专利名称：一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法
技术领域：
本发明涉及隧道沉降控制领域，特别是涉及一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法。
背景技术：
我国从60年代起就开始修建大跨铁路隧道，尤其是近10年来修建的几座大跨隧道，其开挖跨度已达20m以上。这些大跨隧道的修建，促进了我国大跨隧道施工技术的发展。国外一些发达国家也修建了许多大跨隧道工程，并且把大跨度隧道的修建技术作为重点技术攻关项目研究，尤其是日本与欧美等国家正在修建新的高速公路网，已开始规模性地修建大跨度三车道公路隧道，开挖跨度已达21m，如1998年通车的德国最大的高速公路隧道恩戈贝山隧道，开挖断面达到^5m2。我国已经在黄土中建成了多条隧道，包括铁路隧道、公路隧道、引水隧道等，我国均有一定的经验。但是与岩体相比，黄土土体强度低，变形大，自承能力小，工程性质差，受水的影响十分强烈，一旦被水浸泡，达到饱和状态，其强度会明显降低，工程性质发生很大变化。因此，施工的难易程度主要取决于土体的性质和地下水的分布，在黄土中修建隧道的施工难度，远远大于修建同类型的岩石隧道，在施工中可能遇到很多问题。现有的的研究和工程实践都是针对一般跨度的单双线黄土隧道(开挖面积在 50 IOOm2)开展的，在隧道围岩压力分布规律、支护的力学特征上取得了一些成果和经验。 但是，对大跨度黄土隧道(开挖面积大于IOOm2)的施工方法、围岩压力的分布、演变及支护的力学、变形特征等，国内外实践记录较少、研究深度有限，致使工程设计往往是借用一般跨度隧道的经验进行，带有很大的盲目性。在沉降控制研究方面，主要集中在城市地铁的沉降控制技术研究，通过模型试验得出不同的预加固强度、开挖进尺，对隧道的地表沉降、围岩压力、洞周位移都有很大影响。中铁隧道局在暗挖隧道下穿密集建筑物、地下管线、既有地铁线等施工时，采用动态跟踪注浆技术控制邻近建筑物沉降，为在城市复杂的环境下浅埋暗挖法施工保护周边环境开发出一个有效方法。中铁十六局采取超前小导管注浆、强化初期支护、在初期支护后背注浆回填等控制地表沉降的技术措施。崔学东等人根据施工过程中的实测数据，对武英高速公路凤凰关隧道出口地表的沉降特性进行了研究，分析了该隧道地表沉降随隧道开挖进展逐步增加以及变形分布的规律。从以上国内外研究现状可知，对于隧道地表沉降的研究多侧重于规律分析及总结，研究对象以城市地铁隧道为主，研究方法以模型试验、数值模拟及现场监测为主，而对于大断面黄土隧道则很少有研究，同时，以往研究多针对个别项目，因此未能提出一套完整有效的大断面隧道地表沉降的控制措施。
发明内容
本发明提供了一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，以解决现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法混乱的问题。为了解决上述问题，本发明公开了一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，包括确定沉降控制标准，并制定沉降管理值；采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱；采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法；采用设置拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管和大拱脚。优选的，所述确定沉降控制标准，并制定沉降管理值包括下穿段设定50mm的控制沉降基准。优选的，所述采用设置双层大管棚的超前支护方法包括所述的双层大管棚布设于边墙最大跨度处以上的拱部。优选的，所述采用设置小导管的超前支护方法包括所述的小导管在侧壁处布设于上半断面临时支护处。优选的，所述采用设置小导管的超前支护方法包括大管棚高于设计开挖轮廓外 0. 3m以上时，所述的小导管布设于掌子面拱部边缘。优选的，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括所述的缩脚锚杆设置在初期支护和临时支护的拱脚处，以及设置在初期支护的墙角处。优选的，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括所述的大拱脚设置在初期支护的拱脚处。与现有技术相比，本发明包括以下优点本发明采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱，与同类需要控制隧道地表沉降的方法相比，本方法有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，从而有效地控制地表沉降，并且使施工工序得到了简化，效率得到了提高，本方法还在拱脚加固时增设大拱脚、钢牛腿和钢板垫板。 可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉，有效地控制隧道的沉降。而且，本发明在综合分析国内外规范及工程类比的基础上，结合具体浅埋大断面黄土隧道的施工情况，确定沉降控制标准，并制定沉将控制值，更加适合在具体实践中应用，有很强的实用性。并且，本发明在有效的控制地表沉降的基础上，减少了相应的翻修公路路面和重新施作公路边坡防护工程的工作，从而减少了相应的工程费用，降低了工程造价。
图1是本发明浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法实施例的流程图；图2是本发明优选实施例中的围岩应力示意图；图3是本发明优选实施例中的初期支护应力示意图；图4是本发明优选实施例中的施工工序图5是本发明优选实施例中的超前支护与初期支护设置图；图6是本发明优选实施例中的拱脚支护细部图；图7是本发明优选实施例中的墙脚支护细部图；图8是本发明优选实施例中的临时支护细部图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。针对现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法混乱的问题，本发明创造性地提出了一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，是针对现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法的改进，使得施工工序更加简化，对地表沉降的控制效果更加显著。下面结合本发明的实施例，具体阐述本发明所使用的方法。参照图1，给出了本发明浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法实施例的流程图，包括以下步骤步骤101，确定沉降控制标准，制定沉降管理值。根据工程的具体实际情况综合分析，确定沉降控制标准，在下穿段设定50mm的控制沉降基准，并制定沉降管理值，设定沉降达最大沉降的50%为警戒值，当施工中沉降达到警戒值时，应当注意控制沉降，进一步采取相应的优化措施，因而可以在施工中更好的控制沉降。步骤102，隧道采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱。侧导洞分四步开挖，减少每步的开挖面积，并预留核心土、减小上中台阶长度，这样能有效的控制掌子面的稳定，减小施工对地表的影响。中间导洞在开挖上台阶时预留核心土，以及中下台阶同时开挖。这样能有效的控制掌子面的稳定，并快速的封闭仰供，减小地表的沉降。步骤103，采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法。设置双层大管棚，可以加大管棚刚度，减小管棚间距，扩大管棚范围，掌子面拱部边缘加设超前小导管支护加固土体，防止掌子面拱部坍方，步骤104，采用拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管、大拱脚。由于钢架整体沉降较大，因此必须加强钢拱架的锁脚处理，设置锁脚锚管，并且， 侧导洞上台阶施做大拱脚后，在下台阶及中部土体开挖时将发挥支撑拱部结构的重要作用，可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉。综上所述，首先，本发明采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱。与同类需要控制隧道地表沉降的方法相比，本方法有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，从而有效地控制地表沉降。而且本发明所提出的方法，与同类需要控制地表沉降的隧道所使用的方法相比，有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，可以快速的封闭断面，减少开挖面暴露的时间，减少地应力的释放，从而减小地表沉降，使得施工工序得到了简化，效率得到了提高。 并且，本方法还在拱脚加固时增设大拱脚、钢牛腿和钢板垫板。大拱脚在下台阶及中部土体开挖时发挥了支撑拱部结构的重要作用，可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉，有效地控制隧道的沉降。其次，本发明在综合分析国内外规范及工程类比的基础上，结合具体浅埋大断面黄土隧道的施工情况，确定沉降控制标准，并制定沉将控制值，更加适合在具体实践中应用，有很强的实用性。再次，本发明在有效的控制地表沉降的基础上，减少了相应的翻修公路路面和重新施作公路边坡防护工程的工作，从而减少了相应的工程费用，降低了工程造价。下面给出了本发明的一种优选实施例。选取某段隧道为试验段，下面进行具体阐述。首先，选取隧道试验段，进行大断面黄土隧道沉降影响因素研究；本实施例所述隧道里程为DK298+440 DI^99+210，全长770m，为双线大跨浅埋黄土隧道。隧道在DD98+780 DD99+050以15°的小角度下穿某高速公路，下穿段长度达 270m。下穿段分两部分DK298+850 DK299+010段，长160m，从公路正下方穿过，此段的埋深仅有IOm左右；DK298+780 +850、DK299+010 050两段从公路路堑边坡下方穿过，共计 110m，埋深为10 2鈿。地层从上到下分别为<1_3>砂质黄土、<2_1>砂质黄土、<2_2>砂质黄土、<2-3>砂质黄土。选取试验段支护参数1)初期支护采用12 型钢钢架、挂网喷混凝土，钢架间距为0. Sm。在边墙采用φ22药包锚杆加强支护，药包锚杆长細，间距1. Om, 梅花形布置。2)超前支护采用壁厚8mm的φ159单层大管棚，管棚的间距为40cm，在拱顶 110°范围施作，长度为70m。掌子面采用φ25纤维锚杆，长12m，间距l.aii，梅花形布置。试验段的现场测试项目分为隧道洞内和隧道洞外两部分，测量试验的内容包括有以下的几个方面。隧道内(1)试验段DD98+760-DK298+800的拱顶沉降与水平收敛； (2)试验段DD98+780断面支护应力、应变，周围土体压力、二衬钢筋应力；(3)试验段 DK298+775-DK298+785范围拱顶管棚应力、应变。隧道外(1)试验段DK298+760-DK298+800 纵向40m，横向10 15m范围地表沉降；(2)试验段DK298+780断面土体分层沉降；(3)试验段DK298+780断面土体水平位移；(4)试验段DK298+780断面隧道拱顶沉降。1、给出本实施例所述试验段拱顶沉降及地表沉降规律；结合现场施工步序及监测量控结果，得到表1。各开挖步产生的沉降及比例表1
权利要求
1.一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括 确定沉降控制标准，并制定沉降管理值；采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱；采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法；采用设置拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管和大拱脚。
2.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的确定沉降控制标准，并制定沉降管理值包括在下穿段设定50mm的控制沉降基准。
3.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的采用设置双层大管棚的超前支护方法包括所述的双层大管棚布设于边墙最大跨度处以上的拱部。
4.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的采用设置小导管的超前支护方法包括所述的小导管在侧壁处布设于上半断面临时支护处。
5.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的采用设置小导管的超前支护方法包括大管棚高于设计开挖轮廓外0. 3m以上时，所述的小导管布设于掌子面拱部边缘。
6.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括所述的缩脚锚杆设置在初期支护和临时支护的拱脚处，以及设置在初期支护的墙角处。
7.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括所述的大拱脚设置在初期支护的拱脚处。
全文摘要
本发明提供了一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，以解决现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法混乱的问题。所述的方法为，确定沉降控制标准，并制定沉降管理值；采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱；采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法；采用设置拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管和大拱脚。与同类需要控制隧道地表沉降的方法相比，本方法有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，从而有效地控制地表沉降，并且使施工工序得到了简化，效率得到了提高。
文档编号E21D21/00GK102345460SQ20111016739
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者李健, 谭忠盛 申请人:北京交通大学