一种隧洞掌子面钢管挤压预加固施工方法与流程

本发明涉及隧洞掘进施工领域，特别是一种隧洞掌子面钢管挤压预加固施工方法。

背景技术：

隧洞工程施工中，若遇到洞身围岩为呈散体结构的残坡积粉质粘土、饱和含泥砂层时，会导致水泥浆可灌性差的问题，若加上地下水位高的情况，掌子面揭露后遇水会很快发生液化、泥化，掌子面土体在地下水作用下自动涌出，造成洞内围岩失稳垮塌，并带来地面塌陷的风险，该情况下洞内施工存在巨大安全隐患，施工进度势必受到影响。

针对以富水残坡积粉质粘土和以饱和含泥砂层为主的洞段，现有的解决手段较为复杂，在解决洞内围岩失稳垮塌、地面塌陷问题的前提下，依旧会造成对施工进度的影响。

技术实现要素：

本发明提供一种隧洞掌子面钢管挤压预加固施工方法，能够有效解决以富水残坡积粉质粘土和以饱和含泥砂层为主的洞段中，围岩易失稳垮塌、地面易塌陷的问题，达到增强隧洞施工过程中稳定性的目的，从而保障施工作业的顺利进行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种隧洞掌子面钢管挤压预加固施工方法，包括以下步骤：

掌子面开挖前，在掌子面周边土体内设置导管，并在掌子面的核心土区域内设置钢管，对掌子面周边及核心土区域进行挤压预加固后分台阶进行掘进施工。

优选的方案中，具体包括以下步骤：

1）在掌子面掘进施工前，在掌子面周围土体内水平向打入多个导管；

2）在掌子面的核心土区域内水平打入多个钢管；

3）分台阶进行掘进作业；

4）在开挖掌子面内架设钢拱架；

5）在开挖掌子面内利用锚杆进行加固作业，并挂网喷护；

6）向掘进施工方向推动钢管至下一节段的施工区域内；

7）重复上述步骤，完成二节段掌子面掘进施工作业。

优选的方案中，所述的导管采用φ50mm钢管制作，导管的长度为2-3m；

所述的钢管采用φ89mm钢管，钢管的长度为2-3m；

所述的导管以及钢管的一端加工不小于10cm圆锥段。

优选的方案中，所述的步骤3）中，在完成分台阶掘进作业之后，对掌子面下部的基础进行换填处理。

优选的方案中，所述的导管初次打入土体之前，预先设置一榀钢拱架，以用于对导管的打入起到支撑导向作用。

优选的方案中，所述的导管打入数量达到导管总数量一半时，通过连接筋将导管端部进行焊接形成整体，然后进行剩余导管的打入作业。

优选的方案中，所述的换填处理每掘进0.5-0.7m后进行一次，掌子面下部的基础以及掌子面拱脚位置换填块石或级配碎石。

优选的方案中，所述的步骤6）中，钢管推进作业在掘进深度超过钢管长度一半前进行。

优选的方案中，所述的步骤3）中，先进行核心土区域土体的开挖，然后进行下台阶两侧土体的开挖，最后进行下台阶中部土体的开挖。

本发明所提供的一种隧洞掌子面钢管挤压预加固施工方法，通过在掌子面开挖轮廓线周边设置导管，在掌子面核心土区域水平插入钢管，对掌子面周边及核心土土体形成挤压作用，再分台阶短进尺进行掘进，然后对开挖洞段软弱地基进行换填，架设钢拱架并挂网喷护，核心土区域钢管随掘进进尺继续向前推进循环使用，实现掌子面上下台阶自稳。

本发明施工简便快速，可操作性强，在狭小洞径内采用小型机具即可进行施工，很好的通过挤压加固了掌子面的稳固，保留了上下台阶，大大减少因掌子面失稳造成洞顶及洞壁垮塌，降低安全风险，经济性能好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明施工过程中的掌子面断面示意图。

图中：导管1，钢管2，基础3，钢拱架4，锁脚锚杆5，核心土区域6，二次开挖区域7，三次开挖区域8。

具体实施方式

实施例1：

如图1中，一种隧洞掌子面钢管挤压预加固施工方法，包括以下步骤：

掌子面开挖前，在掌子面周边土体内设置导管1,，并在掌子面的核心土区域7内设置钢管2，对掌子面周边及核心土区域7进行挤压预加固后分台阶进行掘进施工。

实施例2：

如图1，在实施例1的基础上，采用以下方法进行掌子面掘进施工作业：

1）在掌子面掘进施工前，在掌子面周围土体内水平向打入多个导管1；

2）在掌子面的核心土区域7内水平打入多个钢管2；

3）分台阶进行掘进作业；

4）在开挖掌子面内架设钢拱架4；

5）在开挖掌子面内利用锚杆5进行加固作业，并挂网喷护；

6）向掘进施工方向推动钢管2至下一节段的施工区域内；

7）重复上述步骤，完成二节段掌子面掘进施工作业。

实施例3：

在实施例2的基础上，步骤3）中，在完成分台阶掘进作业之后，对掌子面下部的基础3进行换填处理。

优选的方案中，所述的换填处理每掘进0.5-0.7m后进行一次，掌子面下部的基础3以及掌子面拱脚位置换填块石或级配碎石。

本例中通过换填处理，能够确保基础稳定具有一定的承载力。

实施例4：

在实施例2的基础上，所述的导管1采用φ50mm钢管制作，导管1的长度为2-3m；

所述的钢管2采用φ89mm钢管，钢管2的长度为2-3m；

所述的导管1以及钢管2的一端加工不小于10cm圆锥段。

优选的方案中，钢管2推进作业在掘进深度超过钢管2长度一半前进行。

本例中，在掘进深度未达到钢管2长度一半时就进行钢管2推进，避免掘进深度过深之后，钢管露出部分因重力发生下垂造成对土体稳定性的破坏。

实施例5：

在实施例2的基础上，所述的导管1初次打入土体之前，预先设置一榀钢拱架4，以用于对导管1的打入起到支撑导向作用。

同时，后续在隧洞内架设的钢拱架4可以与预先设置的一榀钢拱架4之间进行连接，从而使钢拱架4之间形成整体，提升稳定性。

实施例5：

在实施例2的基础上，所述的导管1打入数量达到导管1总数量一半时，通过连接筋将导管1端部进行焊接形成整体，然后进行剩余导管1的打入作业。

通过连接筋将导管1端部进行焊接形成整体的导管1，整体受力更加稳定。

优选的方案中，所述的步骤3）中，先进行核心土区域6土体的开挖，然后进行下台阶两侧土体的开挖，最后进行下台阶中部土体的开挖。

采用上述方法，通过在掌子面开挖轮廓线周边设置导管，配合掌子面核心土区域中插入的钢管，对掌子面周边及核心土土体形成挤压作用，很好的通过挤压加固了掌子面的稳固；

再分台阶短进尺进行掘进，保留了上下台阶，大大减少因掌子面失稳造成洞顶及洞壁垮塌，降低安全风险；

另外对开挖洞段软弱地基进行换填，架设钢拱架并挂网喷护，核心土区域钢管随掘进进尺继续向前推进循环使用，实现掌子面上下台阶自稳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。