专利名称：高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法
技术领域：
本发明属于高原冻土隧道施工技术领域，尤其是涉及一种高原冻土隧道模筑混凝 土刚性初期支护的施工方法。
背景技术：
风火山隧道地处青藏高原可可西里无人区，该地区高寒、低压且缺氧，自然环境极 为恶劣。所施工隧道轨面的海拔为4905米，是目前世界上海拔最高的隧道。同时，该地区 的极端最低气温-410C，年平均气温-6. 11°C，最冷月平均气温-17. 8°C ；当地的平均气压 约为内地平均气压的70% ；最低氧分压llkPa，含氧量为159.71kPa(内地的含氧量约为 299. 3kPa)。由于所在地区的多年冻土上限为1. 2 1. 8m，下限深度大于110m，因而所施工 隧道的洞身全部位于冻岩之中，其中包括含土冰层、饱冰和富冰冻土发育地带，实际施工过 程中为减少洞内气温与地层热交换的影响，并解决冻土热融造成的混凝土渗水问题，必须 对现有隧道施工方法进行适应性改进现如今，高原冻土隧道施工可借鉴的经验较少，同时由于多年冻土受喷面温差大， 喷射混凝土的回弹率高，因而采用台阶法开挖与模喷混凝土施工时，不仅施工工序多，而且 受外界环境因素干扰大，再加上高原因素使得人工工效低，施工速度慢，则极易造成多年冻 土融化、滴水、下沉与坍塌，施工安全质量不能保证，因而施工过程中使得隧道施工陷入困
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发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高原冻土 隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其设计合理、施工方便、施工成本低且工程质量 高、施工速度快，在有效保证施工安全质量的同时，也能确保所施工完成的高原冻土隧道的 防排水功能和保温功能优良，使用年限长，维修及后期返工成本非常低。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种高原冻土隧道模筑混凝土 刚性初期支护的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、测量放线按设计图纸在施工现场进行施工测量，并在需施工高原冻土隧 道的隧道洞口处测设出需施工高原冻土隧道的中心线和外围边线；步骤二、隧道开挖施工采用全断面开挖法对需施工高原冻土隧道进行开挖且开 挖时分多个节段进行；且每个节段开挖过程中，同步在已开挖完成隧道洞身的内壁上均勻 喷射一层内部掺加有混凝土早强剂的混凝土，并相应形成一层厚度为3cm 5cm的初喷混 凝土层；步骤三、模筑混凝土刚性初期支护施工，步骤二中所述的每个节段开挖过程中，采 用锚网注联合支护方法立即对已开挖完成且设置有所述初喷混凝土层的隧道洞身进行初 期支护施工，且进行初期支护施工时，沿需施工高原冻土隧道的延伸方向将需施工高原冻 土隧道分成多个施工节段进行施工；
对于任一施工节段的初期支护施工过程而言，包括以下步骤301、钢拱架支撑布设步骤二中所述的隧道节段开挖过程中，沿需施工高原冻土 隧道的延伸方向，采用多个钢拱架立即对已开挖完成且内壁上喷射有初喷混凝土层的隧道 洞身进行支撑加固；302、锚网初期支护施工步骤301中所述钢拱架支撑加固过程中，在所述隧道洞 身上锚固多根锚杆，多根所述锚杆呈梅花形布设；且在锚固多根所述锚杆的同时，在已锚固 完成的多根所述锚杆外侧挂一层钢筋网，并相应形成锚网初期支护结构；同时，在挂所述钢 筋网之前，在需施工高原冻土隧道的拱部预埋多根压浆管；303、混凝土浇筑施工采用钢模衬砌台车一在步骤302中所述的锚网初期支护结 构上进行混凝土浇筑施工，并形成一层厚度为30cm士5cm的混凝土初衬；进行混凝土浇筑 施工时，泵送入模的混凝土为低温早强耐久混凝土，采用插入式振捣器进行振捣密实，且所 泵送混凝土的入模温度为0°C 5°C ；304、初衬背后注浆施工待步骤303中所浇筑混凝土凝固后，采用注浆机且通过 步骤302中预埋的多根所述压浆管在所述初喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥 浆，并形成一个压注水泥浆层，且所述压注水泥浆层将所述初喷混凝土层和所述混凝土初 衬紧密连接为一体；待所述压注水泥浆层压注完成后，便完成本施工节段的初期支护施工 过程，相应获得本施工节段的模筑混凝土刚性初期支护结构；305、不断重复步骤301至304，直至完成需施工高原冻土隧道中剩余多个施工节 段的初期支护施工过程；步骤四、防水及隔热保温层铺设步骤304中所述每一施工节段的初期支护施工 完成后，立即在已施工完成的模筑混凝土刚性初期支护结构上铺设一层防水及隔热保温 层，且铺设防水及隔热保温层时分多个节段进行铺设；所述防水及隔热保温层包括布设在 所述模筑混凝土刚性初期支护上的复合防水板一、布设在所述复合防水板一上的隔热保温 层和布设在所述隔热保温层上的复合防水板二；步骤五、二次衬砌施工步骤四中所述在每一节段的防水及隔热保温层铺设完成 后，立即采用钢模衬砌台车二且按照常规二次衬砌施工方法在已铺设完成的防水及隔热保 温层上进行二次衬砌施工，并相应形成混凝土二次衬砌，且进行二次衬砌施工时分多个节 段进行施工；步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护结构、步骤四中所述的防水及隔热保温 层和步骤五中所述的混凝土二次衬砌均为对需施工高原冻土隧道进行整体加固与保护的 全环式结构；步骤二中所述的隧道开挖施工、步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护施 工、步骤四中所述的防水及隔热保温层铺设和步骤五中所述的二次衬砌施工过程中，均分 多个节段进行连续施工，且步骤二中所述隧道开挖施工的施工进度超前于步骤三中所述模 筑混凝土刚性初期支护施工的施工进度，步骤三中所述模筑混凝土刚性初期支护施工的施 工进度超前于步骤四中所述防水及隔热保温层铺设的施工进度，步骤四中所述防水及隔热 保温层铺设的施工进度超前于步骤五中所述二次衬砌施工的施工进度。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤五中所 述的二次衬砌施工时，所浇筑的混凝土为低温早强耐久混凝土。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤二中所述初喷混凝土层的厚度为5cm，步骤303中所述混凝土初衬的厚度为30cm。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤303中 所浇筑的混凝土为C25混凝土，相应地步骤304中所述的待步骤303中所浇筑混凝土的强 度达到设计强度的70%以上时，再采用注浆机且通过步骤302中预埋的多根所述压浆管在 所述初喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥浆。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤302中 所述锚杆为长度为2. 5m±0. 2m的中空注浆锚杆，所述中空注浆锚杆的纵向间距和环向间 距均为Im士0. Im ；所述钢筋网的网格尺寸为(20士3)cmX (20士3) cm。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤二中所 述的混凝土早强剂为WQDZ低温耐久早强剂。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤303中 所述的钢模衬砌台车一由成型钢模一、对所述成型钢模一进行固定支撑的支撑系统一和安 装在所述支撑系统一上且带动所述支撑系统一前后移动的行走机构一组成，所述成型钢模 一的纵向长度为9m ；步骤五中所述的钢模衬砌台车二由成型钢模二、对所述成型钢模二进 行固定支撑的支撑系统二和安装在所述支撑系统二上且带动所述支撑系统二前后移动的 行走机构二组成，所述成型钢模二的纵向长度为6m。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤304中 所述水泥浆的水灰比为1 1 1 2，且通过步骤302中预埋的多根所述压浆管在所述初 喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥浆时，注浆压力控制在0. 6MPa士0. 05MPa。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤四中所 述的防水及隔热保温层相应形成对需施工高原冻土隧道进行防水保护的全环式防水结构； 且在所述防水及隔热保温层铺设过程中，还需对混凝土刚性初期支护结构上所存在的施工 缝和变形缝进行防水施工处理；对混凝土刚性初期支护结构上所存在的施工缝和变形缝进行防水施工处理时，主 要是对混凝土刚性初期支护结构上的水平施工缝、环向施工缝和预设伸缩缝或沉降缝的断 面进行防水处理；其中对所述水平施工缝或环向施工缝进行防水处理时，先在被处理的水 平施工缝或环向施工缝内均勻涂刷一层水泥基界面剂防护层，再在所述水平施工缝或环向 施工缝中部布设橡胶止水带；对预设伸缩缝或沉降缝的断面进行防水处理时，先在预设伸 缩缝或沉降缝的断面中部铺设橡胶止水带，再在预设伸缩缝或沉降缝的断面内部密实塞填 防水填充物；同时还需沿步骤303中施工完成的所述混凝土初衬边缘铺设橡胶止水带，再 在所述混凝土初衬边缘外侧的缝隙内部密实塞填防水填充物。上述高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征是步骤二中所 述的隧道开挖施工、步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护施工、步骤四中所述的防水 及隔热保温层铺设和步骤五中所述的二次衬砌施工过程中，均通过布设在需施工高原冻土 隧道4内的空调机组将隧道洞内的温度控制在士 5°C之间，保证了隧道洞内的冻土热扰稳 定及混凝土施工质量。本发明与现有技术相比具有以下优点1、设计合理、施工方便且施工质量控制简便，投入成本较低。2、施工速度快，施工工期短。
3、施工质量好，工程质量优良，满足了优质高效的建设要求，经济效益显著。所施 工完成的高原冻土隧道防排水功能和保温功能优良，使用年限长，维修及后期返工成本很 低。4、能有效推广适用至高原冻土隧道施工中，并且能有效解决冻土隧道采用“新奥 法”施工方法存在的多种实际缺陷，其中，对于“新奥法”施工方法来说，由于隧道“新奥法” 施工方法要求在隧道开挖后，利用围岩成拱效应的自承能力，采用喷射混凝土柔性支护，并 实施围岩监控量测，根据监控量测数据且待围岩变形趋于稳定后再行二次衬砌，但是冻土 地质难以适应“新奥法”技术，冻土的抗压强度很高，其极限抗压强度甚至与混凝土相当，但 冻土融化后抗压强度急剧降低，所形成的热融沉陷和下一个寒季的冻胀作用常常造成工程 建筑物失稳而难以修复，因而隧道“新奥法”施工方法不能有效适用至高原冻土隧道施工 中。而采用本发明，具体是根据冻土的工程性质，将原台阶法开挖方案调整为全断面开挖 (挖掘机能直接开挖的地段采用超短台阶，分两次接型钢钢架)后，不仅加快了施工进度， 而且减少了对冻土的扰动次数，有利于喷混凝土(初衬混凝土)、铺设防水、保温板等后续 保温施工工序及时跟进，并且全断面开挖法能充分利用冻土开挖后即时强度很高且融化后 强度急剧降低的工程特点，能够尽量减少气温升高对冻土的影响，避免冻土融化压缩下沉 和下一个寒季所形成的冻胀力造成施工灾害和运营隐患。5、由于采用全断面法进行开挖后，隧道的开挖进度加快，后续若采用模喷30cm厚 混凝土时，由于喷射混凝土受高原施工条件制约，人工、机具效能低下，难以提高速度，其作 业工序严重滞后，同时直接喷射的混凝土一方面难以为铺设防水保温板提供圆顺的基面， 另一方面由于施工环境温度过低，喷混凝土回弹量大、强度低，不能很好地起到支护的作 用。则采用本发明所述的模筑混凝土刚性初期支护时，不仅施工速度加快，并且能响应解决 喷射混凝土施工所存在的上述缺陷，所形成模筑混凝土刚性初期支护的基面圆顺，相应能 为后期铺设防水及隔热保温层提供圆顺的基面，并且能起到有效的支护作用。综上，采用模 筑混凝土刚性初期支护取代混凝土模喷方案，彻底解决了模喷混凝土进度滞后且质量难以 保证的技术难题。根据实际调查发现，采用台阶法开挖且配合模喷混凝土支护时，单口开挖 日进尺0. 5 Im ；采用全断面法开挖且配合模筑混凝土支护时平均日进尺超过了 4m，施工 工效倍增。6、经济效益显著，成功缩小了冻土融化圈，减少了热融滑坍造成的超挖工程量，避 免了塌方事故，节约成本将在千万元以上；采用模筑混凝土刚性初期支护为多重防水保温 设施提供了圆顺的基面，将隧道二次衬砌内外气温变化隔离，较好地预防了冻土冻胀隐患， 使高原冻土隧道重建新的热量平衡系统，所避免的返工浪费损失非常大。7、在模筑混凝土刚性初期支护结构与混凝土二次衬砌之间设置防水及隔热保温 层，且所布设的防水及隔热保温层沿隧道全长全断面铺设，将隧道二次衬砌内外的气温变 化有效隔离；并且防水及隔热保温层采用“无钉法铺设”新工艺，确保施工完成的隧道不渗、 不漏综上所述，本发明设计合理、施工方便、施工成本低且工程质量高、施工速度快，在 有效保证施工安全质量的同时，也能确保所施工完成的高原冻土隧道的防排水功能和保温 功能优良，使用年限长，维修及后期返工成本非常低。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的施工方法流程图。图2为本发明所施工成型隧道的结构示意图。附图标记说明1-模筑混凝土刚性初期支 2-防水及隔热保温 3-混凝土二次衬砌；护结 构； 层；4-需施工高原冻土隧道。
具体实施例方式如图1所示的一种高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，包括以下 步骤步骤一、测量放线按设计图纸在施工现场进行施工测量，并在需施工高原冻土隧 道4的隧道洞口处测设出需施工高原冻土隧道4的中心线和外围边线。步骤二、隧道开挖施工采用全断面开挖法对需施工高原冻土隧道4进行开挖且 开挖时分多个节段进行；且每个节段开挖过程中，同步在已开挖完成隧道洞身的内壁上均 勻喷射一层内部掺加有混凝土早强剂的混凝土，并相应形成一层厚度为3cm 5cm的初喷 混凝土层。本实施例中，所述初喷混凝土层的厚度为5cm，并且所述混凝土早强剂为WQDZ低 温耐久早强剂。实际操作过程中，应根据所掺加混凝土早强剂的种类、说明书所记载的掺加 比例范围和实际具体应用环境，确定所掺加混凝土早强剂的掺加量。实际施工过程中，在隧道开挖后，立即在开挖隧道洞身上均勻喷射一层厚度为 3cm 5cm且掺加WQDZ低温耐久早强剂的混凝土后，能有效阻止所开挖形成隧道洞内空气 和冻岩之间发生热交换，防止冻岩风化及融化。综上，在充分认识和掌握冻土工程性质的基 础上，充分利用冻土开挖后即时强度很高，但融化后强度急剧降低的工程特点，将台阶法开 挖法变更为全断面开挖法，而全断面开挖法能充分利用冻土开挖后即时强度很高且融化后 强度急剧降低的工程特点。步骤三、模筑混凝土刚性初期支护施工，步骤二中所述的每个节段开挖过程中，采 用锚网注联合支护方法立即对已开挖完成且设置有所述初喷混凝土层的隧道洞身进行初 期支护施工，且进行初期支护施工时，沿需施工高原冻土隧道4的延伸方向将需施工高原 冻土隧道4分成多个施工节段进行施工。对于任一施工节段的初期支护施工过程而言，包括以下步骤301、钢拱架支撑布设步骤二中所述的隧道节段开挖过程中，沿需施工高原冻土 隧道的延伸方向，采用多个钢拱架立即对已开挖完成且内壁上喷射有初喷混凝土层的隧道 洞身进行支撑加固。本实施例中，所述钢拱架为格栅钢架。302、锚网初期支护施工步骤301中所述钢拱架支撑加固过程中，在所述隧道洞 身上锚固多根锚杆，多根所述锚杆呈梅花形布设；且在锚固多根所述锚杆的同时，在已锚固 完成的多根所述锚杆外侧挂一层钢筋网，并相应形成锚网初期支护结构；同时，在挂所述钢筋网之前，在需施工高原冻土隧道的拱部预埋多根压浆管。本实施例中，所述锚杆为长度为2. 5m±0. 2m的中空注浆锚杆，所述中空注浆锚杆 的纵向间距和环向间距均为Im士0. Im ；所述钢筋网的网格尺寸为(20士3)cmX (20士3) cm。303、混凝土浇筑施工采用钢模衬砌台车一在步骤302中所述的锚网初期支护结 构上进行混凝土浇筑施工，并形成一层厚度为30cm士5cm的混凝土初衬；进行混凝土浇筑 施工时，泵送入模的混凝土为低温早强耐久混凝土，采用插入式振捣器进行振捣密实，且所 泵送混凝土的入模温度为0°C 5°C。本实施例中，所述混凝土初衬的厚度为30cm。所述钢模衬砌台车一由成型钢模一、 对所述成型钢模一进行固定支撑的支撑系统一和安装在所述支撑系统一上且带动所述支 撑系统一前后移动的行走机构一组成，所述成型钢模一的纵向长度为9m。304、初衬背后注浆施工待步骤303中所浇筑混凝土凝固后，采用注浆机且通过 步骤302中预埋的多根所述压浆管在所述初喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥 浆，并相应在所述初喷混凝土层与模筑成型的所述混凝土初衬之间形成一个压注水泥浆 层，且所述压注水泥浆层将所述初喷混凝土层和所述混凝土初衬紧密连接为一体；待所述 压注水泥浆层压注完成后，便完成本施工节段的初期支护施工过程，相应获得本施工节段 的模筑混凝土刚性初期支护结构1。实际压注水泥浆时，所述水泥浆的水灰比为1 1 1 2，本实施例中，述水泥浆 的水灰比为1 1且实际压注过程中，可以根据实际具体需要对所压注水泥浆的水灰比进 行相应调整，通过步骤302中预埋的多根所述压浆管在所述初喷混凝土层与所述混凝土初 衬之间压注水泥浆时，注浆压力控制在0. 6MPa士0. 05MPa。实际施工过程中，所述压注水泥浆层的主要作用是能够回填模筑混凝土刚性初期 支护结构1和所述混凝土围岩衬砌间出现的局部孔隙，防止孔隙中积水成冰而造成混凝土 破坏，简单说就是为了回填模筑混凝土刚性初期支护结构1与围岩间的空隙，避免冻害隐
串
)Qi、O305、不断重复步骤301至304，直至完成需施工高原冻土隧道4中剩余多个施工节 段的初期支护施工过程。本实施例中，步骤303中所浇筑的混凝土为C25混凝土，相应地步骤304中所述的 待步骤303中所浇筑混凝土的强度达到设计强度的70%以上时，再采用注浆机且通过步骤 302中预埋的多根所述压浆管在所述初喷混凝土层与模筑成型的所述混凝土初衬之间压注 水泥浆。综上，实际施工过程中，进入需施工高原冻土隧道4的正洞后，为确保基面圆顺， 采用模筑混凝土刚性初期支护1对需施工高原冻土隧道4进行初期支护，具体是采用所述 钢模衬砌台车一进行混凝土浇筑施工，且混凝土浇筑施工过程中，将混凝土的入模温度控 制在5°C，这样能减弱对冻土的热融影响。步骤四、防水及隔热保温层铺设步骤304中所述每一施工节段的初期支护施工 完成后，立即在已施工完成的模筑混凝土刚性初期支护结构1上铺设一层防水及隔热保温 层2，且铺设防水及隔热保温层2时分多个节段进行铺设；所述防水及隔热保温层2包括布 设在所述模筑混凝土刚性初期支护上的复合防水板一、布设在所述复合防水板一上的隔热 保温层和布设在所述隔热保温层上的复合防水板二。
本实施例中，步骤四中所述的防水及隔热保温层2相应形成对需施工高原冻土隧 道4进行防水保护的全环式防水结构；且在所述防水及隔热保温层2铺设过程中，还需对混 凝土刚性初期支护结构1上所存在的施工缝和变形缝进行防水施工处理。对混凝土刚性初期支护结构1上所存在的施工缝和变形缝进行防水施工处理时， 主要是对混凝土刚性初期支护结构1上的水平施工缝、环向施工缝和预设伸缩缝或沉降缝 的断面进行防水处理；其中对所述水平施工缝或环向施工缝进行防水处理时，先在被处理 的水平施工缝或环向施工缝内均勻涂刷一层水泥基界面剂防护层，再在所述水平施工缝或 环向施工缝中部布设橡胶止水带；对预设伸缩缝或沉降缝的断面进行防水处理时，先在预 设伸缩缝或沉降缝的断面中部铺设橡胶止水带，再在预设伸缩缝或沉降缝的断面内部密实 塞填防水填充物；同时还需沿步骤303中施工完成的所述混凝土初衬边缘铺设橡胶止水 带，再在所述混凝土初衬边缘外侧的缝隙内部密实塞填防水填充物。同时，所述防水及隔热保温层2还包括一层铺设于需施工高原冻土隧道4的拱部 与隧底所铺防水保护层上的无纺布。本实施例中，所述防水保护层为防水板，所述复合防水板为EVA复合防水板或PVC 复合防水板，所述隔热保温层为聚氨酯泡沫板且其厚度为5cm士 lcm。所述防水填充物为渣 油麻筋或浸油木板，所述无纺布为规格大于300g/m2的土工布。具体而言所采用PVC复合防水板的性能指标为拉伸强度> 15MPa ；断裂伸长率 ^ 300% ；低温柔性，-35 °C温度条件下无裂纹；抗渗透，耐穿刺；耐水、耐低温；无毒、无菌、 耐腐蚀；要求隧道盲沟在低温条件具有弹性，透水性好，能承受不小于0. 5MPa的压力，并不 易锈蚀。步骤五、二次衬砌施工步骤四中所述在每一节段的防水及隔热保温层2铺设完 成后，立即采用钢模衬砌台车二且按照常规二次衬砌施工方法在已铺设完成的防水及隔热 保温层2上进行二次衬砌施工，并相应形成混凝土二次衬砌3，且进行二次衬砌施工时分多 个节段进行施工，最终施工完成的隧道结构见图2。本实施例中，所述钢模衬砌台车二由成型钢模二、对所述成型钢模二进行固定支 撑的支撑系统二和安装在所述支撑系统二上且带动所述支撑系统二前后移动的行走机构 二组成，所述成型钢模二的纵向长度为6m。实际二次衬砌施工时，所浇筑的混凝土为低温早 强耐久混凝土。实际进行二次衬砌施工时，采用43kg/m扣轨梁式栈桥方案开挖并施工衬砌仰拱， 铺底混凝土与仰拱一同浇注并预置曲边墙钢筋。拱墙衬砌一次成型，采用6m长全液压整体 钢模衬砌台车(即所述钢模衬砌台车二)，混凝土采用自动计量拌和，TST-6型轨行混凝土 输送车运输，HBT60混凝土输送泵泵送入模，插入式振动器配合台车附着式振动器振捣。本实施例中，步骤303和步骤五中所浇筑混凝土的抗渗性为S8等级。实际施工过程中，步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护结构1、步骤四中所述 的防水及隔热保温层2和步骤五中所述的混凝土二次衬砌3均为对需施工高原冻土隧道4 进行整体加固与保护的全环式结构；步骤二中所述的隧道开挖施工、步骤三中所述的模筑 混凝土刚性初期支护施工、步骤四中所述的防水及隔热保温层铺设和步骤五中所述的二次 衬砌施工过程中，均分多个节段进行连续施工，且步骤二中所述隧道开挖施工的施工进度 超前于步骤三中所述模筑混凝土刚性初期支护施工的施工进度，步骤三中所述模筑混凝土刚性初期支护施工的施工进度超前于步骤四中所述防水及隔热保温层铺设的施工进度，步 骤四中所述防水及隔热保温层铺设的施工进度超前于步骤五中所述二次衬砌施工的施工 进度。另外，步骤二中所述的隧道开挖施工、步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护 施工、步骤四中所述的防水及隔热保温层铺设和步骤五中所述的二次衬砌施工过程中，均 通过布设在需施工高原冻土隧道4内的空调机组将隧道洞内的温度控制在士5°C之间，保 证了隧道洞内的冻土热扰稳定及混凝土施工质量。并且实际施工过层中，当工作面最低气 温低于_3°C时，模筑混凝土刚性初期支护结构1施工用的混凝土按冬期施工措施办理，具 体是采用DZLZ-10-A型蒸汽锅炉蒸汽提高水温或者搭设保温大棚接通暖气对拌合混凝土 用的砂、石料进行保温加热。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
一种高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、测量放线按设计图纸在施工现场进行施工测量，并在需施工高原冻土隧道(4)的隧道洞口处测设出需施工高原冻土隧道(4)的中心线和外围边线；步骤二、隧道开挖施工采用全断面开挖法对需施工高原冻土隧道(4)进行开挖且开挖时分多个节段进行；且每个节段开挖过程中，同步在已开挖完成隧道洞身的内壁上均匀喷射一层内部掺加有混凝土早强剂的混凝土，并相应形成一层厚度为3cm～5cm的初喷混凝土层；步骤三、模筑混凝土刚性初期支护施工，步骤二中所述的每个节段开挖过程中，采用锚网注联合支护方法立即对已开挖完成且设置有所述初喷混凝土层的隧道洞身进行初期支护施工，且进行初期支护施工时，沿需施工高原冻土隧道(4)的延伸方向将需施工高原冻土隧道(4)分成多个施工节段进行施工；对于任一施工节段的初期支护施工过程而言，包括以下步骤301、钢拱架支撑布设步骤二中所述的隧道节段开挖过程中，沿需施工高原冻土隧道的延伸方向，采用多个钢拱架立即对已开挖完成且内壁上喷射有初喷混凝土层的隧道洞身进行支撑加固；302、锚网初期支护施工步骤301中所述钢拱架支撑加固过程中，在所述隧道洞身上锚固多根锚杆，多根所述锚杆呈梅花形布设；且在锚固多根所述锚杆的同时，在已锚固完成的多根所述锚杆外侧挂一层钢筋网，并相应形成锚网初期支护结构；同时，在挂所述钢筋网之前，在需施工高原冻土隧道的拱部预埋多根压浆管；303、混凝土浇筑施工采用钢模衬砌台车一在步骤302中所述的锚网初期支护结构上进行混凝土浇筑施工，并形成一层厚度为30cm±5cm的混凝土初衬；进行混凝土浇筑施工时，泵送入模的混凝土为低温早强耐久混凝土，采用插入式振捣器进行振捣密实，且所泵送混凝土的入模温度为0℃～5℃；304、初衬背后注浆施工待步骤303中所浇筑混凝土凝固后，采用注浆机且通过步骤302中预埋的多根所述压浆管在所述初喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥浆，并形成一个压注水泥浆层，且所述压注水泥浆层将所述初喷混凝土层和所述混凝土初衬紧密连接为一体；待所述压注水泥浆层压注完成后，便完成本施工节段的初期支护施工过程，相应获得本施工节段的模筑混凝土刚性初期支护结构(1)；305、不断重复步骤301至304，直至完成需施工高原冻土隧道(4)中剩余多个施工节段的初期支护施工过程；步骤四、防水及隔热保温层铺设步骤304中所述每一施工节段的初期支护施工完成后，立即在已施工完成的模筑混凝土刚性初期支护结构(1)上铺设一层防水及隔热保温层(2)，且铺设防水及隔热保温层(2)时分多个节段进行铺设；所述防水及隔热保温层(2)包括布设在所述模筑混凝土刚性初期支护上的复合防水板一、布设在所述复合防水板一上的隔热保温层和布设在所述隔热保温层上的复合防水板二；步骤五、二次衬砌施工步骤四中所述在每一节段的防水及隔热保温层(2)铺设完成后，立即采用钢模衬砌台车二且按照常规二次衬砌施工方法在已铺设完成的防水及隔热保温层(2)上进行二次衬砌施工，并相应形成混凝土二次衬砌(3)，且进行二次衬砌施工时分多个节段进行施工；步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护结构(1)、步骤四中所述的防水及隔热保温层(2)和步骤五中所述的混凝土二次衬砌(3)均为对需施工高原冻土隧道(4)进行整体加固与保护的全环式结构；步骤二中所述的隧道开挖施工、步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护施工、步骤四中所述的防水及隔热保温层铺设和步骤五中所述的二次衬砌施工过程中，均分多个节段进行连续施工，且步骤二中所述隧道开挖施工的施工进度超前于步骤三中所述模筑混凝土刚性初期支护施工的施工进度，步骤三中所述模筑混凝土刚性初期支护施工的施工进度超前于步骤四中所述防水及隔热保温层铺设的施工进度，步骤四中所述防水及隔热保温层铺设的施工进度超前于步骤五中所述二次衬砌施工的施工进度。
2.按照权利要求1所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特征 在于步骤五中所述的二次衬砌施工时，所浇筑的混凝土为低温早强耐久混凝土。
3.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤二中所述初喷混凝土层的厚度为5cm，步骤303中所述混凝土初衬的厚度为 30cmo
4.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤303中所浇筑的混凝土为C25混凝土，相应地步骤304中所述的待步骤303 中所浇筑混凝土的强度达到设计强度的70%以上时，再采用注浆机且通过步骤302中预埋 的多根所述压浆管在所述初喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥浆。
5.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤302中所述锚杆为长度为2. 5m±0. 2m的中空注浆锚杆，所述中空注浆锚杆 的纵向间距和环向间距均为Im士0. Im ；所述钢筋网的网格尺寸为(20士3)cmX (20士3) cm。
6.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤二中所述的混凝土早强剂为WQDZ低温耐久早强剂。
7.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤303中所述的钢模衬砌台车一由成型钢模一、对所述成型钢模一进行固定 支撑的支撑系统一和安装在所述支撑系统一上且带动所述支撑系统一前后移动的行走机 构一组成，所述成型钢模一的纵向长度为9m ；步骤五中所述的钢模衬砌台车二由成型钢模 二、对所述成型钢模二进行固定支撑的支撑系统二和安装在所述支撑系统二上且带动所述 支撑系统二前后移动的行走机构二组成，所述成型钢模二的纵向长度为6m。
8.按照权利要求4所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其特 征在于步骤304中所述水泥浆的水灰比为1 1 1 2，且通过步骤302中预埋的多 根所述压浆管在所述初喷混凝土层与所述混凝土初衬之间压注水泥浆时，注浆压力控制在 0.6MPa士0. 05MPa。
9.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤四中所述的防水及隔热保温层(2)相应形成对需施工高原冻土隧道(4)进 行防水保护的全环式防水结构；且在所述防水及隔热保温层(2)铺设过程中，还需对混凝 土刚性初期支护结构(1)上所存在的施工缝和变形缝进行防水施工处理；对混凝土刚性初期支护结构(1)上所存在的施工缝和变形缝进行防水施工处理时，主 要是对混凝土刚性初期支护结构(1)上的水平施工缝、环向施工缝和预设伸缩缝或沉降缝的断面进行防水处理；其中对所述水平施工缝或环向施工缝进行防水处理时，先在被处理的水平施工缝或环向施工缝内均勻涂刷一层水泥基界面剂防护层，再在所述水平施工缝或 环向施工缝中部布设橡胶止水带；对预设伸缩缝或沉降缝的断面进行防水处理时，先在预 设伸缩缝或沉降缝的断面中部铺设橡胶止水带，再在预设伸缩缝或沉降缝的断面内部密实 塞填防水填充物；同时还需沿步骤303中施工完成的所述混凝土初衬边缘铺设橡胶止水 带，再在所述混凝土初衬边缘外侧的缝隙内部密实塞填防水填充物。
10.按照权利要求1或2所述的高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，其 特征在于步骤二中所述的隧道开挖施工、步骤三中所述的模筑混凝土刚性初期支护施工、 步骤四中所述的防水及隔热保温层铺设和步骤五中所述的二次衬砌施工过程中，均通过布 设在需施工高原冻土隧道4内的空调机组将隧道洞内的温度控制在士5°C之间，保证了隧 道洞内的冻土热扰稳定及混凝土施工质量。
全文摘要
本发明公开了一种高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法，包括步骤一、测量放线；二、隧道开挖施工采用全断面开挖法开挖；步骤三、模筑混凝土刚性初期支护施工架设格栅钢架、施作锚杆、挂钢筋网和初衬台车灌注混凝土，即采用锚网注联合支护方法施工隧道初期支护；步骤四、防水及隔热保温层铺设在已施工完成的模筑混凝土刚性初期支护上铺设防水及隔热保温层；五、二次衬砌施工在已铺设完成的防水及隔热保温层上施工二次衬砌。本发明设计合理、施工方便、成本低且工程质量高、施工速度快，在有效保证施工安全质量的同时，也能确保所施工完成的高原冻土隧道的防排水功能和保温功能优良，使用年限长，维修及后期返工成本非常低。
文档编号E21D21/00GK101985882SQ20101025122
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者郭朋超 申请人:中铁二十局集团有限公司