大断面黄土隧道预切槽法施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种大断面黄土隧道预切槽法施工方法，包括步骤：采用玻璃纤维并注浆对掌子面加固；采用预切槽设备沿隧道设计断面进行分区切槽；在切槽内立即灌注混凝土，形成隧道拱墙部分的整体预衬砌，并进行两环预衬砌搭接；对紧邻掌子面的上一环预衬砌喇叭口进行架立三角带内的钢架和喷射混凝土；在预衬砌的保护下，采用挖掘机对隧道进行全断面开挖，根据地层情况确定预留变形量，并施做墙脚锁脚锚杆；开挖仰拱，施做仰拱钢架和喷射混凝土依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墙二衬混凝土。不仅可以控制地表沉降、降低施工风险和塌方，更可以提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。
【专利说明】
大断面黄土隧道预切槽法施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种地下工程技术，尤其涉及一种大断面黄土隧道预切槽法施工方法。
【背景技术】
[0002]近百年来，我国在黄土地区修建了大量的铁路干线、支线和专用线。在黄土隧道的建设过程中，通过我国隧道领域的前辈和广大工程技术人员的不断探索和总结，黄土隧道的建设技术随着我国生产力水平的发展从开挖断面、理论研究、施工方法、开挖方式、衬砌支护结构、施工组织等方面都有着不同程度的发展和进步。
[0003]目前大断面黄土隧道施工多采用双侧壁导坑法、CRD法、CD法等。这些方法需要设置大量的临时支护并进行分部开挖，使得工作面作业空间小，不利于机械化作业，工人劳动强度大，施工效率低；同时，施工作业工序多，施工速度缓慢，投入大但不经济;在现场实施过程中多不愿大规模应用，导致建设管理存在较大的难度，部分段落即便施做也多做不到位，反而易出现变形较大甚至塌方冒顶等问题。因此黄土隧道的修建过程中仍存在隧道施工易出现塌方冒顶、施工风险极大，浅埋段地表沉降大、易开裂、对周边环境影响大，浅埋段常用的施工方法施工效率低，施工进度慢，工程造价高等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种大断面黄土隧道预切槽法施工方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，包括步骤:
[0007]A、采用玻璃纤维并注浆对掌子面加固；
[0008]B、采用预切槽设备沿隧道设计断面进行分区切槽；
[0009]C、在切槽内立即灌注混凝土，形成隧道拱墙部分的整体预衬砌，并进行两环预衬砌搭接；
[0010]D、对紧邻掌子面的上一环预衬砌喇叭口进行架立三角带内的钢架和喷射混凝土；
[0011]E、在预衬砌的保护下，采用挖掘机对隧道进行全断面开挖，根据地层情况确定预留变形量，并施做墙脚锁脚锚杆；
[0012]F、开挖仰拱，施做仰拱钢架和喷射混凝土；
[0013]G、依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墙二衬混凝土。
[0014]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，不仅可以控制地表沉降、降低施工风险和塌方，更可以提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例中的预切槽法施工横断面图；
[0016]图2是本发明实施例中的预切槽法施工纵断面图；
[0017]图3是本发明实施例中的预切槽施工阶段纵剖面图；
[0018]图标说明
[0019]1.掌子面加固；2.预切槽设备;3.分区切槽;4.分区灌注混凝土 ；
[0020]5.两环预衬砌的搭接;6.三角带内的钢架和喷射混凝土;7.预留变形量;8.边墙和墙脚锁脚锚杆;9.仰拱钢架和喷射混凝土 ； 10.仰拱模筑混凝土 ； 11.仰拱填充混凝土 ； 12.拱墙二衬混凝土。
【具体实施方式】
[0021 ]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0022]本发明的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其较佳的【具体实施方式】是:
[0023]包括步骤:
[0024]A、采用玻璃纤维并注浆对掌子面加固；
[0025]B、采用预切槽设备沿隧道设计断面进行分区切槽；
[0026]C、在切槽内立即灌注混凝土，形成隧道拱墙部分的整体预衬砌，并进行两环预衬砌搭接；
[0027]D、对紧邻掌子面的上一环预衬砌喇叭口进行架立三角带内的钢架和喷射混凝土；
[0028]E、在预衬砌的保护下，采用挖掘机对隧道进行全断面开挖，根据地层情况确定预留变形量，并施做墙脚锁脚锚杆；
[0029]F、开挖仰拱，施做仰拱钢架和喷射混凝土；
[0030]G、依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墙二衬混凝土。
[0031]所述步骤A中，掌子面加固采用Φ32玻璃纤维，并需根据黄土地层的围岩级别和含水率因素综合确定。
[0032]所述步骤B中，切槽应采用分区间隔切槽灌注混凝土的方式，以避免因切槽过长、混凝土喷填不及时而造成的塌槽，同时利用暂时未切槽段来阻止围岩变形，根据黄土地层稳定情况分5?7块。
[0033]所述步骤C中，切槽内填充C30混凝土要求初凝时间:10-15min;早期强度:8-10h达到10?15MPa左右，24h达到20MPa，28天达到30MPa，两环预衬砌的搭接长度根据实际黄土地层情况调整，但不应小于0.5m。
[0034]所述步骤D中，两环预衬砌间的喇叭口部分应设置C25素喷混凝土或网喷混凝土找平层，对地层较差地段可设置3榀型钢钢架，以确保结构的稳定。
[0035]所述步骤E中，边墙和墙脚应设置锁脚锚杆，以防止预衬砌的整体下沉和地表沉降量过大。
[0036]所述步骤F中，距离掌子面一定距离后进行仰拱开挖、仰拱钢架架设和喷混凝土，仰拱开挖距掌子面的距离不大于30m。
[0037]所述步骤G中，在掌子面稳定和预衬砌的保护下，应能实现安全高效地进行工作面的全断面挖掘、渣土装运、仰拱、防排水、二次衬砌施工作业，以有效地减少因掌子面开挖而产生的围岩变形与地表沉降，及提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。
[0038]在整个施工过程中，具体控制:
[0039]掌子面的稳定控制措施；
[0040]切槽的稳定性和预衬砌的强度；
[0041 ] 两环预衬砌间喇叭口三角带的稳定性；
[0042]预衬砌的整体稳定性和沉降控制措施；
[0043]全断面开挖过程中的安全性和高效性。
[0044]预切槽法施工技术作为一种新兴的施工技术，从技术产生至今约60年，主要应用于地下水位线以上的砂层、砂土、粘土、泥灰岩等软岩地层，具有对地层扰动小、控制沉降效果好、施工安全性高、施工进度相对较快等优点。
[0045]本发明有针对性地解决黄土隧道建设中存在的问题，为实现安全快速施工大断面黄土隧道的目标，进一步开展浅埋大断面黄土隧道采用预切槽技术的研究，对于提高我国黄土隧道的机械化建设水平，推动我国黄土隧道的技术进步必将具有重要的意义。
[0046]本发明克服现有大断面黄土隧道施工方法中存在的问题，提供一种新的大断面黄土隧道施工技术一一机械预切槽法。采用该施工技术，不仅可以控制地表沉降、降低施工风险和塌方，更可以提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。
[0047]本发明的技术原理如下:
[0048]本发明是采用专用的拱架式预切槽机沿隧道横断面周边分区预先切割沟槽，切槽后立即向槽内灌注C30混凝土，在开挖面前方形成一个预衬砌。随后才将切槽所界定的掌子面开挖处理，这样就能有效地减少因掌子面开挖而产生的围岩变形与地表沉降，并能在预衬砌的保护下安全高效地进行工作面的挖掘、渣土装运、仰拱、防排水、二次衬砌等施工作业。
[0049]本发明具体施工方法包括如下步骤:
[0050]掌子面加固(必要时)；
[0051 ]采用预切槽设备沿隧道设计断面进行分区切槽施工；
[0052]在切槽内立即填充C30混凝土，形成隧道拱墙部分的整体预衬砌；
[0053]对紧邻掌子面的上一环预衬砌三角带内喷射混凝土(有钢架时架立钢架)；
[0054]在预衬砌的保护下，采用挖掘机对隧道进行全断面开挖，并施做墙脚锁脚锚杆；
[0055]开挖仰拱，施做仰拱钢架(有钢架时)和喷射混凝土；
[0056]依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充和拱墙二衬混凝土。
[0057]本发明在施工过程中必须做到:
[0058]I)掌子面加固需根据黄土地层的围岩级别和含水率等因素综合确定，必须确保掌子面的稳定。
[0059]2)切槽应采用分区间隔切槽灌注混凝土的方式，以避免因切槽过长、混凝土喷填不及时而造成的塌槽，同时可利用暂时未切槽段来阻止围岩变形，根据黄土地层稳定情况可分5?7块，但必须确保切槽的稳定。
[0060]3)切槽内填充C30混凝土要求初凝时间:10-15min;早期强度:8-10h达到10?15MPa左右，24h达到20MPa，28天达到30MPa。两环预衬砌的搭接长度可根据实际黄土地层情况调整，但不应小于0.5m。
[0061]4)两环预衬砌间的喇叭口部分应设置C25素喷混凝土或网喷混凝土(厚度大于20cm时)找平层，对地层较差地段可设置3榀型钢钢架，以确保结构的稳定。
[0062]5)边墙和墙脚应设置锁脚锚杆，以防止预衬砌的整体下沉和地表沉降量过大。
[0063]6)距离掌子面一定距离后进行仰拱开挖、仰拱钢架架设和喷混凝土，仰拱开挖距掌子面的距离不大于30m。
[0064]7)在掌子面稳定和预衬砌的保护下，应能实现安全高效地进行工作面的全断面挖掘、渣土装运、仰拱、防排水、二次衬砌等施工作业。以有效地减少因掌子面开挖而产生的围岩变形与地表沉降，及提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。
[0065]本发明的有益效果是:
[0066]充分利用预切槽法形成的预衬砌和稳定的掌子面(必要时进行超前加固)的保护，能够实现安全高效地进行工作面的全断面挖掘、渣土装运、仰拱、防排水、二次衬砌等施工作业，大大提高了施工效率、加快了施工进度、保证了施工质量。
[0067]能够有效地减小地表沉降和围岩变形等施工风险，并能大大提高施工安全性，有效保证隧道施工人员及设备的安全。
[0068]切槽和灌注混凝土采用机械同步施工，完全避免了隧道的超挖、欠挖现象，施工质量易于控制。
[0069]预切槽兼具超前支护、施工支护及永久支护的功能，全部或部分替代了超前小导管、锚杆、钢架、喷混凝土等支护措施，工程造价相对较低。
[0070]本发明适用于采用预切槽法施工大断面黄土隧道的工程，本发明可最大限度利用预切槽法形成的预衬砌和稳定的掌子面的保护，有效降低对围岩的扰动和减少地层的应力释放及有效控制地表沉降，从而降低施工风险、提高施工安全性和加快施工进度。为以后的同类工程开辟了一条新路。
[0071 ]具体实施实施例:
[0072]如图1、2和3所示，在预切槽法施工大断面黄土隧道的过程中，主要控制项目和内容如下:
[0073]掌子面I的稳定控制措施:
[0074]预切槽法施工的最大优势是预先切槽灌注的混凝土衬砌兼具超前支护、施工支护和永久支护的功能，可以实现大断面开挖。但由于黄土地层在含水率较高或砂质含量较高时可能会出现掌子面无法自稳的情况，因此在这种情况下，应先采用玻纤锚杆对掌子面进行加固，然后再进行全断面开挖。
[0075]切槽3的稳定性:
[0076]切槽的分块和每一环的长度与黄土地层直接相关。黄土地层较密实、含水率适当时，切槽分块应尽量减少，且每环切槽长度可加长，以降低预衬砌的接缝和提高预支护的整体性。但当黄土地层含水率较高且黄土中砂质含量较高时，切槽分块应增加，且严格控制每环切槽的长度，以避免因切槽过长、混凝土喷填不及时而造成的塌槽，同时可利用暂时未切槽段来阻止围岩变形。且要求两环预衬砌的搭接长度应根据实际黄土地层情况调整，但不应小于0.5m ο
[0077]预衬砌的强度:
[0078]切槽内填充的C30混凝土具备一定强度后才可以进行下一步工序。为确保施工中的预衬砌强度，要求初凝时间:10-15min;早期强度:8_10h达到10?15MPa左右，24h达到20MPa，28 天达到 30MPa。
[0079]两环预衬砌间喇叭口三角带6的稳定性:
[0080]由于预切槽法在切槽灌注时沿隧道纵向上有一定的角度，在两环预衬砌间会形成一个喇叭口状的三角带，综合考虑地层情况和二衬施工便利等，应在该三角带内设置C25素喷混凝土或网喷混凝土 (厚度大于20cm时)找平层，并视地层情况必要时在该段内设置3榀型钢钢架，以确保预衬砌的结构安全。
[0081 ] 5)预衬砌的整体稳定性和沉降控制措施:
[0082]隧道在全断面开挖过程中，可能会出现预衬砌的整体下沉，从而导致地表沉降过大的情况，因此为控制预衬砌的整体下沉，应在预衬砌的边墙和墙脚设置锁脚锚杆。
[0083 ] 6)全断面开挖过程中的安全性和高效性:
[0084]在掌子面稳定和预衬砌的保护下，应能实现安全高效地进行工作面的全断面挖掘、渣土装运、仰拱、防排水、二次衬砌等施工作业。以有效地减少因掌子面开挖而产生的围岩变形与地表沉降，及提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。
[0085]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披露的技术范围内，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书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，包括步骤: A、采用玻璃纤维并注浆对掌子面加固； B、采用预切槽设备沿隧道设计断面进行分区切槽； C、在切槽内立即灌注混凝土，形成隧道拱墙部分的整体预衬砌，并进行两环预衬砌搭接； D、对紧邻掌子面的上一环预衬砌喇叭口进行架立三角带内的钢架和喷射混凝土； E、在预衬砌的保护下，采用挖掘机对隧道进行全断面开挖，根据地层情况确定预留变形量，并施做墙脚锁脚锚杆； F、开挖仰拱，施做仰拱钢架和喷射混凝土； G、依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墙二衬混凝土。2.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤A中，掌子面加固采用Φ 32玻璃纤维，并需根据黄土地层的围岩级别和含水率因素综合确定。3.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤B中，切槽应采用分区间隔切槽灌注混凝土的方式，以避免因切槽过长、混凝土喷填不及时而造成的塌槽，同时利用暂时未切槽段来阻止围岩变形，根据黄土地层稳定情况分5?7块。4.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤C中，切槽内填充C30混凝土要求初凝时间:10-15min;早期强度:8-10h达到10?15MPa左右，24h达到20MPa，28天达到30MPa，两环预衬砌的搭接长度根据实际黄土地层情况调整，但不应小于0.5m ο5.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤D中，两环预衬砌间的喇叭口部分应设置C25素喷混凝土或网喷混凝土找平层，对地层较差地段可设置3榀型钢钢架，以确保结构的稳定。6.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤E中，边墙和墙脚应设置锁脚锚杆，以防止预衬砌的整体下沉和地表沉降量过大。7.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤F中，距离掌子面一定距离后进行仰拱开挖、仰拱钢架架设和喷混凝土，仰拱开挖距掌子面的距离不大于30m。8.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，所述步骤G中，在掌子面稳定和预衬砌的保护下，应能实现安全高效地进行工作面的全断面挖掘、渣土装运、仰拱、防排水、二次衬砌施工作业，以有效地减少因掌子面开挖而产生的围岩变形与地表沉降，及提高施工效率、加快施工进度、保证施工质量。9.根据权利要求1至8任一项所述的一种大断面黄土隧道预切槽法施工方法，其特征在于，在整个施工过程中，具体控制: 掌子面的稳定控制措施； 切槽的稳定性和预衬砌的强度； 两环预衬砌间喇叭口三角带的稳定性； 预衬砌的整体稳定性和沉降控制措施； 全断面开挖过程中的安全性和高效性。
【文档编号】E21D11/10GK105840203SQ201610166138
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】刘培硕, 杨国柱, 罗章波, 路美丽, 苏新民, 谢勇涛, 刘彦文, 杨其新, 朱永全, 郭庆昊, 丁祥, 于清浩
【申请人】中铁第五勘察设计院集团有限公司, 西南交通大学, 石家庄铁道大学