穿越回填土段及過渡段隧道的施工方法與流程
2023-07-15 08:52:16
本發明涉及隧道工程，具體涉及穿越回填土段及過渡段隧道的施工方法。
背景技術：
隧道施工的特點是隱蔽性大、作業空間有限、作業的綜合性強，施工環境惡劣、風險性大；施工方法受地形、地質的制約。只有對這些特點進行合理分析後，根據隧道穿越地層的不同情況，選擇適當的施工方法，才能夠安全、快速地完成隧道工程。如CN 104500077B公告的「一種淺埋暗挖隧道穿越平房區施工方法」，採用臺階開挖法由後向前對所施工淺埋暗挖隧道的隧道洞進行開挖，且開挖過程中由後向前對開挖形成的隧道洞進行初期支護；隧道洞由上導洞和位於上導洞正下方的下導洞組成，隧道洞的後部與豎井相連；隧道洞的初期支護結構包括多榀由後向前對所述隧道洞進行支撐的格柵鋼架、掛裝在隧道洞內壁上的一層鋼筋網和噴射在隧道洞內壁上的混凝土層；對所施工淺埋暗挖隧道的隧道洞進行開挖時，過程如下：一、上導洞初始段開挖；二、下導洞初始段開挖；三、上下導洞同步開挖。該方法步驟簡單、設計合理且施工方便、施工效果好，能簡便完成穿越平房區的淺埋暗挖隧道施工過程，並且施工過程安全可靠。隨著城市軌道交通建設的發展，隧道穿越的地段將遇到很多新情況，如城市軌道交通需要穿越回填土段及過渡段。目前，穿越回填土段及過渡段的隧道施工方面沒有一套標準、規範的施工方案可供遵循，能夠借鑑的資料很少。因而，亟待探索一種設計合理、步驟簡單、施工方便、施工效果好的穿越回填土段及過渡段隧道的施工方法，以滿足城市軌道交通建設的需求。
發明目的
本發明的目的是提供穿越回填土段及過渡段隧道的施工方法，其步驟簡單、施工方便、安全可靠，能夠保證施工質量，滿足城市軌道交通建設的需求。
鑑於回填土段的地質條件較差，地層由上而下依次為素填土層、殘坡積粉質粘土層、沉積巖層。回填土段覆蓋層在溝谷地帶的厚度較大，基巖為砂巖和泥巖互層的陸相碎屑巖，含水相對較弱。回填土段水文地質條件較複雜，地下水的富水性受地形地貌、巖性及裂隙發育程度控制，主要為大氣降水、地面溝、塘水體滲漏以及城市地下排水管線滲漏補給，為孔隙潛水和上層滯水，且地下水的水位不統一，水位及水量呈明顯的季節性變化特徵，動態幅度大，地下水之間無水力聯繫。
經實地勘察，與回填土段兩端相連的過渡段的地質條件較回填土段好，與回填土段一端相連的過渡段較短，稱為小裡程方向，與回填土段另一端相連的過渡段較長，稱為大裡程方向；要求施工的隧道為雙向通輕軌，即分為左線隧道和右線隧道。根據上述具體情況，首先，應對對施工現場作出具體的規劃，對與回填土段兩端相連的過渡段採用B型斷面結構。由於處於巖質段到回填土段交界位置，巖層較破碎不均勻，為了防止開挖過程引起坍塌，同時減少開挖後的沉降變形，在過渡段採用B型斷面形式，對B型斷面採用T76L×9.5mm自進式管棚與Ф42×3.5mm注漿小導管進行超前支護，採用機械法分上下臺階法開挖，其初期支護形式為I20a型鋼鋼架+噴射C25砼進行支護，並在拱腰處分別設置2根8m長Ф108鋼管作為鎖腳錨管。同時對二襯採用與回填段等厚度的600mm進行支護，而巖質段二襯厚度為350mm。對於回填土段，由於回填時間較短(4-5年)，回填料不均勻，自然固結未穩定，回填土區較深，在回填土段設置C型斷面，採用T76L×9.5mm自進式管棚與Ф42×3.5mm注漿小導管進行超前支護，採用預留核心土環形分上下臺階法開挖，為及時將初支封閉成環，其第一層初期支護形式為I20a型鋼鋼架+噴射C25砼進行支護，並在拱腰和拱腳處分別設置2根8m長Ф108鋼管作為鎖腳錨管；第二層初期支護形式為格柵鋼架+噴射鋼纖維C25砼進行支護，此層初期支護目的是防止初支施工完成後到二襯施作期間隧道發生過大沉降變形。針對回填土段隧道底部還有呈鍋底狀的回填區，最大深度達20m以上，對C斷面隧底採用樁徑為Ф500mm的鋼管樁在隧道縱向按間距650mm，布置3+2根梅花形樁基進行基底加固。
本發明所述的穿越回填土段及過渡段隧道的施工方法，其特徵是，包括以下步驟：
第一步，施工場地排水；
隧道穿越回填土段及過渡段地層在雨季時存在豐富的地下水，採用管井法降水，降水井管直徑為300mm(毫米)，將水位降至隧道底標高以下2.0m(米)。隧道穿越回填土段及過渡段的洞內採用反坡排水，即採用接力式排水，設置增壓泵逐段增壓抽水，排至洞口沉澱池內，以保證及時排除洞內滲水或其他積水；
第二步，開挖隧道；
1)小裡程方向過度段右線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工，至回填土段後，進行小裡程方向右線回填土段隧道施工，採用預留核心土法機械開挖，隧道按C型斷面結構施工；
2)當B型斷面、C型斷面共計施工30m時，開始小裡程方向過度段左線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工，並保持左、右線隧道掌子面間距30m(米)，繼續施工；
3)大裡程方向過度段左線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工，當大裡程方向過度段左線隧道施工30m(米)後，進行大裡程方向過度段右線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工；
4)當大裡程方向右線、左線隧道先後進入C型斷面施工，採用預留核心土法機械開挖，隧道按C型斷面結構施工；
5)當左線隧道或/和右線隧道兩端掌子面相距10m(米)時，暫停大裡程方向左線隧道或/和右線隧道掌子面開挖施工；
6)小裡程方向左線隧道或/和右線隧道線單向繼續施工，直至隧道貫通。
進一步，所述B型斷面施工的步序為：①、超前管棚、超前小導管；②、開挖上臺階，施作初期支護半環，打設錨管；③、開挖下臺階，施作初期支護全環封閉，打設鎖腳錨杆；④、鋪設防水層，施作仰拱；⑤、鋪設防水層，施作拱部及曲牆二次襯砌。
進一步，所述C型斷面施工的步序為：①、超前管棚、超前小導管施工；②、孤形導坑開挖，施作徑向注漿管並注漿，施作第一層初期支護，打設鎖腳錨管，施做下臺階超前小導管；③、開+挖下臺階，施作徑向注漿管並注漿，施作下臺階第一層初期支護，鋼架全環封閉，打設鎖腳錨管；架設格柵拱架，施作第二層初期支護；④、施作隧底樁基礎；⑤、鋪設防水層，施作仰拱；⑥、鋪設防水層，施作拱部及曲牆二次襯砌。
本發明的有益效果：由於充分利用了複合襯砌設計原理，施工中將初期支護分為兩個部分，第一部分為型鋼拱架+噴射混凝土+鎖腳錨管，第二部分為格柵鋼架+噴射鋼纖維混凝土，並按順序依次實施，在開挖方法上結合環形核心土法開挖的特點，搭設超前管棚+超前小導管組合形成超前支護，增加鎖腳錨管提高初期支護支撐能力，儘早將初支封閉成環，加強超前注漿與初支背後回填注漿，儘早發揮圍巖的自持能力，減少圍巖變形，實現初支變形穩定，為後序洞內施工創造條件。同時隧底增加鋼管樁，能夠有效減少運營期間隧道在洞外地下水流動及列車運行等動荷載作用下的沉降變形。
附圖說明
圖1施工現場規劃示意圖；
圖2降水井布置示意圖；
圖3是B型斷面隧道採用臺階法機械開挖的示意圖；
圖4是圖3的左視圖；
圖5是採C型斷面隧道用預留核心土法機械開挖的示意圖；
圖6是圖5的左視圖；
圖7小裡程方向施工示意圖；
圖8大裡程方向開始施工的示意圖；
圖9是大、小裡程方向均進入回填土段施工的示意圖；
圖10是左線隧道或/和右線隧道兩端掌子面相距10m時的示意圖；
圖11是小裡程方向左線隧道或/和右線隧道線單向繼續施工的示意圖；
圖12 B型斷面超前管棚、超前小導管施工示意圖；
圖13上臺階開挖並作初期支護的施工示意圖；
圖14下臺階開挖並作初期全環支護的施工示意圖；
圖15鋪設防水層、施作仰拱的施工示意圖；
圖16鋪設防水層、施作拱部及曲牆的二次襯砌施工示意圖；
圖17 C型斷面超前管棚、超前小導管的施工施工示意圖；
圖18孤形導坑開挖，施作徑向注漿管並注漿，施作第一層初期支護的示意圖；
圖19開挖下臺階，施作徑向注漿管並注漿，施作下臺階第一層初期支護，鋼架全環封的示意圖；
圖20施作隧底樁基礎的示意圖；
圖21鋪設防水層，施作仰拱的施工示意圖；
圖22鋪設防水層，施作拱部及曲牆二次襯砌的施工示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
經實地勘察，與回填土段兩端相連的過渡段的地質條件較回填土段好，與回填土段一端相連的過渡段較短，稱為小裡程方向，與回填土段另一端相連的過渡段較長，稱為大裡程方向；要求施工的隧道為雙向通地鐵，即分為左線隧道和右線隧道。根據上述具體情況，首先，應對施工現場作出具體的規劃，對與回填土段兩端相連的過渡段採用B型斷面結構。由於處於巖質段到回填土段交界位置，巖層較破碎不均勻，為了防止開挖過程引起坍塌，同時減少開挖後的沉降變形，在過渡段採用B型斷面形式，對B型斷面採用T76L×9.5mm自進式管棚與Ф42×3.5mm注漿小導管進行超前支護，採用機械法分上下臺階法開挖，其初期支護形式為I20a型鋼鋼架+噴射C25砼進行支護，並在拱腰處分別設置2根8m長Ф108鋼管作為鎖腳錨管。同時對二襯採用與回填段等厚度的600mm進行支護，而巖質段二襯厚度為350mm。對回填土段隧道採用C型斷面結構：由於回填時間較短(4-5年)，回填料不均勻，自然固結未穩定，回填土區較深，在回填土段設置C型斷面，採用T76L×9.5mm自進式管棚與Ф42×3.5mm注漿小導管進行超前支護，採用預留核心土環形分上下臺階法開挖，為及時將初支封閉成環，其第一層初期支護形式為I20a型鋼鋼架+噴射C25砼進行支護，並在拱腰和拱腳處分別設置2根8m長Ф108鋼管作為鎖腳錨管；第二層初期支護形式為格柵鋼架+噴射鋼纖維C25砼進行支護，此層初期支護目的是防止初支施工完成後到二襯施作期間隧道發生過大沉降變形。針對回填土段隧道底部還有呈鍋底狀的回填區，最大深度達20m以上，對C斷面隧底採用樁徑為Ф500mm的鋼管樁在隧道縱向按間距650mm，布置3+2根梅花形樁基進行基底加固。
本發明所述的穿越回填土段及過渡段隧道的施工方法，參見圖1至圖22，其特徵是，包括以下步驟：
第一步，施工場地排水；
隧道穿越回填土段及過渡段地層在雨季時存在豐富的地下水，採用管井法降水，降水井管直徑為300mm(毫米)，將水位降至隧道底標高以下2.0m(米)。隧道穿越回填土段及過渡段的洞內採用反坡排水，即採用接力式排水，設置增壓泵逐段增壓抽水，排至洞口沉澱池內，以保證及時排除洞內滲水或其他積水；
第二步，開挖隧道；
1)小裡程方向過度段右線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工，至回填土段後，進行小裡程方向右線回填土段隧道施工，採用預留核心土法機械開挖，隧道按C型斷面結構施工；
2)當B型斷面、C型斷面共計施工30m時，開始小裡程方向過度段左線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工，並保持左、右線隧道掌子面間距30m(米)，繼續施工；
3)大裡程方向過度段左線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工，當大裡程方向過度段左線隧道施工30m(米)後，進行大裡程方向過度段右線隧道施工，採用臺階法機械開挖，隧道按B型斷面結構施工；
4)當大裡程方向右線、左線隧道先後進入C型斷面施工，採用預留核心土法機械開挖，隧道按C型斷面結構施工；
5)當左線隧道或/和右線隧道兩端掌子面相距10m(米)時，暫停大裡程方向左線隧道或/和右線隧道掌子面開挖施工；
6)小裡程方向左線隧道或/和右線隧道線單向繼續施工，直至隧道貫通。
所述B型斷面施工的步序為：①、超前管棚、超前小導管；②、開挖上臺階，施作初期支護半環，打設錨管；③、開挖下臺階，施作初期支護全環封閉，打設鎖腳錨杆；④、鋪設防水層，施作仰拱；⑤、鋪設防水層，施作拱部及曲牆二次襯砌。
所述C型斷面施工的步序為：①、超前管棚、超前小導管施工；②、孤形導坑開挖，施作徑向注漿管並注漿，施作第一層初期支護，打設鎖腳錨管，施做下臺階超前小導管；③、開+挖下臺階，施作徑向注漿管並注漿，施作下臺階第一層初期支護，鋼架全環封閉，打設鎖腳錨管；架設格柵拱架，施作第二層初期支護；④、施作隧底樁基礎；⑤、鋪設防水層，施作仰拱；⑥、鋪設防水層，施作拱部及曲牆二次襯砌。
結合類似工程經驗及節點工期要求初步擬定穿越回填土段施工步距，在施工過程中根據施工監測數據及時進行優化調整：①、上、下臺階的步距：採用短臺階法，上臺階超前5～10榀鋼架間距(鋼架間距0.65m)，立即進行下臺階施工，鋼架及時封閉成環；②、掌子面與樁基的步距：掌子面超前樁基區10.4m，開挖與雙層初支10.4m後，暫停掌子面施工，及時施作樁基礎；③、掌子面與仰拱的步距：樁基經檢測合格後，及時施作仰拱，原則上仰拱滯後掌子面2～3個襯砌施工循環長度(襯砌臺車長7.5m)④、拱牆二襯與仰拱的步距：在變形收斂穩定的前提下，拱牆二襯緊跟仰拱施工，拱牆二襯滯後仰拱不超過2個襯砌施工循環長度。
支護和襯砌工程
1)、隧道穿越回填土段及過渡段地質條件較差，採用φ76自進式管棚、φ42小導管進行超前支護，其中過渡段採用型鋼鋼架初期支護，回填土段採用型鋼鋼架與格柵拱架雙層初期支護，回填土段洞底採用鋼管樁加固地基處理。
2)、錨噴支護必須緊跟開挖工作面，施工前，認真檢查和處理錨噴支護作業區的危石，施工機具布置在安全地帶。
3)、初期支護採用先噴砼，再安裝錨杆的施工方式。錨杆孔位、孔徑、孔深及布置形式應符合設計要求，孔內積水和巖粉應吹洗乾淨。
4)、工字鋼架、格柵拱架製作質量必須符合設計要求，鋼架立柱不得置於浮渣上。
5)初期支護噴射砼作業應分段、分片、分層由下而上依次進行。
6)初期支護背後回填注漿以初期支護與巖土層密貼為原則，及時對初襯背後空隙注漿填充，初襯背後注漿採用水泥砂漿，注漿壓力控制在0.3～0.5MPa左右。
7)初期支護拱架設縱向連接筋，連接筋必須與拱架可靠焊接；錨杆端部與拱架可靠焊接。
8)拱架在洞外加工成榀並試拼，必須滿足設計要求；拱架安裝過程中，要確保每一個節點準確到位且連接可靠。