专利名称：隧道穿越特大型溶洞施工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道穿越溶洞的施工工艺，特别是隧道穿越特大型溶洞施工工艺。
背景技术：
随着珠三角经济的发展，通往内地的交通压力日益增大，粤北公路升级改造势在必行。由于粤北位于复杂的地质构造带，褶皱断裂发育，地质构造复杂，为公路工程建设的主要不良地质，因此开展隧道开挖后，调查、观测、分析不良地质条件的影响、基础处理、支护研究，采取切实有力的施工措施提高工程质量、加快进度、保障安全，保证隧道施工中的通风、防尘、防排水、砌渣处理等施工环节的有效实施是十分必要的。相关文献介绍在国内公路建设中，有隧道穿越溶洞的情况，但在隧道施工中遇到特大型溶洞是极为罕见的，且现有文献仅对特大型溶洞处治方案、施工技术进行了初步的探讨和研究，并未有专门针对性的技术手段和措施方法。本发明结合施工实践，形成了隧道穿越特大溶洞成套技术处理方案和施工总结， 彻底解决隧道穿越特大型溶洞技术难题，为以后隧道穿越特大型溶洞的类似工程施工提供了极高的借鉴价值。通过查新认为该成果达到国内领先水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、施工方便、成本较低、科学有效、节能环保的隧道穿越特大型溶洞施工工艺。本发明的目的是这样实现的，隧道穿越特大型溶洞施工工艺，其特征在于包括如下步骤
1)溶洞地下部分采取简易桥处理隧道穿越溶洞，溶洞修建简易桥，采用桩基础处理； 并在桩基础上面整体浇筑钢混结构承台，使得下部形成一个整体；
2)初期支护，溶洞一侧设置支撑墙处于溶洞一侧将支撑墙全部深入上部岩体中，在支撑墙施工过程中，预埋隧道初期支护的钢拱架，使支撑墙与隧道初期支护形成一个整体的支承结构；隧道轮廓以上部分，在溶洞壁施工锚杆，并预留Im与支撑墙连成整体；
3)设置平行导洞边处理溶洞边开挖主洞；在处理溶洞的同时，开挖平行导洞，即避开溶洞，在主线斜向开挖临时隧道到主线，由导洞进入主线开挖施工；平行导洞与溶洞壁最小处距离为7m ；
4)底部处理地基处理采用桩基础承台支撑墙结构，隧道左侧采用双排桩径1.6m桩基，每排9根，中部及右侧采用单排桩径2m桩基，每排4根，桩底嵌入坚硬持力层不小于3m ；
5)溶洞入口段隧道洞身的处理对已开挖段落突出部位进行局部凿除，之后在满足二衬35cm的情况下进行加强锚喷，采用5m Φ 22药卷锚杆，间距140cmX 120cm，环向11根，与原有锚杆交错布置，并尽快喷射混凝土及挂Φ 6钢筋网，间距20cmX 20cm ；在承台及支撑墙靠隧道一侧设置药卷锚杆，承台侧锚杆伸入围岩5m，间距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；在承台侧架设通长横向联系梁，系梁钢筋与隧道二衬钢筋连接；支撑墙侧锚杆长3. 5m，伸入围岩 2. 5m,支撑墙顶部锚杆长4m，伸入围岩3m ；
6)支撑墙顶部约Im范围内采用C25早强喷射混凝土充填，并在混凝土内设置3m长 Φ 50 (壁厚4mm)注浆小导管，小导管间距1. 5m ；
7)溶洞拱部及侧壁围岩的支护采用Φ22药卷锚杆(拱部锚杆长度2m、6m ；侧壁锚杆长度2. 5m、4m)，呈梅花型布置，间距150cmX 150cm，挂Φ 6钢筋网，间距15 cmX 15cm，并喷射 15cm厚C25早强混凝土 ；
8)溶洞堆积物处理；
9)隧道穿越特大型溶洞的监控测量。所述步骤1)中所述的桩基础采用人工挖桩成孔。所述步骤4)中所述的桩基础采用人工挖桩成孔，并按照旱地桩处理。所述步骤8)是对于洞壁围岩较坚硬的溶洞洞底堆积物及落石采取清理的处理方式，清理完后，再对靠近溶洞掌子面20m范围、顶部及侧壁进行锚喷网支护；在洞底设置排水结构，确保溶洞水流至洞外，溶洞段隧道洞身不设仰拱，但每5m设置一道横向联系梁。所述步骤9)是通过ANSYS程序设计语言APDL，开发出施加虚拟支撑力的命令，自动完成地应力的逐步释放。本发明的优点主要是隧道穿越特大型溶洞的施工技术的完整性、全面性。隧道施工中出现特大型溶洞后，需采取合理的处理措施和施工技术方案加以解决，以不耽误施工工期；同时由于溶洞的出现可能给工程造成一定的质量和安全隐患，所以技术处理措施必须可行，且经济合理，从而使得施工进度、质量、安全得到保证，与改线相比较，在经济效益和社会效益方面的优点突出表现在
1)节约工期——在隧道出现特大型溶洞时进行改线，重新设计会延误工期，采用边处理溶洞，边实施导洞开挖，再利用导洞向另一侧洞口继续掘进，从而不会对总工期造成太大的影响。2)生态保护——在溶洞内部实施处理，不会给周边生态造成破坏。3)质量、安全隐患的消除——隧道的开挖，打破了溶洞的平衡状态，若不及时处理，很可能会造成山体坍塌，安全隐患极大。由于对溶洞应用合理科学的技术手段，采取适当有力的措施，最大限度地消除了隧道的质量、安全隐患，保证了隧道施工的工程质量。4)施工成本的控制，经济效益明显——若改线，需要重新选线，但这也是不可能的，由于两侧的特大桥已经进入了施工状态，如需进行重新的设计，相应的投入非常之大， 发现溶洞之前的隧道初期开挖和支护工程全部作废，还需要重新勘测、放线、征地、临建，造成巨大的经济损失。此发明可以很好的处理溶洞，无需改线，从工程全局看，经济效益明显。5)减少社会影响——若进行改线，已施工的外露工程及隧道基本不可能恢复原地貌，造成浪费和对环境的破坏，需要重新征地临建，会影响周围环境以及居民的生活，造成不必要的社会影响。随着我国山区公路的建设投入逐渐增加，穿越特殊地层的隧道越来越多。由于溶洞具有一定的隐蔽性，前期的勘探设计不一定能够准确地揭示隧道段地质情况，隧道内出现溶洞也是不可避免的，倘若遇到特大型溶洞，本发明可以保证隧道在工期内安全顺利的完成，也可保证工程质量和最大程度的节约成本。在日益增加的山区隧道施工中，本发明的施工技术对今后类似工程的施工起到宝贵的借鉴作用，对于已经开挖的隧道的设计具有很好的指导作用，其与改线相比较，具有良好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广应用前
图1是本发明隧道穿越特大型溶洞施工工艺流程框图。
具体实施例方式实施例1
如图1所示，隧道穿越特大型溶洞施工工艺，包括如下步骤
1)溶洞地下部分采取简易桥处理隧道穿越溶洞，溶洞修建简易桥，采用桩基础处理； 并在桩基础上面整体浇筑钢混结构承台，使得下部形成一个整体；所述的桩基础采用人工挖桩成孔；
2)初期支护，溶洞一侧设置支撑墙处于溶洞一侧将支撑墙全部深入上部岩体中，在支撑墙施工过程中，预埋隧道初期支护的钢拱架，使支撑墙与隧道初期支护形成一个整体的支承结构；隧道轮廓以上部分，在溶洞壁施工锚杆，并预留Im与支撑墙连成整体；
3)设置平行导洞边处理溶洞边开挖主洞；在处理溶洞的同时，开挖平行导洞，即避开溶洞，在主线斜向开挖临时隧道到主线，由导洞进入主线开挖施工；平行导洞与溶洞壁最小处距离为7m ；
4)底部处理地基处理采用桩基础承台支撑墙结构，隧道左侧采用双排桩径1.6m桩基，每排9根，中部及右侧采用单排桩径2m桩基，每排4根，桩底嵌入坚硬持力层不小于3m ； 所述的桩基础采用人工挖桩成孔，并按照旱地桩处理；
5)溶洞入口段隧道洞身的处理对已开挖段落突出部位进行局部凿除，之后在满足二衬35cm的情况下进行加强锚喷，采用5m Φ 22药卷锚杆，间距140cmX 120cm，环向11根，与原有锚杆交错布置，并尽快喷射混凝土及挂Φ 6钢筋网，间距20cmX 20cm ；在承台及支撑墙靠隧道一侧设置药卷锚杆，承台侧锚杆伸入围岩5m，间距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；在承台侧架设通长横向联系梁，系梁钢筋与隧道二衬钢筋连接；支撑墙侧锚杆长3. 5m，伸入围岩 2. 5m,支撑墙顶部锚杆长4m，伸入围岩3m ；
6)支撑墙顶部约Im范围内采用C25早强喷射混凝土充填，并在混凝土内设置3m长 Φ 50 (壁厚4mm)注浆小导管，小导管间距1. 5m ；
7)溶洞拱部及侧壁围岩的支护采用Φ22药卷锚杆(拱部锚杆长度2m、6m ；侧壁锚杆长度2. 5m、4m)，呈梅花型布置，间距150cmX 150cm，挂Φ 6钢筋网，间距15 cmX 15cm，并喷射 15cm厚C25早强混凝土 ；
8)溶洞堆积物处理；对于洞壁围岩较坚硬的溶洞洞底堆积物及落石采取清理的处理方式，清理完后，再对靠近溶洞掌子面20m范围、顶部及侧壁进行锚喷网支护；在洞底设置排水结构，确保溶洞水流至洞外，溶洞段隧道洞身不设仰拱，但每5m设置一道横向联系梁；
9)隧道穿越特大型溶洞的监控测量。通过ANSYS程序设计语言APDL，开发出施加虚拟支撑力的命令，自动完成地应力的逐步释放。
实施例2’
1)确定隧道穿越特大型溶洞处理方案。A.溶洞地下部分采取简易桥处理。隧道穿越溶洞，溶洞修建简易桥，采用桩基 处理。由于地势受限，桩基只能采用人工挖桩成孔，并在桩基础上面整体浇筑钢混结构承台，使得下部形成一个整体，结构牢固合理，确保下部结构的稳定性。B.完善初期支护，溶洞一侧设置支撑墙。溶洞处理的设计和施工在采用新奥法原理的同时，充分发挥了支撑墙的作用一方面，处于溶洞一侧将支撑墙全部深入上部岩体中，在支撑墙施工过程中，预埋隧道初期支护的钢拱架，使支撑墙与隧道初期支护形成一个整体的支承结构；另一方面，隧道轮廓以上部分，在溶洞壁施工锚杆，并预留Im与支撑墙连成整体，有利于隧道开挖后，应力向支撑墙底部的承台及桩基扩散，充分运用了新奥法原理。C.设置平行导洞，边处理溶洞边开挖主洞，避免影响工期。在处理溶洞的同时，由于隧道另一侧洞口处于峭壁处，故采用开挖平行导洞，即避开溶洞，在主线斜向开挖临时隧道到主线，由导洞进入主线开挖施工，这样既节省工期，也有利于隧道内交叉作业与通风。平行导坑的设计是在不影响溶洞稳定性的基础上设计的， 其与溶洞壁最小处距离约为7m。通过后续施工验证，设置导洞是必要的，也是十分科学的。 可以利用导洞做行车横洞，起到紧急避险和观光专用路。2)隧道溶洞段围岩处理技术。A.围岩复合式衬砌；
B.防排水设计；
C.隧道出口浅埋段施工问题的处理。3)隧道溶洞段施工技术。A.小溶洞处理和裂隙填堵技术；
B.大溶洞处理技术方案；
C.特大型溶洞处理技术包括底部处理技术、入口段隧道洞身处理技术及顶部和侧壁处理技术。地基处理采用桩基础承台支撑墙结构；溶洞底部处理方式为隧道左侧采用双排(每排9根)桩径1. 6m桩基，中部及右侧采用单排(每排4根)桩径2m桩基，桩底嵌入坚硬持力层不少于3m。为避免对岩层扰动和破坏，另外还考虑空间溶洞的特殊性，桩孔机械施工难度大，全部采用人工挖孔，并按照旱地桩处理。溶洞入口段隧道洞身的处理中，为加强溶洞入口段隧道的支护结构，考虑围岩稳定性好，结合开挖断面形状，对已开挖段落突出部位进行局部凿除，之后在满足二衬35cm的情况下进行加强锚喷，采用5m Φ 22药卷锚杆，间距140cmX 120cm，环向11根，与原有锚杆交错布置，并尽快喷射混凝土及挂Φ 6钢筋网，间距20cmX 20cm。处理基础时，为加强承台支撑墙与隧道及溶洞洞壁的紧密结合，在承台及支撑墙靠隧道一侧设置药卷锚杆。承台侧锚杆伸入围岩5m，间距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；并在承台侧架设通长横向联系梁，系梁钢筋与隧道二衬钢筋连接；支撑墙侧锚杆长3. 5m，伸入围岩2. 5m，支撑墙顶部锚杆长4m，伸入围岩3m ；支撑墙顶部约Im范围内采用C25早强喷射混凝土充填，并在混凝土内设置3m长Φ50 (壁厚4mm)注浆小导管，小导管间距1. 5m。D.溶洞段隧道施工包括开挖方案、支护方案实施及现场监测控制方法。溶洞顶部及侧壁的处理中，由于溶洞洞壁围岩较好(III级围岩)，经设计单位同意取消超前管棚，变更采用超前锚杆结构，并取消仰拱。溶洞处理时，溶洞拱部及侧壁围岩的支护采用Φ22药卷锚杆(拱部锚杆长度2m、6m ；侧壁锚杆长度2. 5m,4m),呈梅花型布置，间距150cmX 150cm, 挂Φ 6钢筋网，间距15 cmX 15cm,并喷射15cm厚C25早强混凝土。4)溶洞堆积物处 理及防地表塌陷处理。溶洞堆积物原则上宜固不宜清，对于洞壁围岩较坚硬的溶洞洞底堆积物及落石采取清理的处理方式。清理完后，再对靠近溶洞掌子面20m范围、顶部及侧壁进行锚喷网支护。在洞底设置排水结构，确保溶洞水流至洞外，溶洞段隧道洞身不设仰拱，但每5m设置一道横向联系梁，解决纵向承荷，防地表塌陷。5)隧道穿越特大型溶洞的监控测量。隧道穿越特大型溶洞的监控测量技术中通过ANSYS程序设计语言APDL，开发出施加虚拟支撑力的命令，自动完成地应力的逐步释放。利用这一功能，开发了施加虚拟支撑力的命令，很好地完成了隧道施工过程的模拟计算。
权利要求
1.隧道穿越特大型溶洞施工工艺，其特征在于包括如下步骤1)溶洞地下部分采取简易桥处理隧道穿越溶洞，溶洞修建简易桥，采用桩基础处理； 并在桩基础上面整体浇筑钢混结构承台，使得下部形成一个整体；2)初期支护，溶洞一侧设置支撑墙处于溶洞一侧将支撑墙全部深入上部岩体中，在支撑墙施工过程中，预埋隧道初期支护的钢拱架，使支撑墙与隧道初期支护形成一个整体的支承结构；隧道轮廓以上部分，在溶洞壁施工锚杆，并预留Im与支撑墙连成整体；3)设置平行导洞边处理溶洞边开挖主洞；在处理溶洞的同时，开挖平行导洞，即避开溶洞，在主线斜向开挖临时隧道到主线，由导洞进入主线开挖施工；平行导洞与溶洞壁最小处距离为7m ；4)底部处理地基处理采用桩基础承台支撑墙结构，隧道左侧采用双排桩径1.6m桩基，每排9根，中部及右侧采用单排桩径2m桩基，每排4根，桩底嵌入坚硬持力层不小于3m ；5)溶洞入口段隧道洞身的处理对已开挖段落突出部位进行局部凿除，之后在满足二衬35cm的情况下进行加强锚喷，采用5m Φ 22药卷锚杆，间距140cmX 120cm，环向11根，与原有锚杆交错布置，并尽快喷射混凝土及挂Φ 6钢筋网，间距20cmX 20cm ；在承台及支撑墙靠隧道一侧设置药卷锚杆，承台侧锚杆伸入围岩5m，间距0. 6mX0. 6m，梅花形布置；在承台侧架设通长横向联系梁，系梁钢筋与隧道二衬钢筋连接；支撑墙侧锚杆长3. 5m，伸入围岩 2. 5m,支撑墙顶部锚杆长4m，伸入围岩3m ；6)支撑墙顶部约Im范围内采用C25早强喷射混凝土充填，并在混凝土内设置3m长 Φ 50 (壁厚4mm)注浆小导管，小导管间距1. 5m ；7)溶洞拱部及侧壁围岩的支护采用Φ22药卷锚杆(拱部锚杆长度2m、6m ；侧壁锚杆长度2. 5m、4m)，呈梅花型布置，间距150cmX 150cm，挂Φ 6钢筋网，间距15 cmX 15cm，并喷射 15cm厚C25早强混凝土 ；8)溶洞堆积物处理；9)隧道穿越特大型溶洞的监控测量。
2.根据权利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工艺，其特征是所述步骤1)中所述的桩基础采用人工挖桩成孔。
3.根据权利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工艺，其特征是所述步骤4)中所述的桩基础采用人工挖桩成孔，并按照旱地桩处理。
4.根据权利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工艺，其特征是所述步骤8)是对于洞壁围岩较坚硬的溶洞洞底堆积物及落石采取清理的处理方式，清理完后，再对靠近溶洞掌子面20m范围、顶部及侧壁进行锚喷网支护；在洞底设置排水结构，确保溶洞水流至洞夕卜，溶洞段隧道洞身不设仰拱，但每5m设置一道横向联系梁。
5.根据权利要求1所述的隧道穿越特大型溶洞施工工艺，其特征是所述步骤9)是通过ANSYS程序设计语言APDL，开发出施加虚拟支撑力的命令，自动完成地应力的逐步释放。
全文摘要
本发明涉及一种隧道穿越溶洞施工工艺，特别是隧道穿越特大型溶洞施工工艺，它至少包括1)溶洞地下部分采取简易桥处理；2)初期支护，溶洞一侧设置支撑墙；3)设置平行导洞；4)底部处理；5)溶洞入口段隧道洞身的处理；6)支撑墙顶部约1m范围内采用C25早强喷射混凝土充填，并在混凝土内设置3m长Φ50注浆小导管，小导管间距1.5m；7)溶洞拱部及侧壁围岩的支护采用φ22药卷锚杆，呈梅花型布置，间距150cm×150cm，挂φ6钢筋网，间距15cm×15cm，并喷射15cm厚C25早强混凝土；8)溶洞堆积物处理；9)隧道穿越特大型溶洞的监控测量。本发明提供了一种工艺简单、施工方便、成本较低、科学有效、节能环保的隧道穿越特大型溶洞施工工艺。
文档编号E21D9/14GK102383806SQ20111020068
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者廖立勋, 徐增权, 李庆华, 杨栎, 薛成, 陈有强, 陈锴 申请人:广东华盟路桥工程有限公司