隧道穿越特大型溶洞施工工藝的製作方法

2023-09-21 01:53:10 1

專利名稱：隧道穿越特大型溶洞施工工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道穿越溶洞的施工工藝，特別是隧道穿越特大型溶洞施工工藝。
背景技術：
隨著珠三角經濟的發展，通往內地的交通壓力日益增大，粵北公路升級改造勢在必行。由於粵北位於複雜的地質構造帶，褶皺斷裂發育，地質構造複雜，為公路工程建設的主要不良地質，因此開展隧道開挖後，調查、觀測、分析不良地質條件的影響、基礎處理、支護研究，採取切實有力的施工措施提高工程質量、加快進度、保障安全，保證隧道施工中的通風、防塵、防排水、砌渣處理等施工環節的有效實施是十分必要的。相關文獻介紹在國內公路建設中，有隧道穿越溶洞的情況，但在隧道施工中遇到特大型溶洞是極為罕見的，且現有文獻僅對特大型溶洞處治方案、施工技術進行了初步的探討和研究，並未有專門針對性的技術手段和措施方法。本發明結合施工實踐，形成了隧道穿越特大溶洞成套技術處理方案和施工總結， 徹底解決隧道穿越特大型溶洞技術難題，為以後隧道穿越特大型溶洞的類似工程施工提供了極高的借鑑價值。通過查新認為該成果達到國內領先水平。

發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、施工方便、成本較低、科學有效、節能環保的隧道穿越特大型溶洞施工工藝。本發明的目的是這樣實現的，隧道穿越特大型溶洞施工工藝，其特徵在於包括如下步驟
1)溶洞地下部分採取簡易橋處理隧道穿越溶洞，溶洞修建簡易橋，採用樁基礎處理； 並在樁基礎上面整體澆築鋼混結構承臺，使得下部形成一個整體；
2)初期支護，溶洞一側設置支撐牆處於溶洞一側將支撐牆全部深入上部巖體中，在支撐牆施工過程中，預埋隧道初期支護的鋼拱架，使支撐牆與隧道初期支護形成一個整體的支承結構；隧道輪廓以上部分，在溶洞壁施工錨杆，並預留Im與支撐牆連成整體；
3)設置平行導洞邊處理溶洞邊開挖主洞；在處理溶洞的同時，開挖平行導洞，即避開溶洞，在主線斜向開挖臨時隧道到主線，由導洞進入主線開挖施工；平行導洞與溶洞壁最小處距離為7m ；
4)底部處理地基處理採用樁基礎承臺支撐牆結構，隧道左側採用雙排樁徑1.6m樁基，每排9根，中部及右側採用單排樁徑2m樁基，每排4根，樁底嵌入堅硬持力層不小於3m ；
5)溶洞入口段隧道洞身的處理對已開挖段落突出部位進行局部鑿除，之後在滿足二襯35cm的情況下進行加強錨噴，採用5m Φ 22藥卷錨杆，間距140cmX 120cm，環向11根，與原有錨杆交錯布置，並儘快噴射混凝土及掛Φ 6鋼筋網，間距20cmX 20cm ；在承臺及支撐牆靠隧道一側設置藥卷錨杆，承臺側錨杆伸入圍巖5m，間距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；在承臺側架設通長橫向聯繫梁，系梁鋼筋與隧道二襯鋼筋連接；支撐牆側錨杆長3. 5m，伸入圍巖 2. 5m,支撐牆頂部錨杆長4m，伸入圍巖3m ；
6)支撐牆頂部約Im範圍內採用C25早強噴射混凝土充填，並在混凝土內設置3m長 Φ 50 (壁厚4mm)注漿小導管，小導管間距1. 5m ；
7)溶洞拱部及側壁圍巖的支護採用Φ22藥卷錨杆(拱部錨杆長度2m、6m ；側壁錨杆長度2. 5m、4m)，呈梅花型布置，間距150cmX 150cm，掛Φ 6鋼筋網，間距15 cmX 15cm，並噴射 15cm厚C25早強混凝土 ；
8)溶洞堆積物處理；
9)隧道穿越特大型溶洞的監控測量。所述步驟1)中所述的樁基礎採用人工挖樁成孔。所述步驟4)中所述的樁基礎採用人工挖樁成孔，並按照旱地樁處理。所述步驟8)是對於洞壁圍巖較堅硬的溶洞洞底堆積物及落石採取清理的處理方式，清理完後，再對靠近溶洞掌子面20m範圍、頂部及側壁進行錨噴網支護；在洞底設置排水結構，確保溶洞水流至洞外，溶洞段隧道洞身不設仰拱，但每5m設置一道橫向聯繫梁。所述步驟9)是通過ANSYS程序設計語言APDL，開發出施加虛擬支撐力的命令，自動完成地應力的逐步釋放。本發明的優點主要是隧道穿越特大型溶洞的施工技術的完整性、全面性。隧道施工中出現特大型溶洞後，需採取合理的處理措施和施工技術方案加以解決，以不耽誤施工工期；同時由於溶洞的出現可能給工程造成一定的質量和安全隱患，所以技術處理措施必須可行，且經濟合理，從而使得施工進度、質量、安全得到保證，與改線相比較，在經濟效益和社會效益方面的優點突出表現在
1)節約工期——在隧道出現特大型溶洞時進行改線，重新設計會延誤工期，採用邊處理溶洞，邊實施導洞開挖，再利用導洞向另一側洞口繼續掘進，從而不會對總工期造成太大的影響。2)生態保護——在溶洞內部實施處理，不會給周邊生態造成破壞。3)質量、安全隱患的消除——隧道的開挖，打破了溶洞的平衡狀態，若不及時處理，很可能會造成山體坍塌，安全隱患極大。由於對溶洞應用合理科學的技術手段，採取適當有力的措施，最大限度地消除了隧道的質量、安全隱患，保證了隧道施工的工程質量。4)施工成本的控制，經濟效益明顯——若改線，需要重新選線，但這也是不可能的，由於兩側的特大橋已經進入了施工狀態，如需進行重新的設計，相應的投入非常之大， 發現溶洞之前的隧道初期開挖和支護工程全部作廢，還需要重新勘測、放線、徵地、臨建，造成巨大的經濟損失。此發明可以很好的處理溶洞，無需改線，從工程全局看，經濟效益明顯。5)減少社會影響——若進行改線，已施工的外露工程及隧道基本不可能恢復原地貌，造成浪費和對環境的破壞，需要重新徵地臨建，會影響周圍環境以及居民的生活，造成不必要的社會影響。隨著我國山區公路的建設投入逐漸增加，穿越特殊地層的隧道越來越多。由於溶洞具有一定的隱蔽性，前期的勘探設計不一定能夠準確地揭示隧道段地質情況，隧道內出現溶洞也是不可避免的，倘若遇到特大型溶洞，本發明可以保證隧道在工期內安全順利的完成，也可保證工程質量和最大程度的節約成本。在日益增加的山區隧道施工中，本發明的施工技術對今後類似工程的施工起到寶貴的借鑑作用，對於已經開挖的隧道的設計具有很好的指導作用，其與改線相比較，具有良好的經濟效益和社會效益，具有廣泛的推廣應用前



圖1是本發明隧道穿越特大型溶洞施工工藝流程框圖。
具體實施例方式實施例1
如圖1所示，隧道穿越特大型溶洞施工工藝，包括如下步驟
1)溶洞地下部分採取簡易橋處理隧道穿越溶洞，溶洞修建簡易橋，採用樁基礎處理； 並在樁基礎上面整體澆築鋼混結構承臺，使得下部形成一個整體；所述的樁基礎採用人工挖樁成孔；
2)初期支護，溶洞一側設置支撐牆處於溶洞一側將支撐牆全部深入上部巖體中，在支撐牆施工過程中，預埋隧道初期支護的鋼拱架，使支撐牆與隧道初期支護形成一個整體的支承結構；隧道輪廓以上部分，在溶洞壁施工錨杆，並預留Im與支撐牆連成整體；
3)設置平行導洞邊處理溶洞邊開挖主洞；在處理溶洞的同時，開挖平行導洞，即避開溶洞，在主線斜向開挖臨時隧道到主線，由導洞進入主線開挖施工；平行導洞與溶洞壁最小處距離為7m ；
4)底部處理地基處理採用樁基礎承臺支撐牆結構，隧道左側採用雙排樁徑1.6m樁基，每排9根，中部及右側採用單排樁徑2m樁基，每排4根，樁底嵌入堅硬持力層不小於3m ； 所述的樁基礎採用人工挖樁成孔，並按照旱地樁處理；
5)溶洞入口段隧道洞身的處理對已開挖段落突出部位進行局部鑿除，之後在滿足二襯35cm的情況下進行加強錨噴，採用5m Φ 22藥卷錨杆，間距140cmX 120cm，環向11根，與原有錨杆交錯布置，並儘快噴射混凝土及掛Φ 6鋼筋網，間距20cmX 20cm ；在承臺及支撐牆靠隧道一側設置藥卷錨杆，承臺側錨杆伸入圍巖5m，間距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；在承臺側架設通長橫向聯繫梁，系梁鋼筋與隧道二襯鋼筋連接；支撐牆側錨杆長3. 5m，伸入圍巖 2. 5m,支撐牆頂部錨杆長4m，伸入圍巖3m ；
6)支撐牆頂部約Im範圍內採用C25早強噴射混凝土充填，並在混凝土內設置3m長 Φ 50 (壁厚4mm)注漿小導管，小導管間距1. 5m ；
7)溶洞拱部及側壁圍巖的支護採用Φ22藥卷錨杆(拱部錨杆長度2m、6m ；側壁錨杆長度2. 5m、4m)，呈梅花型布置，間距150cmX 150cm，掛Φ 6鋼筋網，間距15 cmX 15cm，並噴射 15cm厚C25早強混凝土 ；
8)溶洞堆積物處理；對於洞壁圍巖較堅硬的溶洞洞底堆積物及落石採取清理的處理方式，清理完後，再對靠近溶洞掌子面20m範圍、頂部及側壁進行錨噴網支護；在洞底設置排水結構，確保溶洞水流至洞外，溶洞段隧道洞身不設仰拱，但每5m設置一道橫向聯繫梁；
9)隧道穿越特大型溶洞的監控測量。通過ANSYS程序設計語言APDL，開發出施加虛擬支撐力的命令，自動完成地應力的逐步釋放。
實施例2』
1)確定隧道穿越特大型溶洞處理方案。A.溶洞地下部分採取簡易橋處理。隧道穿越溶洞，溶洞修建簡易橋，採用樁基 處理。由於地勢受限，樁基只能採用人工挖樁成孔，並在樁基礎上面整體澆築鋼混結構承臺，使得下部形成一個整體，結構牢固合理，確保下部結構的穩定性。B.完善初期支護，溶洞一側設置支撐牆。溶洞處理的設計和施工在採用新奧法原理的同時，充分發揮了支撐牆的作用一方面，處於溶洞一側將支撐牆全部深入上部巖體中，在支撐牆施工過程中，預埋隧道初期支護的鋼拱架，使支撐牆與隧道初期支護形成一個整體的支承結構；另一方面，隧道輪廓以上部分，在溶洞壁施工錨杆，並預留Im與支撐牆連成整體，有利於隧道開挖後，應力向支撐牆底部的承臺及樁基擴散，充分運用了新奧法原理。C.設置平行導洞，邊處理溶洞邊開挖主洞，避免影響工期。在處理溶洞的同時，由於隧道另一側洞口處於峭壁處，故採用開挖平行導洞，即避開溶洞，在主線斜向開挖臨時隧道到主線，由導洞進入主線開挖施工，這樣既節省工期，也有利於隧道內交叉作業與通風。平行導坑的設計是在不影響溶洞穩定性的基礎上設計的， 其與溶洞壁最小處距離約為7m。通過後續施工驗證，設置導洞是必要的，也是十分科學的。 可以利用導洞做行車橫洞，起到緊急避險和觀光專用路。2)隧道溶洞段圍巖處理技術。A.圍巖複合式襯砌；
B.防排水設計；
C.隧道出口淺埋段施工問題的處理。3)隧道溶洞段施工技術。A.小溶洞處理和裂隙填堵技術；
B.大溶洞處理技術方案；
C.特大型溶洞處理技術包括底部處理技術、入口段隧道洞身處理技術及頂部和側壁處理技術。地基處理採用樁基礎承臺支撐牆結構；溶洞底部處理方式為隧道左側採用雙排(每排9根)樁徑1. 6m樁基，中部及右側採用單排(每排4根)樁徑2m樁基，樁底嵌入堅硬持力層不少於3m。為避免對巖層擾動和破壞，另外還考慮空間溶洞的特殊性，樁孔機械施工難度大，全部採用人工挖孔，並按照旱地樁處理。溶洞入口段隧道洞身的處理中，為加強溶洞入口段隧道的支護結構，考慮圍巖穩定性好，結合開挖斷面形狀，對已開挖段落突出部位進行局部鑿除，之後在滿足二襯35cm的情況下進行加強錨噴，採用5m Φ 22藥卷錨杆，間距140cmX 120cm，環向11根，與原有錨杆交錯布置，並儘快噴射混凝土及掛Φ 6鋼筋網，間距20cmX 20cm。處理基礎時，為加強承臺支撐牆與隧道及溶洞洞壁的緊密結合，在承臺及支撐牆靠隧道一側設置藥卷錨杆。承臺側錨杆伸入圍巖5m，間距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；並在承臺側架設通長橫向聯繫梁，系梁鋼筋與隧道二襯鋼筋連接；支撐牆側錨杆長3. 5m，伸入圍巖2. 5m，支撐牆頂部錨杆長4m，伸入圍巖3m ；支撐牆頂部約Im範圍內採用C25早強噴射混凝土充填，並在混凝土內設置3m長Φ50 (壁厚4mm)注漿小導管，小導管間距1. 5m。D.溶洞段隧道施工包括開挖方案、支護方案實施及現場監測控制方法。溶洞頂部及側壁的處理中，由於溶洞洞壁圍巖較好(III級圍巖)，經設計單位同意取消超前管棚，變更採用超前錨杆結構，並取消仰拱。溶洞處理時，溶洞拱部及側壁圍巖的支護採用Φ22藥卷錨杆(拱部錨杆長度2m、6m ；側壁錨杆長度2. 5m,4m),呈梅花型布置，間距150cmX 150cm, 掛Φ 6鋼筋網，間距15 cmX 15cm,並噴射15cm厚C25早強混凝土。4)溶洞堆積物處 理及防地表塌陷處理。溶洞堆積物原則上宜固不宜清，對於洞壁圍巖較堅硬的溶洞洞底堆積物及落石採取清理的處理方式。清理完後，再對靠近溶洞掌子面20m範圍、頂部及側壁進行錨噴網支護。在洞底設置排水結構，確保溶洞水流至洞外，溶洞段隧道洞身不設仰拱，但每5m設置一道橫向聯繫梁，解決縱向承荷，防地表塌陷。5)隧道穿越特大型溶洞的監控測量。隧道穿越特大型溶洞的監控測量技術中通過ANSYS程序設計語言APDL，開發出施加虛擬支撐力的命令，自動完成地應力的逐步釋放。利用這一功能，開發了施加虛擬支撐力的命令，很好地完成了隧道施工過程的模擬計算。
權利要求
1.隧道穿越特大型溶洞施工工藝，其特徵在於包括如下步驟1)溶洞地下部分採取簡易橋處理隧道穿越溶洞，溶洞修建簡易橋，採用樁基礎處理； 並在樁基礎上面整體澆築鋼混結構承臺，使得下部形成一個整體；2)初期支護，溶洞一側設置支撐牆處於溶洞一側將支撐牆全部深入上部巖體中，在支撐牆施工過程中，預埋隧道初期支護的鋼拱架，使支撐牆與隧道初期支護形成一個整體的支承結構；隧道輪廓以上部分，在溶洞壁施工錨杆，並預留Im與支撐牆連成整體；3)設置平行導洞邊處理溶洞邊開挖主洞；在處理溶洞的同時，開挖平行導洞，即避開溶洞，在主線斜向開挖臨時隧道到主線，由導洞進入主線開挖施工；平行導洞與溶洞壁最小處距離為7m ；4)底部處理地基處理採用樁基礎承臺支撐牆結構，隧道左側採用雙排樁徑1.6m樁基，每排9根，中部及右側採用單排樁徑2m樁基，每排4根，樁底嵌入堅硬持力層不小於3m ；5)溶洞入口段隧道洞身的處理對已開挖段落突出部位進行局部鑿除，之後在滿足二襯35cm的情況下進行加強錨噴，採用5m Φ 22藥卷錨杆，間距140cmX 120cm，環向11根，與原有錨杆交錯布置，並儘快噴射混凝土及掛Φ 6鋼筋網，間距20cmX 20cm ；在承臺及支撐牆靠隧道一側設置藥卷錨杆，承臺側錨杆伸入圍巖5m，間距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；在承臺側架設通長橫向聯繫梁，系梁鋼筋與隧道二襯鋼筋連接；支撐牆側錨杆長3. 5m，伸入圍巖 2. 5m,支撐牆頂部錨杆長4m，伸入圍巖3m ；6)支撐牆頂部約Im範圍內採用C25早強噴射混凝土充填，並在混凝土內設置3m長 Φ 50 (壁厚4mm)注漿小導管，小導管間距1. 5m ；7)溶洞拱部及側壁圍巖的支護採用Φ22藥卷錨杆(拱部錨杆長度2m、6m ；側壁錨杆長度2. 5m、4m)，呈梅花型布置，間距150cmX 150cm，掛Φ 6鋼筋網，間距15 cmX 15cm，並噴射 15cm厚C25早強混凝土 ；8)溶洞堆積物處理；9)隧道穿越特大型溶洞的監控測量。
2.根據權利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工藝，其特徵是所述步驟1)中所述的樁基礎採用人工挖樁成孔。
3.根據權利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工藝，其特徵是所述步驟4)中所述的樁基礎採用人工挖樁成孔，並按照旱地樁處理。
4.根據權利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工藝，其特徵是所述步驟8)是對於洞壁圍巖較堅硬的溶洞洞底堆積物及落石採取清理的處理方式，清理完後，再對靠近溶洞掌子面20m範圍、頂部及側壁進行錨噴網支護；在洞底設置排水結構，確保溶洞水流至洞夕卜，溶洞段隧道洞身不設仰拱，但每5m設置一道橫向聯繫梁。
5.根據權利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工藝，其特徵是所述步驟9)是通過ANSYS程序設計語言APDL，開發出施加虛擬支撐力的命令，自動完成地應力的逐步釋放。
全文摘要
本發明涉及一種隧道穿越溶洞施工工藝，特別是隧道穿越特大型溶洞施工工藝，它至少包括1)溶洞地下部分採取簡易橋處理；2)初期支護，溶洞一側設置支撐牆；3)設置平行導洞；4)底部處理；5)溶洞入口段隧道洞身的處理；6)支撐牆頂部約1m範圍內採用C25早強噴射混凝土充填，並在混凝土內設置3m長Φ50注漿小導管，小導管間距1.5m；7)溶洞拱部及側壁圍巖的支護採用φ22藥卷錨杆，呈梅花型布置，間距150cm×150cm，掛φ6鋼筋網，間距15cm×15cm，並噴射15cm厚C25早強混凝土；8)溶洞堆積物處理；9)隧道穿越特大型溶洞的監控測量。本發明提供了一種工藝簡單、施工方便、成本較低、科學有效、節能環保的隧道穿越特大型溶洞施工工藝。
文檔編號E21D9/14GK102383806SQ20111020068
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者廖立勳, 徐增權, 李慶華, 楊櫟, 薛成, 陳有強, 陳鍇 申請人:廣東華盟路橋工程有限公司