專利名稱：一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道施工方法。
背景技術(shù)：
巖溶是在碳酸鹽類可溶性巖石分布區(qū)發(fā)育的一種獨(dú)特的地質(zhì)作用和現(xiàn)象，中國巖溶地貌分布廣、面積大，因此公路隧道施工不可避免要穿越巖溶地區(qū)。張家口至涿州高速公路保定段LJ-S4合同段的西馬各莊隧道位于太行山低山地帶，其穿越區(qū)地層主要為古生界寒武系中統(tǒng)鳳山組地層，主要巖性是石灰?guī)r，節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，巖溶廣泛分布且呈層狀及串珠狀不均勻分布，連通性好，呈半充填物狀，充填物主要是石灰?guī)r碎石及砂性土，隧道出水形式為以潮濕及滴水為主，雨季可能出現(xiàn)淋流，在施工過程中極易產(chǎn)生坍塌和冒頂。因此，需要一種適用于巖溶地區(qū)隧道施工的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種適用于有填充物的溶洞、地質(zhì)不良、易發(fā)生坍塌III IV類巖石地段的大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明按照下述步驟進(jìn)行:
步驟一:在巖溶充填區(qū)布設(shè)超前小導(dǎo)管注漿；
所述超前小導(dǎo)管為熱軋無縫鋼管，外徑42mm,厚3.5mm,長4500mm,鋼管前端設(shè)置有尖錐頭，中部設(shè)置有注漿孔，尾部設(shè)置有止?jié){段，止?jié){段的尾部設(shè)置有箍筋；` 所述止衆(zhòng)孔的孔徑為IOmm,間距為15mm ；
所述超前小導(dǎo)管與掌子面垂直布設(shè)，并與導(dǎo)坑側(cè)壁成25 45°夾角，兩個(gè)超前小導(dǎo)管的豎向間距不大于50cm ；
所述超前小導(dǎo)管的布設(shè)采用風(fēng)鉆鉆孔、機(jī)械鉆孔或洛陽鏟成孔后頂入，鉆孔孔徑56mm，超前小導(dǎo)管頂入長度不小于其自身長度的90% ；
所述注漿的注漿材料為水泥水單液漿，注漿壓力為0.5 1.0MPa，注漿擴(kuò)散半徑不小于40cm,水泥與水的體積比為1:1,速凝劑摻量為2 2.5%體積百分比,水泥使用早強(qiáng)PR42.5 水泥；
步驟二:采用上下臺階法開挖左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑和中導(dǎo)坑，上臺階與下臺階縱向距離為3飛m，上臺階進(jìn)尺3米時(shí)，開挖下臺階；左導(dǎo)坑完成至少2倍于開挖跨度時(shí)開挖右導(dǎo)坑，右導(dǎo)坑下臺階完成至少20m時(shí)開挖中導(dǎo)坑；左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑及中導(dǎo)坑的開挖按照下述步驟分進(jìn)程依次循環(huán)直至開挖完成，單循環(huán)進(jìn)尺0.75^1.0米:
步驟二 a:向巖體初噴混凝土，所述混凝土為鋼纖維C25混凝土，噴射厚度5 8cm ；所述混凝土噴射分段施工，噴射混凝土預(yù)留寬度為200 300mm的斜面，斜面上用壓力水沖洗潤濕后再行噴射混凝土；
所述混凝土噴射自下而上施工，先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土，邊墻噴混凝土從墻腳開始向上噴射；
所述一次噴射混凝土的厚度，邊墻為7 10cm，拱部為5飛cm，保持噴層厚度均勻，頂部噴射時(shí)，兩次噴射的間隔時(shí)間為2 4 h ；
所述噴射混凝土的風(fēng)壓，邊墻為0.3 0.5MPa，拱部為0.4 0.65MPa ；
所述噴射混凝土的噴射角度為70° 90°，噴嘴與受噴面間距為1.5 2.0m,噴射動作為環(huán)形且一圈壓半圈噴射，環(huán)形橫向40 60cm,高15 20cm ；
所述噴射混凝土的過程中控制混凝土的回彈率側(cè)壁不大于15%，拱部不大于25% ； 所述噴射混凝土在噴射側(cè)壁下部時(shí)，先清理上半斷面噴射時(shí)的回彈物；
步驟二 b:鋼架支護(hù)，所述鋼架為I 20b工字鋼鋼架，環(huán)向支撐加強(qiáng)支護(hù)，間距為0.5米，每兩榀鋼架之間設(shè)Φ25πιπι縱向鋼筋連接，環(huán)向間距為Im;
所述鋼架在掌子面以螺栓連接，鋼架每側(cè)安設(shè)2 3根鎖腳錨管，所述鎖腳錨管為長4 5m的Φ42鋼花管；
所述鋼架在施做二次襯砌前拆除；
步驟二 c:中空錨桿注漿，采用風(fēng)動鑿巖機(jī)成孔，孔徑42_，鉆孔方向盡可能垂直結(jié)構(gòu)面或初噴混凝土表面；錨桿孔比桿徑大15 mm ;成孔后采用高壓風(fēng)清孔；
所述中空錨桿為法向0 25mm中空注漿錨桿；
所述注漿的注漿料采用純水泥漿，水灰比為1:1 ;
所述中空錨桿 的中孔為注漿料灌入孔，所述中空錨桿的上仰孔設(shè)置止?jié){塞和排氣孔； 步驟二 d:復(fù)噴混凝土，所述混凝土為鋼纖維C25混凝土，噴射12 15cm ；
所述復(fù)噴混凝土的操作步驟與初噴混凝土的操作步驟相同。進(jìn)一步的，本發(fā)明在隧道開挖前進(jìn)行平面控制測量、高程控制測量和隧道洞內(nèi)控制測量。進(jìn)一步的，本發(fā)明在雙導(dǎo)坑臺階式開挖前、開挖中進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿。進(jìn)一步的，本發(fā)明在鋼架支護(hù)中拉掛鋼筋網(wǎng)，所述鋼筋網(wǎng)為單層HPB235鋼筋網(wǎng)。進(jìn)一步的，本發(fā)明的超前小導(dǎo)管的外露面通過焊接與鋼筋網(wǎng)連接；鉆入巖體的中空錨桿的端部與鋼筋網(wǎng)焊接連接。進(jìn)一步的，本發(fā)明在噴射混凝土終凝2小時(shí)后，進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14天。進(jìn)一步的，本發(fā)明在臺階開挖后，立即進(jìn)行初期支護(hù)，上臺階初期支護(hù)封閉控制在3小時(shí)以內(nèi)，下臺階初期支護(hù)封閉控制在4小時(shí)以內(nèi)。進(jìn)一步的，本發(fā)明在上下臺階開挖支護(hù)后，凈空變化速率控制在lmm/d以內(nèi)。本發(fā)明的有益效果:
采取正臺階小開挖方法，減少對隧道溶洞區(qū)充填物的擾動，隧道大斷面分解成小斷面，減少開挖跨度，降低開挖高度，分部開挖，分塊支護(hù)，步步封閉，減少了對溶洞圍巖的擾動，防止大面積坍塌，安全性高，圍巖受力得到保護(hù)。與傳統(tǒng)的⑶法施工相比，減少了工序轉(zhuǎn)換，施工進(jìn)度快，施工具有很大的靈活性，可根據(jù)施工中實(shí)際情況靈活調(diào)整方案，保證了施工質(zhì)量和安全。靈活采用了小導(dǎo)管注漿工藝，巖溶裂縫及填充物得到固結(jié)，為后續(xù)開挖成拱創(chuàng)造了條件，操作方便，相對于管棚施工的雙漿液注漿施工，降低了機(jī)械費(fèi)用和材料成本。
開挖量小，控制方便，充分發(fā)揮處理后的圍巖自穩(wěn)性，經(jīng)有效初次支護(hù)形成受力平衡體，保持充填體不重新發(fā)生二次應(yīng)力分布。開挖施工正臺階預(yù)留核心土，預(yù)留中間支撐，有效防止了開挖過程中的塌方危險(xiǎn)，保證了施工安全。隧道溶洞充填物單液注漿成本約400元/m3，相對于雙液注漿成本1200元/m3，節(jié)約施工成本。


圖1為本發(fā)明施工工藝流程 圖2為本發(fā)明噴射混凝土施工工藝框 圖3為本發(fā)明鋼拱架施工工藝流程 圖4為本發(fā)明中空注漿錨桿施工工藝流程 圖5-1為本發(fā)明隧道開挖施工工藝示意圖(一)；
圖5-2為本發(fā)明隧道開挖施工工藝示意圖(二)；
圖6為本發(fā)明超前小導(dǎo)管的示意 在附圖中，I超前小導(dǎo)管、2尖錐頭、3注漿孔、4止?jié){段、5箍筋、6拱頂核心土、7核心土、8左上臺階、9左下臺階、10右上臺階、11右下臺階、12拱頂和側(cè)墻的二次襯砌、13仰拱、14鋼筋混凝土仰拱。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1張涿高速公路保定段LJ-S4標(biāo)西馬各莊隧道的施工。施工工藝流程圖如圖1所示。一、施工準(zhǔn)備
1.建立綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，用地質(zhì)法、工程地質(zhì)類比法、地質(zhì)素描法作宏觀分析預(yù)報(bào)，用地質(zhì)雷達(dá)和超前探孔作揭露式驗(yàn)證預(yù)報(bào)，根據(jù)掌子面揭露的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、裂隙大小，滲流水量、壓力綜合判定前方巖溶與穩(wěn)定情況。2.施工測量
(I).平面控制測量:洞外控制網(wǎng)布置采用光電導(dǎo)線閉合環(huán)形式，按四等標(biāo)準(zhǔn)并采用在檢定有效期內(nèi)的I"級全站儀施測和施工控制點(diǎn)的加密，在每個(gè)洞口附近布設(shè)不少于3個(gè)控制點(diǎn)。點(diǎn)位埋設(shè)通視、穩(wěn)固，盡可能避免被施工干擾、被棄碴掩埋。(2).高程控制測量:隧道洞外控制測量按三等精度的要求進(jìn)行。使用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返觀測，每個(gè)洞口埋設(shè)3個(gè)以上水準(zhǔn)基點(diǎn)。(3).隧道洞內(nèi)控制測量:根據(jù)洞口投點(diǎn)向洞內(nèi)作引伸測量且由洞口投點(diǎn)傳遞進(jìn)洞方向的聯(lián)接角測角中誤差不應(yīng)超過測量等級要求，后視方向的長度不宜小于300m。導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)盡量沿路線中線布設(shè)，導(dǎo)線邊長在直線地段不宜短于200m，曲線地段不宜短于70m。二、超前小導(dǎo)管預(yù)注漿
對巖溶溶隙及局部空洞進(jìn)行超前預(yù)注漿是對巖溶地質(zhì)充填物進(jìn)行整體化固結(jié)的施工技術(shù)。采用雙導(dǎo)坑臺階式開挖前、開挖中根據(jù)開挖斷面地質(zhì)情況隨時(shí)進(jìn)行斷面超前預(yù)注漿工作。
1.超前預(yù)注漿
采用小導(dǎo)管超前預(yù)注漿固結(jié)隧道充填物，增強(qiáng)隧道巖體及圍巖的整體性、自穩(wěn)性，防止巖溶區(qū)巖土的下沉、松弛、坍塌。(1)、小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)
材料:超前小導(dǎo)管I為熱軋無縫鋼管，外徑42mm,厚3.5mm,長4500mm,鋼管前端設(shè)置有尖錐頭2，中部設(shè)置有注漿孔3，尾部設(shè)置有止?jié){段4，止?jié){段4的尾部設(shè)置有箍筋5 ;止?jié){孔3的孔徑為10mm，間距為15mm。如圖6所示:
(2)、小導(dǎo)管注漿施工工藝及控制要點(diǎn) ①、施工準(zhǔn)備
施工前必須將風(fēng)管、水管接設(shè)完畢，各種機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常滿足施工條件。②.測量布孔
按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測量放線，小導(dǎo)管與掌子面垂直，同時(shí)控制小導(dǎo)管I與導(dǎo)坑側(cè)壁成25 45°夾角，豎向間距不大于50cm。③.鉆孔
采用Y-26型風(fēng)鉆鉆孔，孔徑56mm，小導(dǎo)管L=4.5m,水平插入。④.清孔
使用長度不小于3.5m的中空管鋼管接高壓風(fēng)對鉆孔進(jìn)行清理。⑤.頂入小導(dǎo)管
在鉆孔清理完畢后頂入小導(dǎo)管1，在頂管過程如出現(xiàn)無法頂入的情況，可使用風(fēng)鉆或鐵錘輔助，頂入長度不小于小導(dǎo)管I長度的90%。⑥.注漿
漿液種類為單液漿，注漿壓力為0.5 1.0MPa,擴(kuò)散半徑不小于40cm，水泥標(biāo)號為P.042.5R早強(qiáng)水泥，水灰比為1: 1，外加劑(速凝劑)摻量為2 2.5%。注漿過程中要隨時(shí)觀察注漿壓力及注漿泵排漿量變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿，以達(dá)到良好的擴(kuò)散半徑，同時(shí)做好注漿記錄，以便分析注漿效果。⑦.現(xiàn)場清理
注漿完成后對現(xiàn)場進(jìn)行清理干凈，做到工完料盡。三、開挖與支護(hù)
開挖前按以上要求進(jìn)行小導(dǎo)管注漿，漿體達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行開挖作業(yè)。開挖方式采用左右導(dǎo)坑及核心土縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)方法，左導(dǎo)坑先行開挖，右導(dǎo)坑滯后距離不小于20米；核心土開挖為拱頂核心土和下部核心土兩臺階開挖，臺階間距為3 5米，拱頂核心土開挖與右導(dǎo)坑下臺階間距為不小于20米；導(dǎo)坑開挖采用上下臺階法，上下臺階間距控制在3 5米。開挖后的支護(hù)工藝如下:
1.初期支護(hù)與臨時(shí)支護(hù)
噴射厚度20cm鋼纖維C25混凝土，采用I 20b工字鋼鋼架環(huán)向支撐加強(qiáng)支護(hù)，間距為
0.5米，每兩榀鋼架之間設(shè)Φ25πιπι縱向鋼筋連接，環(huán)向間距為lm，保證工字鋼腳放在堅(jiān)實(shí)的巖石上。設(shè)置單層HPB235鋼筋網(wǎng)及法向Φ25πιπι中空注漿錨桿。對于用于環(huán)向支撐臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)的I 20b工字鋼鋼架在施做二次襯砌前拆除。2.噴射混凝土施工工藝及操作要點(diǎn)噴射混凝土工藝采用濕噴工藝，濕噴作業(yè)按二臺階分部開挖順序分段，由下而上先邊墻、拱腳、后拱頂方式分片，以及按照先初噴，初次支護(hù)后復(fù)噴方式進(jìn)行。施工工藝見圖2。(I).噴射混凝土設(shè)計(jì)
初期支護(hù)噴射鋼纖維混凝土，設(shè)計(jì)厚度6cm，后復(fù)噴至20cm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C25，混合料和易性好，坍落度控制在8 13cm。噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求、不發(fā)生管路堵塞、能向上噴射至設(shè)計(jì)厚度的要求。(2).噴射混凝土施工
噴射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至洞內(nèi)，采用濕噴機(jī)噴射作業(yè)。在開挖完成后，先噴射6cm厚混凝土封閉巖面，然后打設(shè)錨桿、架立鋼架、掛鋼筋網(wǎng)，對初噴巖面進(jìn)行清理后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。(3).噴射前準(zhǔn)備
①.噴射前應(yīng)對受噴巖面進(jìn)行處理。一般巖面可用高壓水沖洗受噴巖面的浮塵、巖屑，當(dāng)巖面遇水容易潮解、泥化時(shí)，宜采用高壓風(fēng)吹凈巖面。若為泥、砂質(zhì)巖面時(shí)應(yīng)掛設(shè)細(xì)鋼筋網(wǎng)(網(wǎng)格宜不大于20X20mm、線徑宜小于3mm)，用環(huán)向鋼筋和錨釘或鋼架固定，使其密貼受噴面，以提高噴射混凝土的附著力。②.設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志，一般采用埋設(shè)鋼筋頭做標(biāo)志，亦可在噴射時(shí)插入長度比設(shè)計(jì)厚度大5cm的鐵絲，每2m設(shè)一根，作為施工控制用。

③.檢查機(jī)具設(shè)備和風(fēng)、水、電等管線路，濕噴機(jī)就位，并經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)良好。A.空壓機(jī)應(yīng)滿足噴射機(jī)工作風(fēng)壓和耗風(fēng)量的要求；壓風(fēng)進(jìn)入噴射機(jī)前必須進(jìn)行 油水分離。B.輸料管應(yīng)能承受0.8MPa以上的壓力，并應(yīng)有良好的耐磨性能。C.保證作業(yè)區(qū)具有良好通風(fēng)和照明條件。D.噴射作業(yè)的環(huán)境溫度不得低于5°C。④.若遇受噴面有滲水或潮濕情形，噴射前應(yīng)按不同情況進(jìn)行處理:
A.裂隙滲漏水宜采用巖面注漿堵水或?qū)Ч芤藕笤賴娚浠炷?。B.潮濕巖面宜采用粘結(jié)性強(qiáng)的混凝土，添加外加劑、摻合料以改善混凝土的性倉泛。(4).混凝土攪拌、運(yùn)輸
①.濕噴混凝土攪拌采取全自動計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料應(yīng)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行操作，速凝劑在噴射機(jī)喂料時(shí)加入。②.鋼纖維混凝土攪拌工藝應(yīng)確保鋼纖維在拌合物中分散均勻，不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)，宜優(yōu)先采用將鋼纖維、水泥、粗細(xì)骨料先干拌后加水濕拌的方法，且干拌時(shí)間不得少于
1.5min，攪拌時(shí)間不宜小于3min ;或采用先投放水泥、粗細(xì)骨料和水，在拌合過程中分散加入鋼纖維的方法。攪拌時(shí)間應(yīng)通過現(xiàn)場攪拌試驗(yàn)確定，并應(yīng)較普通混凝土規(guī)定的攪拌時(shí)間延長I 2min。③.運(yùn)輸采用混凝土運(yùn)輸罐車。噴射混凝土?xí)r，多臺運(yùn)輸車應(yīng)交替運(yùn)料，以滿足濕噴混凝土的供應(yīng)。在運(yùn)輸過程中，要防止混凝土離析、水泥漿流失、坍落度變化及產(chǎn)生初凝等現(xiàn)象。(5).噴射作業(yè)①.噴射操作程序:打開速凝劑輔助風(fēng)一緩慢打開主風(fēng)閥一啟動速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動器一向料斗加混凝土。②.噴射混凝土作業(yè)應(yīng)采用分段、分片、分層依次進(jìn)行，噴射順序應(yīng)自下而上，分段噴射。噴射時(shí)先將低洼處大致噴平，再自下而上順序分層、往復(fù)噴射。A.噴射混凝土分段施工時(shí)，上次噴混凝土應(yīng)預(yù)留斜面，斜面寬度為250mm，斜面上需用壓力水沖洗潤濕后再行噴射混凝土。B.分片噴射要自下而上進(jìn)行并先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。邊墻噴混凝土應(yīng)從墻腳開始向上噴射，使回彈不致裹入最后噴層。C.分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。邊墻噴混凝土應(yīng)從墻腳開始向上噴射，終凝后進(jìn)行，若終凝Ih后再進(jìn)行噴射時(shí)，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的粘結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在8cm,拱部控制在6cm,并保持噴層厚度均勻。頂部噴射混凝土?xí)r，為避免產(chǎn)生墮落現(xiàn)象，兩次間隔時(shí)間宜為2 4h。③.噴射速度要適當(dāng)，以利于混凝土的壓實(shí)。風(fēng)壓過大，噴射速度增大，回彈增加；風(fēng)壓過小，噴射速度過小，壓實(shí)力小，影響噴混凝土強(qiáng)度。因此在開機(jī)后要注意觀察風(fēng)壓，起始風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa后，才能開始操作，并據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓。一般工作風(fēng)壓:邊墻
0.4MPa，拱部 0.5MPa。④.噴射時(shí)使噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受噴面間距為2.0m ;噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動，一圈壓半圈，噴射手所畫的環(huán)形圈,橫向50cm,高18cm ;若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí),可將噴嘴稍加偏斜，但 不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度大小，會形成混凝土物料在受噴面上的滾動，產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質(zhì)量。(6).養(yǎng)護(hù)
噴射混凝土終凝2小時(shí)后，應(yīng)進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14天。當(dāng)氣溫低于5°C時(shí)，不得灑水養(yǎng)護(hù)。(7).施工控制要點(diǎn)
①.噴射混凝土原材料先檢驗(yàn)合格后才能使用，速凝劑應(yīng)妥善保管，防止受潮變質(zhì)。嚴(yán)格控制拌合物水膠比，經(jīng)常檢查速凝劑注入環(huán)的工作狀況。噴射混凝土坍落度宜控制在10cm，過大混凝土?xí)魈?，過小容易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。噴射過程中應(yīng)及時(shí)檢查混凝土的回彈率和實(shí)際配合比。噴射混凝土的回彈率:側(cè)壁不應(yīng)大于15%，拱部不應(yīng)大于25%。②.噴射混凝土拌合物停放時(shí)間不得大于30min。③.必須在隧道開挖后及時(shí)進(jìn)行施作。噴射混凝土嚴(yán)禁選用具有潛在堿活性骨料。噴混凝土厚度應(yīng)預(yù)埋厚度控制標(biāo)志，嚴(yán)格控制噴射混凝土厚度。④.噴射前應(yīng)仔細(xì)檢查噴射面，如有松動土塊應(yīng)及時(shí)處理。噴射機(jī)應(yīng)布置在安全地帶，并盡量靠近噴射部位，便于掌機(jī)人員與噴射手聯(lián)系，隨時(shí)調(diào)整工作風(fēng)壓。⑤.噴射完成后應(yīng)檢查噴射混凝土與巖面粘結(jié)情況可用錘敲擊檢查，同時(shí)測量其平整度和斷面，并將此斷面與開挖斷面對比，確認(rèn)噴射混凝土厚度是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。當(dāng)有空鼓、脫殼時(shí)，應(yīng)及時(shí)鑿除，沖洗干凈進(jìn)行重噴或采用壓漿法充填。
⑥.在噴射側(cè)壁下部時(shí)，需將上半斷面噴射時(shí)回彈物清理干凈，防止將回彈物卷入下部噴層中形成“蜂窩”而降低支護(hù)強(qiáng)度。⑦.經(jīng)常檢查噴射機(jī)出料彎頭、輸料管和管路接頭，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。管路堵塞時(shí)，必須先關(guān)閉主機(jī)，然后才能進(jìn)行處理。⑧.噴射完成后應(yīng)先關(guān)主機(jī)，再依次關(guān)閉計(jì)量泵、震動棒和風(fēng)閥，然后用清水將機(jī)內(nèi)、輸送管路內(nèi)殘留物清除干凈。⑨.冬期施工時(shí)，洞口噴射混凝土的作業(yè)場合應(yīng)有防凍保暖措施；作業(yè)區(qū)氣溫和混合料進(jìn)入噴射機(jī)的溫度均不應(yīng)低于5° C ;在結(jié)冰層面上不得進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)；混凝土強(qiáng)度未達(dá)到6MPa前，不得受凍。3.鋼架施工工藝及操作要點(diǎn)
鋼架主要由工字鋼 彎制而成，用于開挖斷面臨時(shí)支撐和初次支護(hù)。隧道開挖完成初噴混凝土后及時(shí)安裝鋼架，初次支護(hù)與定位錨桿、徑向錨桿連接固定，縱向采用Φ25_鋼筋連接，鋼架之間鋪掛鋼筋網(wǎng)，然后復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度。鋼架施工工藝流程圖見圖3。(I).鋼架加工
加工場地用混凝土硬化，精確抹平，按設(shè)計(jì)放出加工大樣。鋼架彎制結(jié)合隧道開挖方法采用型鋼彎制機(jī)按照隧道斷面曲率分節(jié)進(jìn)行彎制，彎制完成后在加工場地上進(jìn)行試拼。各節(jié)鋼架拼裝，要求尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順，沿隧道周邊輪廓誤差不大于3cm ;型鋼鋼架平放時(shí)，平面翅曲小于2cm。(2).鋼架安裝
鋼架安裝在分部開挖初噴完成后立即進(jìn)行。根據(jù)測設(shè)的位置，各節(jié)鋼架在掌子面以螺栓連接，連接板應(yīng)密貼。為保證各節(jié)鋼架在全環(huán)封閉之前置于穩(wěn)固的地基上，安裝前應(yīng)清除各節(jié)鋼架底腳下虛碴及雜物，同時(shí)每側(cè)安設(shè)2根鎖腳錨管將其鎖定。鋼架按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，在安設(shè)過程中當(dāng)鋼架和初噴層之間有較大間隙應(yīng)每隔2m用混凝土預(yù)制塊楔緊，鋼架背后用噴混凝土填充密實(shí)。鋼架縱向連接采用Φ25_鋼筋，環(huán)向間距Im。鋼架落底接長同時(shí)進(jìn)行并盡快噴射混凝土，噴射混凝土分層進(jìn)行，以使鋼架與噴混凝土共同受力，接長鋼架和上部鋼架通過墊板用螺栓牢固準(zhǔn)確連接。在施工過程中需加強(qiáng)對鋼架安裝以后的監(jiān)控量測，必要時(shí)采取有效措施進(jìn)行加固，以防止拱頂鋼架下沉。具體措施如下:
①加強(qiáng)對鋼架的鎖腳固定措施
由于采用分部開挖方法，拱部鋼架安裝后，鋼架暫時(shí)不能全斷面封閉成環(huán)，同時(shí)拱部鋼架可能沒有坐落在堅(jiān)實(shí)的基巖上，因此，拱部鋼架必須采取鎖腳措施，將鋼架兩底腳牢固鎖定，以防止鋼架下沉或兩底腳回收，鋼架鎖腳采用兩根L=4.0m的Φ42鎖腳錨管鎖定，錨管采用鋼花管，壓注水泥漿液進(jìn)行錨固，必要時(shí)采用增加鎖腳錨管長度和再增設(shè)一根鎖腳錨管以加強(qiáng)鋼架的穩(wěn)定。②加設(shè)鋼架基礎(chǔ)連接縱梁，擴(kuò)大開挖底腳，防止鋼架懸空
為防止鋼架下沉，視地質(zhì)情況，必要時(shí)在拱部鋼架底腳增設(shè)連接縱梁，縱梁采用32槽鋼，與鋼架底腳采用焊接連接，以增加鋼架底腳的承力面積。③及時(shí)噴射混凝土
鋼架安裝完成后，及時(shí)進(jìn)行噴射鋼纖維混凝土，噴射時(shí)分層、分段進(jìn)行，鋼架應(yīng)全部被噴射混凝土覆蓋，保護(hù)層厚度不得小于40_。④防止施工過程中的碰撞和損壞
機(jī)械開挖時(shí)，為防止挖掘機(jī)等大型機(jī)械對已支護(hù)好鋼架進(jìn)行碰撞和沖擊，造成鋼架損壞，因此，開挖時(shí)，要委派專人對開挖作業(yè)進(jìn)行指揮，嚴(yán)格限制機(jī)械作業(yè)界限，以防止碰撞鋼架。(3).施工要點(diǎn)
①.鋼架應(yīng)按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，鋼架之間必須用鋼筋縱向連接，并要保證焊接質(zhì)量。鋼架安設(shè)過程中當(dāng)鋼架與圍巖之間有較大空隙時(shí)，沿鋼架外緣每隔2m應(yīng)用混凝土預(yù)制塊楔緊。②.鋼拱架的拱腳采·用縱向托梁和鎖腳錨管等措施加強(qiáng)支承。③.鋼架應(yīng)盡可能多地與錨桿露頭及鋼筋網(wǎng)焊接，以增強(qiáng)其聯(lián)合支護(hù)的效應(yīng)。④.噴射混凝土?xí)r，要將鋼架與巖面之間的間隙噴射飽和達(dá)到密實(shí)。⑤.噴射混凝土應(yīng)分層次分段噴射完成，初噴混凝土應(yīng)盡早進(jìn)行“早噴錨”，復(fù)噴混凝土應(yīng)在量測指導(dǎo)下進(jìn)行，即“勤量測”的基本原則，以保證噴射混凝土的復(fù)噴適時(shí)有效。⑥.鋼架應(yīng)采用冷彎成型，鋼架加工的焊接不得有假焊，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。⑦.每榀鋼架加工完成后應(yīng)放在水泥地面上試拼，周邊拼裝允許誤差為±3cm，平面翅曲應(yīng)小于2cm。⑧.鋼架應(yīng)在初噴混凝土后及時(shí)架設(shè)，各節(jié)鋼架間以螺栓連接，連接板必須密貼。⑨.鋼架安裝前應(yīng)清除底腳下的虛碴及雜物，鋼架底腳應(yīng)置于牢固的基礎(chǔ)上。4.中空錨桿施工工藝及操作要點(diǎn)
中空錨桿施工工藝請見圖4。在施工前進(jìn)行錨桿的制作，及工前準(zhǔn)備，進(jìn)行錨桿孔位的測量放樣，鉆孔機(jī)就位后可進(jìn)行正式施工。(I).錨桿鉆孔
采用風(fēng)動鑿巖機(jī)成孔，孔徑42mm，鉆孔深度根據(jù)圍巖變化情況靈活調(diào)整并符合設(shè)計(jì)要求。為提高成孔速度和安全性，錨桿鉆孔利用開挖臺階搭設(shè)簡易臺架施鉆，按設(shè)計(jì)間距布孔；鉆孔方向盡可能垂直結(jié)構(gòu)面或初噴混凝土表面；錨桿孔比桿徑大15 mm，深度誤差不得大于±50mm ;成孔后采用高壓風(fēng)清孔。(2).錨桿安裝與注漿
①.安裝前，應(yīng)檢查錨桿體鉆頭的水孔是否暢通，若有異物堵塞，應(yīng)及時(shí)清理。②.錨桿體裝入設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)用水和空氣洗孔，直至孔口反水或返氣。③.注漿材料宜采用純水泥漿，水灰比宜為1:1。④.注漿料應(yīng)由桿體中孔灌入，上仰孔應(yīng)設(shè)置止?jié){塞和排氣孔。⑤.錨桿孔的孔徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；錨桿孔的深度應(yīng)大于錨桿長度IOcm ;錨桿孔距允許偏差為±15cm ;錨桿插入長度不得小于設(shè)計(jì)長度的95%。⑥.注漿完成后安裝墊板。
5.4施工順序
5.4.1見圖1及圖5-1、5-2，開挖時(shí)先進(jìn)行左上臺階10和左下臺階11的測量并標(biāo)記開挖輪廓線，對巖溶充填區(qū)進(jìn)行超前小導(dǎo)管預(yù)注漿，巖溶裂縫及填充物得到固結(jié)后方可進(jìn)行開挖，兩個(gè)臺階開挖間距3飛米，采用0.6m3挖掘機(jī)開挖，對于孤石及堅(jiān)硬圍巖輔以靜態(tài)爆破方法進(jìn)行破碎，單循環(huán)進(jìn)尺0.75^1.0米，開挖斷面進(jìn)行清理后立即噴射C25鋼纖維混凝土厚度6cm，如圍巖不穩(wěn)定及時(shí)架設(shè)鋼架臨時(shí)支撐；與以上所述步驟相同進(jìn)行右上臺階8和右下臺階9的開挖，注意右臺階和左臺階保持不小于2倍的隧道設(shè)計(jì)斷面的距離；在噴射鋼纖維混凝土初次支護(hù)后，及時(shí)鉆錨桿孔，安裝中空錨桿并注漿，加設(shè)邊墻鋼架落底，鋼架間距0.5米/榀，及時(shí)設(shè)置鎖腳錨桿，然后進(jìn)行復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。接著進(jìn)行拱頂核心土上臺階6的開挖，并注意拱頂核心土上臺階6與右下臺階間距為不小于20米；在拱頂核心土上臺階6開挖了 3飛米后然后進(jìn)行核心土 7的開挖，開挖斷面進(jìn)行清理后立即噴射C25鋼纖維混凝土初次支護(hù)厚度6cm，如圍巖不穩(wěn)定及時(shí)架設(shè)鋼架臨時(shí)支撐；在噴射鋼纖維混凝土初次支護(hù)后，及時(shí)鉆錨桿孔，安裝中空錨桿并注漿，加設(shè)邊墻鋼架落底，鋼架間距0.5米/榀，及時(shí)設(shè)置鎖腳錨桿，然后進(jìn)行復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。接著進(jìn)行仰拱13部位的開挖和清理、對巖溶充填區(qū)進(jìn)行超前小導(dǎo)管預(yù)注漿，仰拱13部位的巖溶裂縫及填充物得到固結(jié)后進(jìn)行鋼筋綁扎和混凝土澆筑，完成鋼筋混凝土仰拱14的施工，此時(shí)側(cè)墻、拱頂和仰拱閉合成環(huán)。接著完成后續(xù)拱頂和側(cè)墻的_■次襯砲12施工。5.4.2與上同進(jìn)行右導(dǎo)坑上臺階8和右導(dǎo)坑下臺階9的開挖和支護(hù)，左導(dǎo)坑與右導(dǎo)坑縱向錯(cuò)開間距不大于20米且不得大于2D (D為隧道開挖跨度)。5.4.3拱頂核心土 6和下部核心7 土開挖與支護(hù)同上述工藝和順序,但注意拱頂核心土 6和下部核心7開 挖縱向錯(cuò)開距離不得大于5米，下部核心土 7臺階與右導(dǎo)坑的縱向錯(cuò)開間距不得大于20米且不得大于2D (D為隧道開挖跨度)。拱頂鋼架合攏鋼板連接緊密，螺栓緊固。5.5施工監(jiān)測量控項(xiàng)目
5.5.1進(jìn)行監(jiān)測量控，當(dāng)量測數(shù)據(jù)滿足以下要求時(shí)可認(rèn)為已經(jīng)基本穩(wěn)定。已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)到預(yù)計(jì)總位移量的80% ；
周邊位移速率小于0.1 0.2mm/d ；
拱頂下沉速度小于0.07 0.15mm/d，可逐段拆除必須的臨時(shí)支護(hù)，澆筑仰拱二次襯砌
混凝土。5.5.2根據(jù)“新奧法”施工和規(guī)范規(guī)定，為對隧道施工安全、支護(hù)效果、施工二次襯砌的時(shí)間進(jìn)行分析和判定，必須進(jìn)行施工監(jiān)測量控來掌握圍巖力學(xué)變化規(guī)律，掌握支護(hù)工作狀態(tài)信息，及時(shí)反饋和工程預(yù)報(bào)，確定施工對策，落實(shí)措施，指導(dǎo)施工，確保安全。主要監(jiān)測項(xiàng)目和測量頻率:
量測項(xiàng)目及頻率表
權(quán)利要求
1.一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行: 步驟一:在巖溶充填區(qū)布設(shè)超前小導(dǎo)管(I)注漿； 所述超前小導(dǎo)管(I)為熱軋無縫鋼管，外徑42mm,厚3.5mm,長4500mm,鋼管前端設(shè)置有尖錐頭(2)，中部設(shè)置有注漿孔(3)，尾部設(shè)置有止?jié){段(4)，止?jié){段(4)的尾部設(shè)置有箍筋(5)； 所述止衆(zhòng)孔(3)的孔徑為IOmm,間距為15mm ； 所述超前小導(dǎo)管(I)與掌子面垂直布設(shè)，并與導(dǎo)坑側(cè)壁成25 45°夾角，兩個(gè)超前小導(dǎo)管(I)的豎向間距不大于50cm; 所述超前小導(dǎo)管(I)的布設(shè)采用風(fēng)鉆鉆孔、機(jī)械鉆孔或洛陽鏟成孔后頂入，鉆孔孔徑56mm，超前小導(dǎo)管(I)頂入長度不小于其自身長度的90% ； 所述注漿的注漿材料為水泥水單液漿，注漿壓力為0.5 1.0MPa，注漿擴(kuò)散半徑不小于40cm,水泥與水的體積比為1:1,速凝劑摻量為2 2.5%體積百分比,水泥使用早強(qiáng)PR42.5 水泥； 步驟二:采用上下臺階法開挖左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑和中導(dǎo)坑，上臺階與下臺階縱向距離為3飛m，上臺階進(jìn)尺3米時(shí)，開挖下臺階；左導(dǎo)坑完成至少2倍于開挖跨度時(shí)開挖右導(dǎo)坑，右導(dǎo)坑下臺階完成至少20m時(shí)開挖中導(dǎo)坑；左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑及中導(dǎo)坑的開挖按照下述步驟分進(jìn)程依次循環(huán)直至開挖完成，單循環(huán)進(jìn)尺0.75^1.0米: 步驟二 a:向巖體初噴混凝土，所述混凝土為鋼纖維C25混凝土，噴射厚度5 8cm ；所述混凝土噴射分段 施工，噴射混凝土預(yù)留寬度為200 300mm的斜面，斜面上用壓力水沖洗潤濕后再行噴射混凝土； 所述混凝土噴射自下而上施工，先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土，邊墻噴混凝土從墻腳開始向上噴射； 所述一次噴射混凝土的厚度，邊墻為7 10cm，拱部為5飛cm，保持噴層厚度均勻，頂部噴射時(shí)，兩次噴射的間隔時(shí)間為2 4 h ； 所述噴射混凝土的風(fēng)壓，邊墻為0.3 0.5MPa，拱部為0.4 0.65MPa ； 所述噴射混凝土的噴射角度為70° 90°，噴嘴與受噴面間距為1.5 2.0m,噴射動作為環(huán)形且一圈壓半圈噴射，環(huán)形橫向40 60cm,高15 20cm ； 所述噴射混凝土的過程中控制混凝土的回彈率側(cè)壁不大于15%，拱部不大于25% ； 所述噴射混凝土在噴射側(cè)壁下部時(shí)，先清理上半斷面噴射時(shí)的回彈物； 步驟二 b:鋼架支護(hù)，所述鋼架為I 20b工字鋼鋼架，環(huán)向支撐加強(qiáng)支護(hù)，間距為0.5米，每兩榀鋼架之間設(shè)Φ25πιπι縱向鋼筋連接，環(huán)向間距為Im ； 所述鋼架在掌子面以螺栓連接，鋼架每側(cè)安設(shè)2 3根鎖腳錨管，所述鎖腳錨管為長4 5m的Φ 42鋼花管； 所述鋼架在施做二次襯砌前拆除； 步驟二 c:中空錨桿注漿，采用風(fēng)動鑿巖機(jī)成孔，孔徑42_，鉆孔方向盡可能垂直結(jié)構(gòu)面或初噴混凝土表面；錨桿孔比桿徑大15 mm ;成孔后采用高壓風(fēng)清孔； 所述中空錨桿為法向Φ25πιπι中空注漿錨桿； 所述注漿的注漿料采用純水泥漿，水灰比為1:1 ;所述中空錨桿的中孔為注漿料灌入孔，所述中空錨桿的上仰孔設(shè)置止?jié){塞和排氣孔； 步驟二 d:復(fù)噴混凝土，所述混凝土為鋼纖維C25混凝土，噴射12 15cm ； 所述復(fù)噴混凝土的操作步驟與初噴混凝土的操作步驟相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，在隧道開挖前進(jìn)行平面控制測量、高程控制測量和隧道洞內(nèi)控制測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，在雙導(dǎo)坑臺階式開挖前、開挖中進(jìn)行超前小導(dǎo)管(I)注漿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，在鋼架支護(hù)中拉掛鋼筋網(wǎng)，所述鋼筋網(wǎng)為單層HPB235鋼筋網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于超前小導(dǎo)管的外露面通過焊接與鋼筋網(wǎng)連接；鉆入巖體的中空錨桿的端部與鋼筋網(wǎng)焊接連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，在噴射混凝土終凝2小時(shí)后，進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14天。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，臺階開挖后，立即進(jìn)行初期支護(hù)，上臺階初期支護(hù)封閉控制在3小時(shí)以內(nèi)，下臺階初期支護(hù)封閉控制在4小時(shí)以內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其特征在于，上下臺階開 挖支護(hù)后，凈空變化速率控制在lmm/d以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于有填充物的溶洞、地質(zhì)不良、易發(fā)生坍塌Ⅲ~Ⅳ類巖石地段的大斷面巖溶隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工方法，其步驟包括在巖溶充填區(qū)布設(shè)超前小導(dǎo)管注漿，采用上下臺階法開挖左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑和中導(dǎo)坑，上臺階與下臺階縱向距離為3~5m，上臺階進(jìn)尺3米時(shí)，開挖下臺階；左導(dǎo)坑完成至少2倍于開挖跨度時(shí)開挖右導(dǎo)坑，右導(dǎo)坑下臺階完成至少20m時(shí)開挖中導(dǎo)坑；左導(dǎo)坑、右導(dǎo)坑及中導(dǎo)坑的開挖按照向巖體初噴混凝土、鋼架支護(hù)、中空錨桿注漿和復(fù)噴混凝土。本發(fā)明采取正臺階小開挖方法，減少對隧道溶洞區(qū)充填物的擾動，隧道大斷面分解成小斷面，減少開挖跨度，降低開挖高度，分部開挖，分塊支護(hù)，步步封閉，減少了對溶洞圍巖的擾動，防止大面積坍塌，安全性高，圍巖受力得到保護(hù)。
文檔編號E21D11/10GK103244128SQ201310190228
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者蔡獻(xiàn)東, 周萬生, 肖淑青, 岳靜芳, 李宗正, 陳秀利, 葛守?fù)P, 王紅亮, 劉朋帥 申請人:匯通路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司