一种Ⅴ级围岩土质的隧道斜井施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体是涉及一种Ⅴ级围岩土质的隧道斜井施工方法。
背景技术
隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，长的隧道还有专门的通风和照明设备。随着建设工程水平的提升以及经济发展的要求，由于隧道具有穿越山岭、供车辆行驶以及减少行车距离的优点，越来越多隧道需要在山区里开挖。山区丘陵隧道进洞一直是隧道施工中工况最为复杂，安全风险最高的环节。常规隧道进洞是通过在边仰坡开挖后形成工作平台再施作套拱进洞，该方式施工工程量较大，尤其对处于山岭陡峭位置的隧道洞口，需要大开大挖，不仅破坏山体的生态环境及受力平衡，也容易造成边仰坡失稳，存在较大安全风险。
现有工程为了缩短工期，通常采用设置竖井或斜井的方式以增加工作面，再通过从竖井或斜井开挖至隧道洞口，这样也可以减少隧道洞口位置处土方开挖和流失。但是目前市场上还没有针对Ⅴ级围岩土质的隧道施工方法，而且Ⅴ级围岩土质具有以下特性：坚硬岩及较坚硬岩，岩体破碎，结合面不好，较软岩：结构面发育，碎裂状结构或散体状结构，结合一般或差，极软岩(Rb＝0～5Mpa)，结构面不发育或结构面较发育，但结合面较好。也即是Ⅴ级围岩土质一般较为松散或碎裂，在隧道施工过程中需要更为严格的防护。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种零开挖进洞的隧道斜井施工方法。
一种Ⅴ级围岩土质的隧道斜井施工方法，其包括：开挖斜井洞口的截水天沟，斜井边坡防护，斜井洞身开挖；
斜井洞身开挖过程如下：洞口处拱墙施工；
开挖洞口段，洞口段为保证施工安全及拱墙的质量，开挖时预留变形量为10～15cm，洞口段采用短台阶法并利用人工机械开挖，循环进尺控制在一榀拱架间距，对于Ⅴ级围岩加强模筑衬砌断面遵循“短进尺”的原则，在开挖过程中遇到石方时采用减弱松动爆破进行开挖并严格控制炮眼深度及药量；
开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管支护以及架立钢架，最后复喷混凝土至设计厚度。
从上可知，由于Ⅴ级围岩土质一般较为松散或碎裂，本发明在开挖过程中对于Ⅴ级围岩加强模筑衬砌断面遵循“短进尺”的原则，可以减少衬砌断面的土质松动和掉落；而且洞口段为保证施工安全及拱墙的质量，开挖时预留变形量为10～15cm，可以抵消由于松散或碎裂的土质带来的变形影响；另外在开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管支护以及架立钢架，最后复喷混凝土至设计厚度，可以有效避免由于松散或碎裂的土质在开挖后大幅掉落而影响洞的质量。
作为本发明的一种改进，所述截水天沟采用C25混凝土浇筑，且截水天沟的内侧面及底面为无蜂窝麻面。
作为本发明的一种改进，所述斜井边坡防护采用柔性主动防护网和喷锚防护，喷锚的锚杆为Φ22砂浆锚杆，锚杆长度为3m，且锚杆采用梅花形布置方式，梅花形布置间距为1.5*1.5m。
作为本发明的一种改进，所述“开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管支护以及架立钢架，最后复喷混凝土至设计厚度”的具体过程如下，
开挖后用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制混凝土厚度的标志钉,初喷4cm厚C25混凝土，如果工作面有滴水或淋水状，则钻孔埋管做好引排水工作；
施作系统锚杆并挂设钢筋网；
施工超前小导管支护；
安装斜井钢架，在掌子面开挖初喷完成后可进行安装，各节钢架在掌子面通过连接板以及螺栓螺母相互连接，且钢架上的连接板应紧密贴合，在底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架全环封闭，钢架落底接长在单边交错进行，每次单边接长钢架1～2排，在软弱地层可同时落底接长钢架以及通过垫板用螺栓将接长钢架和上部钢架牢固连接；
架立钢架后进行喷射混凝土作业，以使钢架与混凝土共同受力，喷射混凝土采用分段喷射且自下而上进行的方式，并先喷钢架与壁面间的混凝土，再喷两钢架之间的混凝土，同时先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚不密实，而造成强度不够以及拱脚失稳。
进一步地，所述系统锚杆采用Φ22药卷锚杆，系统锚杆长度为3m，系统锚杆呈梅花形布置且系统锚杆之间间距为1.2m×0.8m，径向施作。
进一步地，所述钢筋网为φ8的钢筋焊接而成，网格尺寸为20cm×20cm，钢筋网在初喷后随受喷面的起伏铺设，其保护层厚度不小于4cm，钢筋网片搭接不小于一个网格，钢筋网与锚杆体牢固连接。
作为本发明的一种改进，所述施工超前小导管支护包括以下步骤：
钻孔、小导管顶进和注浆小导管；
钻孔，在开挖面钻小导管的插孔，插孔的仰角为10°～15°，小导管之间的环向间距为1根/40cm，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，钻孔后，用风管将插孔内的碎渣吹出，避免塌孔；
小导管顶进，将小导管上的箍筋与注浆管固定连接，将麻丝缠绕在小导管尾部外壁上而成纺锥状并用胶带缠紧麻丝，使得小导管与插孔相紧贴，开动钻机，利用钻机的冲击力将小导管顶入围岩中，直到小导管的90％以上长度进入钻孔内；
注浆小导管，采用全液压双液注浆泵对小导管进行注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，当注浆量达到设计注浆量且注浆压力达到设计终压时并稳定10～15min，可结束注浆。
进一步地，所述小导管的具体结构为：小导管的长度为345cm～450cm，小导管的前端做成尖锥形，尾部焊接有箍筋，小导管的管壁上每间隔20～30cm设有一对位于小导管同一直径两端的溢浆孔，并且相邻的一对溢浆孔呈十字形交错布置，溢浆孔的直径为6mm，尾部长度留不小于30cm作为不钻溢浆孔的止浆段，小导管的外径为42mm、厚度为3.5m。
作为本发明的一种改进，为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物，同时每侧安设锁脚锚杆将各节钢架锁定。
进一步地，所述锁脚锚杆采用Φ25药卷锚杆，锁脚锚杆紧靠钢架以15°角斜向下打入岩层，采用钢筋将其与钢架焊接牢固，并灌注砂浆增强抗弯能力，保证钢架的稳定性。
作为本发明的一种改进，在喷射混凝土过程中先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使以上两部分平顺连接起来；同时喷头沿水平方向以螺旋形划圈移动，且喷头与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离为1.5～2.0m。
本发明具备以下有益效果：
本发明在开挖过程中对于Ⅴ级围岩加强模筑衬砌断面遵循“短进尺”的原则，可以减少衬砌断面的土质松动和掉落；
而且洞口段为保证施工安全及拱墙的质量，开挖时预留变形量为10～15cm，可以抵消由于松散或碎裂的土质带来的变形影响；
另外在开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管支护以及架立钢架，最后复喷混凝土至设计厚度，可以有效避免由于松散或碎裂的土质在开挖后大幅掉落而影响洞的质量。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明Ⅴ级围岩土质的隧道斜井施工方法中的超前小导管支护截面图；
图2为本发明Ⅴ级围岩土质的隧道斜井施工方法中的小导管架设位置图；
图3为图2中小导管的结构图。
附图标记说明：10、小导管，11、前端，12、溢浆孔；20、钢架；30、混凝土。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、内、外、顶、底等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
此外，术语“包括”、“包含”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种Ⅴ级围岩土质的隧道斜井施工方法，其包括：开挖斜井洞口的截水天沟，斜井边坡防护，斜井洞身开挖；其中，所述截水天沟采用C25混凝土浇筑，且截水天沟的内侧面及底面为无蜂窝麻面；所述斜井边坡防护采用柔性主动防护网和喷锚防护，喷锚的锚杆为Φ22砂浆锚杆，锚杆长度为3m，且锚杆采用梅花形布置方式，梅花形布置间距为1.5*1.5m。。
在本实施例中，所述斜井洞身开挖过程如下：
洞口处拱墙施工；
开挖洞口段，洞口段为保证施工安全及拱墙的质量，开挖时预留变形量为10～15cm，洞口段采用短台阶法并利用人工机械开挖，循环进尺控制在一榀拱架间距，对于Ⅴ级围岩加强模筑衬砌断面遵循“短进尺”的原则，在开挖过程中遇到石方时采用减弱松动爆破进行开挖并严格控制炮眼深度及药量；
开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管支护以及架立钢架，最后复喷混凝土至设计厚度。其中所述底层混凝土为4cm厚的C25混凝土。
从上可知，由于Ⅴ级围岩土质一般较为松散或碎裂，本发明在开挖过程中对于Ⅴ级围岩加强模筑衬砌断面遵循“短进尺”的原则，可以减少衬砌断面的土质松动和掉落；而且洞口段为保证施工安全及拱墙的质量，开挖时预留变形量为10～15cm，可以抵消由于松散或碎裂的土质带来的变形影响；另外在开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管支护以及架立钢架，最后复喷混凝土至设计厚度，可以有效避免由于松散或碎裂的土质在开挖后大幅掉落而影响洞的质量。
请参考图1至图3，本发明在上述基础上作进一步改进，具体地，所述“开挖后找顶并先初喷射底层混凝土，然后施作锚杆、超前小导管10支护以及架立钢架20，最后复喷混凝土30至设计厚度”的具体过程如下：
1、开挖后用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制混凝土30厚度的标志钉,初喷4cm厚C25混凝土30，如果工作面有滴水或淋水状，则钻孔埋管做好引排水工作。
2、施作系统锚杆并挂设钢筋网，其中，所述系统锚杆采用Φ22药卷锚杆，系统锚杆长度为3m，系统锚杆呈梅花形布置且系统锚杆之间间距为1.2m×0.8m，径向施作；所述钢筋网为φ8的钢筋焊接而成，网格尺寸为20cm×20cm，钢筋网在初喷后随受喷面的起伏铺设，其保护层厚度不小于4cm，钢筋网片搭接不小于一个网格，钢筋网与锚杆体牢固连接。
3、施工超前小导管10支护；在本实施例中，所述施工超前小导管10支护包括以下步骤：钻孔、小导管10顶进和注浆小导管10；钻孔：在开挖面钻小导管10的插孔，插孔的仰角为10°～15°，小导管10之间的环向间距为1根/40cm，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，钻孔后，用风管将插孔内的碎渣吹出，避免塌孔；小导管10顶进：将小导管10上的箍筋与注浆管固定连接，将麻丝缠绕在小导管10尾部外壁上而成纺锥状并用胶带缠紧麻丝，使得小导管10与插孔相紧贴，开动钻机，利用钻机的冲击力将小导管10顶入围岩中，直到小导管10的90％以上长度进入钻孔内；注浆小导管10：采用XDY70(D)全液压双液注浆泵对小导管10进行注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，当注浆量达到设计注浆量且注浆压力达到设计终压时并稳定10～15min，可结束注浆。
其中，所述小导管10的具体结构为：小导管10的长度为345cm～450cm，小导管10的前端11做成尖锥形，尾部焊接有箍筋，小导管10的管壁上每间隔20～30cm设有一对位于小导管10同一直径两端的溢浆孔12，并且相邻的一对溢浆孔12呈十字形交错布置，溢浆孔12的直径为6mm，尾部长度留不小于30cm作为不钻溢浆孔12的止浆段，小导管10的外径为42mm、厚度为3.5m。
4、安装斜井钢架20，在掌子面开挖初喷完成后可进行安装，各节钢架20在掌子面通过连接板以及螺栓螺母相互连接，且钢架20上的连接板应紧密贴合，在底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架20全环封闭，钢架20落底接长在单边交错进行，每次单边接长钢架201～2排，在软弱地层可同时落底接长钢架20以及通过垫板用螺栓将接长钢架20和上部钢架20牢固连接。与此同时，为保证各节钢架20在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架20底脚下的虚碴及杂物，同时每侧安设锁脚锚杆将各节钢架20锁定。其中所述锁脚锚杆采用Φ25药卷锚杆，锁脚锚杆紧靠钢架20以15°角斜向下打入岩层，采用钢筋将其与钢架20焊接牢固，并灌注砂浆增强抗弯能力，保证钢架20的稳定性。
5、架立钢架20后进行喷射混凝土30作业，以使钢架20与混凝土30共同受力，喷射混凝土30采用分段喷射且自下而上进行的方式，并先喷钢架20与壁面间的混凝土30，再喷两钢架20之间的混凝土30，同时先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚不密实，而造成强度不够以及拱脚失稳。另外在喷射混凝土30过程中先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使以上两部分平顺连接起来；同时喷头沿水平方向以螺旋形划圈移动，且喷头与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离为1.5～2.0m；这样可以保证喷射混凝土30表面大面积平整并成湿润光泽，且无干斑或滑移流淌现象。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
