意图。

其中：1-工作井；2-管幕超前支护钢管；3-联系梁；01-拱顶部分；02-下部轮廓部分。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种下穿隧道超前管幕施工方法，根据隧道截面轮廓将隧道分为拱顶部分01与下部轮廓部分02，然后在隧道两侧通过工作井1开挖拱顶部分01并施作拱顶的管幕超前支护钢管2，再预留核心土开挖下部轮廓部分02并施作下部轮廓的管幕超前支护钢管2完成整个隧道轮廓的超前管幕支护。

在隧道两侧的大里程端和小里程端分别设置工作井1作为工作空间，并在工作井基坑的马头门处设置联系梁3。在进行工作井1开挖和管幕施工之前，分别在大里程端的工作井1和小里程端的工作井1处施作围护桩和后靠排桩进行支撑加固，然后预开挖工作井基坑至隧道暗挖轮廓上方，然后施作隧道暗挖轮廓以上的冠梁、腰梁以及混凝土撑进行预加固。

预加固完成后，即可通过工作井1进行隧道的拱顶部分01的开挖，土体开挖时随时对松动位置进行临时支护以保证拱顶部分01开挖的稳固。拱顶部分01开挖完成后，将位于管幕打设范围中的围护桩截断，并从大里程端的工作井1朝向小里程端的工作井1相对打设管幕超前支护钢管2，管幕超前支护钢管2打设完成后进行加筋封堵，并施作联系梁3将相邻的管幕超前支护钢管2之间的位置与围护桩固定连接形成拱顶整体支护。

拱顶整体支护完成后，通过隧道两侧的工作井1同步开挖位于拱顶部分01两侧的下部轮廓部分02，同时在开挖过程中预留隧道中心位置处的核心土。下部轮廓部分02开挖完成后，将位于管幕打设范围中的围护桩截断，并从大里程端的工作井1朝向小里程端的工作井1相对打设管幕超前支护钢管2，管幕超前支护钢管2打设完成后进行加筋封堵，并施作联系梁3将相邻的管幕超前支护钢管2之间的位置与围护桩固定连接形成下部轮廓整体支护。同时在打设管幕超前支护钢管2后，对钢管内部及外侧适时进行注浆加固。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤a、如图2所示，在隧道两侧施作工作井基坑，根据隧道暗挖轮廓在工作井基坑中设置围护桩；

在隧道两侧施作工作井基坑，并在工作井基坑的马头门处设置联系梁3，联系梁3采用c25钢筋混凝土，联系梁3的截面尺寸为1.0m×1.35m，混凝土内部钢筋采用hpb300和hrb400普通热轧钢筋，主筋净保护层厚度为50mm，钢筋尺寸标注均为中对中，然后从大里程端的工作井基坑朝向小里程端的工作井基坑设置围护桩。

步骤b、如图3所示，通过两侧的工作井基坑从上至下开挖工作井1拱顶部分01并截断拱顶的管幕设置区域中的围护桩，在拱顶的管幕设置区域中沿着隧道的拱顶轮廓打设拱顶的管幕超前支护钢管2，并将拱顶的管幕超前支护钢管2与围护桩连接；

通过工作井1将拱顶部分01开挖完成后，沿着从中线至两侧或从两侧至中线的顺序沿着隧道拱顶轮廓同步打设管幕超前支护钢管2，相邻的管幕超前支护钢管2之间通过管幕接头进行连接，同时在相邻的管幕超前支护钢管2之间位于管幕接头的一侧设置注浆管。在打设管幕超前支护钢管2的过程中对土体松动位置及时进行挂网支护或临时打桩支护。管幕超前支护钢管2打设完成后，通过注浆管对管幕超前支护钢管2的内部和外侧进行注浆后进行加筋封堵，并采用联系梁3将管幕超前支护钢管2之间的管幕接头与维护桩连接构成拱顶部分01整体支护。

步骤c、如图4所示，继续向下开挖工作井1的下部轮廓部分02至管幕设计标高以下并预留隧道中心区域核心土，截断下部轮廓处管幕设置区域中的围护桩，同步沿着两侧的隧道下部轮廓打设管幕超前支护钢管2，并将管幕超前支护钢管2与围护桩连接。

拱顶部分01的管幕超前支护钢管2打设完成后，通过隧道两侧的工作井基坑继续同步开挖供顶部分两侧的下部轮廓部分02直至管幕设计标高以下，同时预留隧道中心处的核心土。然后沿着隧道下部轮廓同步打设管幕超前支护钢管2。如图6所示，相邻的管幕超前支护钢管2之间通过管幕接头进行连接，同时在相邻的管幕超前支护钢管2之间位于管幕接头的一侧设置注浆管。在打设管幕超前支护钢管2的过程中对土体松动位置及时进行挂网支护或临时打桩支护。管幕超前支护钢管2打设完成后，通过注浆管对管幕超前支护钢管2的内部和外侧进行注浆后进行加筋封堵，并采用联系梁3将管幕超前支护钢管2之间的管幕接头与维护桩连接构成下部轮廓部分02整体支护。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，所述步骤b中工作井1拱顶部分01对应圆心角为50°-60°。

根据土质情况可适当调节拱顶部分01对应圆心角的大小，若土质为硬性土时，则拱顶部分01对应的圆心角对应的圆心角可设置为50°-70°；若土质为软性土时，则拱顶部分01对应的圆心角对应的圆心角可设置为40°-50°。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，在打设管幕超前支护钢管2的同时随钻检测孔斜，并在管幕超前支护钢管2顶进20m-30m时通过检测孔斜进行测斜。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，打设管幕超前支护钢管2具体包括以下步骤：

步骤1、将管幕超前支护钢管2分为若干管幕超前支护节段，并通过顶管机将一段管幕超前支护节段顶入土层，然后通过螺旋钻杆插入管幕超前支护节段进行螺旋出土；

步骤2、在顶入土层的管幕超前支护节段的端部焊接下一段管幕超前支护节段，然后通过螺旋钻杆插入管幕超前支护节段带动管幕超前支护节段转动，同时通过顶管机顶推管幕超前支护节段进入土层；

步骤3、重复上述步骤2，直到将所有的管幕超前支护节段顶入土层，如图7所示，然后在管幕超前支护节段中插入固定钢筋笼，同时对管幕超前支护节段进行内部注浆填充。

管幕超前支护钢管2施工具体包括以下步骤：

（1）施工准备：现场备两台顶管机，要求最大顶进动力大于500kn，液压动力站一套液压动力站装有30kw的电机和高压柱塞油泵。

（2）反力背施作：采用工作井1后靠排桩作为顶管施工的反力背，为了围护结构能够满足顶管施工荷载，如图5所示，在初支墙面应用2m长4拼i20b工字钢扩垫于千斤顶后座后靠背墙之间。

（3）导轨铺设：导轨采用38kg/m的轻型钢轨，按设计坡度及中心线位置进行铺设，要求轨道中心线与线路中线横向差值≤±1cm，导轨铺设完成后进行顶管机的安装调试。

（4）铺管施工：首先把一节管幕超前支护节段吊装在工作井1内的导轨上就位，并开动顶管机把管幕超前支护节段顶入土内500mm左右，然后进行管幕超前支护节段内部掏土；把管幕超前支护节段顶进土层后，接着通过将螺旋钻杆插入管幕超前支护节段内部进行螺旋钻出土。如此循环作业，直到管幕超前支护节段的后端与顶管机之间可以满足下一节管幕超前支护节段的就位长度后，就可下放第二根管幕超前支护节段。铺管过程中，用全站仪随时监测铺管方位和倾角，并做好记录。如发现方位角和倾角有变化，及时采取有效的补救措施，防止管幕偏离超出要求。

方向的测定：在螺旋钻杆的最前端中心区域安装有两个激光仪，一个在螺旋钻杆的几何中心，另一个在离几何中心2―3cm的地方，在螺旋钻杆的后端留有测量孔，需要测量时，在螺旋钻杆的后端架设全站仪，通过测量孔观察激光仪发出激光的运动轨迹，进而确定钻头的位置和方向。

每一节管幕超前支护节段的长度大于等于6m，相邻的管幕超前支护节段之间的管节接头处采用焊接连接，管幕超前支护节段直接作为螺旋钻杆的外套管，通过液压泵站使螺旋钻杆旋转，同时配以顶管机的油缸将管幕超前支护节段缓慢顶入土体。管幕施工时通过管幕超前支护节段与螺旋钻杆之间的螺旋空间出土，施工过程中边顶进边出土，同时还需保证顶管机具有破除cfg桩的顶力。

（5）管幕超前支护节段连接：管幕超前支护钢管2的总体长度为143m，管幕超前支护节段的分节长度大于等于6m，每一节管幕超前支护节段的端部制作60°坡口，相邻的管幕超前支护节段之间通过胎具进行焊接，满足等强焊接的要求。同一横断面处相邻的管幕超前支护节段之间的接头错开，且保证一根管幕超前支护钢管2接头率不超过50%，管幕超前支护钢管2之间采用外接锁口进行连接，锁口材料为80mm×50mm×8mm角钢。角钢沿长度方向每间隔0.5m设置加强肋板固定锁口。

（6）管内填充及夹持土加固：管幕超前支护钢管2顶进完成后，在管幕超前支护钢管2内部架设4根φ22钢筋，4根钢筋并通过φ159×4.5钢环固定构成钢筋笼结构，同时对管内采用c25细石混凝土进行填充，并采用水泥浆对相邻的管幕超前支护钢管2之间的夹持土进行注浆加固，水泥浆的水灰比位1:1，水泥浆的注浆压力不小于2mpa，并采用前进式分段注浆。

（7）施作钢筋混凝土联系梁3：采用联系梁3将相邻的管幕超前支护钢管2之间的管幕接头与围护桩端连接固定。

进一步的，管幕超前支护钢管2采用热轧无缝钢管，钢管外径299mm，壁厚12mm；管幕超前支护钢管2总体长度为143m，分解为长度大于等于6m的管幕超前支护节段，每节管幕超前支护节段端部制作60度坡口，管幕超前支护钢管2环向间距40cm，管幕超前支护钢管2之间采用外接锁口进行连接，锁口材料为80×50×8mm角钢。临近锁口位置焊接φ42注浆管，注浆管与管幕超前支护钢管2长度相同，管幕超前支护钢管2打设完成后通过注浆管注水泥浆。

进一步的，在管幕超前支护节段内部注浆填充完成后，对管幕超前支护节段的外部进行注浆加固。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，管幕超前支护节段顶进过程中，采用全站仪实时检测顶进方向与倾角；并根据顶进方向与倾角，通过方向调节油缸调节螺旋钻杆的方向。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例1-6任一项的基础上做进一步优化，如图5所示，所述步骤a中施作工作井基坑后，在工作井基坑的马头门处设置联系梁3，并在联系梁3的内部并排设置两榀工字钢架用于支撑管幕超前支护钢管2。

进一步的，所述工字钢架为i22a工字钢，工字钢的顶部端面与管幕超前支护钢管2的外侧面接触。

进一步的，工字钢距离联系梁3的端部距离大于等于250mm，两榀工字钢之间的间距大于等于500mm。

本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。