大断面隧道软围岩已初期支护段扩挖方法

摘要

本发明公开了一种铁路领域的施工方法，特别涉及一种大断面隧道软围岩已初期支护段扩挖方法，该方法包括以下施工步骤：施工台架制作及加固—断面测量，确定扩挖值，标注扩挖点—注浆加固—扩挖并拆除原拱架—新拱架安装—喷射混凝土—监控测量并即使保护。本施工方法操作简单、施工进度快，安全系数高，经济合理，有效降低了施工坍塌风险，确保了施工全过程的安全性。

说明书

技术领域

本发明公开了一种隧道的施工方法，特别涉及一种针对大断面隧道已初期支护段的扩挖方法。

背景技术

在现实隧道施工中，在施工进行到一定阶段后，会遇到设计标注的更改，例如：一种单洞双线隧道，隧道原设计时速160km/h，预留200 km/h，更改为设计时速250 km/h，预留300 km/h，隧道Ⅰ、Ⅱ线线间距由4.4m变为4.6m，因隧道断面增大，需对前期已初期支护段进行扩挖施工。如果扩挖地段围岩为强风化花岗岩，节理、裂隙发育，围岩为Ⅳ、Ⅵ级，扩挖施工，极易引起隧道变形坍塌；

现有隧道开挖方法，无论是全断面开挖法、台阶开挖法还是分部开挖法，用在这种大断面隧道软围岩已初期支护段的扩挖上，都有着施工成本高，进度慢，操作复杂的缺点。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服已有技术的不足，提供一种针对大断面隧道软围岩已初期支护段的扩挖方法，该方法具有施工方便，成本低，效率高的优点；

本发明的发明目的是通过如下技术方案解决的，一种大断面隧道软围岩已初期支护段扩挖方法，方法包括以下施工步骤：

1）施工台架制作及加固

根据隧道断面的最高高度以及隧道边墙最宽宽度来制作轨行式移动施工台架；施工台架的钢架采用工字钢制作、拼装，钢架之间采用螺栓连接，台架上部满铺钢筋网片，为防止台架受到侧压力变形，在台架底部采用丝杆加固；为防止处理隧道断面处原有拱架时，拱架下沉，在台架上部采用丝杆顶在原有拱架的连接板处；

2）断面测量，确定标注扩挖值

对需扩挖段的初期支护断面进行测量，以确定扩挖值，使用测量仪器对需扩挖地段进行测量，沿隧道纵向每1m测量一个断面，环向每0.5m测一个点，然后用油漆将扩挖值标注于初期支护表面；

3）注浆加固

扩挖施工前先对拱部及边墙围岩进行预加固处理，增加围岩强度，保证扩挖拆除原支护时围岩稳定；

4）扩挖并拆除原拱架

首先对隧道拱部扩挖，采用浅孔松动爆破；然后扩挖边墙，采用带镐头长臂挖掘机施工，欠挖地段采用人工风镐修凿；为保证安全，缩小循环进尺，每次开挖长度0.8m；扩挖施工至上而下进行，先施工拱顶，后施工边墙，边墙左右侧应错开施工；扩挖完毕，移除原安装拱架；

5）新拱架安装

拆除原拱架并及时架立新拱架为一个换拱循环，每次循环仅允许拆除、架立一榀拱架，每榀钢架加工分为七个单元，钢架自下而上安装，各单元间以连接钢板配套螺栓连接；

6）喷射混凝土

扩挖拆除原拱架后铺设钢筋网并进行初次喷砼，钢筋网片密贴围岩，喷砼为C25砼，初喷砼厚度为4cm，新拱架安装完成后进行复喷砼，复喷砼必须完全覆盖拱架，且保护层厚度不小于4cm；

7）监控测量并即使保护

在扩挖断面上等间隔设置监控测量点，对拱顶下沉、围岩收敛进行测量；监控量测频率为：位移速度≥5mm/d时，4次/d；位移速度1～5mm/d时，2次/d；位移速度0.2～1mm/d时，1次/d；位移速度＜0.2mm/d时，1次/2d；当变形速率≥5mm/d或变形累计值较大时利用施工台架做临时支撑，严重时停止作业，采用门架式大直径钢管支撑，以防隧道出现坍塌；

本发明的有益效果是：采用本方法施工，工序干扰少，安全可靠，降低了工程造价，确保了施工全过程处于安全、稳定、优质、快速的可控状态。

附图说明

图1为本发明施工台架结构示意图；

图2为监控测量点布置图；

图3为门架式大直径钢管支撑结构示意图。

具体实施方式

以下通过结合具体实际情况，说明本发明的具体实施方式。

本实施例已某地增建的第二双线隧道为例，隧道全长八公里，正洞设计为单洞双线隧道，隧道原设计时速160km/h，预留200 km/h，设计标准后改为设计时速250 km/h，预留300 km/h，隧道Ⅰ、Ⅱ线线间距由4.4m变为4.6m，因隧道断面增大，需对前期已初期支护段进行扩挖施工。扩挖地段围岩为强风化花岗岩，节理、裂隙发育，围岩为Ⅳ、Ⅵ级，扩挖施工，极易引起隧道变形坍塌。

为确保隧道安全，同时保证隧道洞内施工正常进行，本发明人通过摸索和总结，形成了一整套软弱围岩已初期支护段扩挖施工方法，取得较好的实施效果。该施工方法如下：

1）施工台架制作及加固

隧道断面最高处达11m，边墙最宽处达12m，为便于现场施工，自制长4.8m施工台架1个，该施工台阶正面结构示意图如图1所示。施工台架为轨行式移动，台架（1）采用I20b工字钢制作、拼装，钢架（2）连接全部采用M20×70螺栓连接，台架上部满铺钢筋网片，网片采用φ12螺纹钢筋制作，网格间距5cm×5cm，台架底部采用φ100丝杠加固，每侧5个，防止台架收到侧压力变形，上部采用φ100丝杠顶在原来安装拱架的连接板处，防止处理拱架时拱架下沉；

2）断面测量，确定标注扩挖值

对需扩挖段初期支护断面进行测量，以确定扩挖值。使用全站仪莱卡1201对需扩挖地段进行测量，沿隧道纵向每1m测量一个断面，环向每0.5m测一个点，然后用红油漆将扩挖值标注于初期支护表面；

3）注浆加固

扩挖施工前先对拱部及边墙围岩进行预加固处理，增加围岩强度，保证扩挖拆除原支护时围岩稳定。拱部及边墙均采用3.5m长的φ42小导管径向支护并注水泥浆液，小导管呈梅花型布置，间距1m×1m，水泥浆水灰比为1：1，注浆压力为0.5~1.0MPa，注浆完成后抽检注浆效果；

4）扩挖并拆除原拱架

首先对隧道拱部扩挖，采用浅孔松动爆破，钻眼长30~50cm，间距50~60cm；然后扩挖边墙，采用带镐头长臂挖掘机施工，欠挖地段采用人工风镐修凿；为保证安全，缩小循环进尺，每次开挖长度0.8m；扩挖施工至上而下进行，先施工拱顶，后施工边墙，边墙左右侧应错开施工；扩挖完毕，移除原安装拱架；

5）新拱架安装

拆除原拱架并及时架立新拱架为一个换拱循环，每次循环仅允许拆除、架立一榀拱架，每榀拱架加工分为7个单元，以便于人工安装，拱架自下而上安装，各单元间以连接钢板配套螺栓连接，连接钢板厚15mm，接头处焊缝厚度hf=10mm；新拱架采用工20b制作，按0.8m/榀设置；纵向各榀拱架之间用φ22纵向拉杆焊接在一起，拉杆环向间距1m；拱墙设置Φ22砂浆锚杆固定拱架，L=3.5m，每榀拱架设置18根，锚杆环向间距1.2m；每榀拱架拱脚设Φ42锁脚锚管8根，每侧各4根；

6）喷射混凝土

扩挖拆除原拱架后铺设钢筋网并进行初次喷砼，钢筋网采用φ8mm的钢筋制作，制作成1m×1m的网片，网片网格为20×20cm，钢筋网片密贴围岩；喷砼为C25砼，初喷砼厚度为4cm；新拱架安装完成后复喷，复喷砼必须完全覆盖拱架，且保护层厚度不小于4cm；

7）监控测量并即使保护

每间隔3m设置监控量测断面，对拱顶下沉、围岩收敛进行测量，测点布置如图2所示，测量点包括JKN1～JKN5五个测量点。监控量测频率为：位移速度≥5mm/d时，4次/d；位移速度1～5mm/d时，2次/d；位移速度0.2～1mm/d时，1次/d；位移速度＜0.2mm/d时，1次/2d；当变形速率≥5mm/d或变形累计值较大时利用施工台架做临时支撑，严重时停止作业，采用如图3所示的门架式大直径钢管支撑，以防隧道出现坍塌，大直径钢管（3）为Φ250的钢管。

施工时安全措施如下：

1、加强施工期间监控量测工作，成立监控量测小组，严格各项管理制度；

2、施工过程中技术人员、安全巡视人员应注意加强观察开挖地段土体、洞内渗水的变化，做好应急措施的准备

3、备足各种枪险物资；

4、扩挖施工时特别注重拱架接头处螺栓连接质量，焊接质量，锁脚锚杆施工质量；

5、施工台架上面满铺木板，以防落渣伤及行人和车辆。