一种低承载力软岩隧道的施工方法与流程

1.本发明属于软岩隧道开挖加固技术领域，尤其是涉及一种低承载力软岩隧道的施工方法。


背景技术：

2.软岩是指在工程力作用下能产生显著塑形变形的工程岩体。软岩地质铁路、公路隧道开挖工法主要有中隔壁(cd)法、交叉中隔壁(crd)法、双侧壁导坑法(眼镜法)等。近年来，对地质条件差，有一定自稳能力的
ⅴ
级围岩隧道，采用三台阶临时仰拱法，有利于大型机械装备作业，提高工效。但是在低承载力软岩隧道采用三台阶法则有一定的局限性，导致开挖出现掌子面无法自稳、挤出变形、初期支护持续整体沉降等险情。
3.因此，现如今缺少一种设计合理的低承载力软岩隧道的施工方法，在低承载力软岩隧道采用三台阶法施工，以使隧道安全穿越软岩地层，并确保隧道结构稳定。


技术实现要素：

4.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，提供一种低承载力软岩隧道的施工方法，其方法步骤简单，设计合理、施工简便，在低承载力软岩隧道采用三台阶法施工时，先通过中台阶面上临时仰拱腰梁的施工，与上部已开挖完成的初期支护封闭成环，再在中台阶面上进行旋喷桩施工，确保下部洞体安全、可靠的开挖施工，以使隧道安全穿越软岩地层，并确保隧道结构稳定。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低承载力软岩隧道的施工方法，沿隧道纵向延伸方向对所施工软岩隧道进行开挖，并在开挖过程中，在中台阶采用旋喷桩加固软岩隧道下台阶及基底，该方法包括以下步骤：
6.步骤一、上台阶开挖及上部初期支护：
7.对所施工软岩隧道进行上台阶开挖，在上台阶开挖过程中同步对上台阶开挖成型的上部洞体进行上部初期支护；
8.步骤二、中台阶临时仰拱腰梁式结构施工：
9.步骤201、对所施工软岩隧道进行中台阶开挖，在中台阶开挖过程中同步对中台阶开挖成型的中部洞体进行中部初期支护；其中，对所施工软岩隧道进行中台阶开挖形成中台阶面，且中台阶面呈水平；
10.步骤202、在中台阶面上铺设临时仰拱腰梁架体；其中，临时仰拱腰梁架体的端部嵌入中部初期支护中；
11.步骤三、中台阶面上旋喷桩中心点布设及pvc管安装：
12.步骤301、在中台阶面上布设多排旋喷桩中心点；其中，多排喷桩中心点沿所施工软岩隧道的纵向延伸方向布设，每排旋喷桩中心点包括多个沿所施工软岩隧道的横向布设的旋喷桩中心点；
13.步骤302、在各个旋喷桩中心点处安装pvc管，pvc管穿过临时仰拱腰梁架体，且pvc
管的顶端比临时仰拱腰梁架体的顶端高，pvc管的中心线和旋喷桩中心点重合；
14.步骤303、在中台阶面上浇筑混凝土，形成临时仰拱腰梁；其中，临时仰拱腰梁架体嵌入在临时仰拱腰梁中，且临时仰拱腰梁的顶面比临时仰拱腰梁架体的顶端高；
15.步骤四、旋喷桩加固的施工：
16.在各个旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆，形成多排旋喷桩；
17.步骤五、下台阶开挖、下部初期支护及仰拱初期支护施工：
18.步骤501、对所施工软岩隧道进行下台阶开挖，在下台阶开挖过程中同步对下台阶开挖成型的下部洞体进行下部初期支护；其中，旋喷桩的长度大于下台阶开挖形成的下部洞体的高度；
19.步骤502、对所施工软岩隧道进行仰拱开挖，在仰拱开挖过程中同步进行仰拱初期支护；其中，仰拱初期支护的两端和下部初期支护的下部连接为一体；
20.步骤六、临时仰拱腰梁式结构的拆除：
21.步骤601、凿除临时仰拱腰梁中混凝土；
22.步骤602、逐榀拆除临时仰拱腰梁架体；其中，将固连件与临时仰拱腰梁架体和中部初期支护均断开；
23.步骤七、隧道仰拱二次衬砌：
24.在仰拱初期支护上进行仰拱二次衬砌，获得施工成型的仰拱二次衬砌；
25.步骤八、隧道拱墙二次衬砌：
26.在已施工完成的仰拱二次衬砌上对拱墙二次衬砌进行施工，获得施工成型的拱墙二次衬砌；其中，拱墙二次衬砌的两侧底部通过矮边墙和仰拱二次衬砌连接为一体，形成施工成型的隧道二次衬砌。
27.上述的一种低承载力软岩隧道的施工方法，其特征在于：步骤202中在中台阶面上铺设临时仰拱腰梁架体，具体过程如下：
28.步骤2021、制作临时仰拱腰梁架体；其中，临时仰拱腰梁架体包括多个水平型钢和设置在多个水平型钢顶部的连接钢筋，连接钢筋的数量为多个，多个所述连接钢筋沿水平型钢的长度方向布设，多个所述水平型钢沿中台阶面的纵向布设，水平型钢的长度沿隧道中台阶面的横向布设，相邻两个水平型钢之间设置有间隙，相邻两个连接钢筋之间设置有间隙；
29.步骤2022、将临时仰拱腰梁架体铺设在中台阶面上；其中，pvc管和水平型钢与连接钢筋错位布设，且pvc管的顶端高于临时仰拱腰梁架体的顶端；
30.步骤2023、将临时仰拱腰梁架体的两端和加强件连接；其中，加强件远离临时仰拱腰梁架体的端部嵌入中部初期支护中且固连，加强件倾斜布设，且加强件和中台阶面之间的夹角为45
°
～60
°
，加强件为0.6m～0.8m长度的短型钢。
31.上述的一种低承载力软岩隧道的施工方法，其特征在于：步骤四中在各个旋喷桩中心点处钻孔并进行旋喷法注浆，形成多排旋喷桩；其中，对任一排旋喷桩中心点钻孔并进行旋喷法注浆，形成任一排旋喷桩，具体过程如下：
32.步骤401、在位于隧道中线左侧的各个排旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆，形成左侧组旋喷桩；
33.步骤402、在位于隧道中线右侧的各个排旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆，
形成右侧组旋喷桩；其中，右侧组旋喷桩和左侧组旋喷桩对称布设。
34.上述的一种低承载力软岩隧道的施工方法，其特征在于：步骤301中相邻两排喷桩中心点的间距为120cm，相邻两个旋喷桩中心点的间距为120cm；
35.步骤四中旋喷桩的桩长为9m～10m，旋喷桩的桩径为0.6m～0.8m。
36.上述的一种低承载力软岩隧道的施工方法，其特征在于：步骤四中在各个旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆时，喷嘴孔径为2.2mm，注浆压力为25mpa～26mpa，注浆管直径为42mm，旋转速度为22r/min～24r/min，注浆管的提升速度为10cm/min～20cm/min，浆液流量为100l/min～105l/min，水泥浆液水灰比1:1。
37.本发明与现有技术相比具有以下优点：
38.1、本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便，以使在低承载力软岩隧道采用三台阶法施工时，隧道安全穿越软岩地层，并确保隧道结构稳定。
39.2、本发明隧道中台阶开挖之后在中台阶面上布设多排旋喷桩中心点，并在旋喷桩中心点处安装pvc管，通过pvc管实现旋喷桩定位，提高了旋喷桩加固粉质黏土隧道施工准确性。
40.3、本发明通过在中台阶面上铺设临时仰拱腰梁架体并浇筑混凝土，形成临时仰拱腰梁，通过临时仰拱腰梁与上部已开挖完成的初期支护封闭成环，避免隧道下部洞体开挖过程中掌子面无法自稳、挤出变形、初期支护持续整体沉降等险情问题；另外，临时仰拱腰梁结构的止浆墙效应，有利于旋喷桩加固下台阶及隧底结构。
41.4、本发明中台阶面上采用现浇混凝土形成临时仰拱腰梁，取代临时仰拱喷射混凝土柔性支护，提高了隧道抵御软岩基底沉降的能力。
42.5、本发明通过在仰拱初期支护完成之后，逐榀拆除临时仰拱腰梁架体，并将固连件与临时仰拱腰梁架体和中部初期支护均断开，以使隧道结构完成；另外回收迁移到下一个隧道开挖段的中台阶面循环使用。
43.综上所述，本发明设计合理、施工简便且使用效果好，中台阶临时仰拱腰梁与已完成初期支护及时封闭成环，形成稳定结构；再在中台阶面上实施旋喷桩加固下台阶及隧底结构，确保隧道安全穿越软岩地层。
44.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。
附图说明
45.图1为本发明临时仰拱腰梁的结构示意图。
46.图2为本发明临时仰拱腰梁拆除二次衬砌后的结构示意图。
47.图3为本发明临时仰拱腰梁架体的结构示意图。
48.图4为本发明的流程框图。
49.附图标记说明:
[0050]1‑
1—上部洞体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
2—中部洞体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
3—下部洞体；
[0051]
2—中台阶面；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
1—上部初期支护；
ꢀꢀꢀꢀ2‑
2—中部初期支护；
[0052]2‑
3—下部初期支护；
ꢀꢀꢀꢀ
3—临时仰拱腰梁架体；
ꢀꢀ3‑
1—水平型钢；
[0053]3‑
2—连接钢筋；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4—仰拱二次衬砌；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6—pvc管；
[0054]
7—拱墙二次衬砌；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8—临时仰拱腰梁；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9—加强件；
[0055]
10—旋喷桩；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11—仰拱初期支护；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
12—矮边墙。
具体实施方式
[0056]
如图1至图4所示的一种低承载力软岩隧道的施工方法，，沿隧道纵向延伸方向对所施工软岩隧道进行开挖，并在开挖过程中，在中台阶采用旋喷桩加固软岩隧道下台阶及基底，该方法包括以下步骤：
[0057]
步骤一、上台阶开挖及上部初期支护：
[0058]
对所施工软岩隧道进行上台阶开挖，在上台阶开挖过程中同步对上台阶开挖成型的上部洞体1
‑
1进行上部初期支护2
‑
1；
[0059]
步骤二、中台阶临时仰拱腰梁式结构施工：
[0060]
步骤201、对所施工软岩隧道进行中台阶开挖，在中台阶开挖过程中同步对中台阶开挖成型的中部洞体1
‑
2进行中部初期支护2
‑
2；其中，对所施工软岩隧道进行中台阶开挖形成中台阶面2，且中台阶面2呈水平；
[0061]
步骤202、在中台阶面2上铺设临时仰拱腰梁架体3；其中，临时仰拱腰梁架体3的端部嵌入中部初期支护2
‑
2中；
[0062]
步骤三、中台阶面上旋喷桩中心点布设及pvc管安装：
[0063]
步骤301、在中台阶面2上布设多排旋喷桩中心点；其中，多排喷桩中心点沿所施工软岩隧道的纵向延伸方向布设，每排旋喷桩中心点包括多个沿所施工软岩隧道的横向布设的旋喷桩中心点；
[0064]
步骤302、在各个旋喷桩中心点处安装pvc管6，pvc管6穿过临时仰拱腰梁架体3，且pvc管6的顶端比临时仰拱腰梁架体3的顶端高，pvc管6的中心线和旋喷桩中心点重合；
[0065]
步骤303、在中台阶面2上浇筑混凝土，形成临时仰拱腰梁8；其中，临时仰拱腰梁架体3嵌入在临时仰拱腰梁8中，且临时仰拱腰梁8的顶面比临时仰拱腰梁架体3的顶端高；
[0066]
步骤四、旋喷桩加固的施工：
[0067]
在各个旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆，形成多排旋喷桩10；
[0068]
步骤五、下台阶开挖、下部初期支护及仰拱初期支护施工：
[0069]
步骤501、对所施工软岩隧道进行下台阶开挖，在下台阶开挖过程中同步对下台阶开挖成型的下部洞体1
‑
3进行下部初期支护2
‑
3；其中，旋喷桩10的长度大于下台阶开挖形成的下部洞体1
‑
3的高度；
[0070]
步骤502、对所施工软岩隧道进行仰拱开挖，在仰拱开挖过程中同步进行仰拱初期支护11；其中，仰拱初期支护11的两端和下部初期支护2
‑
3的下部连接为一体；
[0071]
步骤六、临时仰拱腰梁式结构的拆除：
[0072]
步骤601、凿除临时仰拱腰梁8中混凝土；
[0073]
步骤602、逐榀拆除临时仰拱腰梁架体3；其中，将固连件9与临时仰拱腰梁架体3和中部初期支护2
‑
2均断开；
[0074]
步骤七、隧道仰拱二次衬砌：
[0075]
在仰拱初期支护11上进行仰拱二次衬砌4，获得施工成型的仰拱二次衬砌4；
[0076]
步骤八、隧道拱墙二次衬砌：
[0077]
在已施工完成的仰拱二次衬砌4上对拱墙二次衬砌7进行施工，获得施工成型的拱
墙二次衬砌7；其中，拱墙二次衬砌7的两侧底部通过矮边墙12和仰拱二次衬砌4连接为一体，形成施工成型的隧道二次衬砌。
[0078]
本实施例中，步骤202中在中台阶面2上铺设临时仰拱腰梁架体3，具体过程如下：
[0079]
步骤2021、制作临时仰拱腰梁架体3；其中，临时仰拱腰梁架体3包括多个水平型钢3
‑
1和设置在多个水平型钢3
‑
1顶部的连接钢筋3
‑
2，连接钢筋3
‑
2的数量为多个，多个所述连接钢筋3
‑
2沿水平型钢3
‑
1的长度方向布设，多个所述水平型钢3
‑
1沿中台阶面2的纵向布设，水平型钢3
‑
1的长度沿隧道中台阶面2的横向布设，相邻两个水平型钢3
‑
1之间设置有间隙，相邻两个连接钢筋3
‑
2之间设置有间隙；
[0080]
步骤2022、将临时仰拱腰梁架体3铺设在中台阶面2上；其中，pvc管6和水平型钢3
‑
1与连接钢筋3
‑
2错位布设，且pvc管6的顶端高于临时仰拱腰梁架体3的顶端；
[0081]
步骤2023、将临时仰拱腰梁架体3的两端和加强件9连接；其中，加强件9远离临时仰拱腰梁架体3的端部嵌入中部初期支护2
‑
2中且固连，加强件9倾斜布设，且加强件9和中台阶面2之间的夹角为45
°
～60
°
，加强件9为0.6m～0.8m长度的短型钢。
[0082]
本实施例中，步骤四中在各个旋喷桩中心点处钻孔并进行旋喷法注浆，形成多排旋喷桩；其中，对任一排旋喷桩中心点钻孔并进行旋喷法注浆，形成任一排旋喷桩，具体过程如下：
[0083]
步骤401、在位于隧道中线左侧的各个排旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆，形成左侧组旋喷桩；
[0084]
步骤402、在位于隧道中线右侧的各个排旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆，形成右侧组旋喷桩；其中，右侧组旋喷桩和左侧组旋喷桩对称布设。
[0085]
本实施例中，步骤301中相邻两排喷桩中心点的间距为120cm，相邻两个旋喷桩中心点的间距为120cm；
[0086]
步骤四中旋喷桩10的桩长为9m～10m，旋喷桩10的桩径为0.6m～0.8m。
[0087]
本实施例中，步骤四中在各个旋喷桩中心点处钻进并进行旋喷法注浆时，喷嘴孔径为2.2mm，注浆压力为25mpa～26mpa，注浆管直径为42mm，旋转速度为22r/min～24r/min，注浆管的提升速度为10cm/min～20cm/min，浆液流量为100l/min～105l/min，水泥浆液水灰比1:1。
[0088]
本实施例中，临时仰拱腰梁8横跨断面。
[0089]
本实施例中，软岩隧道是指所施工隧道所处地层为第四系全新统滑坡积粉质黏土及上更新统黄土、全风化泥岩基底承载力低。
[0090]
本实施例中，中台阶面2和上部洞体1
‑
1拱顶之间的间距为5m～6m。
[0091]
本实施例中，对所施工软岩隧道进行上台阶开挖，开挖高2.5m，长3～5m的短台阶，便于挖掘机在中台阶上扒渣、出渣。
[0092]
本实施例中，水平型钢3
‑
1为ⅰ22b型钢，连接钢筋3
‑
2为φ22钢筋。
[0093]
本实施例中，上部初期支护2
‑
1、中部初期支护2
‑
2和下部初期支护2
‑
3中采用ⅰ22b型钢拱架，并加强纵向连接，加大了隧道初期支护的刚度。
[0094]
本实施例中，步骤302中在中台阶面2上浇筑的混凝土为c15混凝土，便于后期逐榀拆除临时仰拱腰梁架体3。
[0095]
本实施例中，旋喷桩10的桩径为0.6m。
[0096]
本实施例中，n＝5，第1个旋喷桩，第2个旋喷桩和第3个旋喷桩的桩长9.81m，所述第4个旋喷桩的桩长为9.853m，所述第5个旋喷桩的桩长为9.961m。
[0097]
本实施例中，待开挖隧道的开挖断面宽
×
高＝13m
×
10.5m。
[0098]
本实施例中，所述旋喷桩10是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入钻孔土层与土体混合，形成的圆柱形水泥桩。
[0099]
本实施例中，水平型钢3
‑
1的端部与中部初期支护2
‑
2中的环向钢架间用垫铁塞紧焊牢，并设置加强件9焊接加强，形成牛腿式支撑结构。
[0100]
本实施例中，本工程在旋喷桩施工过程中，由于临时仰拱腰梁的止浆墙效应，临时仰拱腰梁结构有明显上拱现象。之后，在隧道上、中部封闭成环结构保护下，下台阶开挖、支护，及时施工仰拱初期支护，此时，临时仰拱腰梁结构上拱现象消失；逐榀拆除中台阶面2上的临时仰拱腰梁架体，紧跟实施隧道仰拱作业和拱墙二次衬砌。
[0101]
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。