隧道长距离侧穿越堆积体的“微刷坡”进洞方法与流程

1.本发明涉及一种隧道长距离侧穿越堆积体的“微刷坡”进洞方法，属于隧道技术领域。


背景技术：

2.松散堆积体是一种介于土石之间、力学性质不均匀、不连续的地质结构，自稳能力极差，多暴露于山体表面以及集中于山脚处，且广泛分布于我国西部山区。近年来随着我国西部地区公路、铁路等交通基础设施的规模开工建设，越来越多的隧道洞口段需要穿越松散堆积体地层。在隧道进洞施工过程中，需要对松散堆积体坡脚进行开挖，导致堆积体滑塌风险大；侧面穿越堆积体时，隧道结构浅埋偏压现场严重，导致结构受力不合理，变形开裂风险大；松散堆积体自稳性差，隧道开挖时易发生掌子面溜塌，导致隧道开挖支护施工风险大，变形控制难。


技术实现要素：

3.本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种适用于大断面小净距隧道长距离侧穿越松散堆积体“微刷坡”进洞方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种隧道长距离侧穿越堆积体的“微刷坡”进洞方法，包括如下步骤：（1）在埋深较深侧隧道外侧施工钢管桩和防护桩；（2）施工埋深较深侧隧道的洞外截水沟；（3）埋深较深侧隧道的洞口边仰坡按照设计坡率进行开挖；（4）埋深较深侧隧道的洞口边仰坡喷锚支护施工；（5）对埋深较深侧隧道基底加固；（6）对埋深较深侧隧道洞口段地表注浆加固；（7）施工埋深较深侧隧道的套拱；（8）当套拱混凝土强度达到设计及规范要求后随即进行超前管棚施工；（9）埋深较深侧隧道的暗洞进洞施工；（10）在埋深较深侧隧道进洞后，施工埋深较浅侧隧道的防护桩，施工埋深较浅侧隧道的截水沟，埋深较浅侧隧道的洞口边仰坡开挖和支护施工，对埋深较浅侧隧道基础加固、洞口段地表注浆加固、施工套拱、管棚施工，完成之后埋深较浅侧隧道进洞施工；（11）施工明洞的地基加固桩，完成后施工埋深较深侧隧道明洞与埋深较浅侧隧道明洞。
5.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（1）中，施工钢管桩的具体方式为，设置φ168钢管144根，48列，列布置间距1.0m；钻孔检查孔位，检查合格后安装钢管桩，钢管为4~6m一节，安装好后进行灌浆施工。
6.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（1）中，施工防护桩的具体方式为，在埋深
较深侧隧道外侧施工支护桩，放线、定桩位后挖第一节桩孔土方，支模浇筑第一节混凝土护壁，在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线后安装垂直运输架、起重电动葫芦或卷扬机、吊土桶、排水设施；第二节桩身挖土，清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径合格后拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁；接下来重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度；检查持力层，清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层；吊放钢筋笼就位，浇筑桩身混凝土。
7.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（2）中，洞外截水沟设置在明暗交界线5m以外位置；洞外截水沟净空尺寸为50cm
×
50cm，用c20混凝土浇筑，混凝土厚度25cm，洞外截水沟保证沟内各处排水顺畅，待进洞后及时施作洞门和两侧排水沟，与洞顶截水沟相连形成完整排水系统。
8.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（4）中，埋深较深侧隧道洞口边仰坡喷锚支护施工采用c25喷射混凝土，初喷厚度不小于4cm；初喷混凝土之后进行锚杆施工，3m长φ22砂浆锚杆间距1.5m，梅花型布置，钢筋网挂设时，与岩面有3～5cm的距离，钢筋网绑扎或者焊接于锚杆或者小导管上，网格尺寸为25cm
×
25cm，采用φ8钢筋；挂完钢筋网后补喷喷射混凝土至设计厚度。
9.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（5）中，采用φ42钢花管注浆，间距1.5
×
1.5m，对于隧底均为覆盖层段，钢花管注浆深度为6m。
10.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（6）中的，采用袖阀管注浆，注浆孔深度为拱顶上50cm，2*2m梅花状布置依次往外延伸，以上台阶分台阶位置高度为底，深度约3.5~13m。
11.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（7）中，加工安装工字钢拱架；拱脚处垫设槽钢将钢架连接成整体，相邻钢拱架采用φ22连接钢筋进行焊接固定；导向管使用φ140
×
6mm钢管，环向间距40cm，长2m，以1
º
～2
ꢀº
外插角，使用三角垫片钢板焊接固定在钢拱架上；当套拱拱架安装完毕，导向管定位后，浇筑一层50cm厚的c30混凝土形成套拱；采用木模板作为侧模和外膜。
12.上述方案进一步的改进在于：所述步骤（8）中，钻孔时采用从两侧向隧道中线方向进行施工，间隔钻孔，每钻成一孔，及时安装钢管和钢筋笼，超前大管棚钢管直径为φ108，壁厚6mm，钢管上留有孔径为φ10mm，间距20cm，梅花形布置的注浆孔；钢筋笼由4根φ16m的主筋与φ8箍筋焊接而成。
13.本发明提供的隧道长距离侧穿越堆积体的“微刷坡”进洞方法，综合采用钢管桩、抗滑桩及衡重式挡土墙综合支护措施对坡积体进行加固，在尽可能减少对洞口周围自然环境影响的同时，有效避免松散堆积体滑塌。综合利用套拱、大管棚、地表加固等措施，对不同地段针对性补强，改善支护结构受力及施工环境，有效提高进洞安全及施工效率。可节约建设用地，避免高边坡开挖，减少边坡防护量，缩小植被破坏范围，节约工程投资，对周边生态环境的影响小。
附图说明
14.下面结合附图对本发明作进一步说明。
15.图1是本发明的进口防护工程施工阶段图。
16.图2为本发明的钢管桩纵断面图。
17.图3为本发明的隧道套拱横断面图。
18.图4为本发明的隧道套拱纵断面图。
19.图5为本发明的管棚导管构造图。
20.图6为本发明的管棚导管横断面图。
21.图7为本发明的洞口纵断面示意图。
具体实施方式实施例
22.本实施例的隧道长距离侧穿越堆积体的“微刷坡”进洞方法，包括如下步骤：（1）对洞口场地做好施工准备和测量放样，准备设备材料、平整场地确定洞口段施工范围。
23.（2）在埋深较深侧隧道外侧施工钢管桩3，如图1所示，设置φ168钢管144根，48列，成列布置间距1.0m。钻孔检查孔位，检查合格后安装钢管桩，钢管为4~6m一节，进行拼装时注意钢管桩的吊点设置。安装好后进行灌浆施工，如图2所示，钢管桩3从进洞侧每15根作为1组，长度相等，顶部为板式地梁11。
24.钢管桩施工中钻孔要做到以下：
①
对位：孔间和排距、方位角度尽量一致。切断行走电机电源。接通工作系统电源。将电器操作台主令开关扳到手动位置。钻具稍稍提起，取出钎托上的卡扳子。缓慢放下钻具，至钎头距地面约30cm时停止，安装好捕尘罩。
25.②
开孔、钻进：开动抽风机。开动回转机构。将冲击器操纵阀扳到半开位置。接通提升推进机构下降按钮，下放钻具。当钎头触及岩石时，冲击器便开始工作，进行开孔。如发生卡钻或偏斜，应即提起钻具；重复上述程序，直至冲击器开始正常钻进为止。
26.③
正常钻进时的注意事项：各电动机应无异响，温升正常。中齿轮啮合正常，运行时无杂音。根据孔底岩石情况和电流表读数，随时调节钻具轴压，避免回转机过载。当电流超过额定值时，应立即提出钻具，检查处理正常后，方可继续作业。发生卡钻时，应根据具体情况进行处理，不得强行提升钻杆。如遇较厚夹层或孔内出水时，要先提钻、后停风，以免堵塞冲击器。遇风压突然降低，冲击器不响时，应查明原因及时处理。推压气缸架的限位开关应经常保持灵活有效，以免发生过载或拉断钢丝绳等事故。要及时排碴。遇松软或破碎岩层时，尤应增加提钻和排碴次数。
27.④
接副钻杆：当主钻杆进入孔内，回转机构到达滑架下端终点时，应停止钻进。反复提升钻具（约1米左右），吹净孔底岩粉后，停止供风，再停抽风机。下降钻具，使主钻杆上部扳子口位于钎托上方约30～40cm的地方，义扳子插入。点动回转机构的反转起动按钮，使回转机构反转90度，主钻杆与回转机构脱开，被架在钎托上。提升回转机构，使钻杆接头稍高于副钻杆的上端。将送杆器操纵手柄转至
“ⅰ”
位（即工作位置），注意副钻杆送至滑架中心。缓慢下降回转机构，使钻杆接头插入副钻杆插座，正转回转机构，使副钻杆与回转机构完全接合。扳起托杆器，托住副钻杆，稍提回转机构，将副钻杆插头从下送杆器托环中提出，再将送杆器的操纵手柄转至
“ⅱ”
位，使逆止器退出。
28.⑤
卸副钻杆：当孔深达到设计要求后，将钻具提升1米左右，吹净孔底岩粉后，停止供风。下放钻具，检查孔底岩粉积存情况，其允许积存高度，不得超过300毫米。提升并回转钻具，当主钻杆上部扳子口稍过钎托时，停止提升推进机构、回转机构和抽风机。主钻杆上部扳子口和副钻杆下部扳子口各插入一把扳子，用人工将主钻杆正转90度（同时固持副钻杆），使主、副钻杆脱离（此时应注意回转机构与副钻杆不得脱开，以免造成倒杆事故），主钻杆落下，架在钎托上。扳起托杆器，托住副钻杆，将副钻杆提至稍高于送杆器托环的位置。将送杆器操纵手柄至
“ⅰ”
位，使送杆器送滑架中心。
29.钢管桩灌浆施工中用1根φ30mm左右的钢管作为导管，一端与压浆泵相连，另一端从钢管内部送入钻孔底部。开动压浆泵将搅拌且过滤好的砂浆注入钻孔底部，自孔底向外灌浆，随着灌浆的进行，在保证导管口不离开已注浆体项面的情况下，逐步向上拔管至第一处漏浆孔处，暂停拔管直至灌浆机灌浆压力达到0.05～0.1mpa时，再向上缓慢拔管至下一漏浆孔。如此循环往复，直至孔口。
30.（3）在埋深较深侧隧道外侧施工边坡防护桩5，放线、定桩位后挖第一节桩孔土方，支模浇筑第一节混凝土护壁，在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线后安装垂直运输架、起重电动葫芦或卷扬机、吊土桶、排水设施等。第二节桩身挖土，清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径合格后拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁。接下来重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度。检查持力层，清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层。吊放钢筋笼就位，浇筑桩身混凝土。
31.防护桩5施工中开挖第一节桩孔土方应从上到下逐层开挖，先预留中桩及相邻土不动，挖中间周围部分的土方，然后向四周扩挖，有效控制桩孔的截面尺寸，当挖到第一节完毕时，模板预留0.5米以上高出原地面，每节的开挖高度根据现场不同地质确定，孔壁地质易坍塌时，开挖高度以0.5米为宜，孔壁地质不易坍塌时，开挖高度以1.0米为宜。为防止桩孔壁坍塌，确保安全施工成孔应设置锁口，浇筑钢筋混凝土与孔壁能紧密结合，整体性和稳定性均佳，护壁厚度和砼强度必须满足设计要求，护壁模板采用拆上节支下节重复周转使用，模板之间用卡具、扣件连接，用钢管(直径42mm，厚度2.7mm)加顶托作为内支撑，顶紧模板，防止模板应受张力而变形，为方便操作，支架尽量靠近护壁边缘，桩位轴线和高程均应标定第一节护壁上口。对地质较好的岩层、较坚硬密实土层，不透水，开挖后短期不会坍孔的，可不设护壁，其它土质情况下必须施作护壁，保持孔壁稳定，以策安全。护壁采用现浇模注混凝土护壁，混凝土标号为c20。第一节混凝土护壁（原地面以下1米）厚度为20cm，宜高出地面40cm以上，使其成为井口围圈，以阻挡井上土石及其它物体滚入井下伤人，并且便于挡水和定位。一般在土质较好的地段和岩石地质地区的护壁高度为100cm一节，地质较差的特殊地区地段的护壁应加强到50cm一节，并绑扎钢筋加强护壁强度。两节护壁之间留10～15cm的空隙，以便混凝土灌注施工。混凝土采用集中拌制，坍落度宜控制在7～10厘米之间。为提高早期强度可适当加入早强剂，护壁厚度为20cm,人工浇筑，人工捣实，砼强度到达5mpa即可拆模，护壁砼应根据气候条件，一般情况下浇灌完毕须经24h后可拆模。模板不需光滑平整，以利于与桩体混凝土的联结。为了进一步提高桩身混凝土与护壁的粘结，也为了混凝土入模方便，护壁方式可采用喇叭错台状护壁。从第二节开始利用提升设备运土，桩孔内人员应戴好安全帽，孔口操作人员系好安全带，每天浇注井壁前，采用吊锤法用钢尺检查孔的偏位及直径与井壁圆弧度，修整孔壁，使上下垂直平顺。为保证安全，每开挖下节桩孔
前，应用长1.2m直径20mm的钢筋打入土中。测试是否有流砂、淤泥出现，遇到砂层时，每节挖深可降到0.5m,挖深超过10m后，要用鼓风机连续向孔内送内，风管口要求距孔底2m左右，孔内照明采用防爆灯炮，灯炮离孔底2.0m。必须用低压电源（12v）、防水带罩的安全灯具；桩口周围设围护栏。人工挖孔桩采用串筒法灌注，串筒上口直径35cm，下口直径30cm，单节长度不宜大于2m。混凝土采用泵车输送至串筒，自由下落高度不超过2m。混凝土分层厚度不大于50cm，采用振捣棒振捣，振捣应分部均匀，快插慢拔，严禁漏振或过震，上层混凝土振捣时宜插入下层混凝土中，避免分层，保证混凝土质量。灌注结束时，宜确保混凝土灌注高度高出设计桩顶0.3m，以保证桩头部分混凝土质量。
32.（4）按照设计图纸施工埋深较深侧隧道的洞外截水沟42。如图7所示，洞外截水沟42设置在明暗交界线5m以外位置。洞外截水沟净空尺寸为50cm
×
50cm，用c20混凝土浇筑，混凝土厚度25cm，洞外截水沟42保证沟内各处排水顺畅，待进洞后及时施作洞门和两侧排水沟，与洞顶截水沟相连形成完整排水系统。
33.（5）埋深较深侧隧道洞口边仰坡开挖按照设计图纸设计坡率进行开挖。采用机械开挖，人工配合，自上而下分层分部开挖，开挖时严禁掏底开挖或上下重叠开挖。分层开挖每层的高度不大于2m。
34.隧道洞口边仰坡开挖时，开挖段为土质时，尽量采用机械开挖，人工配合。若出现硬岩时采用挖掘机带破碎头，进行破碎施工。边、仰坡开挖前，对上面的浮石、危石及时进行清除，对坡面凹凸不平的地方，进行修整。边、仰坡喷锚防护，自上而下，随开挖分层及时施作，必要时随开挖随支护。做好坡顶喷射混凝土防护层与原坡面衔接，防止坡面风化，引起水土流失、导致边、仰坡防护受到损坏。
35.（6）埋深较深侧隧道洞口边仰坡喷锚支护施工采用c25喷射混凝土，厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，初喷厚度不小于4cm。初喷混凝土之后进行锚杆施工，3m长φ22砂浆锚杆间距1.5m，梅花型布置，钢筋网挂设时，应与岩面有3～5cm的距离，钢筋网绑扎（焊接）于锚杆（小导管）上，网格尺寸为25cm
×
25cm，采用φ8钢筋。挂完钢筋网后补喷喷射混凝土至设计厚度10cm。
36.洞口边仰坡喷锚支护施工混凝土喷射作业分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m。喷射角度应与受喷面垂直，喷嘴与受喷面的距离宜为0.6～1.8m。边坡φ22砂浆锚杆钻孔施工采用φ40钻头，风钻钻孔。钻孔深度必须达到设计要求，孔深偏差
±
50mm，锚杆钻孔倾角不应大于2
°
，钻孔方向不应大于5
°
，锚杆钻孔时应垂直于岩面。灌浆时，先进行灌浆，然后插入锚杆。对于上仰的孔应延伸到孔底的排气管，并从孔口灌注水泥砂浆指导排气管返浆为止。对下倾的孔，注浆锚杆注浆管一定要插至孔底，然后回抽3～5cm,送浆后，拔注浆管时，缓缓退出，直至孔口溢出。灌注过程中，若发现有浆液从岩石锚杆附近流出应堵填，以免继续流浆。浆液一经拌和应尽快使用，拌和后超过1h的浆液应予以废弃。当灌注中断，应取出锚杆，并用压力水30min内对灌浆孔进行冲洗。
37.（7）对埋深较深侧隧道基底加固，采用φ42钢花管注浆，间距1.5
×
1.5m，对于隧底均为覆盖层段钢花管注浆深度为6m。
38.（8）对埋深较深侧隧道洞口段地表注浆加固，采用袖阀管注浆，注浆孔深度为拱顶上50cm，2
×
2m梅花状布置依次往外延伸，以上台阶分台阶高度为底，深度约3.5~13m。
39.洞口段地表注浆加固中套壳料采用水泥加水搅拌，成孔后立即通过钻杆将套壳料
置换孔内泥浆，方法是将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。在套壳料置换完成后要立即插入袖阀管。袖阀管插入前根据深度要进行连接，在插入时相邻两节袖阀管用长度为20cm的pvc套管连接，采用u— pvc胶合剂将袖阀管和连接套管粘牢。第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水，目的是减小袖阀管的弯曲值。袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。袖阀管注浆孔距2m*2m，注浆孔采用履带钻机进行引孔，钻头90mm，袖阀管注浆孔梅花型布置。
40.（9）施工埋深较深侧隧道的套拱，加工安装工字钢拱架。如图3和图4所示，拱脚处垫设槽钢将钢架91连接成整体，相邻钢拱架91采用φ22连接钢筋进行焊接固定。导向管92使用φ140
×
6mm钢管，环向间距40cm，长2m，以1
º
～2
ꢀº
（不包括路线纵坡）外插角，使用三角垫片钢板焊接固定在钢拱架91上。当套拱拱架91安装完毕，导向管定位后，浇筑一层50cm厚的c30混凝土93形成套拱。采用木模板作为侧模和外膜。
41.套拱施工中，导向管管口先塞进编织袋然后用砂浆封堵，防止浇筑混凝土时混凝土进入导向管。
42.（10）当套拱混凝土强度达到设计及规范要求后随即进行超前管棚施工。钻孔时采用从两侧向隧道中线方向进行施工，间隔钻孔，每钻成一孔，及时安装钢管和钢筋笼，并按照设计要求进行注浆。超前大管棚钢管103如图5和图6所示，直径为φ108，壁厚6mm，钢管上留有孔径为φ10mm，间距20cm，梅花形布置的注浆孔104。钢筋笼由4根φ16m的主筋101与φ8箍筋102焊接而成。
43.管棚施工钻孔采用“光钻杆＋潜孔冲击器＋钻头”作为钻具组合，钻孔时用一定的压力气体来起动潜孔冲击器，冲击破碎孔底岩石进行钻进。钻进时根据岩石强度不同采用不同的压力冲击孔底，其风压在0.5mpa～2.5mpa不等，钻进时压力1～3mpa。管棚注浆参数为水灰比w/c=0.6～0.8,水泥浆/水玻璃=1:0.05(体积比)，水玻璃浓度35～40
°bé
,水玻璃模数m=2.6，注浆水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。采用钻一孔注一孔的方法。浆液必须搅拌均匀，然后放入储浆桶中，由注浆泵经管路注入钢管中。注浆时在注浆泵和钢管头处必须由专人负责操作，并控制好注浆压力和速度，每注完一桶要及时关闭注浆阀。注浆时应按先下后上、先稀后浓的原则注浆。注浆量以压力控制为主，注浆量控制为辅，注浆初始压力为0.5～1mpa，终压2.0mpa，继续保持10min以上后即可停止注浆。
44.（11）暗洞进洞遵循“超前探、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的施工方针。洞门墙身施工时，浇筑混凝土与回填应两侧对称进行，不得对衬砌产生偏压，并保证其位置准确和墙面平顺。
45.（12）在埋深较深侧隧道进洞后，施工埋深较浅侧隧道的防护桩6，对埋深浅侧隧道也进行截水沟施工，洞外边仰坡开挖支护，基础加固措施，地表注浆加固，套拱施工，大管棚施工，完成之后埋深较浅处隧道开始进洞。
46.（13）施工明洞的地基加固桩7，完成后施工埋深较深侧隧道明洞8与埋深较浅侧隧道明洞9并施工洞门。
47.本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。