浅埋大跨软塑粘土隧道留核心土微二台阶施工方法与流程

本发明涉及隧道施工领域，具体是涉及一种浅埋大跨软塑粘土隧道留核心土微二台阶施工方法。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，公路交通流量的增长速度越来越快，国内修建的浅埋大跨土质隧道越来越多，因而所遇到的水文地质情况也越来越复杂，有时还会遇到穿越高含水量粘性土隧道。对于高含水量粘性土隧道，ⅴ、ⅵ级围岩段采用单侧壁导坑法(cd法)、双侧壁导坑法、交叉中隔壁法(crd法)、三台阶七步开挖法等方法可以有效地控制隧道变形收敛和地表下沉，但其具有施工工序复杂、对围岩扰动次数多、施工速度慢、作业空间小、仰拱不能及时封闭、造价高等缺点。因此在高含水量粘性土隧道ⅴ、ⅵ级围岩段如何采取恰当的施工方法，安全、经济、快速地完成隧道的开挖与支护，将成为隧道界亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种浅埋大跨软塑粘土隧道留核心土微二台阶施工方法，本方法能保证施工安全，工程质量，且各步序施工相互干扰小，施工进度快。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种浅埋大跨软塑粘土隧道留核心土微二台阶施工方法，其特征在于：所述的方法步骤为：

第1步，上台阶拱部预留核心土开挖：利用上一循环架立的钢架施作隧道拱部ф50超前小导管，再人力配合挖掘机开挖上台阶拱部，然后施作上台阶拱部的初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，钢架底部设置槽钢托梁，架立型钢钢架，并设锁脚锚管，铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度；

第2步，下台阶左侧开挖：滞后上台阶拱部3～5m，挖掘机开挖下台阶左侧，随后人工持风镐整修表面，施作下台阶左侧初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置槽钢托梁，架立型钢钢架，并设锁脚锚管，铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度；

第3步，下台阶右侧开挖：滞后下台阶左侧1～2m，挖掘机开挖下台阶右侧，随后人工持风镐整修表面，施作下台阶右侧的初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，钢架底部设置槽钢托梁，架立型钢钢架，并设锁脚锚管，铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度；

第4步，核心土开挖：滞后下台阶右侧3～5m，挖掘机开挖核心土；

第5步，仰拱开挖：滞后核心土开挖3m，挖掘机开挖仰拱，随后人工持风镐整修表面，施作仰拱初期支护，使初期支护成环，然后利用仰拱栈桥灌筑仰拱与边墙基础。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)施作隧道拱部超前小导管预支护,有效控制了隧道掌子面前方的先行位移，保证了施工安全。

(2)上、下台阶预留核心土开挖，有效控制了掌子面挤出位移，施工安全性好。

(3)施工作业空间大，可采用大型机械施工，多工作面交叉平行作业，工作效率高，有效缩短了施工工期。

(4)能适应不同跨度和多种断面形式，不需拆除临时支护，初期支护断面圆顺，无应力集中点，安全性强。

(5)仰拱初期支护及时封闭成环，仰拱衬砌混凝土超前施作，确保了施工安全。

(6)仰拱初期支护和仰拱混凝土全幅施作，确保了防排水系统、仰拱保温层和混凝土的施工质量，减少了隧道运营病害。

(7)无需投入特种设备，投入小，操作性强，易推广。

附图说明：

图1为留核心土微二台阶法施工正面二维图；

图2为留核心土微二台阶法施工三维透视图；

图3为留核心土微二台阶法施工工艺图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

浅埋大跨软塑粘土隧道留核心土微二台阶施工方法是以弧形导坑开挖预留核心土为基本模式，分上台阶拱部、左侧下台阶、右侧下台阶、核心土、仰拱五个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的隧道施工方法(参见图1和图3)。留核心土微二台阶法施工工序主要包含超前支护(超前小导管)、开挖、出渣、支护、变形监测、施作仰拱、仰拱填充等(参见图3)。

本发明方法步骤为(参见图1—图3)：

第1步，上台阶拱部预留核心土开挖：利用上一循环架立的钢架施作隧道拱部ф50超前小导管，再人力配合挖掘机开挖上台阶拱部①部，然后施作上台阶拱部①部初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，钢架底部设置槽钢托梁，架立型钢钢架，并设锁脚锚管，铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。

第2步，下台阶左侧开挖：滞后上台阶拱部①部3～5m，挖掘机开挖下台阶左侧，随后人工持风镐整修表面，施作下台阶左侧②部初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置槽钢托梁，架立型钢钢架，并设锁脚锚管，铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。

第3步，下台阶右侧开挖：滞后下台阶左侧②部1～2m，挖掘机开挖下台阶右侧③部，随后人工持风镐整修表面，施作③部初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，钢架底部设置槽钢托梁，架立型钢钢架，并设锁脚锚管，铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。

第4步，核心土开挖：滞后下台阶右侧③部3～5m，挖掘机开挖核心土④部。

第5步，仰拱开挖：滞后核心土④部开挖3m，挖掘机开挖仰拱⑤部，随后人工持风镐整修表面，施作仰拱初期支护，使初期支护成环，然后利用仰拱栈桥灌筑仰拱与边墙基础。

2施工控制要点：

利用上一循环架立的钢架施作隧道超前小导管预支护。超前小导管外插脚、首尾搭接长度、间距应符合设计要求，小导管尾部必须置于钢架之上，共同构成支护系统。小导管超前支护的施工严格按照小导管施工工艺要求进行。

(2)开挖与支护

①上台阶拱部预留核心土开挖

开挖上台阶拱部①部时采用人工配合挖掘机开挖，在挖掘机开挖时沿轮廓线预留50cm土体，人工手持风镐进行修边，避免挖掘机破坏既有初支，防止挖掘机开挖对隧道周围土体产生过大的扰动，并可以控制超挖。开挖时根据围岩级别不同每次进尺为0.5～0.75m(即设计一榀拱架间距)。

②上台阶拱部初期支护

开挖后初喷3～4cm厚c25钢纤维混凝土对开挖面进行封闭，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳，然后在上台阶拱脚处设置槽钢托梁，架设型钢拱架，布设钢筋网，及时施作锁脚锚管。拱架与开挖轮廓之间的所有间隙用c25混凝土喷射充填密实，先喷拱架与轮廓之间空隙，再喷拱架，然后再喷拱架之间，直至喷到规定的厚度。

①下台阶交错开挖支护

在上台阶初期支护稳定的条件下，开始交错开挖②部和③部(错开距离1～2m)。左侧开挖②部和下台阶右侧③部左右错开开挖，开挖长度以能支立一榀拱架为准(根据不同围岩级别为0.5～0.75m)。边墙的型钢钢架应与拱部钢架上下对正，并用螺栓连接牢固。钢架架设完成后进行钢筋网、锁脚锚管和喷射混凝土施工。

④核心土开挖

根据现场机械施工要求，适时挖除核心土，但必须保证核心土的尺寸。

⑤仰拱开挖及支护

仰拱开挖采用全幅施工，上面铺设仰拱栈桥，开挖长度控制在每次3榀拱架。仰拱开挖后，立即初喷4～6cm喷射混凝土封闭围岩(如基底渗水严重，增加喷混凝土厚度)，然后安装仰拱拱架并喷射混凝土达到设计厚度，使初期支护成环。

3施工注意事项：

(1)开挖时严格控制施工步距和挖掘机开挖深度，保证掌子面平齐，防止出现悬空。

(2)上下台阶每循环进尺为一榀拱架间距，仰拱每次开挖支护3榀拱架长度，上台阶长度3～5m，掌子面距仰拱初期支护距离控制在12m以内，掌子面与仰拱钢筋混凝土及仰拱回填距离控制在15m以内，掌子面与二次衬砌间距控制在60m以内。

(3)钢拱架分段连接处经螺栓拼接后，骑缝处应进行焊接。

(4)钢拱架两榀之间用φ22钢筋连接，除一般情况下按图布设外，可视拱架的稳定情况加设交叉连接筋。

(5)拱脚处设置纵向u30a槽钢托梁，安装后可提高整体受力，槽钢安装时进行人工夯实和加垫块进行补强措施。

(6)所有焊缝都应焊接饱满，不得有虚焊、砂眼。

(7)钢拱架与开挖轮廓间所有间隙必须喷混凝土充填密实，先喷拱架与轮廓之间隙，再喷拱架周围，然后喷拱架之间。

(8)锁脚锚管在土质隧道的施工非常关键，必须按设计长度、数量和角度进行施工，同时锁脚锚管的施工应随型钢拱架的作业及时跟进。

(9)开挖轮廓要预留支撑沉落量及变形量，并利用量测反馈信息进行及时调整。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。