一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法，在完成上台阶、中台阶的施工之后，按以下步骤施工下台阶：（1）交错开挖下部左、右侧边墙，左、右侧边墙钢拱架交错落底，施作下边墙初期支护和架设微型钢管桩锁脚；（2）开挖下部中间核心土至仰拱填充顶面标高，继而施作高压旋喷桩进行隧道基底处置；（3）仰拱捡底开挖至设计开挖线，然后进行后续步骤即可。本发明专利技术将黄土隧道基底加固措施合理融入到隧道开挖、支护的过程中，合理规避了传统工法中“返工”加固基底的不利影响，而且“微型钢管桩+高压旋喷桩”的组合方式能够有效控制从隧道开挖到钢拱架落底后的收敛、沉降，确保后续开挖及旋喷桩施做期间的安全。

A Three-step Construction Method of Loess Tunnel Considering Base Reinforcement Treatment

【技术实现步骤摘要】
一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法
本专利技术涉及隧道施工
，尤其涉及一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法。
技术介绍
自21世纪以来，随着国家经济的迅速发展，我国的隧道建设日新月异，取得了举世瞩目的成就。交通是国民经济的命脉，对国家发展具有重大的推动作用。但我国是一个多山的国家，西北部更是以黄土山岭居多，因此公路、铁路等都要通过修建隧道来克服这种地形和高程的障碍，从而改善路线技术指标、缩短里程和行车时间、保持道路顺直、提高运营效益和安全保障。然而我国幅员辽阔，公路、铁路干线网遍布全国各地，复杂多元的地形地貌、地质概况、水文气象等不断地给隧道施工带来新的困难和问题。随着我国高速铁路和公路网的规划和完善，公、铁交通量的迅速增长，迫切需要修建大量的大跨度隧道，然而隧道跨度增大，高跨比减小，隧道断面越趋近扁平状的拱形结构，开挖后应力在侧壁处较大，开挖宽度越大，轴力也越大，特别当侧压系数小时，拱脚应力集中更加明显，对隧道基底承载力也提出了更高的要求。由于黄土的土质结构疏松，层理不明显，孔隙、垂直节理发育，具有多孔性、结构疏松、密度低、遇水易崩解等特点，隧道开挖后地基承载力远远小于普通地基，加之黄土常具有湿陷性，在遇水侵蚀或者较大荷载的作用下洞身会产生较大沉降，这样的基底很难满足隧道建设对承载力的要求，因此就需要通过施做加固措施对黄土隧道基底进行加固处理。根据黄土本身的工程特性，考虑隧道的埋深、开挖断面、含水量及新老黄土地层差异，并结合当前隧道施工设备和技术等方面，目前黄土隧道主要的施工方法有弧形导坑预留核心土上下台阶法、三台阶七步开挖法、CD法、CRD法和双侧壁导坑法等。一般地，围岩地质较好时（Ⅰ--Ⅲ级围岩），在满足隧道质量和施工安全的前提下，优先采用台阶法（视实际监控量测情况选用预留核心土上下台阶或三台阶七步开挖）；在围岩地质较差时（Ⅳ--Ⅴ级围岩），考虑到围岩条件及施工安全，尤其是隧道在进洞时复杂的山岭地质条件，优先采用CD法或CRD法；在围岩情况更差的情况下（Ⅵ级围岩），宜优先采用双侧壁导坑法开挖。对于黄土隧道开挖过程中的基底加固，一方面，很多岩质及老黄土地层中修建的隧道，其基底承载力一般满足要求，传统的隧道对基底加固措施考虑较少；另一方面考虑到隧道结构的特殊性，在初期支护没有封闭的条件下，黄土隧道开挖后长时间的施做基底加固工程，存在较高的风险，因此传统的施工方法是在仰拱封闭之后“返工”隧道基底加固工程。然而隧道内作业空间狭小，大型机械化设备受限，施工周期长、扰动大，尽管在初支封闭之后“返工”基底加固，同样会影响后续作业线的推进，增加隧道施工及后期运营风险。因此，如何将基底加固处理与黄土隧道施工方法科学合理的结合是当前黄土隧道施工技术探索的热点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法，其在确保隧道安全施工的前提下，通过施做基底加固措施来提高隧道基底承载力，确保了隧道施工的安全和后期运营的稳定。为解决上述问题，本专利技术所述的一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法，在完成上台阶、中台阶的施工之后，按以下步骤施工下台阶：（1）交错开挖下部左、右侧边墙，左、右侧边墙钢拱架交错落底，施作下边墙初期支护和架设微型钢管桩锁脚；（2）开挖下部中间核心土至仰拱填充顶面标高，继而施作高压旋喷桩进行隧道基底处置；（3）仰拱捡底开挖至设计开挖线，然后进行后续步骤即可。优选地，按以下步骤完成上台阶、中台阶的施工：上台阶一步开挖，施做上台阶初期支护并架设相应的锁脚锚杆；中台阶分三步开挖，首先预留核心土，交错开挖左、右侧中台阶，然后施做中台阶左、右侧初期支护并架设相应的锁脚锚杆，最后开挖中台阶预留核心土。优选地，按照与竖直方向呈30°～70°的夹角分别架设数根微型钢管桩。优选地，按照与竖直方向呈30°、45°、60°分别架设三根微型钢管桩。优选地，在施作下边墙初期支护过程中，使边墙呈竖直状，仰拱边墙连接处采用拱脚三角撑扩大结构，该结构包括用于连接边墙底部与仰拱起拱端的水平件以及用于连接边墙与水平件的斜向件；三者连接后形成直角三角形状。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术在下台阶左右侧边墙初支钢拱架落底后及时打设锁脚微型钢管桩，控制沉降，然后将下台阶中部核心土开挖至仰拱填充顶面标高，进而施做高压旋喷桩，待旋喷桩强度达到设计要求后仰拱捡底开挖至设计轮廓线，然后初期支护封闭成环，后续作业线推进。可见，本专利技术将黄土隧道基底加固措施合理融入到隧道开挖、支护的过程中，合理规避了传统工法中“返工”加固基底的不利影响，而且“微型钢管桩+高压旋喷桩”的组合方式能够有效控制从隧道开挖到钢拱架落底后的收敛、沉降，确保后续开挖及旋喷桩施做期间的安全。因此，本专利技术在确保隧道安全施工的前提下，通过施做基底加固措施来改善黄土隧道基底条件、提高隧道基底承载力，确保了隧道施工的安全和后期运营的稳定。其中，隧道作业空间狭小，围岩及支护结构对扰动敏感，因此在众多的湿陷性黄土常用地基处理方法中旋喷桩法、树根桩法、挤密桩法、换填法等成为黄土地基隧道基底处理的首选。但是，综合考虑经济、技术、施工难度及扰动程度等多方面因素，本专利技术针对黄土山岭隧道，选用“微型钢管桩+高压旋喷桩”结合的基底加固措施。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术施工方法中隧道三台阶开挖横断面示意图。图2为本专利技术施工方法中隧道三台阶开挖纵断面示意图。图3为本专利技术施工方法的流程图。图中：①、②-1、②-2等阿拉伯数字代表开挖顺序，Ⅰ、Ⅱ-1、Ⅱ-2等罗马数字代表支护顺序；1—超前支护，2—第一锁脚锚杆，3—第二锁脚锚杆，4—微型钢管桩，5—高压旋喷桩。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法，包括如下步骤：（1）上台阶一步开挖，施做上台阶初期支护并架设相应的第一锁脚锚杆2（也可以是锁脚锚管）。（2）中台阶分三步开挖，首先预留核心土，交错开挖左、右侧中台阶，然后施做中台阶左、右侧初期支护并架设相应的第二锁脚锚杆3（也可以是锁脚锚管），最后开挖中台阶预留核心土。其中，左、右侧中台阶交错开挖，避免上台阶拱脚同时悬空；交错长度不小于一个开挖循环。（3）下台阶开挖分左、右侧边墙开挖、中间核心土开挖及下部仰拱捡底开挖四个部分进行，具体包括：（31）交错开挖下部左、右侧边墙，左、右侧边墙钢拱架交错落底，施作下边墙初期支护（边墙初支钢拱架）和架设微型钢管桩4锁脚。其中，左、右侧下边墙交错开挖，钢拱架交错落底，避免中台阶拱脚同时悬空；交错长度不小于一个开挖循环。从下边墙钢拱架落底到基地处置旋喷桩施做并达到设计强度，间隔时间较长，钢拱架并未封闭成环，这就需要严格控制拱脚沉降及稳定。对此，考虑到微型钢管桩具有承载能力大、抗弯抗剪能力强、施工方便、快速承载、挤土效应明显等特点，可作为黄土隧道软基加固的优选方案，本专利技术采用微型钢管桩4进行锁脚，具体可以按照与竖直方向呈30°～70°的夹角分别架设数根微型钢管桩4，比如图1示出在30°、45°、60°架设三根微型钢管桩4。当然，这仅仅是举例子，具体的布置角度本领域技术人员根据不同的地质条件和施工监控量测进行调整即可，例如围岩的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法，其特征在于，在完成上台阶、中台阶的施工之后，按以下步骤施工下台阶：（1）交错开挖下部左、右侧边墙，左、右侧边墙钢拱架交错落底，施作下边墙初期支护和架设微型钢管桩锁脚；（2）开挖下部中间核心土至仰拱填充顶面标高，继而施作高压旋喷桩进行隧道基底处置；（3）仰拱捡底开挖至设计开挖线，然后进行后续步骤即可。

【技术特征摘要】
1.一种考虑基底加固处理的黄土隧道三台阶施工方法，其特征在于，在完成上台阶、中台阶的施工之后，按以下步骤施工下台阶：（1）交错开挖下部左、右侧边墙，左、右侧边墙钢拱架交错落底，施作下边墙初期支护和架设微型钢管桩锁脚；（2）开挖下部中间核心土至仰拱填充顶面标高，继而施作高压旋喷桩进行隧道基底处置；（3）仰拱捡底开挖至设计开挖线，然后进行后续步骤即可。2.如权利要求1所述的工法，其特征在于，按以下步骤完成上台阶、中台阶的施工：上台阶一步开挖，施做上台阶初期支护并架设相应的锁脚锚杆；中台阶分三步开挖，首先预留核心土，交错开挖左、右...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾杰，李玉平，胡玉琨，宁蟠龙，陈栋梁，白龙，唐强，边磊，
申请(专利权)人：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62