防止浅埋暗挖隧道开挖时沉降变形的施工方法

摘要

本发明公开了一种防止浅埋暗挖隧道开挖时沉降变形的施工方法，布设超前小导管和横向悬臂注浆导管，采用上下台阶法开挖中导洞，构筑中隔离墙及其防水层，采用三台阶开挖法开挖左洞和右洞。本发明能有效加固松散地层结构，改善松散地层土质，对防止松散地层浅埋暗挖隧道开挖引起的地表沉降和地层变形。

说明书

技术领域

本发明属于地下结构物建筑技术领域，具体涉及一种适用于双洞隧道的 防止浅埋暗挖隧道开挖时沉降变形的施工方法。

背景技术

土质地层浅埋暗挖隧道的开挖会引起地表沉降和地层变形，当沉降变形 过大时会影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用，尤其是在松散地层 结构的浅埋暗挖隧道开挖尤为突出。通常城市地铁隧道穿越地面建筑密集、 地面交通繁忙、地下管网密布的繁华城市道路，且地层往往存在冲积松散土 层，为了保证地面建筑安全、交通正常，要求控制地下隧道施工引起的地面 沉降和地层位移。施工工序和方法的选择如稍有失误，将会造成不可估量的 损失。因此，针对浅埋暗挖隧道的施工工序和方法做出正确的选择具有重要 意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止浅埋暗挖隧道开挖时沉降变形的施工 方法，能有效加固松散地层结构，改善松散地层土质，防止松散地层浅埋暗 挖隧道开挖引起的地表沉降和地层变形。

本发明所采用的技术方案是，一种防止浅埋暗挖隧道开挖时沉降变形的 施工方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1、布设超前小导管和横向悬臂注浆导管

步骤1a、超前小导管包括第一排超前小导管和第二排超前小导管，第一 排超前小导管沿隧道拱顶外围布设，第二排超前小导管沿隧道拱顶和拱墙外 围、以及需要设置中导洞临时支护位置的拱形外围布设；

步骤1b、从隧道中隔离墙顶部与隧道左右洞拱顶之间的连接处倾斜向隧 道顶部两侧分别伸出横向悬臂注浆导管，使横向悬臂注浆导管沿隧道进深每 隔一定距离均匀布设，形成V字形均匀排列的左横向悬臂注浆导管列和右横 向悬臂注浆导管列；

步骤2、采用上下台阶法开挖中导洞，按照以下步骤依次循环直至中导 洞开挖完成：

步骤2a、通过位于中导洞上台阶外围的超前小导管注浆，以及通过横向 悬臂注浆导管注浆；使用预留核心土的方法进行中导洞上台阶开挖，设置中 导洞上台阶外围临时支护，在中导洞内设置横撑；

步骤2b、通过位于中导洞下台阶外围的超前小导管注浆；中导洞下台阶 开挖；设置中导洞下台阶外围临时支护，使中导洞下台阶外围临时支护和中 导洞上台阶外围临时支护构成一个整体，并形成拱形中导洞临时支护；

步骤2c、拆除横撑；

步骤3、构筑中隔离墙及其防水层；

步骤4、采用三台阶开挖法开挖左洞和右洞。

进一步地，步骤4的具体方法为：

步骤4a、通过位于左洞上台阶外围的超前小导管注浆，左洞上台阶开挖， 并设置相应部分的初期衬砌和锁脚锚管；通过位于左洞中台阶外围的超前小 导管注浆，左洞中台阶开挖，并设置相应部分的初期衬砌和锁脚锚管；通过 位于左洞下台阶外围的超前小导管注浆；左洞下台阶开挖，并设置相应部分 的初期衬砌和锁脚锚管；拆除中导洞临时支护位于左洞内的部分；构筑左洞 仰拱二次衬砌及防水层；构筑左洞拱墙二次衬砌及防水层；进行左洞二次衬 砌拱顶回填注浆；

步骤4b、通过位于右洞上台阶外围的超前小导管注浆，右洞上台阶开挖， 并设置相应部分的初期衬砌；通过位于右洞中台阶外围的超前小导管注浆， 右洞中台阶开挖，并设置相应部分的初期衬砌；通过位于右洞下台阶外围的 超前小导管注浆；右洞下台阶开挖，并设置相应部分的初期衬砌；拆除中导 洞临时支护位于右洞内的部分；构筑右洞仰拱二次衬砌及防水层；构筑右洞 拱墙二次衬砌及防水层；进行右洞二次衬砌拱顶回填注浆。

步骤1中，各超前小导管和横向悬臂注浆导管均为无缝钢管，外径为 40mm～42mm，壁厚为3.2mm～3.8mm，前端开通为注浆入口且为锥形，后 端封闭为止浆段且长度大于等于30cm，中间为注浆段，注浆段开有呈梅花 形排列的注浆孔，注浆孔孔径为6mm～8mm，孔间距为12cm～15cm。

各左横向悬臂注浆导管与水平负方向夹角均为30°～35°，所述各右横 向悬臂注浆导管列与水平正方向夹角均为30°～35°。

步骤1中，第一排超前小导管位于第二排超前小导管的上方；第一排超 前小导管长度为2.3m～2.7m，导管环向间距为0.3m～0.4m，外插角为5°～ 10°；第二排超前小导管长度为2.3m～2.7m，导管环向间距为0.3m～0.4m， 外插角为30°～35°；第一排超前小导管和第二排超前小导管之间纵向搭接 大于等于1m。

步骤1中，超前小导管和横向悬臂注浆导管的布设采用风镐顶入，或采 用机械钻孔或洛阳铲成孔后安装。

注浆时，注浆材料为水泥水玻璃双液浆，注浆压力为1MPa～1.5MPa， 水泥浆浓度为1∶0.5～1∶0.8，注浆扩散半径为450mm～550mm，浆液初凝时 间为1min～2min，缓凝剂磷酸氢二钠掺量为2％～2.5％，水泥使用普通硅酸 盐水泥，水玻璃浓度35波美度，水泥浆与水玻璃体积比1∶1～1∶0.6。

本发明施工方法的有益效果是，通过设置横向悬臂注浆导管并在开挖过 程中通过其注浆形成混凝土加固带，能有效加固松散地层结构，改善松散地 层土质，对松散地层浅埋暗挖隧道的开挖引起地表沉降和地层变形起到很好 的限制、降低作用，施工方便，可行性高，尤其适用于大截面的浅埋暗挖隧 道开挖时效果，具有较高的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明中浅埋暗挖隧道的相对位置关系示意图；

图2是本发明中横向悬臂注浆导管形成的混凝土加固带的结构示意图。

其中，1.超前小导管，2.横向悬臂注浆导管，3.中导洞上台阶，4.中 导洞临时支护，5.横撑，6.中导洞下台阶，7.中隔离墙，8.左洞上台阶， 9.初期衬砌，10.锁脚锚管，11.左洞中台阶，12.左洞下台阶，13.左洞仰 拱二次衬砌，14.左洞拱墙二次衬砌，15.混凝土加固带。

具体实施方式

如图1所示，一种防止浅埋暗挖隧道开挖时沉降变形的施工方法，按照 以下步骤进行：

步骤1、布设超前小导管1和横向悬臂注浆导管2

步骤1a、超前小导管1包括第一排超前小导管和第二排超前小导管，第 一排超前小导管沿隧道拱顶外围布设，第二排超前小导管沿隧道拱顶和拱墙 外围、以及需要设置中导洞临时支护位置的拱形外围布设。

步骤1b、从隧道中隔离墙顶部与隧道左右洞拱顶之间的连接处倾斜向隧 道顶部两侧分别伸出横向悬臂注浆导管2，使横向悬臂注浆导管2沿隧道进 深每隔一定距离均匀布设，形成V字形均匀排列的左横向悬臂注浆导管列和 右横向悬臂注浆导管列。

各超前小导管1和横向悬臂注浆导管2均为无缝钢管，外径为40mm～ 42mm，壁厚为3.2mm～3.8mm，前端开通为注浆入口且为锥形，后端封闭 为止浆段且长度大于等于30cm，中间为注浆段，注浆段开有呈梅花形排列 的注浆孔，注浆孔孔径为6mm～8mm，孔间距为12cm～15cm。

各左横向悬臂注浆导管与水平负方向夹角均为30°～35°，各右横向悬 臂注浆导管列与水平正方向夹角均为30°～35°，形成V字形加固结构。相 邻两个横向悬臂注浆导管之间间距50cm或100cm，横向悬臂注浆导管管长 视左、右洞洞宽而定，其水平方向投影长度应与洞宽的一半相等。

第一排超前小导管位于第二排超前小导管的上方；第一排超前小导管长 度为2.3m～2.7m，导管环向间距为0.3m～0.4m，外插角为5°～10°；第 二排超前小导管长度为2.3m～2.7m，导管环向间距为0.3m～0.4m，外插角 为30°～35°；第一排超前小导管和第二排超前小导管之间纵向搭接大于等 于1m。

超前小导管和横向悬臂注浆导管的布设采用风镐顶入，或采用机械钻孔 或洛阳铲成孔后安装。

步骤2、采用上下台阶法开挖中导洞，按照以下步骤依次循环直至中导 洞开挖完成：

步骤2a、通过位于中导洞上台阶3外围的超前小导管1注浆，以及通过 横向悬臂注浆导管2注浆；使用预留核心土的方法进行中导洞上台阶3开挖， 设置中导洞上台阶3外围临时支护，在中导洞内设置横撑5。

步骤2b、通过位于中导洞下台阶6外围的超前小导管1注浆；中导洞下 台阶6开挖；设置中导洞下台阶6外围临时支护，使中导洞下台阶6外围临 时支护和中导洞上台阶3外围临时支护构成一个整体，并形成拱形中导洞临 时支护4。

步骤2c、拆除横撑5。

步骤3、构筑中隔离墙7及其防水层。

步骤4、采用三台阶开挖法开挖左洞和右洞，具体方法为：

步骤4a、通过位于左洞上台阶8外围的超前小导管1注浆，左洞上台阶 1开挖，并设置相应部分的初期衬砌9和锁脚锚管10；通过位于左洞中台阶 11外围的超前小导管1注浆，左洞中台阶11开挖，并设置相应部分的初期 衬砌9和锁脚锚管10；通过位于左洞下台阶12外围的超前小导管1注浆； 左洞下台阶12开挖，并设置相应部分的初期衬砌9和锁脚锚管10；拆除中 导洞临时支护4位于左洞内的部分；构筑左洞仰拱二次衬砌13及防水层； 构筑左洞拱墙二次衬砌14及防水层；进行左洞二次衬砌拱顶回填注浆。

步骤4b、通过位于右洞上台阶外围的超前小导管注浆，右洞上台阶开挖， 并设置相应部分的初期衬砌；通过位于右洞中台阶外围的超前小导管注浆， 右洞中台阶开挖，并设置相应部分的初期衬砌；通过位于右洞下台阶外围的 超前小导管注浆；右洞下台阶开挖，并设置相应部分的初期衬砌；拆除中导 洞临时支护位于右洞内的部分；构筑右洞仰拱二次衬砌及防水层；构筑右洞 拱墙二次衬砌及防水层；进行右洞二次衬砌拱顶回填注浆。

本发明方法的各次注浆时，注浆材料为水泥水玻璃双液浆，注浆压力为 1MPa～1.5MPa，水泥浆浓度为1∶0.5～1∶0.8，注浆扩散半径为450mm～ 550mm，浆液初凝时间为1min～2min，缓凝剂磷酸氢二钠掺量为2％～2.5％， 水泥使用普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度35波美度，水泥浆与水玻璃体积比 1∶1～1∶0.6。

本发明方法采用中导洞，中隔离墙，两侧双洞开挖的方法，其中，中导 洞采用上下台阶开挖，左、右洞采用三台阶开挖，开挖面小，对控制沉降变 形起到很好的作用，在大断面双洞隧道的开挖中有很好的应用。

如图2所示，从横向悬臂注浆导管2溢出的混凝土浆在周围土层中形成 的V字形混凝土加固带15，能有效承载隧道上部荷载、以及左洞和右洞隧 道拱顶、拱墙周围土层所承受荷载，减小隧洞上部荷载影响范围；能加固隧 道上部土层，对于本身隧道顶部为松散土层的隧道起到很好的加固作用。且 横向悬臂注浆导管2和超前小导管注浆1施工工艺简单，易于操作，施工安 全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低。