一种采用基坑支护的隧道进洞施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用基坑支护的隧道进洞施工方法，通过在隧道进洞处设置基坑支护结构以平衡山体侧向力、确保边仰坡稳定并降低边仰坡开挖高度，并在基坑支护结构内施作护拱、管棚和明洞结构后，采用混凝土回填明洞背后空隙以形成整体承载结构，然后隧道进洞施工。采用本发明基坑支护结构可保证隧道进洞施工安全，开挖方量小、植被破坏小，后期覆土绿化恢复容易；因此，本发明施工方法可在任何地层中实现微开挖安全进洞，特别能有效解决陡坡、斜交地形且稳定性差的不良地质或出现滑塌情况下的洞口安全进洞。
【专利说明】
一种采用基坑支护的隧道进洞施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种采用基坑支护的隧道进洞施工方 法。
【背景技术】
[0002] 公路隧道一般宜穿越稳定性较好的山体，隧道洞口也宜选择在地质较好、隧道走 向与地形正交的位置。但山区地形、地质条件复杂，隧道位置选择不可避免的要受前后公路 接线的总体线位、线形及沿线地形起伏、不良地质、各类建构筑物条件的影响。特别是隧道 的洞口位置，可能会出现隧道走向与山体斜交且山体为陡坡的不利地形，而隧道洞口选择 在稳定性差的大厚度土质围岩、顺层、断层破碎带岩体或崩坡积体、采空区等不良地质也不 能完全避免。处于这样陡坡偏压地形及不良地质条件的洞口，往往可能边仰坡高度大对山 体破坏严重，而且出现洞口滑坡或塌方可能性高，处理不好，不仅经济损失巨大，而且可能 造成人员伤亡。
[0003] 公路隧道对山体及环境的影响主要集中在洞口施工阶段。为了给暗洞进洞提供工 作面，通常需要切割山体，一方面难以避免破坏地表的植被，另一方面也容易打破山体边仰 坡原有的平衡状态，进而引发滑坡、塌方等工程事故。洞口出现滑坡或塌方后，若直接采用 清除松散体后再常规方法进洞，往往边仰坡刷方高度大，不仅对山体破坏大，而且施工和运 营期间存在较大的安全隐患。
[0004] 对上述不良地形、地质条件下的洞口进洞，以及洞口施工出现了较大的滑坡或坍 塌事故的处治，常规的前置式进洞方法、斜交护拱进洞法、耳墙式偏压明洞进洞法、拱部半 护拱进洞法、斜交半明半暗进洞法等进洞方法，难以保证隧道安全进洞及运营期间的安全。
【发明内容】
[0005] 基于上述，本发明提供了一种采用基坑支护的隧道进洞施工方法，可以极大提高 隧道进洞施工的安全性，最大限度的减少对原始山体的破坏。
[0006] -种采用基坑支护的隧道进洞施工方法，包括如下步骤：
[0007] 首先，在山体的进洞口前施作基坑支护结构，用以平衡山体，确保边仰坡稳定，减 少边仰坡开挖高度;待基坑支护结构养护达到设计强度后，在基坑内近暗洞位置进行局部 开挖并浇筑护拱，然后在护拱上施打管棚，以起到对山体软弱地层的超前加固及预支护作 用;进而从上到下挖除基坑内的土体，挖至坑底设计标高后，浇筑隧道的明洞底板结构即仰 拱;待明洞底板结构养护达到设计强度后，浇筑隧道的明洞拱墙结构并对其与基坑支护结 构之空隙进行回填，以形成平衡山体的共同支护结构；最后，进洞开挖施作隧道的暗洞结 构。
[0008] 所述的基坑支护结构由两侧排粧以及若干支撑组成，两侧排粧顶部通过冠梁连 接，基坑高度方向设置围檩，支撑两端与两侧冠梁或围檩连接。
[0009] 所述的基坑支护结构通过明洞底板结构即仰拱以及明洞拱墙结构与基坑支护结 构间的空隙回填，与明洞结构共同形成平衡山体的整体结构，避免山体滑坍及隧道结构破 坏。
[0010] 进一步地，所述挖除基坑内土体的过程，采用至上而下、纵向分段竖向分层、随挖 随撑的方式，开挖至冠梁下部支撑处施作围檩，并通过内支撑或外支撑连接两侧围檩；以形 成对两侧排粧的多道支撑，从而提高基坑支护结构的稳定性。
[0011] 为了使隧道的明洞底板结构能够起到支撑的作用，适当延长明洞底板结构使其能 顶住基坑支护结构的两侧排粧。
[0012] 所述排粧的形状、尺寸、间距、根数、插入深度和配筋根据地形条件、地质参数以及 边仰坡开挖控制高度等计算分析确定;排粧施工可采用人工挖孔粧法、有泥浆护壁钻孔灌 注粧法或全套管钻孔灌注法。
[0013] 所述的支撑选用内支撑或外支撑;所述的内支撑在基坑支护结构顶部采用钢筋混 凝土对撑或斜撑，其余则采用钢筋混凝土或型钢;所述的外支撑采用预应力锚索或锚杆。
[0014] 进一步地，待明洞底板结构养护达到设计强度后，先拆除明洞结构高度范围内的 内支撑，然后浇筑隧道的明洞拱墙结构并在其与基坑支护结构空隙回填混凝土，以起到代 替内支撑的作用。
[0015] 进一步地，所述的护拱为混凝土结构，其内预埋有型钢拱架和用于定位管棚的孔 口管。
[0016] 进一步地，对于特别破碎软弱的山体，可施打双层管棚；当管棚打设完成后向管棚 内分段注浆，以固结管棚周围有限范围内的土体。
[0017] 进一步地，本发明采用台阶法或分部开挖法进洞开挖，施作隧道的暗洞结构包括 初期支护及二次衬砌结构，同时在隧道明洞顶部回填耕植土，恢复洞顶绿化。
[0018] 本发明通过在隧道进洞处设置基坑支护结构，以基坑支护结构稳定原有边、仰坡 山体或出现滑塌后的山体，实现隧道进洞口山体平衡稳定，再在平衡稳定的基坑支护结构 内施作明洞结构及混凝土回填，最后隧道进洞施工，保证隧道施工和运营安全，挖方量小、 植被破坏小，后期覆土绿化恢复容易；因此，本发明方法施工工艺成熟、原材料简单、施工中 安全度高，而且能将植被破坏程度减到最小，环境保护效果好，可在任何地层中实现微开挖 安全进洞，特别能有效解决陡坡、斜交地形且稳定性差的不良地质或出现滑塌情况下的洞 口安全进洞。
【附图说明】
[0019] 图1为施作基坑支护结构后进洞口前的平面图。
[0020] 图2为图1沿A-A方向的剖面图。
[0021 ]图3为挖除外侧土体并施作护拱后的洞口立面图。
[0022]图4为图3沿A-A方向的剖面图。
[0023]图5为隧道进洞后的洞口立面图。
[0024] 图6为图5沿A-A方向的剖面图。
[0025] 其中：1_基坑支护结构(包括排粧），2_粧顶冠梁，3-护拱，4-管棚，5-隧道明洞拱墙 结构，6-隧道明洞底板结构，7-仰坡，8-边坡，9-侧墙与基坑支护结构间的回填料，10-墙前 基坑待挖除土体，11-墙顶内支撑，12-内/外支撑，13-围檩，14-地面线，15-地层分界线，16- 隧道暗洞结构。
【具体实施方式】
[0026] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案 进行详细说明。
[0027] 本发明采用基坑支护的隧道进洞施工方法，包括如下步骤：
[0028] (1)如图1和图2所示，对施工场地清表并形成基坑支护结构施工的平整工作面，然 后施工基坑支护结构1，并在粧顶浇筑钢筋混凝土冠梁2。上述基坑支护结构1的施工方法可 根据地质及地下水情况，采用人工挖孔粧、有泥浆护壁钻孔灌注粧和全套管钻孔灌注法等。 本实施方式采用人工挖孔粧排粧，具体施工方法如下：
[0029] ①定位放样。
[0030] ②开挖并施作第一节井圈护壁，井圈顶面应比场地高出150~200mm，壁厚比下面 井壁厚度增加100~150mm。
[0031]③从上到下逐节挖土并修筑井圈护壁，护壁的厚度、拉结钢筋、配筋、混凝土强度 均应符合设计要求。
[0032]④挖至设计标高后清理好护壁上的淤泥和孔底残渣、积水，隐藏工程验收合格后， 封底和浇注粧身混凝土。
[0033] 排粧的间距、直径、插入深度及粧配筋可以根据基于极限平衡法的边仰坡稳定性 分析来确定。由于基坑深度大，为平衡山体侧向压力，通常需要设置墙顶内支撑11、下层的 内/外支撑12,以及围檩13,以提高基坑支护的承载能力。墙顶内支撑11可采用钢筋混凝土 对撑或斜撑;为增加基坑支护结构的整体性及方便施工，内支撑12可采用间距6~8m的钢筋 混凝土对撑和斜撑，为了增加施工空间也可以采用锚索、锚杆等外支撑结构形式；围檩13可 采用钢筋混凝土或者型钢。
[0034] (2)如图3和图4所示，待基坑支护结构1、冠梁2、墙顶内支撑11养护到设计强度的 80%后，先在进洞侧的护拱位置开挖局部基坑，然后立模浇筑护拱3,再施打管棚4并采用水 泥浆或双液高压注浆。护拱3作为管棚4的支撑点，管棚4则起到对山体软弱地层的超前加固 及预支护作用，护拱3通常采用C25或C30钢筋混凝土，纵向长度可取lm~4m，高度可取1~ 1.5m，护拱内埋设工字钢拱架和用于定位管棚4的孔口管，孔口管内径要大于管棚外径，如 管棚采用cp l〇8X6mm钢管，孔口管采用cp 140_。在特别破碎、软弱的地层，可以采用 双层管棚。管棚4内通常需要注浆，以固结管棚4周围有限范围内的土体，浆液扩散半径不小 于0.5m，注浆采用分段注浆，通常采用水泥浆，水灰比可取0.8:1，必要时掺速凝剂，注浆压 力：初压0 ? 5~1 ? OMPa，终压2 ? OMPa。
[0035] 管棚注浆完成后，按照纵向分段、竖向逐层的原则开挖基坑内待挖除土体10至围 檩13的底标高下50cm，然后施作围檩13及内/外支撑12,围檩13及内/外支撑12可根据基坑 支护结构稳定要求施作多道。继续开挖基坑内待挖除土体10至明洞结构底设计标高后，浇 筑隧道明洞底板结构6(仰拱），为了使其起到支撑的作用，需要横向延长隧道仰拱使其能顶 住两侧基坑支护结构；
[0036] (3)如图5和图6所示，待隧道明洞底板结构6达到设计强度后，拆除隧道结构高度 内的内支撑12(如果是外支撑形式，则不需要拆除），然后浇筑隧道明洞拱墙结构5(包括外 防水层和排水管），再施作侧墙与基坑支护结构间的回填料9(C15~C20素混凝土)并至拱顶 lm范围，以起到代替内支撑的作用;接着，就可以按照传统工法进洞，如台阶法、分部开挖法 等，分部开挖法包括台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、CRD开挖等。然后施工 隧道暗洞结构16,包括初期支护、二次衬砌。最后，在明洞顶部回填耕植土，恢复洞顶绿化。
[0037]上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例， 本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种采用基坑支护的隧道进洞施工方法，其特征在于： 首先，在山体的进洞口前施作基坑支护结构，用以平衡山体，确保边仰坡稳定，减少边 仰坡开挖高度;待基坑支护结构养护达到设计强度后，在基坑内近暗洞位置进行局部开挖 并浇筑护拱，然后在护拱上施打管棚，以起到对山体软弱地层的超前加固及预支护作用;进 而从上到下挖除基坑内的土体，挖至坑底设计标高后，浇筑隧道的明洞底板结构即仰拱;待 明洞底板结构养护达到设计强度后，浇筑隧道的明洞拱墙结构并对其与基坑支护结构之空 隙进行回填，以形成平衡山体的共同支护结构;最后，进洞开挖施作隧道的暗洞结构。2. 根据权利要求1所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:所述的基坑支护结构由两侧 排粧以及若干支撑组成，两侧排粧顶部通过冠梁连接，基坑高度方向设置围檩，支撑两端与 两侧冠梁或围檩连接。3. 根据权利要求1所述的隧道进洞施工方法，其特征在于：所述挖除基坑内土体的过 程，采用至上而下、纵向分段竖向分层、随挖随撑的方式，开挖至冠梁下部支撑处施作围檩， 并通过内支撑或外支撑连接两侧围檩。4. 根据权利要求2所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:为了使隧道的明洞底板结构 能够起到支撑的作用，适当延长明洞底板结构使其能顶住基坑支护结构的两侧排粧。5. 根据权利要求2所述的隧道进洞施工方法，其特征在于：所述排粧的形状、尺寸、间 距、根数、插入深度和配筋根据地形条件、地质参数以及边仰坡开挖控制高度计算分析确 定;排粧施工采用人工挖孔粧法、有泥浆护壁钻孔灌注粧法或全套管钻孔灌注法。6. 根据权利要求2或3所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:所述的支撑选用内支撑 或外支撑;所述的内支撑在基坑支护结构顶部采用钢筋混凝土对撑或斜撑，其余则采用钢 筋混凝土或型钢;所述的外支撑采用预应力锚索或锚杆。7. 根据权利要求3所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:待明洞底板结构养护达到设 计强度后，先拆除明洞结构高度范围内的内支撑，然后浇筑隧道的明洞拱墙结构并在其与 基坑支护结构空隙回填混凝土，以起到代替内支撑的作用。8. 根据权利要求1所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:所述的护拱为混凝土结构， 其内预埋有型钢拱架和用于定位管棚的孔口管。9. 根据权利要求1所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:对于特别破碎软弱的山体， 可施打双层管棚；当管棚打设完成后向管棚内分段注浆，以固结管棚周围有限范围内的土 体。10. 根据权利要求1所述的隧道进洞施工方法，其特征在于:采用台阶法或分部开挖法 进洞开挖，施作隧道的暗洞结构包括初期支护及二次衬砌结构，同时在隧道明洞顶部回填 耕植土，恢复洞顶绿化。
【文档编号】E02D17/02GK105839643SQ201610349845
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】李伟平, 吴德兴, 赵长军, 李 浩, 丁海洋
【申请人】浙江省交通规划设计研究院