砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，包括有以下施工步驟：依據(jù)新奧法理論、隧洞斷面大小、水文地質(zhì)條件確定開挖方法，砂礫土層中開挖中型斷面隧洞采用臺階法施工，臺階法開挖時的臺階長度受到支護結(jié)構(gòu)的沉降量、拱腳兩側(cè)位移量的制約，必須控制在允許范圍內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場試驗，只能采取短臺階開挖的方法，當(dāng)?shù)叵滤S富情況下，采取超短臺階開挖，具體采用兩臺階三步開挖法施工，先開挖上臺階，再開挖下臺階，最后開挖反拱底板部分，臺階法開挖時的臺階長度受到支護結(jié)構(gòu)的沉降量、拱腳兩側(cè)位移量的制約，必須控制在允許范圍內(nèi)，只能采取短臺階（兩臺階三步）開挖的方法，該方法施工進度快，洞室安全穩(wěn)定，經(jīng)濟效益好。
【專利說明】砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及砂礫土地層中型斷面輸水隧洞開挖領(lǐng)域，具體屬于砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧洞工程施工時會遇到各種不同地質(zhì)條件，如遇到穩(wěn)定性極差的砂礫土地質(zhì)條件，如何判斷洞室土體的穩(wěn)定性制定適宜的開挖方法就顯得非常重要。現(xiàn)有施工技術(shù)中，大多是巖石及一般軟土地層施工方法。在穩(wěn)定性極差砂礫土層中開挖中型斷面隧洞卻沒有切實可行的施工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，解決了穩(wěn)定性極差砂礫土層中開挖隧洞的問題，達到開挖進度快、施工安全可靠的效果O
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，包括有以下施工步驟:
(1)依據(jù)新奧法理論、隧洞斷面大小、水文地質(zhì)條件確定開挖方法，砂礫土層中開挖中型斷面隧洞采用臺階法施工，臺階法開挖時的臺階長度受到支護結(jié)構(gòu)的沉降量、拱腳兩側(cè)位移量的制約，必須控制在允許范圍內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場試驗，只能采取短臺階開挖的方法，當(dāng)?shù)叵滤S富情況下，采取超短臺階開挖，具體采用兩臺階三步開挖法施工，先開挖上臺階，再開挖下臺階，最后開挖反拱底板部分，即兩臺階三步開挖，上臺階開挖循環(huán)進尺控制在1.0m左右，每個開挖循環(huán)完成后及`時進行初期支護，并同時對前一循環(huán)進行第二次噴混凝土支護，上臺階開挖時在掌子面預(yù)留核心穩(wěn)定土，核心穩(wěn)定土長度與上臺階循環(huán)進尺一致，核心穩(wěn)定土的開挖滯后于上臺階一個開挖循環(huán)長度，即始終預(yù)留一個進尺的核心土，當(dāng)上臺階開挖長度達到設(shè)計臺階長度時，立即停止上臺階開挖，并對上臺階掌子面噴敷混凝土，封閉掌子面，轉(zhuǎn)而開挖下臺階土方，下臺階開挖至底板頂高程，立即對邊墻進行支護，最后開挖反拱底板部分的土方，緊接著按照自下而上順序澆筑反拱底板混凝土、邊墻混凝土，最后噴敷頂拱永久性混凝土；
(2)每一循環(huán)開挖完成后及時進行初期支護和對向支撐結(jié)構(gòu)
上臺階開挖時的初期支護采用鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土綜合支護方式，一個循環(huán)進尺開挖完成后，緊鄰掌子面架設(shè)半圓形鋼拱架，鋼拱架采用兩根18工字鋼拼焊，在彎曲機上加工成型，鋼拱架分成對稱的兩段，在圓拱頂部設(shè)置有連接鋼板，板上有螺栓孔，兩片鋼拱架用螺桿拼接而成，安裝定位后再焊接，鋼拱架安裝在0.3X0.20X0.15混凝土底座上，沿鋼拱架頂部、腰部和起拱線以上約0.5m打入Φ 16錨桿，錨桿緊靠鋼拱架兩偵牝打入后扳彎，以固定鋼拱架，新安裝的鋼拱架與前一循環(huán)鋼拱架之間采用鋼筋焊接連接，為斜向布置，間距約1.5m，沿鋼拱架外側(cè)每間隔0.3^0.5m打設(shè)長約1.5m的超前錨桿，各榀鋼拱架之間鋪設(shè)Φ8間距0.3X0.3m鋼筋網(wǎng)，與系統(tǒng)錨桿和前一次循環(huán)的鋼筋網(wǎng)焊接牢固，噴射初期支護混凝土，厚度約為10cm，形成初期支護后的受力結(jié)構(gòu)。
[0005]若地下水豐富，土體穩(wěn)定性極差，上部初期支護仍難以滿足要求，拱腳兩側(cè)向洞內(nèi)位移明顯，則采用對向支撐結(jié)構(gòu)，使用IlO工字型或[15槽鋼在各鋼拱架底腳處設(shè)置對撐，對撐與各鋼拱架底腳采用焊接連接，各對撐之間使用25mm的鋼筋連接，連接鋼筋呈交叉斜向布置，連接鋼筋與對撐形成整體受力支撐結(jié)構(gòu)；
(3)下臺階開挖長度為上臺階多個循環(huán)的總和，一般根據(jù)設(shè)計上要求的伸縮縫為界分段施工，一般5m長為一施工段,下臺階開挖后及時按1.0X 1.0m布點打入長1.5m側(cè)墻錨桿，外露0.lm，綁扎邊墻鋼筋網(wǎng)，并與上半圓布置的鋼筋進行連接，鋼筋網(wǎng)為Φ8鋼筋，間距為0.3X0.3m，鋼筋網(wǎng)與上臺階鋼筋焊接，噴射初期支護混凝土，厚度約為10cm，封閉邊墻；
(4)邊墻開挖后及時開挖反拱底板部位，底板部位開挖長度與邊墻一致，按設(shè)計要求安裝底板鋼筋、澆筑反拱底板混凝土，底板屬于永久襯砌結(jié)構(gòu)，采用模澆施工方法，安裝端模和表面模板，底板鋼筋與側(cè)墻鋼筋采取焊接連接方式，底板混凝土分層澆筑，分層振搗；
(5 )底板混凝土完成后，適時澆筑邊墻混凝土，邊墻混凝土澆筑之前按設(shè)計要求綁扎鋼筋，并與底板鋼筋采用焊接連接，安裝邊墻模板，設(shè)置對向支撐，分層澆筑邊墻混凝土 ；
(6)最后噴敷邊墻以上頂拱永久混凝土，采取分層自下而上噴敷的方法，每層噴敷厚度控制在IOcm左右；
(7)上臺階、下臺階及反拱底板等部位開挖的同時，開挖排水溝和排水井，上臺階開挖時在距拱腳0.Sm以外開挖排水溝或埋設(shè)排水濾管，及時排除滲出的地下水，確保鋼拱架基礎(chǔ)處于干燥狀態(tài)，反拱底板部位開挖時在開挖區(qū)以外隧洞縱向軸線處設(shè)置集水井，安裝水泵抽排積水。
[0006]采用短臺階法、甚至超短臺階、上下臺階交替施工。
[0007]在步驟(2)中的鋼拱架拱部打入長約1.5m的系統(tǒng)錨桿，呈梅花型布置，間距1.0m,錨桿外露0.lm。
[0008]上臺階初期支護采用鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿，相互連接，通過噴射混凝土將初期支護結(jié)構(gòu)與洞室周邊表層砂礫土緊密聯(lián)接，形成復(fù)合受力結(jié)構(gòu)。
[0009]上臺階在距拱腳0.8m以外設(shè)置排水溝或排水濾管、反拱底板施工時在隧洞軸線處設(shè)置集水井，所有排水設(shè)施能確保拱腳、邊墻處于干燥狀態(tài)。
[0010]鋼拱架置于混凝土預(yù)制塊基礎(chǔ)之上，擴大了初期支護結(jié)構(gòu)的支撐面積。
[0011]當(dāng)?shù)叵滤S富，土體穩(wěn)定性較差，初期支護結(jié)構(gòu)不能滿足要求的特殊情況下，設(shè)置對向支撐，控制支護結(jié)構(gòu)的變形。
[0012]本發(fā)明依據(jù)新奧法理論、隧洞斷面大小、水文地質(zhì)條件確定開挖方法。砂礫土層中開挖中型斷面隧洞采用臺階法施工，臺階法開挖時的臺階長度受到支護結(jié)構(gòu)的沉降量、拱腳兩側(cè)位移量的制約，必須控制在允許范圍內(nèi)，只能采取短臺階(兩臺階三步)開挖的方法，該方法施工進度快，洞室安全穩(wěn)定，經(jīng)濟效益好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明隧洞開挖橫斷面示意圖?！揪唧w實施方式】
[0014]砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，包括有以下施工步驟:
(1)依據(jù)新奧法理論、隧洞斷面大小、水文地質(zhì)條件確定開挖方法，砂礫土層中開挖中型斷面隧洞采用臺階法施工，臺階法開挖時的臺階長度受到支護結(jié)構(gòu)的沉降量、拱腳兩側(cè)位移量的制約，必須控制在允許范圍內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場試驗，只能采取短臺階開挖的方法，當(dāng)?shù)叵滤S富情況下，采取超短臺階開挖，具體采用兩臺階三步開挖法施工，先開挖上臺階1，再開挖下臺階2，最后開挖反拱底板4部分，即兩臺階三步開挖，上臺階開挖循環(huán)進尺控制在LOm左右，每個開挖循環(huán)完成后及時進行初期支護，并同時對前一循環(huán)進行第二次噴混凝土支護，上臺階開挖時在掌子面預(yù)留核心穩(wěn)定土 3，核心穩(wěn)定土長度與上臺階循環(huán)進尺一致，核心穩(wěn)定土的開挖滯后于上臺階一個開挖循環(huán)長度，即始終預(yù)留一個進尺的核心土，當(dāng)上臺階開挖長度達到設(shè)計臺階長度時，立即停止上臺階開挖，并對上臺階掌子面噴敷混凝土，封閉掌子面，轉(zhuǎn)而開挖下臺階土方，下臺階開挖至底板頂高程，立即對邊墻進行支護，最后開挖反拱底板部分的土方，緊接著按照自下而上順序澆筑反拱底板混凝土、邊墻混凝土，最后噴敷頂拱永久性混凝土；
(2)每一循環(huán)開挖完成后及時進行初期支護和對向支撐結(jié)構(gòu)
上臺階開挖時的初期支護采用鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土綜合支護方式，一個循環(huán)進尺開挖完成后，緊鄰掌子面架設(shè)半圓形鋼拱架，鋼拱架采用兩根18工字鋼拼焊，在彎曲機上加工成型，鋼拱架分成對稱的兩段，在圓拱頂部設(shè)置有連接鋼板，板上有螺栓孔，兩片鋼拱架用螺桿拼接而成，安裝定位后再焊接，鋼拱架安裝在0.3X0.20X0.15混凝土底座上，沿鋼拱架頂部、腰部和起拱線以上約0.5m打入Φ 16錨桿，錨桿緊靠鋼拱架兩偵牝打入后扳彎，以固定鋼拱架，新安裝的鋼拱架與前一循環(huán)鋼拱架之間采用鋼筋焊接連接，為斜向布置，間距約1.5m，沿鋼拱架外側(cè)每間隔0.3^0.5m打設(shè)長約1.5m的超前錨桿，各榀鋼拱架之間鋪設(shè)Φ8間距0.3X0.3m鋼筋網(wǎng)，與系統(tǒng)錨桿和前一次循環(huán)的鋼筋網(wǎng)焊接牢固，噴射初期支護混凝土，厚 度約為10cm，形成初期支護后的受力結(jié)構(gòu)。
[0015]若地下水豐富，土體穩(wěn)定性極差，上部初期支護仍難以滿足要求，拱腳兩側(cè)向洞內(nèi)位移明顯，則采用對向支撐結(jié)構(gòu)，使用IlO工字型或[15槽鋼在各鋼拱架底腳處設(shè)置對撐，對撐與各鋼拱架底腳采用焊接連接，各對撐之間使用25mm的鋼筋連接，連接鋼筋呈交叉斜向布置，連接鋼筋與對撐形成整體受力支撐結(jié)構(gòu)；
(3)下臺階開挖長度為上臺階多個循環(huán)的總和，一般根據(jù)設(shè)計上要求的伸縮縫為界分段施工，一般5m長為一施工段,下臺階開挖后及時按1.0X 1.0m布點打入長1.5m側(cè)墻錨桿，外露0.lm，綁扎邊墻鋼筋網(wǎng)，并與上半圓布置的鋼筋進行連接，鋼筋網(wǎng)為Φ8鋼筋，間距為0.3X0.3m，鋼筋網(wǎng)與上臺階鋼筋焊接，噴射初期支護混凝土，厚度約為10cm，封閉邊墻；
(4)邊墻開挖后及時開挖反拱底板部位，底板部位開挖長度與邊墻一致，按設(shè)計要求安裝底板鋼筋、澆筑反拱底板混凝土，底板屬于永久襯砌結(jié)構(gòu)，采用模澆施工方法，安裝端模和表面模板，底板鋼筋與側(cè)墻鋼筋采取焊接連接方式，底板混凝土分層澆筑，分層振搗；
(5 )底板混凝土完成后，適時澆筑邊墻混凝土，邊墻混凝土澆筑之前按設(shè)計要求綁扎鋼筋，并與底板鋼筋采用焊接連接，安裝邊墻模板，設(shè)置對向支撐，分層澆筑邊墻混凝土 ；
(6)最后噴敷邊墻以上頂拱永久混凝土，采取分層自下而上噴敷的方法，每層噴敷厚度控制在IOcm左右； (7)上臺階、下臺階及反拱底板等部位開挖的同時，開挖排水溝和排水井，上臺階開挖時在距拱腳0.Sm以外開挖排水溝或埋設(shè)排水濾管，及時排除滲出的地下水，確保鋼拱架基礎(chǔ)處于干燥狀態(tài)，反拱底板部位開挖時在開挖區(qū)以外隧洞縱向軸線處設(shè)置集水井，安裝水泵抽排積水。
【權(quán)利要求】
1.砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，包括有以下施工步驟: (1)依據(jù)新奧法理論、隧洞斷面大小、水文地質(zhì)條件確定開挖方法，砂礫土層中開挖中型斷面隧洞采用臺階法施工，臺階法開挖時的臺階長度受到支護結(jié)構(gòu)的沉降量、拱腳兩側(cè)位移量的制約，必須控制在允許范圍內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場試驗，只能采取短臺階開挖的方法，當(dāng)?shù)叵滤S富情況下，采取超短臺階開挖；采用兩臺階三步開挖法施工，先開挖上臺階，再開挖下臺階，最后開挖反拱底板部分，即兩臺階三步開挖，上臺階開挖循環(huán)進尺控制在1.0m左右，每個開挖循環(huán)完成后及時進行初期支護，并同時對前一循環(huán)進行第二次噴混凝土支護，上臺階開挖時在掌子面預(yù)留核心穩(wěn)定土，核心穩(wěn)定土長度與上臺階循環(huán)進尺一致，核心穩(wěn)定土的開挖滯后于上臺階一個開挖循環(huán)長度，即始終預(yù)留一個進尺的核心土，當(dāng)上臺階開挖長度達到設(shè)計臺階長度時，立即停止上臺階開挖，并對上臺階掌子面噴敷混凝土，封閉掌子面，轉(zhuǎn)而開挖下臺階土方，下臺階開挖至底板頂高程，立即對邊墻進行支護，最后開挖反拱底板部分的土方，緊接著按照自下而上順序澆筑反拱底板混凝土、邊墻混凝土，最后噴敷頂拱永久性混凝土； (2)每一循環(huán)開挖完成后及時進行初期支護和對向支撐結(jié)構(gòu) 上臺階開挖時的初期支護采用鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土綜合支護方式，一個循環(huán)進尺開挖完成后，緊鄰掌子面架設(shè)半圓形鋼拱架，鋼拱架采用兩根18工字鋼拼焊，在彎曲機上加工成型，鋼拱架分成對稱的兩段，在圓拱頂部設(shè)置有連接鋼板，板上有螺栓孔，兩片鋼拱架用螺桿拼接而成，安裝定位后再焊接，鋼拱架安裝在0.3X0.20X0.15混凝土底座上，沿鋼拱架頂部、腰部和起拱線以上約0.5m打入Φ 16錨桿，錨桿緊靠鋼拱架兩偵牝打入后扳彎，以固定鋼拱架，新安裝的鋼拱架與前一循環(huán)鋼拱架之間采用鋼筋焊接連接，為斜向布置，間距約1.5m，沿鋼拱架外側(cè)每間隔0.3^0.5m打設(shè)長約1.5m的超前錨桿，各榀鋼拱架之間鋪設(shè)Φ8間距0.3X0.3m鋼筋網(wǎng)，與系統(tǒng)錨桿和前一次循環(huán)的鋼筋網(wǎng)焊接牢固，噴射初期支護混凝土，厚度約為10cm，形成初期支護后的受力結(jié)構(gòu)，若地下水豐富，土體穩(wěn)定性極差，上部初期支護仍難以滿足要求，拱腳兩側(cè)向洞內(nèi)位移明顯，則采用對向支撐結(jié)構(gòu)，使用IlO工字型或[15槽鋼在各鋼拱架底腳處設(shè)置對撐，對撐與各鋼拱架底腳采用焊接連接，各對撐之間使用Φ25πιπι的鋼筋連接，連接鋼筋呈交叉斜向布置，連接鋼筋與對撐形成整體受力支撐結(jié)構(gòu)； (3)下臺階開挖長度為上臺階多個循環(huán)的總和，一般以設(shè)計上要求的伸縮縫為界分段施工，一般5m長為一施工段，下臺階開挖后及時按1.0X1.0m布點打入長1.5m側(cè)墻錨桿，外露0.lm，綁扎邊墻鋼筋網(wǎng)，并與上半圓布置的鋼筋進行連接，鋼筋網(wǎng)為Φ8鋼筋，間距為`0.3X0.3m，鋼筋網(wǎng)與上臺階鋼筋焊接，噴射初期支護混凝土，厚度約為10cm，封閉邊墻； (4)邊墻開挖后及時開挖反拱底板部位，底板部位開挖長度與邊墻一致，按設(shè)計要求安裝底板鋼筋、澆筑反拱底板混凝土，底板屬于永久襯砌結(jié)構(gòu)，采用模澆施工方法，安裝端模和表面模板，底板鋼筋與側(cè)墻鋼筋采取焊接連接方式，底板混凝土分層澆筑，分層振搗； (5 )底板混凝土完成后，適時澆筑邊墻混凝土，邊墻混凝土澆筑之前按設(shè)計要求綁扎鋼筋，并與底板鋼筋采用焊接連接，安裝邊墻模板，設(shè)置對向支撐，分層澆筑邊墻混凝土 ； (6)最后噴敷邊墻以上頂拱永久混凝土，采取分層自下而上噴敷的方法，每層噴敷厚度控制在IOcm左右；(7)上臺階、下臺階及反拱底板等部位開挖的同時，開挖排水溝和排水井，上臺階開挖時在距拱腳0.Sm以外開挖排水溝或埋設(shè)排水濾管，及時排除滲出的地下水，確保鋼拱架基礎(chǔ)處于干燥狀態(tài)，反拱底板部位開挖時在開挖區(qū)以外隧洞縱向軸線處設(shè)置集水井，安裝水泵抽排積水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，采用短臺階法、甚至超短臺階、上下臺階交替施工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，在步驟(2)中的鋼拱架拱部打入長約1.5m的系統(tǒng)錨桿，呈梅花型布置，間距1.0m，錨桿外露0.lm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，上臺階初期支護采用鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿，相互連接，通過噴射混凝土將初期支護結(jié)構(gòu)與洞室周邊表層砂礫土緊密聯(lián)接，形成復(fù)合受力結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，上臺階在距拱腳0.Sm以外設(shè)置排水溝或排水濾管、反拱底板施工時在隧洞軸線處設(shè)置集水井，所有排水設(shè)施能確保拱腳、邊墻處于干燥狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，鋼拱架置于混凝土預(yù)制炔基礎(chǔ)之上，擴大了初期支護結(jié)構(gòu)的支撐面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫土地層中型斷面輸水隧洞兩臺階三步開挖施工方法，其特征在于，當(dāng)?shù)叵滤S富，土體穩(wěn)定性較差，初期支護結(jié)構(gòu)不能滿足要求的特殊情況下，設(shè)置對向支撐，控制支護結(jié)構(gòu)的`變形。
【文檔編號】E21F16/02GK103775094SQ201410030153
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】楊毅 申請人:安徽水安建設(shè)集團股份有限公司