大斷面黃土隧道預切槽法施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，包括步驟：采用玻璃纖維并注漿對掌子面加固；采用預切槽設備沿隧道設計斷面進行分區切槽；在切槽內立即灌注混凝土，形成隧道拱墻部分的整體預襯砌，并進行兩環預襯砌搭接；對緊鄰掌子面的上一環預襯砌喇叭口進行架立三角帶內的鋼架和噴射混凝土；在預襯砌的保護下，采用挖掘機對隧道進行全斷面開挖，根據地層情況確定預留變形量，并施做墻腳鎖腳錨桿；開挖仰拱，施做仰拱鋼架和噴射混凝土依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墻二襯混凝土。不僅可以控制地表沉降、降低施工風險和塌方，更可以提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。
【專利說明】
大斷面黃土隧道預切槽法施工方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種地下工程技術，尤其涉及一種大斷面黃土隧道預切槽法施工方法。
【背景技術】
[0002]近百年來，我國在黃土地區修建了大量的鐵路干線、支線和專用線。在黃土隧道的建設過程中，通過我國隧道領域的前輩和廣大工程技術人員的不斷探索和總結，黃土隧道的建設技術隨著我國生產力水平的發展從開挖斷面、理論研究、施工方法、開挖方式、襯砌支護結構、施工組織等方面都有著不同程度的發展和進步。
[0003]目前大斷面黃土隧道施工多采用雙側壁導坑法、CRD法、CD法等。這些方法需要設置大量的臨時支護并進行分部開挖，使得工作面作業空間小，不利于機械化作業，工人勞動強度大，施工效率低；同時，施工作業工序多，施工速度緩慢，投入大但不經濟;在現場實施過程中多不愿大規模應用，導致建設管理存在較大的難度，部分段落即便施做也多做不到位，反而易出現變形較大甚至塌方冒頂等問題。因此黃土隧道的修建過程中仍存在隧道施工易出現塌方冒頂、施工風險極大，淺埋段地表沉降大、易開裂、對周邊環境影響大，淺埋段常用的施工方法施工效率低，施工進度慢，工程造價高等問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種大斷面黃土隧道預切槽法施工方法。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]本發明的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，包括步驟:
[0007]A、采用玻璃纖維并注漿對掌子面加固；
[0008]B、采用預切槽設備沿隧道設計斷面進行分區切槽；
[0009]C、在切槽內立即灌注混凝土，形成隧道拱墻部分的整體預襯砌，并進行兩環預襯砌搭接；
[0010]D、對緊鄰掌子面的上一環預襯砌喇叭口進行架立三角帶內的鋼架和噴射混凝土；
[0011]E、在預襯砌的保護下，采用挖掘機對隧道進行全斷面開挖，根據地層情況確定預留變形量，并施做墻腳鎖腳錨桿；
[0012]F、開挖仰拱，施做仰拱鋼架和噴射混凝土；
[0013]G、依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墻二襯混凝土。
[0014]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，不僅可以控制地表沉降、降低施工風險和塌方，更可以提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明實施例中的預切槽法施工橫斷面圖；
[0016]圖2是本發明實施例中的預切槽法施工縱斷面圖；
[0017]圖3是本發明實施例中的預切槽施工階段縱剖面圖；
[0018]圖標說明
[0019]1.掌子面加固；2.預切槽設備;3.分區切槽;4.分區灌注混凝土 ；
[0020]5.兩環預襯砌的搭接;6.三角帶內的鋼架和噴射混凝土;7.預留變形量;8.邊墻和墻腳鎖腳錨桿;9.仰拱鋼架和噴射混凝土 ； 10.仰拱模筑混凝土 ； 11.仰拱填充混凝土 ； 12.拱墻二襯混凝土。
【具體實施方式】
[0021 ]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0022]本發明的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其較佳的【具體實施方式】是:
[0023]包括步驟:
[0024]A、采用玻璃纖維并注漿對掌子面加固；
[0025]B、采用預切槽設備沿隧道設計斷面進行分區切槽；
[0026]C、在切槽內立即灌注混凝土，形成隧道拱墻部分的整體預襯砌，并進行兩環預襯砌搭接；
[0027]D、對緊鄰掌子面的上一環預襯砌喇叭口進行架立三角帶內的鋼架和噴射混凝土；
[0028]E、在預襯砌的保護下，采用挖掘機對隧道進行全斷面開挖，根據地層情況確定預留變形量，并施做墻腳鎖腳錨桿；
[0029]F、開挖仰拱，施做仰拱鋼架和噴射混凝土；
[0030]G、依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墻二襯混凝土。
[0031]所述步驟A中，掌子面加固采用Φ32玻璃纖維，并需根據黃土地層的圍巖級別和含水率因素綜合確定。
[0032]所述步驟B中，切槽應采用分區間隔切槽灌注混凝土的方式，以避免因切槽過長、混凝土噴填不及時而造成的塌槽，同時利用暫時未切槽段來阻止圍巖變形，根據黃土地層穩定情況分5?7塊。
[0033]所述步驟C中，切槽內填充C30混凝土要求初凝時間:10-15min;早期強度:8-10h達到10?15MPa左右，24h達到20MPa，28天達到30MPa，兩環預襯砌的搭接長度根據實際黃土地層情況調整，但不應小于0.5m。
[0034]所述步驟D中，兩環預襯砌間的喇叭口部分應設置C25素噴混凝土或網噴混凝土找平層，對地層較差地段可設置3榀型鋼鋼架，以確保結構的穩定。
[0035]所述步驟E中，邊墻和墻腳應設置鎖腳錨桿，以防止預襯砌的整體下沉和地表沉降量過大。
[0036]所述步驟F中，距離掌子面一定距離后進行仰拱開挖、仰拱鋼架架設和噴混凝土，仰拱開挖距掌子面的距離不大于30m。
[0037]所述步驟G中，在掌子面穩定和預襯砌的保護下，應能實現安全高效地進行工作面的全斷面挖掘、渣土裝運、仰拱、防排水、二次襯砌施工作業，以有效地減少因掌子面開挖而產生的圍巖變形與地表沉降，及提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。
[0038]在整個施工過程中，具體控制:
[0039]掌子面的穩定控制措施；
[0040]切槽的穩定性和預襯砌的強度；
[0041 ] 兩環預襯砌間喇叭口三角帶的穩定性；
[0042]預襯砌的整體穩定性和沉降控制措施；
[0043]全斷面開挖過程中的安全性和高效性。
[0044]預切槽法施工技術作為一種新興的施工技術，從技術產生至今約60年，主要應用于地下水位線以上的砂層、砂土、粘土、泥灰巖等軟巖地層，具有對地層擾動小、控制沉降效果好、施工安全性高、施工進度相對較快等優點。
[0045]本發明有針對性地解決黃土隧道建設中存在的問題，為實現安全快速施工大斷面黃土隧道的目標，進一步開展淺埋大斷面黃土隧道采用預切槽技術的研究，對于提高我國黃土隧道的機械化建設水平，推動我國黃土隧道的技術進步必將具有重要的意義。
[0046]本發明克服現有大斷面黃土隧道施工方法中存在的問題，提供一種新的大斷面黃土隧道施工技術一一機械預切槽法。采用該施工技術，不僅可以控制地表沉降、降低施工風險和塌方，更可以提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。
[0047]本發明的技術原理如下:
[0048]本發明是采用專用的拱架式預切槽機沿隧道橫斷面周邊分區預先切割溝槽，切槽后立即向槽內灌注C30混凝土，在開挖面前方形成一個預襯砌。隨后才將切槽所界定的掌子面開挖處理，這樣就能有效地減少因掌子面開挖而產生的圍巖變形與地表沉降，并能在預襯砌的保護下安全高效地進行工作面的挖掘、渣土裝運、仰拱、防排水、二次襯砌等施工作業。
[0049]本發明具體施工方法包括如下步驟:
[0050]掌子面加固(必要時)；
[0051 ]采用預切槽設備沿隧道設計斷面進行分區切槽施工；
[0052]在切槽內立即填充C30混凝土，形成隧道拱墻部分的整體預襯砌；
[0053]對緊鄰掌子面的上一環預襯砌三角帶內噴射混凝土(有鋼架時架立鋼架)；
[0054]在預襯砌的保護下，采用挖掘機對隧道進行全斷面開挖，并施做墻腳鎖腳錨桿；
[0055]開挖仰拱，施做仰拱鋼架(有鋼架時)和噴射混凝土；
[0056]依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充和拱墻二襯混凝土。
[0057]本發明在施工過程中必須做到:
[0058]I)掌子面加固需根據黃土地層的圍巖級別和含水率等因素綜合確定，必須確保掌子面的穩定。
[0059]2)切槽應采用分區間隔切槽灌注混凝土的方式，以避免因切槽過長、混凝土噴填不及時而造成的塌槽，同時可利用暫時未切槽段來阻止圍巖變形，根據黃土地層穩定情況可分5?7塊，但必須確保切槽的穩定。
[0060]3)切槽內填充C30混凝土要求初凝時間:10-15min;早期強度:8-10h達到10?15MPa左右，24h達到20MPa，28天達到30MPa。兩環預襯砌的搭接長度可根據實際黃土地層情況調整，但不應小于0.5m。
[0061]4)兩環預襯砌間的喇叭口部分應設置C25素噴混凝土或網噴混凝土(厚度大于20cm時)找平層，對地層較差地段可設置3榀型鋼鋼架，以確保結構的穩定。
[0062]5)邊墻和墻腳應設置鎖腳錨桿，以防止預襯砌的整體下沉和地表沉降量過大。
[0063]6)距離掌子面一定距離后進行仰拱開挖、仰拱鋼架架設和噴混凝土，仰拱開挖距掌子面的距離不大于30m。
[0064]7)在掌子面穩定和預襯砌的保護下，應能實現安全高效地進行工作面的全斷面挖掘、渣土裝運、仰拱、防排水、二次襯砌等施工作業。以有效地減少因掌子面開挖而產生的圍巖變形與地表沉降，及提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。
[0065]本發明的有益效果是:
[0066]充分利用預切槽法形成的預襯砌和穩定的掌子面(必要時進行超前加固)的保護，能夠實現安全高效地進行工作面的全斷面挖掘、渣土裝運、仰拱、防排水、二次襯砌等施工作業，大大提高了施工效率、加快了施工進度、保證了施工質量。
[0067]能夠有效地減小地表沉降和圍巖變形等施工風險，并能大大提高施工安全性，有效保證隧道施工人員及設備的安全。
[0068]切槽和灌注混凝土采用機械同步施工，完全避免了隧道的超挖、欠挖現象，施工質量易于控制。
[0069]預切槽兼具超前支護、施工支護及永久支護的功能，全部或部分替代了超前小導管、錨桿、鋼架、噴混凝土等支護措施，工程造價相對較低。
[0070]本發明適用于采用預切槽法施工大斷面黃土隧道的工程，本發明可最大限度利用預切槽法形成的預襯砌和穩定的掌子面的保護，有效降低對圍巖的擾動和減少地層的應力釋放及有效控制地表沉降，從而降低施工風險、提高施工安全性和加快施工進度。為以后的同類工程開辟了一條新路。
[0071 ]具體實施實施例:
[0072]如圖1、2和3所示，在預切槽法施工大斷面黃土隧道的過程中，主要控制項目和內容如下:
[0073]掌子面I的穩定控制措施:
[0074]預切槽法施工的最大優勢是預先切槽灌注的混凝土襯砌兼具超前支護、施工支護和永久支護的功能，可以實現大斷面開挖。但由于黃土地層在含水率較高或砂質含量較高時可能會出現掌子面無法自穩的情況，因此在這種情況下，應先采用玻纖錨桿對掌子面進行加固，然后再進行全斷面開挖。
[0075]切槽3的穩定性:
[0076]切槽的分塊和每一環的長度與黃土地層直接相關。黃土地層較密實、含水率適當時，切槽分塊應盡量減少，且每環切槽長度可加長，以降低預襯砌的接縫和提高預支護的整體性。但當黃土地層含水率較高且黃土中砂質含量較高時，切槽分塊應增加，且嚴格控制每環切槽的長度，以避免因切槽過長、混凝土噴填不及時而造成的塌槽，同時可利用暫時未切槽段來阻止圍巖變形。且要求兩環預襯砌的搭接長度應根據實際黃土地層情況調整，但不應小于0.5m ο
[0077]預襯砌的強度:
[0078]切槽內填充的C30混凝土具備一定強度后才可以進行下一步工序。為確保施工中的預襯砌強度，要求初凝時間:10-15min;早期強度:8_10h達到10?15MPa左右，24h達到20MPa，28 天達到 30MPa。
[0079]兩環預襯砌間喇叭口三角帶6的穩定性:
[0080]由于預切槽法在切槽灌注時沿隧道縱向上有一定的角度，在兩環預襯砌間會形成一個喇叭口狀的三角帶，綜合考慮地層情況和二襯施工便利等，應在該三角帶內設置C25素噴混凝土或網噴混凝土 (厚度大于20cm時)找平層，并視地層情況必要時在該段內設置3榀型鋼鋼架，以確保預襯砌的結構安全。
[0081 ] 5)預襯砌的整體穩定性和沉降控制措施:
[0082]隧道在全斷面開挖過程中，可能會出現預襯砌的整體下沉，從而導致地表沉降過大的情況，因此為控制預襯砌的整體下沉，應在預襯砌的邊墻和墻腳設置鎖腳錨桿。
[0083 ] 6)全斷面開挖過程中的安全性和高效性:
[0084]在掌子面穩定和預襯砌的保護下，應能實現安全高效地進行工作面的全斷面挖掘、渣土裝運、仰拱、防排水、二次襯砌等施工作業。以有效地減少因掌子面開挖而產生的圍巖變形與地表沉降，及提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。
[0085]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，包括步驟: A、采用玻璃纖維并注漿對掌子面加固； B、采用預切槽設備沿隧道設計斷面進行分區切槽； C、在切槽內立即灌注混凝土，形成隧道拱墻部分的整體預襯砌，并進行兩環預襯砌搭接； D、對緊鄰掌子面的上一環預襯砌喇叭口進行架立三角帶內的鋼架和噴射混凝土； E、在預襯砌的保護下，采用挖掘機對隧道進行全斷面開挖，根據地層情況確定預留變形量，并施做墻腳鎖腳錨桿； F、開挖仰拱，施做仰拱鋼架和噴射混凝土； G、依次施做仰拱模筑混凝土、仰拱填充混凝土和拱墻二襯混凝土。2.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟A中，掌子面加固采用Φ 32玻璃纖維，并需根據黃土地層的圍巖級別和含水率因素綜合確定。3.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟B中，切槽應采用分區間隔切槽灌注混凝土的方式，以避免因切槽過長、混凝土噴填不及時而造成的塌槽，同時利用暫時未切槽段來阻止圍巖變形，根據黃土地層穩定情況分5?7塊。4.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟C中，切槽內填充C30混凝土要求初凝時間:10-15min;早期強度:8-10h達到10?15MPa左右，24h達到20MPa，28天達到30MPa，兩環預襯砌的搭接長度根據實際黃土地層情況調整，但不應小于0.5m ο5.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟D中，兩環預襯砌間的喇叭口部分應設置C25素噴混凝土或網噴混凝土找平層，對地層較差地段可設置3榀型鋼鋼架，以確保結構的穩定。6.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟E中，邊墻和墻腳應設置鎖腳錨桿，以防止預襯砌的整體下沉和地表沉降量過大。7.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟F中，距離掌子面一定距離后進行仰拱開挖、仰拱鋼架架設和噴混凝土，仰拱開挖距掌子面的距離不大于30m。8.根據權利要求1所述的大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，所述步驟G中，在掌子面穩定和預襯砌的保護下，應能實現安全高效地進行工作面的全斷面挖掘、渣土裝運、仰拱、防排水、二次襯砌施工作業，以有效地減少因掌子面開挖而產生的圍巖變形與地表沉降，及提高施工效率、加快施工進度、保證施工質量。9.根據權利要求1至8任一項所述的一種大斷面黃土隧道預切槽法施工方法，其特征在于，在整個施工過程中，具體控制: 掌子面的穩定控制措施； 切槽的穩定性和預襯砌的強度； 兩環預襯砌間喇叭口三角帶的穩定性； 預襯砌的整體穩定性和沉降控制措施； 全斷面開挖過程中的安全性和高效性。
【文檔編號】E21D11/10GK105840203SQ201610166138
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】劉培碩, 楊國柱, 羅章波, 路美麗, 蘇新民, 謝勇濤, 劉彥文, 楊其新, 朱永全, 郭慶昊, 丁祥, 于清浩
【申請人】中鐵第五勘察設計院集團有限公司, 西南交通大學, 石家莊鐵道大學