一种岩溶隧道穿越深厚砂砾土层施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种岩溶隧道穿越深厚砂砾土层施工方法。


背景技术：

2.现有隧道在穿越软弱土层时常采用cd法、crd法或双侧壁导坑法进行施工。
3.然而，当隧道需要穿越深厚砂砾土层时，由于此时为纯土层地段，土质条件差，因此采用常规的施工方法在施工过程中易产生变形、初期支护不稳定的问题，难以保证施工顺利进行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种岩溶隧道穿越深厚砂砾土层施工方法，其用于解决采用现有施工方法在穿越深厚砂砾土层时易产生变形、初期支护不稳定的技术问题。
5.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
6.一种岩溶隧道穿越深厚砂砾土层施工方法，采用三台阶预留核心土临时仰拱法开挖隧道，包括以下步骤：
7.a.开挖
①
号上台阶，开挖高度为5.6m，预留核心土；对
①
号上台阶施作上导第一层初期支护；
8.b.左右分幅开挖
②
号中台阶，开挖高度为4.4m，预留核心土；对
②
号中台阶施作中导第一层初期支护；
9.c.在
②
号中台阶底部施作第一临时仰拱，以使所述上导第一层初期支护以及所述中导第一层初期支护封闭成环；
10.d.分别施作
①
号上台阶的上导第二层初期支护，以及
②
号中台阶的中导第二层初期支护；
11.e.左右分幅开挖
③
号下台阶，开挖高度为4.2m；对
③
号下台阶施作下导第一层初期支护；
12.f.在
③
号下台阶底部施作第二临时仰拱，以使所述下导第一层初期支护封闭成环；
13.g.施作
③
号下台阶的下导第二层初期支护。
14.可选的，所述上导第一层初期支护、所述上导第二层初期支护、所述中导第一层初期支护、所述中导第二层初期支护、所述下导第一层初期支护以及所述下导第二层初期支护均包括施作于拱脚处的锁脚锚管，所述锁脚锚管的水平夹角为60
°
。
15.可选的，在开挖所述隧道前，沿所述隧道的掘进方向对所述隧道的拱部施作超前支护；
16.其中，所述隧道洞口段的超前支护采用φ108的超前大管棚以及φ42的超前小导管，并注浆加固；所述隧道其余段的超前支护采用φ76的超前中管棚以及φ42的超前小导
管，并注浆加固。
17.进一步的，所述超前大管棚环向间距为40cm，外插角为1-3
°
；所述超前大管棚采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力为2mpa；所述纯水泥浆的水灰比0.5:1～0.8:1。
18.进一步的，所述超前中管棚环向间距为40cm，外插角为10-15
°
，搭接长度不小于3m；所述超前中管棚采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力为2mpa；所述纯水泥浆的水灰比0.5:1～0.8:1。
19.进一步的，所述超前小导管环向间距为40cm，纵向间距为1.2m，外插角为3-5
°
；所述超前小导管采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力为0.5-1mpa；所述纯水泥浆的水灰比0.5:1～0.8:1。
20.可选的，在步骤b中，所述中导第一层初期支护施作完成后，在
②
号中台阶侧壁施作中导径向锚管；
21.所述中导径向锚管沿径向打入所述隧道的土层内，并注浆加固。
22.可选的，在步骤e中，所述下导第一层初期支护施作完后后，在
③
号下台阶侧壁施作下导径向锚管；
23.所述下导径向锚管沿径向打入所述隧道的土层内，并注浆加固。
24.可选的，在步骤b中，
②
号中台阶左右分幅交错开挖，纵向间距为1.9m，并与
①
号上台阶保持不低于3m的台阶长度。
25.可选的，在步骤e中，
③
号下台阶左右分幅交错开挖，纵向间距为1.9m，并与
②
号中台阶保持不低于4.7m的台阶长度。
26.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
27.本发明提供的施工方法，在开挖过程中通过适当增大开挖高度，一方面能够增大边墙支护与围岩粘结和咬合面积，以提升支护的竖向抗力；另一方面，通过增大矢跨比，能够提高支护的受力效果，以充分发挥支护效力。同时，通过采用双层初期支护的施工手段，能够进一步提高初期支护的支护效力以及初期支护结构的稳定性，保证施工进程安全可靠的进行。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本发明实施例提供的
①
号上台阶开挖并施作上导第一层初期支护的施工工序示意图；
30.图2为本发明实施例提供的
②
号中台阶开挖并施作中导第一层初期支护的施工工序示意图；
31.图3为本发明实施例提供的第一临时仰拱施工工序示意图；
32.图4为本发明实施例提供的上导第二层初期支护以及下导第二层初期支护的施工工序示意图；
33.图5为本发明实施例提供的
③
号下台阶开挖并施作下导第一层初期支护的施工工
序示意图；
34.图6为本发明实施例提供的下导第二层初期支护的施工工序示意图。
35.图标：1-超前小导管，2-超前中管棚，3-上导第一层钢架，4-上导第一层锁脚锚管，5-中导第一层钢架，6-中导第一层锁脚锚管，7-中导径向锚管，8-第一临时仰拱，9-上导第二层钢架，10-上导第二层锁脚锚管，11-中导第二层钢架，12-中导第二层锁脚锚管，13-下导第一层钢架，14-下导第一层锁脚锚管，15-下导径向锚管，16-第二临时仰拱，17-下导第二层钢架，18-第二层锁脚锚管。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.实施例
40.本实施例提供了一种岩溶隧道穿越深厚砂砾土层施工方法，以在深厚砂砾土层进行隧道施工时提高施工质量，保证施工过程的可靠性。
41.首先，在施工前应根据实际情况探测地质情况以判断是否需要施作超前支护。若需要施作超前支护，则应在超前支护施作完成后再开挖隧道洞身。
42.当需要施作超前支护时，可以沿隧道的掘进方向对隧道的拱部施作超前支护。需要说明的是，为了提高超前支护的可靠性，从而为后续隧道开挖提供更加有效的支撑。在实际施作超前支护时，针对隧道洞口段以及隧道其余段的超前支护所采用的措施不同。
43.针对隧道洞口段的超前支护可以采用φ108的超前大管棚(图中未示出)以及φ42的超前小导管1，并注浆加固。其中，超前大管棚单根长度为35m，每环50根，环向间距为40cm，外插角为1-3
°
。待超前大管棚打入土层内后，还应采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力控制在2mpa，且纯水泥浆的水灰比0.5:1～0.8:1。超前小导管1的单根长度为4.5m，环向间距为40cm，纵向间距为1.2m，每循环50根，外插角为3-5
°
。待超前小导管1打入土层内后，同样采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力控制在0.5-1mpa，且纯水泥浆的水灰比0.5:1～0.8:1。
44.请参照图1，针对隧道其余段的超前支护可采用φ76的超前中管棚2以及φ42的超前小导管1，并注浆加固。其中超前中管棚2单根长度为9m，每环50根，环向间距40m，外插角为10-15
°
，且搭接长度不小于3m。待超前中管棚2打入土层内后，还应采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力控制在2mpa，且纯水泥浆的水灰比0.5:1～0.8:1。而对于超前小导管1的参数及施作方式与上述施作于隧道洞口段的超前支护的超前小导管1相同，在此不做过多赘述。
45.通过上述在开挖隧道前施作超前支护，并适当增大超前大管棚、超前中管棚2以及
超前小导管1的注浆压力，能够加强超前支护的支护效力，从而为后续隧道开挖提供更加有效的支撑，保证施工质量的同时提高施工过程中安全性。
46.待超前支护施作完成后，开始开挖隧道。其中，隧道采用三台阶预留核心土临时仰拱法开挖，具体包括以下步骤：
47.继续参照图1，开挖
①
号上台阶，开挖高度为5.6m，并预留核心土。其中，预留核心土的高度为4.4m，最小厚度为1.2m。在开挖
①
号上台阶时，每循环开挖进尺不大于1.2m，并对掌子面喷混凝土以临时封闭。待
①
号上台阶开挖完成后，及时对
①
号上台阶施作上导第一层初期支护。
48.上导第一层初期支护的施作步骤为：先初喷混凝土，随后铺设钢筋网、架立上导第一层钢架3，并在拱脚处施作上导第一层锁脚锚管4，随后复喷混凝土至设计厚度。其中，上导第一层锁脚锚管4的水平夹角α为60
°
，以通过锁脚锚管提供更大的竖向支撑力。
49.请参照图2，待
①
号上台阶开挖完成并施作了上导第一层初期支护后，左右分幅开挖
②
号中台阶，开挖高度为4.4m，预留核心土。其中，2-1号中台阶和2-2号中台阶交错开挖，交错开挖时纵向间距为1.9m，且与
①
号上台阶保持不低于3m的台阶长度，每循环开挖进尺为1.2m，并对掌子面喷混凝土以临时封闭。待
②
号中台阶开挖完成后，及时对
②
号中台阶施作中导第一层初期支护。
50.中导第一层初期支护的施作步骤为：先初喷混凝土，随后铺设钢筋网、架立中导第一层钢架5，并在拱脚处施作中导第一层锁脚锚管6，随后复喷混凝土至设计厚度。其中，中导第一层钢架5与上导第一层钢架3连接形成整体；同时，中导第一层锁脚锚管6的水平夹角α为60
°
，以通过锁脚锚管提供更大的竖向支撑力。
51.继续参照图2，待中导第一层初期支护施作完成后，还应及时在
②
号中台阶侧壁施作中导径向锚管7，以进一步加固地层，提高支护效果。其中，中导径向锚管7采用φ42的钢花管，中导径向锚管7沿径向打入隧道的土层内，并注浆加固。
52.随后，请参照图3，在
②
号中台阶底部施作第一临时仰拱8，以使上导第一层初期支护以及中导第一层初期支护封闭成环，以便于为后续施工提供有力支撑。
53.请参照图4，待上导第一层初期支护以及中导第一层初期支护封闭成环后，分别施作
①
号上台阶的上导第二层初期支护，以及
②
号中台阶的中导第二层初期支护。
54.上导第二层初期支护的结构包括钢筋网、上导第二层钢架9以及上导第二层锁脚锚管10等。上导第二层初期支护的施作过程与上导第一层初期支护的施作过程相同，且上导第二层初期支护中的上导第二层锁脚锚管10的水平夹角α同样为60
°
。同时，中导第二层初期支护的结构包括钢筋网、中导第二层钢架11以及中导第二层锁脚锚管12等。其中，中导第二层初期支护的施作过程与中导第一层初期支护的施作过程相同，且中导第二层钢架11与上导第二层钢架9连接形成整体；同时，中导第二层初期支护中的中导第二层锁脚锚管12的水平夹角α同样为60
°
，以通过锁脚锚管提供更大的竖向支撑力。
55.请参照图5，待上导第二层初期支护以及中导第二层初期支护施作完成后再开挖
③
号下台阶。
③
号下台阶同样采用左右分幅的方式开挖，开挖高度为4.2m。其中，3-1号中台阶和3-2号中台阶交错开挖，交错开挖时纵向间距为1.9m，且与
②
号中台阶保持不低于4.7m的台阶长度。待
③
号下台阶开挖完成后，及时对
③
号下台阶施作下导第一层初期支护。
56.下导第一层初期支护的施作步骤为：初喷混凝土，随后铺设钢筋网、架立下导第一
层钢架13以及底板钢架，并在拱脚处施作下导第一层锁脚锚管14，随后复喷混凝土至设计厚度同时喷射底板混凝土。其中，下导第一层钢架13与中导第一层钢架5连接形成整体；同时，下导第一层锁脚锚管14的水平夹角α为60
°
，以通过锁脚锚管提供更大的竖向支撑力。
57.继续参照图5，待下导第一层初期支护施作完成后，还应及时在
③
号下台阶侧壁施作下导径向锚管15，以进一步加固地层，提高支护效果。其中，下导径向锚管15采用φ42的钢花管，下导径向锚管15沿径向打入隧道的土层内，并注浆加固。
58.随后，继续参照图5，在
③
号下台阶底部施作第二临时仰拱16，以使下导第一层初期支护封闭成环，以便于为后续施工提供有力支撑。
59.请参照图6，待下导第一层初期支护封闭成环后，施作
③
号下台阶的下导第二层初期支护。
60.下导第二层初期支护的结构包括钢筋网、下导第二层钢架17以及下导第二层锁脚锚管18等。其中下导第二层初期支护的施作过程与下导第一层初期支护的施作过程大致相同，区别在于不用在架立底板钢架以及喷射底板混凝土。同时，下导第二层钢架17与中导第二层钢架11连接形成整体，且下导第二层锁脚锚管18的水平夹角α同样为60
°
，以通过锁脚锚管提供更大的竖向支撑力。
61.最后，再拆除
②
号中台阶底部设置的第一临时仰拱8，以进入下一施工循环。
62.综上，本发明提供的施工方法，在开挖过程中通过适当增大
①
号上台阶以及
②
号中台阶的开挖高度，一方面能够增大边墙支护与围岩粘结和咬合面积，以提升支护的竖向抗力；另一方面，通过增大矢跨比，能够提高支护的受力效果，以充分发挥支护效力。同时，通过采用双层初期支护的施工手段，能够进一步提高初期支护的支护效力以及初期支护结构的稳定性，保证施工进程安全可靠的进行。
63.其次，本发明通过适当增大施作于拱脚处的锁脚锚管的水平夹角，以利用锁脚锚管提供更大的竖向支撑力，从而能够有效减小隧道拱部沉降约10cm，提高施工质量，降低施工过程中潜在的安全风险。
64.此外，值得说明的是，采用本发明提供的施工方法在实际施工过程中，初期支护的成环速度更快，且支护结构可靠性以及稳定性得到较大的提升，因此在一定程度上能够提高施工效率。实际测试下，单月开挖进度可达40.8m/月，相较于双侧壁导坑法预计单月开挖进度15m/月而言，施工效率有较大的提升，加快了施工进度，缩减了施工周期。
65.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。