The invention discloses a construction method for a tunnel crossing a high-angle thrusting water-rich sand-rich fault, including steps: first, preliminary excavation and support construction of the back tunnel section; second, synchronous excavation and support construction of the back tunnel section and the drainage tunnel body of the drainage tunnel; third, synchronous excavation and support construction of the back tunnel section, the drainage tunnel body of the drainage tunnel and the back circuitous diversion tunnel section; fourth, the front drainage tunnel body; Excavation and support construction of the front guide pit section and the middle tunnel section: 5. Excavation and support construction of the front tunnel section. The invention discharges water from the upper wall of the fault through a high water discharge tunnel between the main tunnel and the detour guide pit, and at the same time carries out auxiliary drainage through the detour guide pit and proves the fault situation in front of the main tunnel face in advance, so as to ensure the construction safety of each face. The three-step method is adopted to excavate the main tunnel, and after excavation, the full-face branch of the tunnel tunnel tunnel is carried out with a double-layer initial support structure. Protection can ensure the safety of tunnel structure and shorten the construction period.
【技术实现步骤摘要】
穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道施工方法
本专利技术属于隧道施工
，尤其是涉及一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道施工方法。
技术介绍
断层破碎带是指断层两盘相对运动，相互挤压，使附近的岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，简称断裂带。在国内，断面倾角大于45°或30°的高角度逆断层称为逆冲断层，穿越高角度逆冲断层的隧道施工难度非常大，上述高角度逆冲断层指断面倾角大于60°的逆冲断层。尤其是当所处地层为富水富砂地层时，施工难度更大。富水富砂地层也称为富水砂地层，是指地层中富含地下水且含有砂层，该地层既为富水地层，也为富砂地层。在富水富砂地层中，岩体破碎为地下水的赋存与富集提供了更有利条件，施工难度非常大，加上地层中含有砂层，施工中极易发生涌水涌砂，再加上断层断面倾角大于60°，易造成灾难性后果，严重影响到施工安全与效益。因而，当隧道穿越断层内富含地下水，岩体多为碎屑岩，并且富含沙土、砂石的高角度逆冲富水富砂断层时，所存在的施工风险非常大，待开挖至高角度富水逆冲断层时，在高水压作用下，掌子面极易突发涌水、涌砂等地质灾害，施工风险高，施工难度大且施工进度慢。对穿越高角度逆冲富水富砂断层的隧道进行开挖时，需采用台阶法进行开挖。台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶，也称隧道上部洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。其中，三台阶开挖法(也称为三台阶法)是指将所开挖隧道分为上、中、下三个台阶进行开挖。采用三台阶法对穿越高角度富水逆冲断层的隧道进行开挖时，由于开挖断面分块多，施工难度大且施工风险高，必须采用合理的开挖和支...
【技术保护点】
1.一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道施工方法，其特征在于：所施工隧道的隧道正洞(21)分为后侧隧道段(3)、位于后侧隧道段(3)前侧的前侧隧道段(4)和连接于后侧隧道段(3)与前侧隧道段(4)之间且从高角度逆冲富水富砂断层(6)穿过的中部隧道段(5)；隧道正洞(21)的同一侧设置有迂回导坑(1)和泄水洞(2)，所述迂回导坑(1)和泄水洞(2)均为由后向前穿越高角度逆冲富水富砂断层(6)的隧道洞；所述迂回导坑(1)为在后侧隧道段(3)与前侧隧道段(4)之间开挖形成的绕行用导坑，所述迂回导坑(1)与隧道正洞(21)布设于同一水平面上；所述迂回导坑(1)由后向前分为后侧导坑段、中部导坑段和前侧导坑段，所述前侧导坑段位于所述后侧导坑段前侧，所述中部导坑段连接于所述后侧导坑段与所述前侧导坑段之间，所述中部导坑段与隧道正洞(21)呈平行布设，所述后侧导坑段后端与后侧隧道段(3)相交且二者的交叉口为导坑后交叉口，所述前侧导坑段前端与前侧隧道段(4)相交且二者的交叉口为导坑前交叉口；所述后侧导坑段位于中部隧道段(5)后侧；所述泄水洞(2)包括后侧洞体和位于所述后侧洞体前侧且与隧道正洞(21)呈平行布...
【技术特征摘要】
1.一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道施工方法，其特征在于：所施工隧道的隧道正洞(21)分为后侧隧道段(3)、位于后侧隧道段(3)前侧的前侧隧道段(4)和连接于后侧隧道段(3)与前侧隧道段(4)之间且从高角度逆冲富水富砂断层(6)穿过的中部隧道段(5)；隧道正洞(21)的同一侧设置有迂回导坑(1)和泄水洞(2)，所述迂回导坑(1)和泄水洞(2)均为由后向前穿越高角度逆冲富水富砂断层(6)的隧道洞；所述迂回导坑(1)为在后侧隧道段(3)与前侧隧道段(4)之间开挖形成的绕行用导坑，所述迂回导坑(1)与隧道正洞(21)布设于同一水平面上；所述迂回导坑(1)由后向前分为后侧导坑段、中部导坑段和前侧导坑段，所述前侧导坑段位于所述后侧导坑段前侧，所述中部导坑段连接于所述后侧导坑段与所述前侧导坑段之间，所述中部导坑段与隧道正洞(21)呈平行布设，所述后侧导坑段后端与后侧隧道段(3)相交且二者的交叉口为导坑后交叉口，所述前侧导坑段前端与前侧隧道段(4)相交且二者的交叉口为导坑前交叉口；所述后侧导坑段位于中部隧道段(5)后侧；所述泄水洞(2)包括后侧洞体和位于所述后侧洞体前侧且与隧道正洞(21)呈平行布设的前侧洞体，所述前侧洞体位于隧道正洞(21)的侧上方且其位于隧道正洞(21)与所述中部导坑段之间，所述后侧洞体为由后向前逐渐向上倾斜的隧道洞体；所述后侧洞体后端与后侧隧道段(3)相交且二者的交叉口为泄水洞交叉口，所述导坑后交叉口和所述泄水洞交叉口均位于中部隧道段(5)后侧，所述泄水洞交叉口和所述后侧洞体均位于所述导坑后交叉口后侧；所述前侧洞体分为后部洞体和位于所述后部洞体前侧且穿过高角度逆冲富水富砂断层(6)的前部泄水洞体，所述后侧洞体和所述前侧洞体中的后部洞体组成泄水洞(2)的排水洞体；所述中部导坑段分为后部导坑段和位于所述后部导坑段前侧且穿过高角度逆冲富水富砂断层(6)的前部导坑段，所述后侧导坑段和所述中部导坑段的后部导坑段组成迂回导坑(1)的后侧迂回导坑段；对所施工隧道进行开挖及支护施工时，包括以下步骤：步骤一、后侧隧道段初步开挖及支护施工：沿隧道纵向延伸方向由后向前对后侧隧道段(3)中位于所述泄水洞交叉口后侧的隧道段进行开挖施工，并由后向前对开挖成型的后侧隧道段(3)进行支护；步骤二、后侧隧道段与泄水洞排水洞体同步开挖及支护施工：待后侧隧道段(3)开挖至所述泄水洞交叉口所处位置处时，沿隧道纵向延伸方向由后向前对后侧隧道段(3)中位于所述泄水洞交叉口与所述导坑后交叉口之间的隧道段进行开挖施工，同时从所述泄水洞交叉口开始由后向前对泄水洞(2)的排水洞体进行开挖施工，并由后向前对开挖成型的后侧隧道段(3)和泄水洞(2)分别进行支护；步骤三、后侧隧道段、泄水洞排水洞体与后侧迂回导坑段同步开挖及支护施工：待后侧隧道段(3)开挖至所述导坑后交叉口所处位置处时，沿隧道纵向延伸方向由后向前对后侧隧道段(3)中位于所述导坑后交叉口前侧的隧道段进行开挖施工，并由后向前对开挖成型的后侧隧道段(3)进行支护；同时，对泄水洞(2)的排水洞体继续进行开挖施工，并从所述导坑后交叉口开始由后向前对迂回导坑(1)的后侧迂回导坑段进行开挖施工，并由后向前对开挖成型的泄水洞(2)和迂回导坑(1)分别进行支护；步骤四、前部泄水洞体、前部导坑段与中部隧道段开挖及支护施工：所述前部泄水洞体、所述前部导坑段和中部隧道段(5)的长度均相同且三者呈平行布设，所述前部泄水洞体、所述前部导坑段和中部隧道段(5)均由后向前分为多个隧道节段，多个所述隧道节段的长度均相同；对所述前部泄水洞体进行施工时，沿隧道延伸方向由后向前对所述前部泄水洞体的多个所述隧道节段分别进行开挖及支护施工；多个所述隧道节段的开挖及支护施工方法均相同；所述前部泄水洞体的每个所述隧道节段中均开设有一个洞外排水孔组；每个所述洞外排水孔组均包括一排或多排拱部排水孔(8)和由后向前布设的多排边墙排水孔(9)，多排所述拱部排水孔(8)沿所述前侧洞体的纵向延伸方向由后向前布设；每排所述拱部排水孔(8)均包括多个由左至右布设在所述前部泄水洞体体拱部外侧的拱部排水孔(8)，每个所述拱部排水孔(8)均为由后向前钻进至高角度逆冲富水富砂断层(6)内的钻孔，每个所述拱部排水孔(8)均由后向前逐渐向上倾斜；每排所述拱部排水孔(8)中所有拱部排水孔(8)的孔口均布设于所述前侧洞体的同一横断面上；每排所述边墙排水孔(9)均包括左右两组对称布设于所述前部泄水洞体体左右两侧边墙外侧的边墙排水孔(9)，两组所述边墙排水孔(9)中一组所述边墙排水孔(9)位于隧道正洞(21)上方，另一组所述边墙排水孔(9)位于迂回导坑(1)上方；每组所述边墙排水孔(9)均包括多个由上至下布设的边墙排水孔(9)，每个所述边墙排水孔(9)均呈水平布设；每排所述边墙排水孔(9)中所有边墙排水孔(9)的孔口均布设于所述前侧洞体的同一横断面上；每个所述边墙排水孔(9)均为由后向前钻进至高角度逆冲富水富砂断层(6)内的钻孔；对所述前部泄水洞体中任一个所述隧道节段进行开挖及支护施工时，过程如下：步骤A1、排水孔施工：采用钻机对该隧道节段中所述洞外排水孔组的拱部排水孔(8)和边墙排水孔(9)分别进行钻孔，获得施工成型的所述洞外排水孔组；步骤A2、排水：通过步骤A1中所述洞外排水孔组进行排水；步骤A3、开挖及支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对该隧道节段进行开挖，并对开挖成型的泄水洞(2)进行支护；待所述前部泄水洞体的多个所述隧道节段均开挖及支护完成后，完成泄水洞(2)的施工过程；对所述前部导坑段进行开挖及支护施工时，沿隧道延伸方向由后向前对所述前部导坑段的多个所述隧道节段分别进行开挖及支护施工；多个所述隧道节段的开挖及支护施工方法均相同；所述前部导坑段的每个所述隧道节段中均开设有一个导坑排水孔组；每个所述导坑排水孔组均包括由后向前布设的多排侧部排水孔(19)，每排所述侧部排水孔(19)均包括多个由上至下布设的侧部排水孔(19)，每个所述侧部排水孔(19)均呈水平布设；每排所述侧部排水孔(19)中所有侧部排水孔(19)的孔口均布设于所述前部导坑段的同一横断面上；每个所述侧部排水孔(19)均为由后向前钻进至高角度逆冲富水富砂断层(6)内的钻孔；对所述前部导坑段的任一个所述隧道节段进行开挖及支护施工时，过程如下：步骤B1、排水孔施工：采用钻机对该隧道节段中所述导坑排水孔组的侧部排水孔(19)分别进行钻孔，获得施工成型的所述导坑排水孔组；步骤B2、排水：通过步骤B1中所述导坑排水孔组进行排水；步骤B3、开挖及支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对该隧道节段进行开挖，并对开挖成型的迂回导坑(1)进行支护；本步骤中，所述前部导坑段的掌子面位于所述前部泄水洞体的掌子面后侧；待所述前部导坑段的多个所述隧道节段均开挖及支护完成后，完成所述前部导坑段的施工过程；对中部隧道段(5)进行开挖及支护施工时，由后向前对中部隧道段(5)的多个所述隧道节段分别进行开挖及支护施工，多个所述隧道节段的开挖及支护施工方法均相同；所述中部隧道段(5)的隧道正洞(21)由上至下分为上部洞体、中部洞体(1-2)和下部洞体(1-3)，所述上部洞体分为左侧导洞(1-11)和位于左侧导洞(1-11)右侧的右侧导洞(1-12)；所述中部隧道段(5)的初期支护结构为双层初期支护结构，所述双层初期支护结构包括由一层喷射于隧道正洞(21)内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层(25-2)、多榀对隧道正洞(21)进行支护且支立于混凝土初喷层(25-2)内侧的型钢拱架(25)、由一层喷射于混凝土初喷层(25-2)上的混凝土形成的混凝土复喷层(25-1)、多榀对隧道正洞(21)进行支护且支立于混凝土复喷层(25-1)内侧的格栅钢架(25-3)和由一层喷射于混凝土复喷层(25-1)上的混凝土形成的混凝土内喷层(25-8)，所述型钢拱架(25)和格栅钢架(25-3)均为对隧道正洞(21)进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道正洞(21)的横断面形状相同；所述混凝土初喷层(25-2)、混凝土复喷层(25-1)和混凝土内喷层(25-8)的横断面形状均与隧道正洞(21)的横断面形状相同；多榀所述型钢拱架(25)的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢拱架(25)通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架(25-3)的结构均相同，所述格栅钢架(25-3)的数量与型钢拱架(25)的数量相同，每榀所述型钢拱架(25)内侧均布设有一榀所述格栅钢架(25-3)，每榀所述型钢拱架(25)与布设于其内侧的格栅钢架(25-3)均布设于隧道正洞(21)的同一隧道断面上；多榀所述型钢拱架(25)均埋设于混凝土复喷层(25-1)内，所述混凝土复喷层(25-1)的层厚大于型钢拱架(25)的厚度；多榀所述格栅钢架(25-3)均埋设于混凝土内喷层(25-8)内，所述混凝土内喷层(25-8)的厚度大于格栅钢架(25-3)的厚度；多榀所述型钢拱架(25)呈均匀布设，相邻两榀所述型钢拱架(25)之间的间距为d且d的取值范围为0.8m～1.2m；所述双层初期支护结构中所述混凝土初喷层(25-2)、多榀所述型钢拱架(25)和混凝土复喷层(25-1)组成外层初支结构(18)，所述混凝土内喷层(25-8)和多榀所述格栅钢架(25-3)组成位于外层初支结构(38)内侧的内层初支结构(37)；每榀所述型钢拱架(25)均由一个对隧道正洞(21)拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道正洞(21)底部进行支护的隧道仰拱支架(25-5)拼接而成，所述隧道仰拱支架(25-5)位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(25-5)与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙支撑拱架由一个对位于所述上部洞体内的上部拱架(25-4)和两个对称布设于上部拱架(25-4)左右两侧下方的侧部支架(25-9)拼接而成，两个所述侧部支架(25-9)均位于中部洞体(1-2)内；所述隧道仰拱支架(25-5)位于下部洞体(1-3)内，所述隧道仰拱支架(25-5)的左端与一个所述侧部支架(25-9)底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(25-5)的右端与另一个所述侧部支架(25-9)底部紧固连接；所述上部拱架(25-4)由位于左侧导洞(1-11)内的左侧拱架(25-41)和位于右侧导洞(1-12)内的右侧拱架(25-42)拼接而成；对中部隧道段(5)的任一个所述隧道节段进行开挖及支护时，包括以下步骤：步骤F1、上部洞体开挖及初期支护，过程如下：步骤F11、左侧导洞开挖及外层初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所开挖隧道节段的左侧导洞(1-11)进行开挖；所述左侧导洞(1-11)开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内壁上喷射一层混凝土获得左侧导洞(1-11)内的混凝土初喷层(25-2)，并由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内安装左侧拱架(25-41)，且使左侧拱架(25-41)支立于混凝土初喷层(25-2)内侧；同时在内侧支立有左侧拱架(25-41)的混凝土初喷层(25-2)上喷射一层混凝土获得左侧导洞(1-11)内的混凝土复喷层(25-1)，并使左侧拱架(25-41)埋设于混凝土复喷层(25-1)内，完成左侧导洞(1-11)内外层初支结构(38)的施工过程；步骤F12、右侧导洞开挖及外层初期支护：步骤F11中所述左侧导洞(1-11)开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对对当前所开挖隧道节段的右侧导洞(1-12)进行开挖，获得开挖成型的所述上部洞体；所述右侧导洞(1-12)开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-12)内壁上喷射一层混凝土获得右侧导洞(1-12)内的混凝土初喷层(25-2)，并由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-12)内安装右侧拱架(25-42)，使右侧拱架(25-42)支立于混凝土初喷层(25-2)内侧且使右侧拱架(25-42)与左侧拱架(25-41)紧固连接为一体，获得施工成型的所述上部拱架(25-4)；同时在内侧支立有右侧拱架(25-42)的混凝土初喷层(25-2)上喷射一层混凝土获得右侧导洞(1-12)内的混凝土复喷层(25-1)，并使右侧拱架(25-42)埋设于混凝土复喷层(25-1)内，完成所述上部洞体内外层初支结构(38)的施工过程；本步骤中开挖过程中，所述右侧导洞(1-12)的掌子面位于左侧导洞(1-11)的掌子面后侧；步骤F2、中部洞体开挖及外层初期支护：步骤F1中进行上部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体(1-2)进行开挖；所述中部洞体(1-2)开挖过程中，由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)内壁上喷射一层混凝土获得中部洞体(1-2)内的混凝土初喷层(25-2)，并由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)左右两侧分别安装侧部支架(25-9)，使侧部支架(25-9)支立于混凝土初喷层(25-2)内侧且使每个所述侧部支架(25-9)均与步骤F12中所述上部拱架(25-4)紧固连接为一体；同时在内侧支立有侧部支架(25-9)的混凝土初喷层(25-2)上喷射一层混凝土获得中部洞体(1-2)内的混凝土复喷层(25-1)，并使侧部支架(25-9)埋设于混凝土复喷层(25-1)内，完成中部洞体(1-2)内外层初支结构(38)的施工过程；所述中部洞体(1-2)内左右两个所述侧部支架(25-9)与步骤F12中所述上部拱架(25-4)连接组成拱墙拱架；本步骤中开挖过程中，所述中部洞体(1-2)的掌子面位于步骤F12中所述右侧导洞(1-12)的掌子面后侧；步骤F3、下部洞体开挖及外层初期支护：步骤F2中进行中部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体(1-2)下方对当前所开挖隧道节段的下部洞体(1-3)进行开挖，获得开挖成型的隧道正洞(21)；所述下部洞体(1-3)开挖过程中，由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内壁上喷射一层混凝土获得下部洞体(1-3)内的混凝土初喷层(25-2)，并由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内安装隧道仰拱支架(25-5)，使隧道仰拱支架(25-5)支立于混凝土初喷层(25-2)内侧且使隧道仰拱支架(25-5)与步骤F2中所述拱墙拱架连接形成型钢拱架(25)；同时在内侧支立有隧道仰拱支架(25-5)的混凝土初喷层(25-2)上喷射一层混凝土获得下部洞体(1-3)内的混凝土复喷层(25-1)，并使隧道仰拱支架(25-5)埋设于混凝土复喷层(25-1)内，完成隧道正洞(21)内外层初支结构(38...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴应明，张旭辉，高雷州，张乃乐，周中财，肖清华，仲维玲，郭朋超，王洪坤，赵志辉，李校珂，杨文，杨荣辉，李越兴，陈创，洪平，
申请(专利权)人：中铁二十局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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