一種小斷面軟弱圍巖隧道三臺階五部開挖施工方法與流程

2023-05-11 23:24:36 3

本發明涉及一種小斷面軟弱圍巖隧道三臺階五部開挖施工方法。

背景技術：

軟弱、斷層在中小斷面隧道施工一直制約著隧道施工進度甚至制約整個工程的運營。國內現修建這種隧道時，在ⅴ類圍巖及斷層等不良地質洞段主要採用全斷面法或減少臨空面的順序作業上下臺階工法，這類工法由於受工序布置、有軌運輸設備和作業區域狹窄限制，不能很好地控制應力釋放，及時支護及作業靈活性差，且單工序時間長、需嚴格順序作業，上道工序直接制約下一工序的實施，施工進度慢、不機動、不靈活。上下臺階雖能相對較好的控制應力釋放和及時支護，但由於有軌運輸設備笨重自身動力系統限制不靈活不機動，上臺階施工純人工作業循環時間極長，不利於掌子面的及時封閉，對作業安全又較大隱患。因此目前對中小斷面隧洞在不良地質洞段沒有一套較系統、安全、快速的施工方法。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種能夠快速穿越軟弱及不良地質隧洞的開挖支護施工方法，以克服現有技術存在的工序時間長、施工組織鬆散、施工進度慢、成本高、圍巖變形大和掌子面不能及時封閉、隧洞運輸不連續、施工設備不靈活機動等不足。

本發明的技術方案：一種小斷面軟弱圍巖隧道三臺階五部開挖施工方法，包括以下步驟：

一、上臺階一次性鑽爆開挖成型，中臺階視圍巖情況確保左右臺階錯口5m以上，一次性開挖進尺不大於三榀拱架，下臺階施做方法同中臺階；

二、上臺階翻渣，中下臺階出渣，控制上臺階長度不大於15m，先將下臺階渣體墊成坡段將中上臺階的渣體出完，再出下臺階；

三、上中臺階立工字鋼掛網噴漿，下臺階出渣；

四、上臺階施做超前管棚，中臺階翻渣，下臺階立工字鋼、掛網噴漿；

五、通過正洞布設渣倉、斜井有軌、正洞無軌達到隧道正洞和斜井連續出渣。

斷層及軟弱圍巖開挖前實施超前預測、超前固結、超前排水、超前支護。

超前預測根據圍巖碎裂程度、地下水位線高度、埋深確定最大灌漿壓力選擇，壓力pmax=0.01h+0.008h;式中h:為埋深（m），h:為水位線距地面線高度（m）。

超前排水孔外插角5~8°，採用水平地質鑽施做，施做在起拱線向內1m及拱頂下1m，共設有三個並穿越固結擴散範圍，口徑110mm，採用反濾材料做回填。

上臺階翻渣過程中掌子面按照適合人站立的高度預留核心土，確保拱頂最高處不大於1.5m。

結合斷層和圍巖的情況可選擇大小管棚組合及雙層小管棚的組合方式，小管棚外插角大於大管棚，長度為大管棚的三分之一為宜。

在步驟一中，中下臺階的開挖如果沒有及時跟上上臺階則選擇豎向臨空面，錯開5m距離錯位開挖。

在步驟一中，中下臺階的開挖如果沒有及時跟上上臺階則選擇豎向臨空面，錯開5m距離錯位開挖。

在步驟五中，隧洞正洞通過汽車出渣，斜井通過軌道出渣，正洞內每300m設置一處渣倉，容積400m³。

本發明的有益效果：基於空間換時間的理論，針對大坡度長斜井水利隧洞軟弱圍巖、斷層富水的不利地質條件以及隧洞開挖過程中出渣工序作為施工進度關鍵控制性工序的特點，分解了開挖作業面增加了作業空間，細化了作業時間的平行作業區間。

通過不同的探測方法相結合分析比較得到較為準確的地質資料，使得施工方案的制定更具針對性；超前支護、超前排水、超前固結系統的支護方式確保了施工安全；通過分解後的開挖作業面支護更及時，作業工序得到平行作業，增加了工作面優化了施工空間；特別是實現了連續出渣攻克了出渣時間長工序循環周期長的難題，保證施工質量和安全的前提下加快了施工進度。

附圖及說明

圖1為本發明的施工臺階布置示意圖，即上臺階預留核心土，中下臺階錯口開挖。

圖2為本發明的施工順序縱剖面布置示意圖。

圖3為本發明的施工洞內渣倉設置示意圖。

具體實施方式

實施例：本實施例是針對軟弱地質及斷層等不良地質隧洞的施工方法，採用三臺階五部（五部分）開挖支護，在開挖前，採用高密度電法、高頻電磁測深法及超前鑽探相結合的方式全方位多參數相結合的可得到軟弱圍巖及斷層較為準確的特性參數；結合超前探測評價分析結果進行超前固結最大壓力進行選取，壓力pmax=0.01h+0.008h;式中h:為埋深（m），h:為水位線距地面線高度（m）。固結灌漿完畢後採用水平地質鑽穿過固結灌漿進行超前排水孔施做實現外水集中排放引流，超前排水孔設置外插角，採用水平地質鑽施做，施做在起拱線向內1m及拱頂下1m，共設有三個並穿越固結擴散範圍，口徑110mm，採用反濾材料做回填。最後結合巖層破碎程度選取大小管棚組合或者雙層小管棚組合的方式進行超前支護，結合斷層和圍巖的情況可選擇大小管棚組合及雙層小管棚的組合方式。四超前完成後隧道開挖分上臺階一次開挖成型，中臺階2、中臺階3和下臺階4、下臺階5左右錯口開挖，並確保三個臺階在工序上實現平行作業，具體包括以下步驟：

步驟一，上臺階一次性鑽爆開挖成型，翻渣過程中掌子面按照適合人站立的高度預留核心土，確保拱頂最高處不大於1.5m，掌子面立設工字鋼時不需要搭設臺階或臺車；中臺階視圍巖情況確保左中臺階2和右中臺階3錯口5m以上，一次性開挖進尺不大於三榀拱架；下臺階施做方法同中臺階，左下臺階4和右下臺階5錯口5m以上；所有的施工確保工人定孔，按區域劃分進行人員定崗。開挖進尺不大於三榀，高度不大於3榀，中下臺階的挖進如果沒有及時跟上上臺階則可以選擇豎向臨空面，錯開5m距離錯位開挖。

步驟二，上臺階翻渣，中下臺階出渣上臺階爆破完成後及時組織挖掘機進行翻渣，嚴格控制上臺階長度不大於15m,確保渣體在1.5小時內翻倒完成大於15m後嚴重製約挖掘機功效；中臺階由於採用的是裝載機倒運至渣倉功效是挖掘機的數倍，先將下臺階渣體墊成坡段將中上臺階的渣體出完，再出下臺階。

步驟三，上中臺階立工字鋼掛網噴漿，下臺階出渣。為了保證噴漿與下臺階出渣的幹擾可採取在中下臺階間備噴漿料。保證上中臺階的噴漿幹擾，可選擇兩臺噴漿機同時作業。

步驟四，上臺階施做超前管棚，中臺階翻渣，下臺階立工字鋼、掛網噴漿，由於下臺階在立工字鋼、掛網噴漿為了確保翻渣的安全和相互間免幹擾可在兩側掏槽1m中間通道正常預留給中臺階翻倒剩餘渣體，上臺階管棚施做的送風採用軟管從下臺階前接入。

步驟五，通過組織和布置隧洞正洞無軌運輸和斜井有軌運輸實現連續出渣。正洞內每300m設置一處渣倉，容積400m³，正洞無軌運輸通過掌子面挖掘機，渣倉與掌子面間裝載機，渣倉與斜井腳汽車運輸，斜井同軸異步絞車雙軌運輸的組合方式組織運輸，確保掌子面出渣的靈活機動、不受坡度限制，正洞渣倉的存儲能力和汽車的連續運輸，斜井腳渣倉的倒運確保斜井運輸連續的最大運輸能力。