一种富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，所述工艺包括如下步骤：在洞外用工字钢和环向钢筋布置导向拱混凝土结构；用管棚钻机进行管棚施工；在管棚之间增设小导管超前支护施工；采用洞室台阶法开挖引水洞，其施工方法采取上、下台阶、分区开挖方案；在引水洞的底板下挖出集水坑；从引水洞底部布置两根超前引排水管；从引水洞的两侧边墙按5～10度角斜向外进行引排水管的布置。通过洞外超前降水技术和洞内超前引排水技术研究分析，洞内多角度超前的引排水效果较好，很好的控制了掌子面范围水和流砂的压力，两侧墙范围的侧压力无明显挤压已经支护墙体的现象。
【专利说明】—种富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及水电站工程引水隧洞工程，特别是富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的洞挖工程。
【背景技术】
[0002]富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的洞挖工程，目前在中国国水电工程中尚未有先例，虽在交通工程有针对黄土夹砂地层、破碎破碎岩层采用超前大管棚(40m长)进行施工的先例，但与富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的工程地层条件不同。《新疆水利》(2006年第4期)中刊文《北疆某砂砾石隧洞施工技术浅议》和《水利建设与管理.2010年第I期》中刊文《新疆某砂砾石隧洞的开挖支护技术方案》，专门对砂卵石地段进行洞挖施工进行说明，但地下水位在底板面以下，且含沙量低，与富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的地质条件有鲜明差别。
[0003]针对砂卵石地层，中国有顶管法、盾构法施工的，但对于顶管施工方法，中国直径多在3.0m以下，国际上最大顶管直径为4.64m(内径4.0m)，在上海白龙湾城市污水工程中采用，显然针对该隧洞7.2*7.2m断面按目前的顶管技术并不适用。
[0004]盾构法因经济问题在富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的工程也不可能采用，另外目前的盾构尺寸为6.6m圆形洞段施工，富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的工程为衬砌后尺寸为6.6m的城门形结构。
[0005]现有砂卵石洞挖施工技术中主要在无水状态下，且具有一定胶结的砂卵石层中；另外顶管技术的洞径均限制在5m以内(目前最大4.64m，内径4.0m)。因此，富含地下水、松散砂卵石、粘聚力为零的引水洞施工方法将成为本领域技术人员有待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，解决在富含地下水、渗透系数较大、含沙量大且以粉细砂为主、砂卵石层无粘聚力即粘聚力为零地质条件下的洞室开挖技术，确保洞顶上部有居民的安全和住房稳定，同时顺利完成本工程项目施工工艺。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明采用的的技术方案是:提供一种富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述施工工艺包括如下步骤:
[0008]步骤I ;在洞外用工字钢和环向钢筋布置1.5m宽、50cm厚的导向拱混凝土结构；
[0009]步骤2 ;用管棚钻机按环向间距40cm进行管棚施工；
[0010]步骤3 ;在管棚的洞内施工段内，管棚之间增设小导管超前支护；
[0011]步骤4:采用洞室台阶法开挖引水洞，其施工方法采取上、下台阶、分区开挖方案；
[0012]步骤5:上台阶开挖步骤包括:超前管棚施工、顶拱的小导管超前支护、上台阶左侧开挖、左侧支立钢拱架、左侧挂钢筋网、左侧喷混凝土、预留排水孔；右侧开挖、右侧支立钢拱架、右侧挂钢筋网、右侧喷射混凝土、预留排水孔，在上台阶的左侧开挖与上台阶右侧开挖之间预留核心土；
[0013]步骤6:下台阶开挖步骤包括:两侧围护桩施工、左侧壁开挖、左侧壁支立钢拱架、左侧壁挂钢筋网、左侧壁喷射混凝土、预留排水孔；右侧壁开挖、右侧壁支立钢拱架、右侧壁挂钢筋网、右侧壁喷射混凝土预留排水孔；
[0014]步骤7:在引水洞的底板下挖出长3m、深lm、宽Im的集水坑；
[0015]步骤8:从引水洞底部布置两根80mm超前引排水管，以15?30度角从引水洞的底板向顶拱方向布置，管长20m ;从引水洞的两侧边墙按5?10度角倾斜向外布置两根引排水管，两根所述引排水管的直径为50mm、长度为10?15m、间距为1.5m。
[0016]其中优选的技术方案是,所述管棚长度20m,管棚采用外径Φ 108mm,壁厚6mm的热轧无缝钢管加工，每节长4?6m，采用螺纹连接，管棚外插角I?3度，沿管壁布设有4排Φ 1mm对称溢浆孔，排水孔口 1cm范围内用牛皮纸或150g/m2的土工布包裹，防止孔口堵塞，排水孔呈梅花形。
[0017]优选的技术方案还有，所述小导管超前支护施工步骤设置在每茬管棚相接的5m范围内。
[0018]优选的技术方案还有，所述小导管管径Φ48.ι、壁厚3.5mm，环向间距30cm、长度3m，所述小导管布置在钢拱架内，相互搭接lm。
[0019]优选的技术方案还有，所述引排水管全部做成花管，管道段及排水孔口均利用土工布包裹。
[0020]优选的技术方案还有，所述每根管棚末端一节未布设排水孔，前端加工成椎形尖端并封闭，管棚加工成现有的TSS形式。
[0021]优选的技术方案还有，所述两座管棚之间搭接长度3m。
[0022]优选的技术方案还有，所述管棚注浆加固范围为上断面开挖施工轮廓线内、外各
1.6m，浆液扩散半径2m，合计30孔，所述孔兼做效果检查孔。
[0023]优选的技术方案还有，所述注浆材料采用普通水泥-水波双液浆。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是:所述富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺经过30m、25m、20m长管棚施工试验和实践，采用20m长、直径108mm的管棚，注浆效果好，洞周外围形成的棚架质量高。
【具体实施方式】
[0025]本发明是一种富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，包括如下步骤:
[0026]步骤I ;在洞外用工字钢和环向钢筋布置1.5m宽、50cm厚的导向拱混凝土结构；
[0027]步骤2 ;用管棚钻机按环向间距40cm进行管棚施工；
[0028]步骤3 ;在洞内施工段内，管棚之间增设小导管超前支护；
[0029]步骤4:采用洞室台阶法开挖引水洞，按照上、下台阶、分区开挖的施工方案；
[0030]步骤5:上台阶开挖步骤包括:超前管棚施工、顶拱的小导管超前支护、上台阶左侧开挖、左侧支立钢拱架、左侧挂钢筋网、左侧喷混凝土、预留排水孔；右侧开挖、右侧支立钢拱架、右侧挂钢筋网、右侧喷射混凝土、预留排水孔，在上台阶左侧开挖与上台阶右侧开挖之间预留核心土；
[0031]步骤6:下台阶开挖步骤包括:两侧围护桩施工、左侧壁开挖、左侧壁支立钢拱架、左侧壁挂钢筋网、左侧壁喷射混凝土、预留排水孔；右侧壁开挖、右侧壁支立钢拱架、右侧壁挂钢筋网、右侧壁喷射混凝土预留排水孔；
[0032]步骤7:在引水洞的底板下挖出长3m、深lm、宽Im的集水坑；
[0033]步骤8:从引水洞底部布置两根80mm超前引排水管，从引水洞的两侧边墙按5?10度角倾斜向外布置两根引排水管，两根所述引排水管的直径为50mm、长度为10?15m、间距为1.5mο
[0034]本发明优选的实施方案是,所述管棚长度20m,管棚采用外径Φ 108mm,壁厚6mm热轧无缝钢管加工，每节长4?6m，采用螺纹连接，管棚外插角I?3度，沿管壁布设有4排Φ 1mm对称溢衆孔,排水孔口 1cm范围内用牛皮纸或150g/m2的土工布包裹，防止排水孔口堵塞，排水孔呈梅花形。
[0035]本发明优选的实施方案还有，所述小导管超前支护施工步骤设置在每茬管棚相接的5m范围内。
[0036]本发明优选的实施方案还有，所述小导管管径048臟、壁厚3.5111111、环向间距30cm、长度3m，导管布置在钢拱架内，相互搭接lm。
[0037]在本发明中优选的实施方案还有，所述引排水管全部做成花管，管道段及排水孔口均利用土工布包裹。
[0038]在本发明中优选的实施方案还有，所述每根管棚末端一节未布设排水孔，前端加工成椎形尖端并封闭，管棚加工成现有的TSS形式。
[0039]在本发明中优选的实施方案还有，所述两座管棚之间搭接长度3m。
[0040]在本发明中优选的实施方案还有，所述管棚注浆加固范围为上断面开挖施工轮廓线内外各1.6m，浆液扩散半径2m，合计30孔，所述孔兼做效果检查孔。
[0041]在本发明中优选的实施方案还有，所述注浆材料采用普通水泥-水波双液浆。
[0042]本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述施工工艺包括如下步骤: 步骤I ;在洞外用工字钢和环向钢筋布置1.5m宽、50cm厚的导向拱混凝土结构； 步骤2 ;用管棚钻机按环向间距40cm进行管棚施工； 步骤3 ;在洞内施工段内，管棚之间增设小导管超前支护； 步骤4:采用洞室台阶法开挖引水洞，其施工方法采取上、下台阶、分区开挖方案； 步骤5:上台阶开挖步骤包括:超前管棚施工、顶拱的小导管超前支护、上台阶左侧开挖、左侧支立钢拱架、左侧挂钢筋网、左侧喷混凝土、预留排水孔；右侧开挖、右侧支立钢拱架、右侧挂钢筋网、右侧喷射混凝土、预留排水孔，在上台阶左侧开挖与上台阶右侧开挖之间预留核心土； 步骤6:下台阶开挖步骤包括:两侧围护桩施工、左侧壁开挖、左侧壁支立钢拱架、左侧壁挂钢筋网、左侧壁喷射混凝土、预留排水孔；右侧壁开挖、右侧壁支立钢拱架、右侧壁挂钢筋网、右侧壁喷射混凝土预留排水孔； 步骤7:在引水洞的底板下挖出长3m、深lm、宽Im的集水坑； 步骤8:从引水洞底部布置两根80mm超前引排水管，从引水洞的两侧边墙按5?10度角倾斜向外布置两根引排水管，两根所述引排水管的直径为50mm、长度为10?15m、间距为1.5m。
2.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述管棚长度20m,管棚采用外径Φ 108mm、壁厚6mm热轧无缝钢管加工,每节长4?6m,采用螺纹连接，管棚外插角I?3度，沿管壁布设有4排Φ 1mm对称溢浆孔，排水孔口 1cm范围内用牛皮纸或150g/m2的土工布包裹,排水孔呈梅花形。
3.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述小导管超前支护设置在每座管棚相接的5m范围内。
4.如权利要求3所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述小导管管径为i>48mm、壁厚为3.5mm、环向间距为30cm、长度为3m,小导管布置在钢拱架内相互搭接lm。
5.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述引排水管全部做成花管，管道段及排水孔口均利用土工布包裹。
6.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述每根管棚末端一节未布设排水孔，前端加工成椎形尖端并封闭，棚加工成TSS形式。
7.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述两座管棚之间搭接长度为3m。
8.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述管棚注浆加固范围为上断面开挖施工轮廓线内、外各1.6m,浆液扩散半径2m，设置30个孔，所述孔兼做效果检查孔。
9.如权利要求1所述的富含地下水及松散砂卵石引水洞施工工艺，其特征在于，所述注浆材料采用普通水泥-水波双液浆。
【文档编号】E21F16/02GK104153783SQ201410410582
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】陈雪湘, 丁新强, 倪洪涛, 曹小杰 申请人:中国水利水电第十一工程局有限公司