微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法技术

本发明专利技术属于隧道工程技术领域，涉及到大跨度微膨胀粉质黏土地层隧道施工技术，特别涉及一种微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法。所述施工方法创新的采用了四台阶加临时仰拱施工，解决了微膨胀粉质粘土隧道开挖施工中掌子面无法自稳、安全风险高的问题，实现了微膨胀粉质粘土地层隧道的施工安全可控，具有显著的经济和社会效益。

Construction Method of Four Step and Temporary Inverted Arch for Tunnel in Micro-expansive Silty Clay Stratum

The invention belongs to the technical field of tunnel engineering, and relates to the construction technology of large-span tunnel in micro-expansive silty clay stratum, in particular to a construction method of four steps plus temporary inverted arch for tunnel in micro-expansive silty clay stratum. The construction method innovatively adopts four steps plus temporary inverted arch construction, which solves the problems of unstable palm face and high safety risk in the excavation and construction of micro-expansive silty clay tunnel, realizes the safe and controllable construction of micro-expansive silty clay tunnel, and has remarkable economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法
本专利技术属于隧道工程
，涉及到大跨度微膨胀粉质黏土地层隧道施工技术，特别涉及一种微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法。
技术介绍
浅埋暗挖隧道施工中，特别是粉质黏土地层等软弱围岩隧道的施工过程中，常采用三台阶加临时仰拱进行开挖，以期确保掌子面及围岩稳定。然而实际施工中，由于地质条件过差，开挖过程中常出现掌子面无法自稳、正面挤出、滑塌严重、初期支护持续沉降收敛等不良现象。因此，提出了一种四台阶加临时仰拱施工方法，以保证掌子面开挖稳定并有效控制初期支护的持续变形收敛。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决微膨胀粉质粘土隧道开挖施工中掌子面无法自稳、安全风险高的问题，提供了一种微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法，确保施工安全可控。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法，包括以下步骤，S1：采用超前中管棚加大外插角小导管组合而成的预支护系统对拱部进行超前支护；其注浆材料采用水泥浆，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆；S2：在超前支护防护下，机械配合人工开挖①部，在再施作①部周边的初期支护，即初喷混凝土并封闭掌子面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，设锁脚锚管；然后施作上台阶临时仰拱，即设钢架，并喷射混凝土封闭上台阶临时仰拱；S3：机械配合人工开挖②-1部，然后施作②-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同②-1部施工工序，开挖支护②-2部，根据监控量测情况拆除上台阶临时仰拱，然后施作二台阶临时仰拱，即立设钢架，并喷射混凝土封闭二台阶临时仰拱；S4：机械配合人工开挖③-1部，然后施作③-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同③-1部施工工序，开挖支护③-2部，根据监控量测情况拆除二台阶临时仰拱，然后施作三台阶临时仰拱，即立设钢架，并喷射混凝土封闭三台阶临时仰拱；S5：机械配合人工开挖④-1部，然后施作④-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同④-1部施工工序，开挖支护④-2部，根据监控量测情况拆除三台阶临时仰拱，必要时施作下台阶临时横撑，即立设钢架；S6：机械开挖⑤部，然后施作⑤部仰拱初期支护，即初喷混凝土、架设钢架、复喷混凝土至设计厚度；S7：灌注VI部仰拱与矮边墙基础；待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充VII部至设计高度；S8：根据监控量测及初期支护断面情况分析，施作拱墙二衬防排水，利用模板台车一次性灌注VIII部衬砌。具体的说，所述超前中管棚尺寸为Φ76，中管棚外插角5°~7°，可根据实际情况适当调整，注浆压力0.5～0.8MPa。具体的说，所述大外插角小导管尺寸为Φ42，小导管外插角20°~30°，注浆压力0.2~0.3MPa。作为优选方案，所述中管棚间距0.4m，长6m/根，纵向间距3m；所述小导管间距0.4m。具体的说，所述锁脚锚管尺寸为φ76或φ60。更具体的说，所述上台阶临时仰拱、二台阶临时仰拱、三台阶临时仰拱和下台阶临时横撑采用的钢架均为I22型钢钢架。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术创新的采用了四台阶加临时仰拱施工方法，解决了采用三台阶加临时仰拱存在的掌子面无法自稳、正面挤出、滑塌严重、初期支护持续沉降收敛等问题，保证了微膨胀粉质粘土地层隧道掌子面开挖稳定，并且能够有效控制初期支护的持续变形收敛，自稳定性和安全性均得到有效提升。附图说明图1为四台阶加临时仰拱施工工序横断面；图2为四台阶加临时仰拱施工工序纵断面；图3为超前中管棚加大外插角小导管正面图；图4为超前中管棚加大外插角小导管纵向布置图；图5为φ76锁脚正面图；图6为φ76锁脚截面图；其中，附图标记对应的名称为：1-预支护系统，2-①部，3-上台阶临时仰拱，4-②-1部，5-②-2部，6-二台阶临时仰拱，7-③-1部，8-③-2部，9-三台阶临时仰拱，10-④-1部，11-④-2部，12-下台阶临时横撑，13-⑤部，14-VI部，15-VII部，16-VIII部，17-V级微膨胀粉质黏土围岩，18-中管棚，19-小导管，20-I22型钢钢架。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。本实施例提供了一种微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法，参见图1~图5，具体包括以下步骤，S1：采用Φ76超前中管棚加Φ42大外插角小导管组合而成的预支护系统对拱部进行超前支护；其中，小导管外插角20°～30°，注浆压力0.2～0.3MPa；中管棚外插角5°～7°，可根据实际情况适当调整，注浆压力0.5～0.8MPa，所述中管棚间距0.4m，长6m/根，纵向间距3m；所述小导管间距0.4m；注浆材料采用水泥浆，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆；S2：在超前支护防护下，机械配合人工开挖①部2，在再施作①部周边的初期支护，即初喷混凝土并封闭掌子面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，设φ60锁脚锚管；然后施作上台阶临时仰拱3，即设I22型钢钢架，并喷射混凝土封闭上台阶临时仰拱；S3：机械配合人工开挖②-1部（4），然后施作②-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设φ76锁脚锚管；同②-1部施工工序，开挖支护②-2部5，根据监控量测情况拆除上台阶临时仰拱3，然后施作二台阶临时仰拱6，即立设I22型钢钢架，并喷射混凝土封闭二台阶临时仰拱；S4：机械配合人工开挖③-1部7，然后施作③-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设φ76锁脚锚管；同③-1部施工工序，开挖支护③-2部8，根据监控量测情况拆除二台阶临时仰拱6，然后施作三台阶临时仰拱9，即立设I22型钢钢架，并喷射混凝土封闭三台阶临时仰拱；S5：机械配合人工开挖④-1部10，然后施作④-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设φ76锁脚锚管；同④-1部施工工序，开挖支护④-2部11，根据监控量测情况拆除三台阶临时仰拱9，必要时施作下台阶临时横撑12，即立设I22型钢钢架；S6：机械开挖⑤部13，然后施作⑤部仰拱初期支护，即初喷混凝土、架设钢架、复喷混凝土至设计厚度；S7：灌注VI部14仰拱与矮边墙基础；待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充VII部15至设计高度；S8：根据监控量测及初期支护断面情况分析，施作拱墙二衬防排水，利用模板台车一次性灌注VIII部16（拱墙）衬砌。以下以一个具体实例对本实施例进行详细介绍：针对玉磨铁路某一隧道开挖施工，隧道为V级微膨胀粉质黏土围岩，按照以下的施工方法进行施工：对掌子面采用Φ76超前中管棚加Φ42大外插角小导管组合进行超前支护，并注浆加固，在超前支护防护下，机械配合人工进行开挖作业，开挖完成后进行初喷封闭掌子面，确保掌子面稳定性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：采用超前中管棚加大外插角小导管组合而成的预支护系统（1）对拱部进行超前支护；其注浆材料采用水泥浆，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥‑水玻璃双液浆；S2：在超前支护防护下，机械配合人工开挖①部（2），在再施作①部周边的初期支护，即初喷混凝土并封闭掌子面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，设锁脚锚管；然后施作上台阶临时仰拱（3），即设钢架，并喷射混凝土封闭上台阶临时仰拱；S3：机械配合人工开挖②‑1部（4），然后施作②‑1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同②‑1部施工工序，开挖支护②‑2部（5），根据监控量测情况拆除上台阶临时仰拱（3），然后施作二台阶临时仰拱（6），即立设钢架，并喷射混凝土封闭二台阶临时仰拱；S4：机械配合人工开挖③‑1部（7），然后施作③‑1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同③‑1部施工工序，开挖支护③‑2部（8），根据监控量测情况拆除二台阶临时仰拱（6），然后施作三台阶临时仰拱（9），即立设钢架，并喷射混凝土封闭三台阶临时仰拱；S5：机械配合人工开挖④‑1部（10），然后施作④‑1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同④‑1部施工工序，开挖支护④‑2部（11），根据监控量测情况拆除三台阶临时仰拱（9），必要时施作下台阶临时横撑（12），即立设钢架；S6：机械开挖⑤部（13），然后施作⑤部仰拱初期支护，即初喷混凝土、架设钢架、复喷混凝土至设计厚度；S7：灌注VI部（14）仰拱与矮边墙基础；待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充VII部（15）至设计高度；S8：根据监控量测及初期支护断面情况分析，施作拱墙二衬防排水，利用模板台车一次性灌注VIII部（16）衬砌。...

【技术特征摘要】
1.微膨胀粉质粘土地层隧道四台阶加临时仰拱施工方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：采用超前中管棚加大外插角小导管组合而成的预支护系统（1）对拱部进行超前支护；其注浆材料采用水泥浆，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆；S2：在超前支护防护下，机械配合人工开挖①部（2），在再施作①部周边的初期支护，即初喷混凝土并封闭掌子面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，设锁脚锚管；然后施作上台阶临时仰拱（3），即设钢架，并喷射混凝土封闭上台阶临时仰拱；S3：机械配合人工开挖②-1部（4），然后施作②-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同②-1部施工工序，开挖支护②-2部（5），根据监控量测情况拆除上台阶临时仰拱（3），然后施作二台阶临时仰拱（6），即立设钢架，并喷射混凝土封闭二台阶临时仰拱；S4：机械配合人工开挖③-1部（7），然后施作③-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同③-1部施工工序，开挖支护③-2部（8），根据监控量测情况拆除二台阶临时仰拱（6），然后施作三台阶临时仰拱（9），即立设钢架，并喷射混凝土封闭三台阶临时仰拱；S5：机械配合人工开挖④-1部（10），然后施作④-1部初期支护，即初喷混凝土并封闭开挖临空面，架立钢架，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，再打设锁脚锚管；同④-1部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张九俊，罗敏，项丽东，李积贵，张庆龙，贾少华，刘海林，冯涛，
申请(专利权)人：中铁三局集团有限公司，中铁三局集团桥隧工程有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14