基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法與流程

2023-05-24 01:23:36

本發明屬於隧道施工方法技術領域，具體涉及一種基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法。

背景技術：

目前在我國西部黃土地區正大量興建高鐵、高速等重要基礎設施，在黃土地區修建隧道，經常會遇到隧道位於地下水位線以下，在飽和黃土地層中施工的情況。

飽和黃土圍巖屬工程地質條件很差的vi級圍巖，其常呈軟塑-流塑狀態，圍巖開挖後極易坍塌、變形，甚至出現地表下沉(陷)或坍塌至地表，為防止隧道開挖面滲水、湧水及提高圍巖穩定性，保證施工進度、工程質量和安全，隧道施工必須在無水環境中作業，即提前降低施工範圍內的地下水位。但位於飽和黃土地層的隧道埋深一般較大，且常穿越高低不平的山嶺溝谷地區，地表降水方案難以實現；此外，由於注漿在黃土地層中的可注性差，漿液不能進行滲透擴散，所以在洞內實施注漿止水措施很難達到預期的堵水、止水效果。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法，解決了現有飽和黃土隧道施工過程中，隧道內水壓力較大、易滲透湧水、滲水的問題。

本發明所採用的技術方案是，基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法，主要包括以下步驟：

步驟1，根據開挖區域分布情況，在隧道開挖面與掌子面之間從上到下設置不少於三排的超前真空降水井，每口超前真空降水井均通過集水管與排水總管接通；

步驟2，將真空泵與步驟1中的排水總管接通，抽吸掌子面前方土體內水分直至降水標準要求後，記錄抽水量，開始採挖隧道；

步驟3，採用雙導洞法開挖隧道，

步驟3.1，在按照標準採挖的隧道兩側導洞內均放置豎直方向的鋼拱架臨時支護和水平方向的臨時橫撐，並均在側輪廓面噴塗混凝土層形成拱牆初期襯砌，

步驟3.2，完成步驟3.1拱牆初期襯砌後，當兩側導洞每施工完一層即向側牆外設置不少於三排的側牆真空降水井，在每個臨時支護上均設置真空降水井，完成兩側導洞的採挖；

步驟4，沿步驟3.2採挖的導洞內縱向均勻分布管井，管井位於每個導洞拱底且抽吸地下水；

步驟5，採用上中下臺階法開挖隧道中洞，

步驟5.1，開挖中洞的上臺階部分，並在形成的拱頂上噴塗混凝土層形成拱頂初期襯砌，

步驟5.2，完成步驟5.1的上臺階部分後，開挖中洞的中臺階部分及下臺階部分，並在形成的仰拱上噴塗混凝土層形成仰拱初期襯砌，

步驟5.3，使步驟3.1的拱牆初期襯砌、步驟5.1的拱頂初期襯砌和仰拱初期襯砌連接呈並形成封閉的環狀的初期襯砌；

步驟6，拆除步驟5.3中初期襯砌區段的臨時支護和臨時橫撐，依次澆築仰拱、拱牆和拱頂形成二次襯砌，隧道開挖過程中重複步驟1-5直至完成隧道採挖工作。

本發明的特徵還在於，

步驟1的超前真空降水井分別位於分步開挖的各土層內，從上到下具體分布為：第一排超前真空降水井位於上臺階中部；第二排超前真空降水井位於中臺階平臺面向下45-55cm處；第三排超前真空降水井位於下臺階平臺面向下45-55cm處。

步驟1中的超前真空降水井均採用直徑70-80mm、長度6.5-7.5m的鋼管，每兩個相鄰的超前真空降水井之間的間距均為0.5-1.5m，每個超前真空降水井與水平面之間的夾角25°-35°。

步驟3.2中的側牆真空降水井均採用直徑30-34mm的鋼管，側牆真空降水井與超前真空降水井排數相同且每排位置相互平行，側牆真空降水井從上到下具體為：上排長度為3.5-4.5m，與水平面夾角25°-35°；中排長度為3.5-4.5m，與水平面夾角25°-35°；下排長度為4.5-5.5m，與水平面55°-65°。

每排側牆真空降水井沿隧道縱向均勻分布，每排相鄰的側牆真空降水井之間的間隔均為0.5-1.5m。

步驟3.2中真空降水井與第二排的超前真空降水井位置平行，真空降水井採用直徑30-34mm的鋼管、長度4.5-5.5m、與水平面夾角55°-65°，且真空降水井沿隧道縱向均勻分布，每相鄰的真空降水井之間均為0.5-1.5m。

步驟4中的管井直徑55-65cm、深度7.5-8.5m，每兩個相鄰的管井之間的距離均為7.5-8.5m。

管井包括由礫石層組成的井壁，管井內部設置有濾網，濾網下部依次連接有吸水管、無砂水泥管和沉砂管，吸水還接通位於井口的水泵。

本發明的有益效果是：本發明基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法通過將整個斷面分割成若干個小斷面分別開挖支護，同時增加了超前真空管降水井與管井相結合的降排水措施，從而實現洞內降水，達到隧道施工在無水環境中作業的條件；洞內降水措施降低隧道作業面附近一定範圍內的地下水位，使隧道施工在無水環境下作業，從而提高圍巖穩定性，保證工程的質量與安全；同時，不妨礙原有隧道開挖施工工藝，可操作性好，降水範圍僅限當前作業區域，有很好的實用價值。

附圖說明

圖1是本發明基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法的結構示意圖；

圖2是本發明圖1中a-a截面的剖視圖；

圖3是本發明圖1中b-b截面的剖視圖；

圖4是本發明基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法中管井的結構示意圖。

圖中，1.初期襯砌，2.二次襯砌，3.臨時支護，4.臨時橫撐，5.超前真空降水井，6.集水管，7.排水總管，8.側牆真空降水井，9.真空降水井，10.管井，11.水泵，12.礫石層，13.濾網，14.吸水管，15.無砂水泥管，16.沉砂管。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明一種基於飽和黃土隧道的雙側壁洞內降水施工方法，如圖1所示，主要包括以下步驟：

步驟1，根據開挖區域分布情況，如圖2所示，在隧道開挖面與掌子面之間從上到下設置不少於三排的超前真空降水井5，每口超前真空降水井5均通過集水管6與排水總管7接通。

其中，超前真空降水井5分別位於分步開挖的各土層內，從上到下具體分布為：第一排超前真空降水井5位於上臺階中部；第二排超前真空降水井5位於中臺階平臺面向下45-55cm處；第三排超前真空降水井5位於下臺階平臺面向下45-55cm處。超前真空降水井5均採用直徑70-80mm、長度6.5-7.5m的鋼管，每兩個相鄰的超前真空降水井5之間的間距均為0.5-1.5m，每個超前真空降水井5與水平面之間的夾角25°-35°。

超前真空降水井5的施工方法採用套管頂進、水利衝刷排渣法，使用直徑90mm的鑽頭打孔清水鑽進，直徑75mm鋼套筒跟進，將套筒達到預定長度後停止鑽進衝孔，超前真空降水井5均採用厚度3mm鋼管、末端2m內鑽梅花型進水孔，安裝過濾網。

步驟2，將真空泵與步驟1中的排水總管7接通，抽吸掌子面前方土體內水分直至降水標準要求後，開始採挖隧道，其中，在抽吸過程中應持續記錄抽水量。

步驟3，採用雙導洞法開挖隧道

在按照標準採挖的隧道兩側導洞內均放置豎直方向的鋼拱架臨時支護3和水平方向的臨時橫撐4，並均在側輪廓面噴塗混凝土層形成拱牆初期襯砌；為了防止水從已開挖隧道的側牆補給、同時擴大降水範圍並減輕地下水對隧道支護產生的側壓力，完成拱牆初期襯砌後，如圖3所示，當兩側導洞每施工完一層即向側牆外設置不少於三排的側牆真空降水井8；同時為了降低後續中洞下部土體含水量，在每個臨時支護3上均設置真空降水井9，完成兩側導洞的採挖。

其中，側牆真空降水井8均採用直徑30-34mm的鋼管，側牆真空降水井8與超前真空降水井5排數相同且每排位置相互平行，側牆真空降水井8從上到下具體為：上排長度為3.5-4.5m，與水平面夾角25°-35°；中排長度為3.5-4.5m，與水平面夾角25°-35°；下排長度為4.5-5.5m，與水平面55°-65°。每排側牆真空降水井8沿隧道縱向均勻分布，每排相鄰的側牆真空降水井8之間的間隔均為0.5-1.5m。真空降水井9與第二排的超前真空降水井5位置平行，真空降水井9採用直徑30-34mm的鋼管、長度4.5-5.5m、與水平面夾角55°-65°，且真空降水井9沿隧道縱向均勻分布，每相鄰的真空降水井9之間均為0.5-1.5m。每個側牆真空降水井8和真空降水井9均與排水總管7相接通。

步驟4，為保證施工區段地下水位一直維持在仰拱面以下深度，當兩側導洞完成後，沿採挖的導洞內縱向均勻分布管井10，管井10位於每個導洞拱底且抽吸地下水。

其中，管井10直徑55-65cm、深度7.5-8.5m，每兩個相鄰的管井10之間的距離均為7.5-8.5m。如圖4所示，管井10包括由礫石層12組成的井壁，管井10內部設置有濾網13，濾網13下部依次連接有吸水管14、無砂水泥管15和沉砂管16，吸水管14還接通位於井口的水泵11。

施工方法採用反循環鑽機成孔，成孔後下無砂水泥管15管外填礫石層12，然後用空壓機洗井直至水清砂盡。

步驟5，採用上中下臺階法開挖隧道中洞

開挖中洞的上臺階部分，並在形成的拱頂上噴塗混凝土層形成拱頂初期襯砌；完成上臺階部分後，開挖中洞的中臺階部分及下臺階部分，並在形成的仰拱上噴塗混凝土層形成仰拱初期襯砌；使拱牆初期襯砌、拱頂初期襯砌和仰拱初期襯砌連接呈並形成封閉的環狀的初期襯砌1。

步驟6，拆除初期襯砌1區段的臨時支護3和臨時橫撐4，依次澆築仰拱、拱牆和拱頂形成二次襯砌2，隧道往前開挖過程中，重複步驟1-5逐步向前進行降水，並撤離後方隧道施工完畢區段的降水措施，保證當前施工區段的無水狀態。

本發明的施工方法通過將整個斷面分割成若干個小斷面分別開挖支護，同時增加了超前真空管降水井與管井降水相結合的降排水措施，從而實現洞內降水，達到隧道施工在無水環境中作業的條件；洞內降水措施降低隧道作業面附近一定範圍內的地下水位，使隧道施工在無水環境下作業，從而提高圍巖穩定性，保證工程的質量與安全；同時，不妨礙原有隧道開挖施工工藝，可操作性好，降水範圍僅限當前作業區域，有很好的實用價值。