一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法。
背景技术
随着我国城市化进程不断加快，城市轨道交通（地铁）建设进入迅速发展时期，常用的城市地下施工方法主要有明挖法、暗挖法、顶管法、矿山法等施工方法。但由于地铁车站主要位于主城区，主城区道路交通繁忙，地下管线交错纵横，明挖法对地面交通和地下管线影响较大，一般不适用于主城区隧道工程建设；顶管法对地下道路线性要求较高，对于埋深浅的工程适用性差；矿山法适用于埋深大，施工场所位于岩层中的隧道工程。暗挖法可以克服以上方法的不足，具有施工灵活，适用范围广的特点。
但采用常规暗挖法无法适用于降雨多的地段暗挖隧道施工，由于暗挖隧道近距离横穿通信管线、给水管线、污水管线、电力管线、雨水管线以及管线检修井，另有雨水箱涵横穿隧道上方，其距暗挖断面距离较短，受潮汐影响，地下水日变化量大，对暗挖施工过程控制要求高，隧道结构复杂，给施工带来极大的考验。
基于上述缘由，亟需一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工工法，在施工过程中确保开挖围岩稳定和上方浅覆土内的管线安全。
发明内容
本发明提供一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法，以解决上述现有方法存在的问题，解决主城区内浅埋大断面暗挖矩形隧道施工难题。
本发明的技术方案是：一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法，其主要施工步骤如下：
S1：暗挖段隧道采用CRD法施工，施工前对暗挖区域进行全面降水处理，将地下水位降至基坑开挖面以下0.5m；
S2：地表破碎岩层注浆加固，防止开挖施工过程中引起周边地面变形破坏，具体过程包括（1）钻孔定位：现场清理完毕后，根据复核过的控制点，测设定位轴线进行桩位放样，样桩尺寸应符合设计施工要求，允许偏差控制在10mm以内；（2）钻机就位：钻机进场调试完成后，安装就位，精心调平，并支撑牢固，确保施工中不发生倾斜，移位；（3）钻机钻进：钻机就位，调平设备，进行钻进，钻进到位后，安装钢管，钢管加工由加工厂内加工完毕后，运输到现场进行安装；（4）清孔：注浆前先冲洗无缝钢管内杂物，再将注浆管插入孔底；（5）注浆：由下往上顺序注浆，直至浆液从无缝钢管顶口流出浓浆为止；
S3：采用超前大管棚、超前注浆小导管进行超前支护；
S4：暗挖段在开挖或分部开挖完成后立即进行初喷，及时封闭围岩暴露面，型钢拱架、锚杆和钢筋网支护与开挖循环进尺协同进行；
S5：待型钢拱架、锚杆和钢筋网支护完成后及时复喷混凝土；
S6：初期支护后及时对拱背空隙进行注浆，防止拱部留有空隙，使支护与围岩分析。
方案进一步地，上述步骤S1中，出入口降水采用大口径管井降水，在基坑内井点按8～12m间距设置，井管直径为0.8m，降水井钢管插入深度低于基坑底不小于5m。
方案进一步地，上述步骤S2中，注浆范围为开挖轮廓线外2m，注浆工艺采用袖阀管注浆加固，旋喷桩内插Φ108钢管，钢管深入到基底下2m，注浆加固采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比1：1，注浆压力1.0 MPa-2.0 MPa。
方案进一步地，上述步骤S3中，超前大管棚的施工过程包括（1）测量放线；（2）休整管棚操作平台；（3）钻机就位进行钻孔，根据地质条件和施工条件，采用一台潜孔钻机进行作业，施工顺序根据基坑开挖顺序进行施工；（4）顶进管棚，为使钢管接头错开，加工钢管时将钢管进行钢节编号，下管时，当孔壁不易坍塌时，采用直接撞击法将导管撞击至设计位置，当孔壁容易坍塌时，用导管与钻头同时钻进的方法；（5）综合检查合格后进行注浆，注浆完成后进行检测，采用一次全钻孔注浆，管棚注浆达到浆液扩散半径不小于0.5m，根据岩石情况选定注浆方式，注浆采用水泥浆，水泥浆水灰比1：1，注浆压力：初压0.5～1MPa，终压2MPa，注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况进行调整。
方案进一步地，上述步骤S3中，超前注浆小导管的施工过程包括（1）测量导管孔位，暗挖段拱部范围内设计超前注浆小导管，环向间距30cm，小导管外倾角10～15°，纵向水平搭接长度1m，注浆管一端做成锥头，另一端焊上铁箍；（2）钻孔，在距离铁箍1.0m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔150mm，呈梅花型布设，孔位互成90°，孔径8mm，可直接采用风钻顶进；（3）安设导管，用风钻将小导管顶入，导管尾端外露足够长度，尾部与钢架焊接在一起；（4）喷射混凝土封闭注浆面；（5）导管注浆，注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力拟定0.4～0.6MPa。
方案进一步地，上述步骤S4中，型钢拱架的施工过程是（1）断面检查和测量定位，型钢拱架根据设计断面不同而异；（2）钢支撑拼装、架立就位、锚杆锁定，初支钢架采用I20a工字型钢，临时竖撑及临时仰拱采用I18工字型钢，间距0.5m，相邻两榀钢架间均采用Φ20钢筋连接，连接筋环向间距0.5m，两拱脚处和两边墙脚处预留安装钢架槽钢凹槽确保拱脚落实，初喷混凝土时，在凹槽处打入木楔，为架设钢架留出连接板或槽钢位置，为增强钢架的整体稳定性，将钢架与锚杆焊接在一起；（3）设置纵向连接钢筋、安设钢筋网，纵向每榀型钢拱架之间用φ8@200双层钢筋网连接，内外层交互布置，连接筋应与钢架焊接牢固；（4）喷混凝土固定，钢架架立后尽快喷锚作业，喷射顺序应从下向上对称进行，先喷射钢架与围岩间的空隙，后喷射钢架与钢架间的混凝土，并将钢架全部覆盖，其保护层厚度不得小于40mm，使钢架与喷锚共同受力，喷锚分层进行，每层厚度50～60mm左右，先从拱脚或墙脚处向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚或墙脚不密实，造成强度不够，拱脚或墙脚失稳。
方案进一步地，上述初期支护中喷射混凝土采用强度等级C25混凝土，厚度300mm，采用湿喷法施工，喷射用混凝土由搅拌站现场拌制，运输至工作面，通过湿喷机进行喷锚施工，喷射顺序按由下而上先边墙、后拱脚、最后拱顶，喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，有较大凹洼处，先喷射填平，喷嘴与岩面垂直，距受喷面1.5～2.0m。开挖后及时初喷，出碴后及时复喷；复喷混凝土在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变化，钢架间用混凝土喷平，并有足够的保护层，喷射混凝土分段、分片由下而上顺序进行，复喷混凝土时，先喷钢架支撑与拱墙壁间混凝土，后喷两拱架之间混凝土。
方案进一步地，上述步骤S6中，拱背注浆，即初期支护施工时，拱部边墙预埋Ф32mm钢焊接作为注浆管，注浆管管长根据衬砌设计要求，一般0.8埋设一排，每排环向间距1m，初期支护封闭成环后，及时用注浆泵压注1：1水泥砂浆，充填初衬背后孔隙。
本发明的优点是：本发明提出了一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工工法，采取分部开挖、增设临时仰拱、超前大管棚和小导管注浆加固的方法施工，控制了隧道围岩及地表变形，解决了浅埋大断面暗挖矩形隧道围岩变形控制难的问题，为浅埋大断面暗挖矩形隧道施工提供了有效的安全保障。
附图说明
图1是本发明一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法的地表注浆加固施工工艺流程图；
图2是本发明一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法的超前大管棚施工工艺流程图；
图3是本发明一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法的超前注浆小导管施工工艺流程图；
图4是本发明一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法的型钢拱架施工工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做清楚完整的描述，以使本领域的技术人员在不需要作出创造性劳动的条件下，能够充分实施本发明。
本发明的具体实施方式是：如图1-4所示，一种浅埋大断面暗挖矩形隧道施工方法，其主要施工步骤如下：
S1：暗挖段隧道采用CRD法施工，施工前对暗挖区域进行全面降水处理，将地下水位降至基坑开挖面以下0.5m；
S2：地表破碎岩层注浆加固，防止开挖施工过程中引起周边地面变形破坏，具体过程包括（1）钻孔定位：现场清理完毕后，根据复核过的控制点，测设定位轴线进行桩位放样，样桩尺寸应符合设计施工要求，允许偏差控制在10mm以内；（2）钻机就位：钻机进场调试完成后，安装就位，精心调平，并支撑牢固，确保施工中不发生倾斜，移位；（3）钻机钻进：钻机就位，调平设备，进行钻进，钻进到位后，安装钢管，钢管加工由加工厂内加工完毕后，运输到现场进行安装，无缝钢管两端应加工15cm长的丝扣，在钢管上每隔10cm加工A10mm的泄浆孔，成梅花型布置，按照桩长情况，为了使相邻两桩在同一垂直面上的接头不超过总管数的50%；（4）清孔：注浆前先冲洗无缝钢管内杂物，再将注浆管插入孔底；（5）注浆：由下往上顺序注浆，直至浆液从无缝钢管顶口流出浓浆为止；
S3：采用超前大管棚、超前注浆小导管进行超前支护；
S4：暗挖段在开挖或分部开挖完成后立即进行初喷，及时封闭围岩暴露面，型钢拱架、锚杆和钢筋网支护与开挖循环进尺协同进行；
S5：待型钢拱架、锚杆和钢筋网支护完成后及时复喷混凝土；
S6：初期支护后及时对拱背空隙进行注浆，防止拱部留有空隙，使支护与围岩分析。
本发明进一步地，上述步骤S1中，出入口降水采用大口径管井降水，在基坑内井点按8～12m间距设置，井管直径为0.8m，降水井钢管插入深度低于基坑底不小于5m。
本发明进一步地，上述步骤S2中，注浆范围为开挖轮廓线外2m，注浆工艺采用袖阀管注浆加固，旋喷桩内插Φ108钢管，钢管深入到基底下2m，注浆加固采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比1：1，注浆压力1.0 MPa-2.0 MPa。
本发明进一步地，上述步骤S3中，超前大管棚的施工过程包括（1）测量放线；（2）休整管棚操作平台，大管棚采用Ф108mm热轧无缝钢管，壁厚9mm，节长4m或6m，倾角向上＜2°，钢管管壁四周钻Ф10-16mm注浆孔，钻孔沿管壁间隔150mm，呈梅花型布设，孔位互成90°，尾部预留1.5m的无孔止浆段；管中增设钢筋笼，以提高导管的抗弯能力，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，大管棚环向间距40cm；（3）钻机就位进行钻孔，根据地质条件和施工条件，采用一台潜孔钻机进行作业，施工顺序根据基坑开挖顺序进行施工，钻孔时钻机距工作面距离一般情况下不少于2m，同时钻孔以风动潜孔冲击钻进法为主，辅以合金管钻，钻孔直径150mm，环向间距40cm，用φ108mm岩芯管进行扫孔，岩芯管长度不小于3m为宜，同时借助高压空气吹洗，直到孔内清扫干净，φ108mm钢管管壁打孔，孔径为10-16mm，孔间距150mm，呈梅花型布设，孔位互成90°，导管尾部留不钻孔的止浆段；（4）顶进管棚，为使钢管接头错开，加工钢管时将钢管进行钢节编号，下管时，当孔壁不易坍塌时，采用直接撞击法将导管撞击至设计位置，当孔壁容易坍塌时，用导管与钻头同时钻进的方法，为使钢管接头错开，为方便施工编号为奇数的第一节管采用4m管，编号为偶数的第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管，如钢管顶进遇到故障，顶不进时，查清原因，必要时重新扫孔后再将钢管顶进；（5）综合检查合格后进行注浆，注浆完成后进行检测，采用一次全钻孔注浆，管棚注浆达到浆液扩散半径不小于0.5m，根据岩石情况选定注浆方式，注浆采用水泥浆，水泥浆水灰比1：1，注浆压力：初压0.5～1MPa，终压2MPa，注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况进行调整，如地下水较大，可采用水泥-水玻璃浆液。注浆前将管棚钢管口用10mm钢板做出钢管堵头，与管棚钢管口焊接，堵头口烧孔焊接注浆管，注浆管丝扣上安装注浆阀门。在钢花管中沿管壁安设φ15mm的塑料硬管至孔底，在管口（外端）处与注浆管上焊接钢管，作为排气孔（安设注浆阀门）。注浆采用从孔口一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浆液流出，进行终压注浆，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止。后闭其阀门。
本发明进一步地，上述步骤S3中，超前注浆小导管的施工过程包括（1）测量导管孔位，暗挖段拱部范围内设计超前注浆小导管，环向间距30cm，小导管外倾角10～15°，纵向水平搭接长度1m，注浆管一端做成锥头，另一端焊上铁箍；（2）钻孔，在距离铁箍1.0m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔150mm，呈梅花型布设，孔位互成90°，孔径8mm，可直接采用风钻顶进；（3）安设导管，用风钻将小导管顶入，导管尾端外露足够长度，尾部与钢架焊接在一起；（4）喷射混凝土封闭注浆面；（5）导管注浆，注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力拟定0.4～0.6MPa。
本发明进一步地，上述步骤S4中，型钢拱架的施工过程是（1）断面检查和测量定位，型钢拱架根据设计断面不同而异；（2）钢支撑拼装、架立就位、锚杆锁定，初支钢架采用I20a工字型钢，临时竖撑及临时仰拱采用I18工字型钢，间距0.5m，相邻两榀钢架间均采用Φ20钢筋连接，连接筋环向间距0.5m，两拱脚处和两边墙脚处预留安装钢架槽钢凹槽确保拱脚落实，初喷混凝土时，在凹槽处打入木楔，为架设钢架留出连接板或槽钢位置，为增强钢架的整体稳定性，将钢架与锚杆焊接在一起；（3）设置纵向连接钢筋、安设钢筋网，纵向每榀型钢拱架之间用φ8@200双层钢筋网连接，内外层交互布置，连接筋应与钢架焊接牢固；（4）喷混凝土固定，钢架架立后尽快喷锚作业，喷射顺序应从下向上对称进行，先喷射钢架与围岩间的空隙，后喷射钢架与钢架间的混凝土，并将钢架全部覆盖，其保护层厚度不得小于40mm，使钢架与喷锚共同受力，喷锚分层进行，每层厚度50～60mm左右，先从拱脚或墙脚处向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚或墙脚不密实，造成强度不够，拱脚或墙脚失稳。
本发明进一步地，上述初期支护中喷射混凝土采用强度等级C25混凝土，厚度300mm，采用湿喷法施工，喷射用混凝土由搅拌站现场拌制，运输至工作面，通过湿喷机进行喷锚施工，喷射顺序按由下而上先边墙、后拱脚、最后拱顶，喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，有较大凹洼处，先喷射填平，喷嘴与岩面垂直，距受喷面1.5～2.0m。开挖后及时初喷，出碴后及时复喷；复喷混凝土在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变化，钢架间用混凝土喷平，并有足够的保护层，喷射混凝土分段、分片由下而上顺序进行，复喷混凝土时，先喷钢架支撑与拱墙壁间混凝土，后喷两拱架之间混凝土。
本发明进一步地，上述步骤S6中，拱背注浆，即初期支护施工时，拱部边墙预埋Ф32mm钢焊接作为注浆管，注浆管管长根据衬砌设计要求，一般0.8埋设一排，每排环向间距1m，初期支护封闭成环后，及时用注浆泵压注1：1水泥砂浆，充填初衬背后孔隙。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述，需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
