一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，包括以下步驟：洞口超前支護(hù)；洞身開挖；洞身支護(hù)；洞內(nèi)混凝土噴射支護(hù)。本發(fā)明所述一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法的優(yōu)越效果在于：采用了所述施工方法對(duì)洞室開挖施工實(shí)踐表明，提高了施工的安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全、質(zhì)量零事故的目標(biāo)；施工直接成本降低了10％，施工周期短。
【專利說明】一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)特殊地質(zhì)條件下洞室施工技術(shù)，特別是涉及一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]板結(jié)砂礫石地層屬于中國(guó)南疆特有的地質(zhì)地層，國(guó)外幾乎很少有過研究，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，中國(guó)僅有20世紀(jì)90年代中期中水十五局有過類似地層理論探索，但是鑒于當(dāng)時(shí)施工機(jī)械和技術(shù)力量有限，沒有形成系統(tǒng)的理論成果，而且對(duì)于現(xiàn)在來說，當(dāng)時(shí)的施工工藝已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代的進(jìn)步。
[0003]一般石方洞室施工，均采用鉆孔爆破的施工工藝進(jìn)行開挖，但是在板結(jié)砂礫石地層進(jìn)行洞室開挖施工爆破作業(yè)非常危險(xiǎn)。板結(jié)砂礫石在沒有外力的影響下，膠結(jié)密實(shí)，整體性好，在受到震動(dòng)、水流等外力影響后，極易松散崩塌。
[0004]隨著中國(guó)西部大開發(fā)及水電站市場(chǎng)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至南疆,未來幾年將會(huì)大面積在南疆開發(fā)水電，因此，亟待進(jìn)行這方面施工工藝的探索和研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，至少包括以下施工步驟:
[0008]第一步:洞口超前支護(hù)；在洞口前支護(hù)鋼拱架，所述鋼拱架尺寸與洞口尺寸相同，且鋼拱架間距0.5m設(shè)置，鋼拱架的工字鋼采用鋼筋連接，在所述鋼筋上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，同時(shí)在鋼筋網(wǎng)片頂部滿鋪厚鋼板；
[0009]針對(duì)板結(jié)砂礫石在無地下水影響的條件下，膠結(jié)程度密實(shí)，整體穩(wěn)定，但是在開挖過程中，受到外界擾動(dòng)后立即松散的特點(diǎn)，開挖前可采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿，開挖前增加開挖洞室周圍圍巖整體性。
[0010]第二步:洞身開挖；采用液壓錘配合液壓反鏟直接開挖，邊角通過施工人員配合風(fēng)鎬處理；同時(shí)在洞身開挖過程中配合鋼拱架支護(hù)進(jìn)行支護(hù)，采用自進(jìn)式中空錨桿加固鋼拱架，然后進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，確保洞室圍巖穩(wěn)定；
[0011]對(duì)板結(jié)砂礫石地層洞室開挖方法及工藝進(jìn)行改進(jìn)，摒棄傳統(tǒng)洞室開挖的爆破法，采用破碎錘對(duì)洞室開挖線內(nèi)側(cè)一米范圍內(nèi)的巖石進(jìn)行破碎，留核心土及上下臺(tái)階開挖，中間部分采用液壓反鏟直接開挖，邊角人工配合風(fēng)鎬處理。
[0012]第三步:洞身支護(hù)；采用鋼拱架支護(hù)，鋼拱架間距l(xiāng)m，所述鋼拱架采用螺紋鋼筋連接，且在所述鋼拱架外部掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片；
[0013]第四步:洞內(nèi)混凝土噴射支護(hù)；對(duì)上述洞身內(nèi)部進(jìn)行多次混凝土噴射支護(hù)，在掌子面開挖后進(jìn)行首次噴射支護(hù)；所述混凝土噴射C25混凝土，噴射厚度22cm，及時(shí)對(duì)洞內(nèi)巖面進(jìn)行封閉，防止巖體分化、變形。
[0014]為保證開挖過程中施工安全，開挖過程中，及時(shí)支護(hù)，采用鋼拱架進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)，針對(duì)這種地層錨桿造孔困難，采用注漿式自進(jìn)式錨桿加固鋼拱架。開挖后一次臨時(shí)支護(hù)，除開挖過程中，采取的超前支護(hù)，開挖一個(gè)循環(huán)后，進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)及厚度較常規(guī)地層均適當(dāng)上調(diào)。同時(shí)設(shè)置安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)，遇到一次臨時(shí)支護(hù)后變形過大，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌砼澆筑，確保洞室圍巖穩(wěn)定。所有以上開挖前后施工措施都需要在本工程實(shí)踐和檢驗(yàn)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法的優(yōu)越效果在于:采用了所述施工方法對(duì)洞室開挖施工實(shí)踐表明，提高了施工的安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全、質(zhì)量零事故的目標(biāo)；施工直接成本降低了 10%，施工周期短。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述一種板結(jié)砂碌石地層洞室施工方法洞口超前支護(hù)不意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明所述一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法洞口超前支護(hù)A-A向視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明所述一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法洞內(nèi)支護(hù)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明所述一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法洞內(nèi)支護(hù)B-B向視圖。
[0020]附圖標(biāo)識(shí)如下:
[0021]1-洞內(nèi)開挖線、2-洞內(nèi)開挖區(qū)域、3-臺(tái)階分界線、4-超前支護(hù)導(dǎo)管、5-洞內(nèi)鋼拱架、6-鎖腳錨桿。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]如附圖1-4所示，一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，已成功應(yīng)用在新疆車爾臣工程的1#交通洞及2#交通洞施工中。
[0024]車爾臣項(xiàng)目部位于新疆且末縣境內(nèi)，車爾臣交通洞全長(zhǎng)3004米，其中1#交通洞長(zhǎng)1807.682m、開挖斷面35.91 m2，洞徑4.5X5.58m ；2#交通洞全長(zhǎng)1196.707開挖斷面40.47m2，洞徑4.5X6.38m ;2#交通洞洞室開挖自2012年11月18日開始施工，1#交通洞自2013年4月8日開始施工，至2013年11月25日，1#交通洞及2#交通洞累計(jì)完成進(jìn)尺1747m，為在南疆板結(jié)砂礫石地質(zhì)情況下的洞室施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
[0025]1#交通洞及2#交通洞洞身段地層出露地層巖性上部為全新統(tǒng)風(fēng)積砂，厚5?16m,其下為上更新統(tǒng)沖積砂卵碌石層,青灰色,厚11?25m,局部弱膠結(jié)，底部為大厚度的中更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，總體厚度大于200m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，在無地下水干擾情況下有一定自穩(wěn)能力，具備成洞條件，但板結(jié)砂礫石圍巖本身整體性較差，受外界擾動(dòng)后整體性直線下降，需及時(shí)支護(hù)。
[0026]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，洞口 100米范圍圍巖天然密度為2.15-2.18g/cm3，隨洞室進(jìn)尺自然干密度增大，1#交通洞K0+600樁號(hào)自然干密度為2.26g/cm3, 2#交通洞K0+500樁號(hào)自然干密度為2.24g/cm3 ；1#交通洞K0+800樁號(hào)自然干密度為2.27g/cm3。
[0027]1#交通洞及2#交通洞出口洞臉邊坡近直立，坎高均高于100m，巖性為第四系中更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，半膠結(jié)，結(jié)構(gòu)密實(shí)，自然邊坡總體穩(wěn)定，由于出口洞臉邊坡高陡，可能發(fā)育有卸荷裂隙，當(dāng)洞臉上部分布有卸荷不穩(wěn)定體時(shí)，將威脅洞口安全，建議清除處理。
[0028]一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，包括以下步驟:
[0029]第一步:洞口超前支護(hù)；
[0030]針對(duì)板結(jié)砂礫石在未有地下水影響的條件下，膠結(jié)比較密實(shí)，整體性較好，但是在開挖過程中，受到外界擾動(dòng)后立即松散的特點(diǎn)。在出口洞臉樁號(hào)以前支護(hù)6榀鋼拱架，拱架制作尺寸同洞內(nèi)，間距0.5m,工字鋼采用Φ 22mm鋼筋連接，掛設(shè)Φ8πιπι@20 X 20cm鋼筋網(wǎng)片，外部滿鋪Icm厚鋼板，防止洞頂落石。緊貼洞頂拱120°范圍開挖線布設(shè)一排超前管棚，管棚采用Φ48鋼管制作，長(zhǎng)度4.5m，入巖4.0m，外露0.5m與鋼拱架焊接，鉆孔間距0.4m。
[0031]第二步:洞身開挖；采用液壓錘配合液壓反鏟直接開挖，邊角通過施工人員配合風(fēng)鎬處理；同時(shí)在洞身開挖過程中配合鋼拱架支護(hù)進(jìn)行支護(hù)，采用自進(jìn)式中空錨桿加固鋼拱架，然后進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，確保洞室圍巖穩(wěn)定；
[0032]采用液壓錘配合液壓反鏟直接開挖，邊角人工配合風(fēng)鎬處理。為保證開挖過程中施工安全，采用液壓錘破碎輪廓線附近圍巖，液壓反鏟直接進(jìn)行開挖，開挖過程中，采用鋼拱架及時(shí)進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)，針對(duì)這種地層普通砂漿錨桿造孔困難的特點(diǎn)，改用自進(jìn)式中空錨桿加固鋼拱架，然后進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C25并根據(jù)地層地質(zhì)變化進(jìn)行上調(diào)，噴護(hù)厚度為22cm。同時(shí)設(shè)置安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)，遇到一次臨時(shí)支護(hù)后變形過大，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌混凝土燒筑，確保洞室圍巖穩(wěn)定。
[0033]洞身開挖始終堅(jiān)持“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、快封閉”的全斷面法施工原則。人工開挖為主配合機(jī)械開挖出渣，根據(jù)地質(zhì)情況單循環(huán)開挖進(jìn)尺300-500cm。
[0034]第三步:洞身支護(hù)；
[0035]板結(jié)砂礫石層具有大變形效應(yīng)，一次支護(hù)需要較大剛度。為減小圍巖收斂，防止圍巖失穩(wěn)，采用116工字鋼架支護(hù)，鋼拱架間距Im (可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況的變化進(jìn)行加密)，采用Φ22螺紋鋼筋連接，掛200mmX200mmc58鋼筋網(wǎng)，拱架單元的劃分和間距隨圍巖情況和開挖方式的改變進(jìn)行了調(diào)整。
[0036]原設(shè)計(jì)鎖腳錨桿為Φ25砂漿錨桿，由于地質(zhì)原因，在施工過程中鉆桿卡鉆嚴(yán)重，無法繼續(xù)鉆進(jìn)或鉆進(jìn)后鉆桿無法撥出，造孔困難。根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整了錨桿型式，改用自進(jìn)式中空錨桿，不僅提高了進(jìn)度，更提高了工程的安全性。
[0037]第四步:洞內(nèi)混凝土噴射支護(hù)；對(duì)上述洞身內(nèi)部進(jìn)行多次混凝土噴射支護(hù)，在掌子面開挖后進(jìn)行首次噴射支護(hù)；所述混凝土噴射C25混凝土，噴射厚度22cm，及時(shí)對(duì)洞內(nèi)巖面進(jìn)行封閉，防止巖體分化、變形。
[0038]噴射混凝土是唯一能夠與圍巖大面積牢固接觸的一種支護(hù)方式，它既能傳遞徑向應(yīng)力也能夠傳遞切向應(yīng)力。噴射混凝土分兩次施作，第一次是在掌子面開挖后及時(shí)噴射C25混凝土，厚度22cm，及時(shí)對(duì)巖面進(jìn)行封閉，防止巖體風(fēng)化、軟化，產(chǎn)生較大的變形。
[0039]所述洞內(nèi)開挖區(qū)域2表示在開挖線內(nèi)，具體為在開挖線內(nèi)Im范圍內(nèi)區(qū)域；所述臺(tái)階分界線3為在開挖時(shí)上臺(tái)階和下臺(tái)階的分界線，且上下臺(tái)階距離在5-10m ;所述超前導(dǎo)管4采用Φ48鋼管制作，與洞室軸線夾角6° ;所述洞內(nèi)鋼拱架5榀距0.5m，拱架之間采用Φ8@200Χ200鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固，并進(jìn)行噴錨支護(hù)，噴護(hù)厚度為16cm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25 ；
[0040]所述鎖腳錨桿6米用Φ 25中空自進(jìn)式錨桿,錨桿長(zhǎng)度為2m。
[0041]通過超前謀劃，并制定切實(shí)可行的施工方案，以及施工過程中針對(duì)不同的圍巖及時(shí)調(diào)整開挖支護(hù)參數(shù)，新疆車爾臣項(xiàng)目施工順利實(shí)現(xiàn)了安全、質(zhì)量、進(jìn)度目標(biāo)，為車爾臣工程按期施工提供了可靠保障。該隧洞的施工使成果如下:
[0042](I)將形成一整套成熟的板結(jié)砂礫石地層洞室開挖施工技術(shù)工藝。
[0043](2)采用超前管棚施工技術(shù)提前進(jìn)洞，突破了水利行業(yè)多年來的常規(guī)施工做法，縮短了洞臉開挖工期和環(huán)境的擾動(dòng)破壞，保證了施工的順利進(jìn)展并滿足了施工進(jìn)度要求。
[0044](3)創(chuàng)造了在全疆水利行業(yè)板結(jié)砂碌石隧洞施工一年多來,全長(zhǎng)3004m復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞施工零傷亡的可喜成果。
[0045]本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改進(jìn)、替換均落入本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，其特征在于，至少包括以下施工步驟: 第一步:洞口超前支護(hù)；在洞口前支護(hù)鋼拱架，所述鋼拱架尺寸與洞口尺寸相同，且鋼拱架間距0.5m設(shè)置，鋼拱架的工字鋼采用鋼筋連接，在所述鋼筋上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，同時(shí)在鋼筋網(wǎng)片頂部滿鋪厚鋼板； 第二步:洞身開挖；采用液壓錘配合液壓反鏟直接開挖，邊角通過施工人員配合風(fēng)鎬處理；同時(shí)在洞身開挖過程中配合鋼拱架支護(hù)進(jìn)行支護(hù)，采用自進(jìn)式中空錨桿加固鋼拱架，然后進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，確保洞室圍巖穩(wěn)定； 第三步:洞身支護(hù)；采用鋼拱架支護(hù)，鋼拱架間距l(xiāng)m，所述鋼拱架采用螺紋鋼筋連接，且在所述鋼拱架外部掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片； 第四步:洞內(nèi)混凝土噴射支護(hù)；對(duì)上述洞身內(nèi)部進(jìn)行多次混凝土噴射支護(hù)，在掌子面開挖后進(jìn)行首次噴射支護(hù)；所述混凝土噴射C25混凝土，噴射厚度22cm，及時(shí)對(duì)洞內(nèi)巖面進(jìn)行封閉，防止巖體分化、變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，其特征在于，在上述第三步中，所述鋼拱架榀距0.5m，鋼拱架之間采用Φ8@200Χ200鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，其特征在于，在上述第三步中，所述鋼拱架頂部設(shè)有超前導(dǎo)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，其特征在于，所述超前導(dǎo)管采用Φ48鋼管制作，與洞室軸線夾角6°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種板結(jié)砂礫石地層洞室施工方法，其特征在于，在上述第三步中，所述鋼拱架兩側(cè)設(shè)有鎖腳錨桿，且所述鎖腳錨桿采用Φ25中空自進(jìn)式錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2m。
【文檔編號(hào)】E21D13/02GK104141500SQ201410311230
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】董黨, 王雄心, 孫寶明, 劉小林, 張東方, 蘇志亮, 郭國(guó)慶, 郭峰, 施煒 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司