专利名称：隧道软弱围岩浅埋易坍塌区快速施工方法
技术领域：
本发明公开了一种隧道的施工方法，特别涉及针一种隧道软弱围岩浅埋易坍塌区快速施工方法。
背景技术：
隧道施工中，如遇到埋深浅，开挖断面上部围岩差，强风化，掌子面易溜塌及拱部以坍塌的施工条件，施工中如何快速及安全施工就尤为重要，如采用传统的管棚施工方案， 比如中国专利号为ZL 200810155272. 3所述的管棚施工方案。在隧道开挖中需要扩挖管棚工作室，施工进度较慢。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服已有技术的不足，提供一种施工速度快，可以很好控制隧道沉降的适合软弱围岩浅埋易坍塌区的隧道施工方法。本发明的技术方案是一种隧道软弱围岩浅埋易坍塌区快速施工方法，包括如下基本步骤对待挖隧道的掌子面前方围岩采集调查地质数据，进行超前地质预报，指导现场施工；对掌子面前方拱部范围内围岩进行超前小导管支护；进行分步开挖施工，并在每个分步开挖工序完成后，立即进行支护施工；以及在上述步骤中进行监控并设置安全装置，并根据监控量测情况及时进行衬砌施工。所述的分步开挖施工步骤为在“三台阶七步法”开挖方法的基础上延长中台阶施工长度到20 25m，开挖步骤如下
1)、先进行上台第I步工序施工并同时预留核心土，核心土宽度为隧道开挖宽度的 1/3 1/2，上台阶台阶施工长度控制为3. 5 5. Om ;然后进行中台第2或第3步工序施工， 开挖宽度控制在2 2. 5m,循环进尺不超过O. Sm，第2、第3步工序不同时施工，且相互间隔 2 3榀钢架；
2)、进行第4步中上台核心土开挖施工，中台阶长度预留20 25m,中上台出碴采用挖掘机配合运输车辆在中台进行，以减少机械扒碴倒运时间；
3)、进行下台第5或第6步工序施工，开挖宽度控制在3 3.5m,循环进尺不超过I. 2m, 第5、第6步工序不同时施工且相互间隔5 8榀钢架，下台阶距离仰拱长度控制为6 IOm ；
4)、进行第7步工序施工；
所述的支护施工为待分步开挖工序完成后，立即对开挖暴露围岩进行初喷混凝土支护；初喷完成后，及时进行网片、钢架和连接钢筋施工，最后喷混凝土到设计厚度并在拱部预留注浆孔；其步骤如下
I)支护施工顺序及参数
上台阶支护施工时，先架设I-I钢架，待完成喷混凝土施工后，再行施工1-2钢架；施工 1-2钢架时，拱部单元节钢架采用I20b工字钢和垫板支撑与核心土上；待下循环支护施工时，1-1、1-2钢架实行交错支护方式；在中、下台阶支护过程中，II、III、IV、V钢架根据分步开挖顺序不同相互错开进行支护；最后进行VI钢架支护施工；支护过程中，全环设置I20b 钢架，纵向间距40cm，钢筋网片采用Φ8、网孔间距15X15cm，拱墙部位喷混凝土厚度采用 28cm ；
2)加强初支，扩大拱脚
为防止拱脚下沉，使初支在环向及纵向形成整体受力结构，采用加密纵向连接钢筋、 增加拱脚喷混凝土厚度及锁脚锚杆的方式进行初支加强，中下台拱脚部位喷混凝土加厚至 50cm，下台锁脚锚杆施工数量采用4 8根；锁脚锚杆施工时外露端采用“L”型式与钢架翼板面紧密焊接在一起，施工角度视现场围岩情况具体确定；
本发明还包括有在完成初期支护后的一次注浆施工以及衬彻过程中的二次注浆施工的步骤，其中一次注浆施工为完成支护施工后，为使初期支护与围岩形成整体受力支撑体系，衬砌施工前通过拱部预留注浆孔对初支背后进行回填注浆施工，注浆孔设置两根，一根为注浆孔，另一根为溢浆孔，采用Φ 40mm钢管预留，长50cm，外露20cm，外露端用棉纱包裹防止堵塞，孔间距根据实际情况设置，注浆材料采用单液水泥浆，当注浆压力达到O. 5Mpa， 或溢浆孔有浆液流出时即停止注浆，注浆完成及时用水泥砂浆或锚固剂封堵管口 ；所述二次注浆施工为施工时在每轮衬砌端头拱部预留注浆孔以利于后序进行二次注浆施工；二次注浆施工可以减少衬砌施工后产生的空洞现象，利于特殊地段衬砌与初支共同作用承担围岩变形压力。本发明的有益效果是针对地质条件和进度要求，在超前地质预报的基础上，通过采取单层小导管超前支护、选择合适的施工方法、加强初期支护和扩大拱脚等手段，较好的控制了隧道沉降，顺利安全的管段内软弱浅埋易坍塌区隧道的施工，施工进度快，取得了较好的实施效果。
图I三台阶七步法的开挖方式示意图2钢架支护施工顺序示意图3初期支护加强施工示意其中1、钢架，2、锁脚锚杆，3、中台，4、下台。
具体实施例方式
本实施例为京包铁路八苏木隧道位于内蒙古高原大青山低中山区，隧道穿越印河与大黑河分水岭，全长8184m，为铁路双线隧道。隧道开挖断面为116 145m2，属特大断面隧道。 隧道整体地质围岩较差，设计IV、V级围岩占隧道施工总长33%，最大埋深130m。隧道有段施工埋深22. 5 29m，洞顶地表处于两山脊坡脚冲积区，施工揭示掌子面及洞身围岩为泥岩夹砾岩、强风化，局部有线状渗水，易坍塌。施工时上台拱部发生了不同程度的泥沙溜塌现象。针对上述情况和此段隧道围岩的特殊性，本实施例的施工步骤为
I、超前地质预报
根据掌子面围岩揭示的具体情况，决定采用以地质调查法(洞外地表地质调查、掌子面地质素描)、超前钻探法(30m长超前钻孔)和物探法(TSP)相结合的综合超前地质预报方法
5对掌子面前方围岩进行超前预报，指导现场施工。2、超前支护
采用Φ42小导管对掌子面前方拱部120°范围内围岩进行超前支护。小导管施工长度3.5m,外插角10° 15° ,环向间距40cm,纵向间距I. 6m。导管从支护工字钢架中间腹板处以钻孔方式穿过，导管外露端与支护钢架焊接成一体，注单液水泥浆。3、开挖施工
根据现场围岩岩性及施工机械配置情况，为充分发挥机械效能，缩短工序操作时间，决定在“三台阶七步法”开挖方法的基础上延长中台阶施工长度到20 25m。具体开挖方式及台阶长度如图I所示。图I中长度单位为CM。现场施工过程中，开挖步骤如下
I)、先进行上台第I步工序施工并同时预留核心土，核心土宽度为隧道开挖宽度的 1/3 1/2，上台阶台阶施工长度控制为3. 5 5. Om ;然后进行中台第2或第3步工序施工， 开挖宽度控制在2 2. 5m，循环进尺不超过O. Sm (2、3步工序不同时施工且相互间隔2 3棍!钢架)。2)、进行第4步中上台核心土开挖施工，中台阶长度预留20 25m，中上台出碴采用挖掘机配合运输车辆在中台进行，以减少机械扒碴倒运时间。3)、进行下台第5或第6步工序施工，开挖宽度控制在3 3. 5m，循环进尺不超过 I. 2m(5、6步工序不同时施工且相互间隔5 8榀钢架)。下台阶距离仰拱长度控制为6 IOm04 )、进行第7步工序施工。4、支护施工
待分步开挖工序完成后，立即对开挖暴露围岩进彳丁初嗔混凝土支护。初嗔完成后，及时进行网片、钢架和连接钢筋施工，最后喷混凝土到设计厚度并在拱部预留注浆孔。I)支护施工顺序及参数
如图2所示上台阶支护施工时，先架设I-I钢架，待完成喷混凝土施工后，再行施工1-2 钢架；施工1-2钢架时，拱部单元节钢架采用I20b工字钢和垫板支撑与核心土上；待下循环支护施工时，1-1、1-2钢架实行交错支护方式。在中、下台阶支护过程中，II、III、IV、V钢架根据分步开挖顺序不同相互错开进行支护。最后进行VI钢架支护施工。支护过程中，全环设置I20b钢架，纵向间距40cm，钢筋网片采用Φ8、网孔间距 15 X 15cm,拱墙部位喷混凝土厚度采用28cm。2)加强初支，扩大拱脚
为防止拱脚下沉，使初支在环向及纵向形成整体受力结构。如图3所示采用加密纵向连接钢筋(I)、增加拱脚喷混凝土厚度及锁脚锚杆(2)的方式进行初支加强，中台(3)、下台
(4)拱脚部位喷混凝土加厚至50cm，下台锁脚锚杆施工数量采用4 8根。锁脚锚杆施工时外露端采用“L”型式与钢架翼板面紧密焊接在一起，施工角度视现场围岩情况具体确定。 图3中长度单位为CM。5、注浆施工
完成初期支护后，为使初支与围岩形成整体受力支撑体系，衬砌施工前通过拱部预留注浆孔对初支背后进行回填注浆施工。注浆孔设置两根(一根为注浆孔，另一根为溢浆孔)，采用Φ40πιπι钢管预留，长50cm，外露20cm，外露端用棉纱包裹防止堵塞，孔间距根据实际情况设置。注浆材料采用单液水泥浆，当注浆压力达到O. 5Mpa，或溢浆孔有浆液流出时即停止注浆，注浆完成及时用水泥砂浆或锚固剂封堵管口。6、衬砌及二次注浆施工
根据监控量测情况及时进行衬砌施工，施工时在每轮衬砌端头拱部预留注浆孔以利于后序进行二次注衆施工。二次注浆施工目的减少衬砌施工后产生的“空洞”现象，利于特殊地段衬砌与初支共同作用承担围岩变形压力。施工质量控制要点
I、根据围岩性质认真做好超前支护、加固，注重对围岩注浆效果的检查。2、围岩分步开挖以机械开挖为主，中下台个别必需采用爆破的以松动爆破控制， 以减少对周边围岩的扰动，严格按要求控制开挖进尺。3、单个分步工序开挖完成后，要及时进行支护，以减少围岩暴露时间。4、施工过程中应注重对支护结构拱脚的加强处理，以利初支结构稳定。5、当下台滞后一侧距离仰拱混凝土长度具备下循环仰拱施工条件时，将仰拱便桥移至下台超前一侧放置，进行仰拱隧底支护及混凝土浇注施工，同时只进行上中台施工；仰拱混凝土浇注完成后，即进行下台滞后一侧开挖支护施工。6、为加强初支结构的纵向承载作用，二次衬砌须紧跟仰拱施做。7、及时精确进行围岩变形监控量测，根据量测净空变化及变形速率情况，及时调整支护参数及二衬施做时间，同时加大量测频率，实现信息化施工。安全保证措施
I、注重“超前预报、超前加固、超前支护”在软弱围岩施工中的应用，认真做到“工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌紧跟到位”，强化监控量测对施工的指导作用。2、充分认识水对软弱围岩的破坏作用，及时对围岩渗水及施工废水进行合理排放，杜绝对施工台阶墙脚形成浸泡。3、加强对参建员工的安全教育培训，对从事电器线路、爆破、高空作业、焊接、机动车驾驶等特殊工种的人员，必须经过专业培训合格，持证上岗。使用上述施工方法隧道日开挖进尺平均I. 2m,质量安全处于可控状态。通过采用这种方法施工，我们顺利通过了本段坍塌区和另外两处极易坍塌区，从而保证安全快速的通过了本段浅埋坍塌区施工。该方法便于现场操作控制，能充分发挥机械作业的效能，缩短工序作业时间，可安全、快速的通过浅埋易坍塌地质地段，有效降低了施工坍塌风险，确保了施工过程的安全，该施工方法开发应用前景较好。
权利要求
1. 一种隧道软弱围岩浅埋易坍塌区快速施工方法，包括如下基本步骤对待挖隧道的掌子面前方围岩采集调查地质数据，进行超前地质预报，指导现场施工；对掌子面前方拱部范围内围岩进行超前小导管支护；进行分步开挖施工，并在每个分步开挖工序完成后，立即进行支护施工；以及在上述步骤中进行监控并设置安全装置，并根据监控量测情况及时进行衬砌施工；其特征在于所述的分步开挖施工步骤为在“三台阶七步法”开挖方法的基础上延长中台阶施工长度到20 25m，开挖步骤如下所述的分步开挖施工步骤为在“三台阶七步法”开挖方法的基础上延长中台阶施工长度到20 25m，开挖步骤如下1)、先进行上台第I步工序施工并同时预留核心土，核心土宽度为隧道开挖宽度的 1/3 1/2，上台阶台阶施工长度控制为3. 5 5. Om ;然后进行中台第2或第3步工序施工， 开挖宽度控制在2 2. 5m,循环进尺不超过O. Sm，第2、第3步工序不同时施工，且相互间隔 2 3榀钢架；2)、进行第4步中上台核心土开挖施工，中台阶长度预留20 25m,中上台出碴采用挖掘机配合运输车辆在中台进行，以减少机械扒碴倒运时间；3)、进行下台第5或第6步工序施工，开挖宽度控制在3 3.5m,循环进尺不超过I. 2m, 第5、第6步工序不同时施工且相互间隔5 8榀钢架，下台阶距离仰拱长度控制为6 IOm ；4)、进行第7步工序施工；所述的支护施工为待分步开挖工序完成后，立即对开挖暴露围岩进行初喷混凝土支护；初喷完成后，及时进行网片、钢架和连接钢筋施工，最后喷混凝土到设计厚度并在拱部预留注浆孔；其步骤如下1)支护施工顺序及参数上台阶支护施工时，先架设I-I钢架，待完成喷混凝土施工后，再行施工1-2钢架；施工 1-2钢架时，拱部单元节钢架采用I20b工字钢和垫板支撑与核心土上；待下循环支护施工时，1-1、1-2钢架实行交错支护方式；在中、下台阶支护过程中，II、III、IV、V钢架根据分步开挖顺序不同相互错开进行支护；最后进行VI钢架支护施工；支护过程中，全环设置I20b 钢架，纵向间距40cm，钢筋网片采用Φ8、网孔间距15X15cm，拱墙部位喷混凝土厚度采用 28cm ；2)加强初支，扩大拱脚为防止拱脚下沉，使初支在环向及纵向形成整体受力结构，采用加密纵向连接钢筋、 增加拱脚喷混凝土厚度及锁脚锚杆的方式进行初支加强，中下台拱脚部位喷混凝土加厚至 50cm，下台锁脚锚杆施工数量采用4 8根；锁脚锚杆施工时外露端采用“L”型式与钢架翼板面紧密焊接在一起，施工角度视现场围岩情况具体确定；本发明还包括有在完成初期支护后的一次注浆施工以及衬彻过程中的二次注浆施工的步骤，其中一次注浆施工为完成支护施工后，为使初期支护与围岩形成整体受力支撑体系，衬砌施工前通过拱部预留注浆孔对初支背后进行回填注浆施工，注浆孔设置两根，一根为注浆孔，另一根为溢浆孔，采用Φ 40mm钢管预留，长50cm，外露20cm，外露端用棉纱包裹防止堵塞，孔间距根据实际情况设置，注浆材料采用单液水泥浆，当注浆压力达到O. 5Mpa，或溢浆孔有浆液流出时即停止注浆，注浆完成及时用水泥砂浆或锚固剂封堵管口 ；所述二次注浆施工为施工时在每轮衬砌端头拱部预留注浆孔以利于后序进行二次注浆施工；二次注浆施工可以减少衬砌施工后产生的空洞现象，利于特殊地段衬砌与初支共同作用承担围岩变形压力。
全文摘要
本发明公开了一种铁路隧道的施工方法，特别涉及一种隧道软弱围岩浅埋易坍塌区的施工方法，该方法包括超前地质预报、超前小导管支护、开挖施工及支护施工、初支后的注浆施工、衬彻及二次注浆施工的步骤。该方法施工操作实用简单、施工进度快，安全系数高，能充分发挥机械作业的效能，缩短工序作业时间，有效降低了施工坍塌风险，确保了施工过程的安全。
文档编号E21D19/00GK102606162SQ20121002686
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者张恩生, 李波, 郑永胜 申请人:中铁四局集团第二工程有限公司