一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法，涉及建筑施工领域，可以安全、快捷地完成了富水隧道的洞内降水，确保工程质量和施工安全。所述方法包括：根据来水方向确定下侧导坑位置；放线，进行下侧导坑双排小导管超前支护；下侧导坑掌子面深孔设置排水孔排水；下侧导坑上部开挖及支护；下部开挖及支护；设置开挖段洞内排水管；然后在下侧导坑进行剩余断面的辐射井孔施工，排水；地下水集中，泵送洞外。
【专利说明】一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法。
【背景技术】
[0002]在降雨集中的我国西部及“范古丝绸路”沿线的中亚国家，受地表剥蚀及外地质营力而形成的坡积体的土岩带(面)中和强、全风化带内富水，土体饱和，该富水饱和带土岩体强度低，在施工扰动等影响下，易沿该面发生剪切滑移导致既有坡积体的整体失稳。目前大断面隧道穿越软弱地层随带普遍采用的CD法、CRD法和眼镜法等工法均是将隧道掌子面上下分层及竖向分块，化大断面为步步封闭的小断面，可保证掌子面和隧道顶、帮的稳定性；但对饱水的土、岩结合面施工无法保证饱和土体沿饱水基岩面的滑塌；同时，采用分层、分块的小块开挖，反复施工扰动将引起围岩应力的多次重分布，特别是对扰动敏感的触变性土，反复施工扰动将使得土体强度降低甚或“呈流动”状态，不利于隧道结构和掌子面的稳定。而且这类工法工序复杂、施工速度慢、造价高。为之，在合理降水前提下，采用大断面开挖安全、可行，效率高。但对于埋深大的隧道，施工中如采取洞外降水，临时征地难度大，周期长，且容易引起不必要的纠纷；同时洞外降水施工周期长，效率低，降水成本高；且由于土岩结合面的不整合接触，洞外降水无法疏干局部存在的界面水，施工中易因该界面水的存在导致出现局部流塌，引起隧道支护结构失稳。
【发明内容】
[0003]本发明的实施例提供一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法，可以安全、快捷地完成了富水隧道的施工，确保工程质量和施工安全。
[0004]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0005]一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006]S1、超前地质预报，确定下侧导坑位置；
[0007]S2、施做所述下侧导坑掌子面的深孔排水孔；
[0008]S3、下侧导坑放线，进行双排小导管超前支护；
[0009]S4、下侧导坑上部开挖，上部支护；
[0010]S5、下侧导坑下部开挖，下部支护；
[0011]S6、进行底部混凝土铺底，设置开挖段洞内排水管；然后在下侧导坑进行剩余断面的辐射井施工，排水；
[0012]S7、地下水集中，泵送洞外；
[0013]S8、若隧道整体开挖轮廓未进入基岩3m，则进行步骤S1-S7，进行下一个下侧导坑的施工；
[0014]S9、直至隧道整体开挖轮廓进入基岩3m后，停止下侧导坑掌子面开挖，管网喷射混凝土封闭掌子面。
[0015]可选的，在所述富水隧道下侧来水侧设置低位的下侧导坑，所述下侧导坑导坑内掌子面采用深孔排水孔超前排泄地下水；在下侧导坑内通过设置深孔的大坡度辐射井完成剩余大断面的地下水的下泄和降排，实现富水隧道穿越不整合接触带地下水的洞内快速疏干；其中，所述辐射井采用的导管采用外径Φ89_，壁厚5_的热轧无缝钢管制成，所述导管上钻设孔径20mm，孔间距25cm的排水孔，所述排水孔呈对口形布置；所述钢管前端做成20cm长尖维状；
[0016]所述排水管在下侧导坑支护面上，其管间距中至中为150cm，纵向安装间距150cm ;外插角为15°?45°交错布置。
[0017]上述技术方案提供的方法，通过“下导坑超前降水泄压，短台阶大断面快速通过确保安全，优质完成”的原则，采用“下侧导坑排水增稳”的短台阶法施工，成功穿越富水隧道，安全、快速完成了隧道该段的施工，确保了工程质量和施工安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的一种穿越富水隧道的施工方法的流程示意图；
[0019]图2为本发明实施例提供的一种“下侧导坑排水增稳短台阶”施工横断面工艺图示；
[0020]图3为本发明实施例提供的一种“下侧导坑排水增稳短台阶”施工纵断面工艺图示；
[0021]图4为本发明实施例提供的一种下侧导坑辐射井图示。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了一种穿越富水隧道的施工方法，所述方法适用于公路、铁路等大断面(断面大于50m2)地下工程穿越V级、VI等饱水软弱围岩、及下穿土体和基岩的接触带等的施工。如图1所示，所述方法包括以下步骤:
[0023]S1、超前地质预报，确定下侧导坑位置。
[0024]施工中通过地质预报结合施工揭示情况以及来水方向，综合确定穿越饱水土岩结合面的产状，确定隧道掌子面开挖先进入岩石侧，即确定下导坑施工位置。
[0025]大断面隧道穿越富水土层和基岩饱水带中采用接近基岩侧隧道下导坑先行施工。本发明实施例中在所述富水隧道下侧来水侧设置低位的下侧导坑。
[0026]S2、施做所述下侧导坑掌子面的深孔排水孔。
[0027]在所述富水隧道下侧来水侧设置低位的排水导坑，导坑内掌子面采用深孔排水孔超前排泄地下水。掌子面为隧道开挖面。
[0028]S3、下侧导坑放线，进行双排小导管超前支护。
[0029]单侧导坑形状应近似椭圆形，侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜；小侧现行导坑分上下两台阶；下侧导坑超前双层小导管沿开挖轮廓布满上台阶。
[0030]所述小导管采用外径Φ 42mm,壁厚5mm,长4.0m的热轧无缝钢管制成,钻设注衆孔(孔径10mm，孔间距15cm)，所述注浆孔呈对口形布置。为便于钢管插入围岩内，钢管前端做成1cm长尖锥状,尾部预留长10cm不钻孔的止楽；段,并焊接Φ 6mm加劲箍。
[0031]导管环向间距中至中为30cm，纵向安装间距4.0m ;前后两环纵向水平搭接长度不小于150cm。外插角为5°?20°交错布置(不包括线路纵坡)。小导管注浆采用水泥砂浆。水泥砂浆水灰比:0.5: 1.0 (重量比)；注浆压力:0.5?1.0Mpa0
[0032]小导管应在开挖轮廓线上按上述设计位置及角度打入，孔位误差不得大于10cm，方向角允许偏差2°，孔口距允许偏差±50mm，孔深允许偏差O?+50mm。
[0033]小导管安设采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大3?5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。小导管以穿过土岩结合面进入基岩1.5m为宜。
[0034]小导管安装后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。
[0035]隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙。
[0036]注浆前应进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆(每次3?5根)。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管，跑浆，漏浆。并作好注浆记录，以便分析注浆效果。注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时(0.5?1.0MPa)可结束注浆。注浆顺序从拱部开始由上而下压注，先压无水孔，再注有水孔，如遇串浆或跑浆，可间隔一孔或几孔进行压注。
[0037]开挖过程中要随时观察注浆效果，分析量测数据，发现问题后及时处理。
[0038]S4、下侧导坑上部开挖，上部支护。
[0039]S5、下侧导坑下部开挖，下部支护。
[0040]S4和S5步骤即为下侧导坑的二台阶开挖步骤:侧壁导坑采用环形开挖预留核心土短台阶法开挖，上下台阶长度以3m为宜；单侧导坑开挖后应及时进行初期支护及临时支护，并尽早封闭成环；侧壁导坑与另一侧台阶上半部、台阶下部错开一定距离平行作业；台阶施工距单侧导坑距离以满足单侧导坑辐射井完成台阶土体自由水疏干为原则；同时满足单侧导坑与台阶的施工不发生相互干扰；单侧台阶法施工中，上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。这里所述的上台阶即为下侧导坑上部，下台阶即为下侧导坑下部。可参考图2和图3，图2和图3分别为“下侧导坑排水增稳短台阶”施工的横断面工艺图示和纵断面工艺图示。图2中所示的42超前注浆小导管就是步骤S3中所述的小导管，图2中所示的上侧导坑位于所述下侧导坑的斜上方，其具体工艺为本领域人员清楚了解，在此不再赘述。
[0041]初支背后注浆。在下侧超前导坑铺底完成后及时对初支背后进行注浆。
[0042]S6、进行底部混凝土铺底，设置开挖段洞内排水管；然后在下侧导坑进行剩余断面的辐射井施工，排水。
[0043]在下侧导坑内通过设置深孔的大坡度辐射井完成剩余大断面的地下水的下泄和降排，实现富水隧道穿越不整合接触带地下水的洞内快速疏干；可参考图4，所述图4为本发明实施例提供的一种下侧导坑辐射井图示。
[0044]所述排水管在下侧导坑支护面上，其管间距中至中为150cm，纵向安装间距150cm ;外插角为15°?45°交错布置。
[0045]在下侧导坑内通过设置深孔的大坡度辐射井完成剩余大断面的地下水的下泄和降排，实现富水隧道穿越不整合接触带地下水的洞内快速疏干；其中，所述辐射井采用的导管采用外径Φ 89mm,壁厚5mm的热轧无缝钢管制成,所述导管上钻设孔径20mm,孔间距25cm的排水孔，所述排水孔呈对口形布置；所述钢管前端做成20cm长尖锥状。
[0046]在进行辐射井孔施工时，需要进行以下步骤:
[0047]I)测量放线:根据设计测量放线，定出水平辐射井位置，并做好标记。
[0048]2)福射井孔定位:福射井孔的标闻位直应参照疏水设计方案提供的福射井孔孔位置图，结合实际地层情况、含水层实际标高确定。根据岩土层位置按测量标记施放辐射井孔孔位和确定钻孔延伸方向，正常情况下井位偏差< 30mm，若遇特殊情况需调整井位或方向时，应及时通知技术人员在现场调整。
[0049]3)钻机就位:将钻机置于单侧导坑上台阶上，调整好辐射井孔位置和钻孔延伸方向后，利用下侧超前导坑支护壁将钻机固定。
[0050]4)辐射井孔长度:辐射井孔距离隧道结构顶2米以上时，辐射井孔长度按设计长度施工，若地层条件不能满足，辐射井孔孔位于隧道结构顶以下时，辐射井孔长度要适当减少，到隧道外轮廓为止。
[0051]5)套管钻进:通过双壁钻杆利用高压水冲钻进将孔内渣土从钻杆内排出，钻进过程中根据出渣量的情况控制水压力和钻进速度，尤其是在卵砾石地层中，避免管内残留过多的岩屑。
[0052]6)放入滤水管:钻进到设计深度后停钻，利用高压水力正循环方式将套管内的残渣清理干净，然后将滤水管缓缓推进，滤水管接口部位要连接平整牢固，避免刮蹭套管，滤水管出口段要安装节门。
[0053]7)起拔套管:起拔套管前需下入一根顶杆将套管内滤水管顶住，然后逐段拔出套管。拔套管期间要防止将滤水管带出。
[0054]S7、地下水集中，泵送洞外；
[0055]S8、若隧道整体开挖轮廓未进入基岩3m，则进行步骤S1-S7，进行下一个下侧导坑的施工；
[0056]S9、直至隧道整体开挖轮廓进入基岩3m后，停止下侧导坑掌子面开挖，管网喷射混凝土封闭掌子面。
[0057]本发明实施例提供的施工方法与现有的施工方法相比，采用底部靠近基岩侧下导坑现行施工，洞内疏干降水方法，以乔尔马扎克隧道进口为例，隧道穿越富水土岩结合面上侧断面掌子面开挖干燥，达到无水作业，降水效果非常理想。同CRD工法和⑶工法相比，本发明提供的施工方法简单、功效高。隧道新颖的施工工艺将促进地下工程施工技术进步，社会效益和经济效益明显。
[0058]另外，本发明实施例提供的施工方法技术、工艺简单，无需大型特种设备，配套设备和附属设施等的投入较少。施工灵活，能适应不同跨度和多种断面形式，而且对不同结构断面转化，衔接都较容易。有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度。可根据降水情况和土岩结合面的产状，合理控制侧壁掌子面与后续开挖的步距，以及仰拱混凝土施工、二次衬砌之间的距离，在确保安全前提下达到快速施工。本发明实施例提供的施工方法工序较少，相互干扰相对减少，便于施工组织的管理。工程造价相对较低。
[0059]以上所述，仅为本发明的【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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种穿越富水不整合接触带隧道的洞内降排水施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、超前地质预报，确定下侧导坑位置； 52、施做所述下侧导坑掌子面的深孔排水孔； 53、下侧导坑放线，进行双排小导管超前支护； 54、下侧导坑上部开挖，上部支护； 55、下侧导坑下部开挖，下部支护； 56、进行底部混凝土铺底，设置开挖段洞内排水管；然后在下侧导坑进行剩余断面的辐射井施工，排水； 57、地下水集中，泵送洞外； 58、若隧道整体开挖轮廓未进入基岩3m，则进行步骤S1-S7，进行下一个下侧导坑的施工； 59、直至隧道整体开挖轮廓进入基岩3m后，停止下侧导坑掌子面开挖，管网喷射混凝土封闭掌子面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在所述富水隧道下侧来水侧设置低位的下侧导坑，所述下侧导坑导坑内掌子面采用深孔排水孔超前排泄地下水；在下侧导坑内通过设置深孔的大坡度辐射井完成剩余大断面的地下水的下泄和降排，实现富水隧道穿越不整合接触带地下水的洞内快速疏干；其中，所述辐射井采用的导管采用外径Φ 89mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管制成，所述导管上钻设孔径20mm，孔间距25cm的排水孔，所述排水孔呈对口形布置；所述钢管前端做成20cm长尖锥状； 所述排水管在下侧导坑支护面上，其管间距中至中为150cm，纵向安装间距150cm;夕卜插角为15°?45°交错布置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述来水一侧的隧道下侧部位设置下侧导坑，所述下侧导坑内施工采用超前掌子面的深孔真空降水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在隧道下侧导坑内进行其余隧道断面的土岩不整合接触面内地下水的大坡度重力疏干。
【文档编号】E21D11/38GK104234726SQ201410432257
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】刘靖伯, 宋战平, 栾桂涛, 田珣, 陈平, 牛泽林, 张丹峰, 刘可 申请人:中国路桥工程有限责任公司