一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法 |
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| 申请号 | CN202211098484.9 | 申请日 | 2022-09-08 | 公开(公告)号 | CN115573346A | 公开(公告)日 | 2023-01-06 |
| 申请人 | 中铁四局集团第二工程有限公司; 中铁四局集团有限公司; | 发明人 | 徐博; 杨忠超; 王维; 彭波; 狄鹏; 孟渊; 邹正家; 刘明建; 徐金国; 张虎权; 陈磊; 陶玉堂; | ||||
| 摘要 | 公开一种隧道内施作拱 桥跨 越障碍物时的基坑开挖方法，包括以下步骤：在开挖台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第一层，施作 支撑 结构和初期支护；在开挖第n+1层前，判断该层是否为基岩；若否，则在第n层台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，等待注浆稳定后再开挖第n+1层；在挖完第n+1层后，施作初期支护；在挖完第2m+1层后，若第2m+1层不是基岩，则在第2m+1层施作支撑结构；沿隧道延伸方向从两端向中间开挖，同一时刻两端中仅有一端处于开挖状态；从上而下依次开挖各层，沿延伸方向的长度逐渐缩短，各层的中间轮廓形成拱形。本 说明书 提供的基坑开挖方法，能解决隧道内基坑开挖过程中施工工序干扰、安全控制难度大、工期长的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法技术领域背景技术[0002] 溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间。当隧道不可避免地经过溶洞时，该地质现象会弱化周围的围岩，进而影响隧道施工的进度和安全。 [0003] 对于比较小的溶洞，隧道跨越时常常会采取回填的方式进行处理；对于比较大的溶洞，可以采用拱隧一体的结构进行穿越。由于隧道内的工作空间有限，为保证拱桥的施工具有足够的作业空间，常常需要先进行拱桥基础的开挖，然后再进行拱桥的施工。在对拱桥的基础进行开挖时，由于施工位置位于隧道内部，常常存在着施工空间不足、施工工序互相干扰、施工安全控制难度大和工期长等困难。发明内容 [0004] 鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，能够解决隧道内基坑开挖过程中有限空间施工工序干扰、安全控制难度大、工期长的问题。 [0005] 为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，包括以下步骤： [0006] 在开挖台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第一层，施作支撑结构和第一层初期支护； [0007] 在开挖第n+1层前，判断第n+1层是否为基岩；若否，则在第n层台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，等待注浆稳定后再开挖第n+1层；若是，则直接开挖第n+1层；其中，n依次取值1、2、3、4、5、6； [0008] 在挖完第n+1层后，施作第n+1层初期支护； [0009] 在挖完第2m+1层后，若第2m+1层不是基岩，则在第2m+1层施作支撑结构；若第2m+1层是基岩，则不施作支撑结构；其中，m依次取值1、2、3； [0010] 在开挖每一层时，沿隧道的延伸方向从两端向中间开挖，且同一时刻所述两端中仅有一端处于开挖状态； [0011] 从上而下依次开挖第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六层和第七层，所述第一层至所述第七层沿所述延伸方向的长度逐渐缩短，且各层的中间轮廓形成拱形。 [0012] 作为一种优选的实施方式，在开挖每一层时，一次开挖间距小于或等于3m；每一层的开挖高度小于或等于3m，位于回填体部分采用机械开挖，位于岩体部分采用控制爆破。 [0014] 作为一种优选的实施方式，所述初期支护包括以下步骤： [0016] 在所述基坑侧壁架立钢架，设置锁脚锚管并向所述锁脚锚管内注浆； [0017] 对所述基坑侧壁复喷混凝土至预定厚度。 [0018] 作为一种优选的实施方式，所述进行注浆加固的步骤中，注浆的方向为径向注浆。 [0019] 作为一种优选的实施方式，所述进行注浆加固的步骤中，非基岩范围内采用第二钢花管，基岩范围内采用砂浆锚杆。 [0020] 作为一种优选的实施方式，所述进行注浆加固的步骤中，采用的浆液包括水泥黏土浆，所述水泥黏土浆的水固比为3:1～1:1，水泥:黏土的比例为1:1～1:4，所述水泥中的粉煤灰掺量为20～60％，所述水泥中的水玻璃掺量为3～8％。 [0022] 作为一种优选的实施方式，在所述在开挖台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆的步骤前，对所述隧道的拱部采用全长粘结锚索进行加固。 [0023] 作为一种优选的实施方式，所述第一层至所述第五层的侧壁围岩为虚渣，所述第六层和所述第七层的侧壁围岩为基岩。 [0024] 有益效果： [0025] 本实施方式所提供的隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，在开挖每一层时，沿隧道的延伸方向从两端向中间开挖，并从上而下依次开挖第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六层和第七层，第一层至第七层沿延伸方向的长度逐渐缩短，且各层的中间轮廓形成拱形，能有效加快施工进度并方便后续拱桥施工，减小后续拱桥施工的困难，缩短施工的工期。 [0026] 为了保证施工工序不互相干扰，本基坑开挖方法保证同一时刻每一层的两端中仅有一端处于开挖状态，即两端的开挖隔开一定时间，先开挖一端，等待该端下接钢架或施作其它工序时再开挖另一端，保证有一台电动葫芦在运渣工作，另一台电动葫芦辅助吊装材料等其它作业，有效避免了因施工空间有限而造成的施工工序干扰问题。 [0029] 针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。 [0030] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。 附图说明[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。 [0032] 图1为本实施方式中所提供的一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法的步骤流程图； [0033] 图2为采用本实施方式提供的基坑开挖方法开挖的基坑的纵剖面图； [0034] 图3为采用本实施方式提供的基坑开挖方法开挖的基坑的横剖面图。 [0035] 附图标记说明： [0036] 1、第一层；2、第二层；3、第三层；4、第四层；5、第五层；6、第六层；7、第七层；8、内轨顶面；9、挖掘机；10、支撑结构；11、道床顶面；12、第一钢花管；13、锁脚锚管；14、砂浆锚杆；15、第二钢花管。 具体实施方式[0037] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0038] 需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。 [0039] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0040] 请参阅图1至图3。本申请实施方式提供一种隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，包括以下步骤： [0041] 在开挖台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第一层1，施作支撑结构10和第一层初期支护；从上而下依次开挖第一层1、第二层2、第三层3、第四层4、第五层5、第六层6和第七层7。 [0042] 其中，如图1所示，在开挖第n+1层前，判断第n+1层是否为基岩；若否，则在第n层台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，等待注浆稳定后再开挖第n+1层；若是，则直接开挖第n+1层；其中，n依次取值1、2、3、4、5、6。在挖完第n+1层后，施作第n+1层初期支护。 [0043] 另外，在挖完第2m+1层后，若第2m+1层不是基岩，则在第2m+1层施作支撑结构10；若第2m+1层是基岩，则不施作支撑结构10；其中，m依次取值1、2、3。所述支撑结构10可以包括钢围檩和钢支撑。本申请中在第一层1、第三层3和第五层5设置了支撑结构10，这是通过计算得来的。若每一层都设置支撑结构10会导致缺少机械开挖和出渣的空间，而第六层6和第七层7由于侧壁围岩是基岩，因此无需设置支撑结构10。支撑结构10在初期支护后进行设置。 [0044] 在开挖每一层时，沿隧道的延伸方向从两端向中间开挖，且同一时刻所述两端中仅有一端处于开挖状态。所述第一层1至所述第七层7沿所述延伸方向的长度逐渐缩短，且各层的中间轮廓形成拱形。 [0045] 本实施方式所提供的隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，在开挖每一层时，沿隧道的延伸方向从两端向中间开挖，并从上而下依次开挖第一层1、第二层2、第三层3、第四层4、第五层5、第六层6和第七层7，第一层1至第七层7沿延伸方向的长度逐渐缩短，且各层的中间轮廓形成拱形，能有效加快施工进度并方便后续拱桥施工，减小后续拱桥施工的困难，缩短施工的工期。 [0046] 为了保证施工工序不互相干扰，本基坑开挖方法保证同一时刻每一层的两端中仅有一端处于开挖状态，即两端的开挖隔开一定时间，先开挖一端，等待该端下接钢架或施作其它工序时再开挖另一端，保证有一台电动葫芦在运渣工作，另一台电动葫芦辅助吊装材料等其它作业，有效避免了因施工空间有限而造成的施工工序干扰问题。如图2所示，第七层7上有两台挖掘机9，其中一台可以运输开挖基坑的弃渣，另一台用于运输初期支护等其它作业的材料。 [0047] 为了保证施工中的安全，本基坑开挖方法在开挖前是做超前支护并注浆，且每开挖一层都施作初期支护，稳定后再开挖下一层，能够有效控制施工难度，降低施工风险，保障施工安全。 [0048] 在本实施方式中，在所述在开挖台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆的步骤前，也即在基坑开挖前，可以先在隧道底部设置临时横撑。临时横撑可以使用I20b型钢，间隔2榀钢架设置，待第一层1的支撑结构10施作完成后可根据实际情况拆除临时横撑。如图2所示，第一层1位于隧道的内轨顶面8下方。进一步地，如图3所示，第一层1位于隧道的道床顶面11下方。 [0049] 在开挖每一层时，一次开挖间距小于或等于3m，以保证施工安全。每一层的开挖高度小于或等于3m。位于回填体部分采用机械开挖，必要时采用弱爆破开挖；位于岩体部分采用控制爆破，采取机械化作业能有效提高施工进度，缩短施工工期。 [0050] 在本实施方式中，所述超前支护采用向下插入虚渣内的第一钢花管12。所述第一钢花管12与竖直方向的夹角为3～10°。具体的，斜向10°往溶洞范围开挖台阶脚位置施作超前支护并注浆，超前支护采用多根Ф42钢花管，第一钢花管12的长度可以为4.5m，相邻第一钢花管12之间的间距可以为0.3m，第一钢花管12的直径可以为42mm。 [0051] 具体的，所述第一层1至所述第五层5的侧壁围岩为虚渣，所述第六层6和所述第七层7的侧壁围岩为基岩。因此，所述第一层1至所述第五层5的侧壁可以采用超前支护，所述第六层6和所述第七层7的侧壁无需设置超前支护。 [0052] 在本实施方式中，所述初期支护可以包括以下步骤： [0053] 步骤S101：对基坑侧壁初喷混凝土、铺设钢筋网、并进行注浆加固； [0054] 步骤S102：在所述基坑侧壁架立钢架，设置锁脚锚管13并向所述锁脚锚管13内注浆； [0055] 步骤S103：对所述基坑侧壁复喷混凝土至预定厚度。 [0056] 其中，步骤S101中，初喷混凝土的厚度可以为3～5cm。例如，可以初喷4cm厚的C25喷射混凝土。铺设的钢筋网可以采用φ8钢筋，网格间距为20cm×20cm，网片搭接长度为至少一个网格。 [0057] 所述进行注浆加固的步骤中，注浆的方向为径向注浆。所述进行注浆加固的步骤中，非基岩范围内采用第二钢花管15，基岩范围内采用砂浆锚杆14。此处第二钢花管15的直径可以为76mm，第二钢花管15的长度可以为9m，第二钢花管15的纵向间距可以为1.2m，第二钢花管15的环向间距可以为1.2m。砂浆锚杆14的直径可以为32mm，砂浆锚杆14的长度可以为4m，砂浆锚杆14的纵向间距可以为1.2m，砂浆锚杆14的环向间距可以为1.2m。也即，所述第一层1至所述第五层5的侧壁采用Ф76钢花管径向注浆加固，所述第六层6和所述第七层7的侧壁采用Ф32砂浆锚杆14径向注浆加固。 [0058] 步骤S101中，所述进行注浆加固的步骤中，为了加强注浆效果，采用的浆液主要为水泥黏土浆。所述水泥黏土浆的水固比为3:1～1:1，水泥:黏土的比例为1:1～1:4，所述水泥中的粉煤灰掺量为20～60％，所述水泥中的水玻璃掺量为3～8％。注浆方式为间歇性注浆，并间歇在浆液中加入速凝剂。 [0059] 其中，步骤S102中，在所述基坑侧壁架立的钢架可以为I25型钢。针对第一层1至第五层5，设置的锁脚锚管13的直径可以为42mm，针对第六层6和第七层7，设置的锁脚锚管13的直径可以为76mm。锁脚锚管13的长度可以为6m。第二钢花管15与锁脚锚管13应与该钢架连接紧密，形成稳固整体。 [0060] 步骤S103中，复喷混凝土的强度可以为C25。在本实施方式中，初期支护为对每一层的侧面进行的支护。 [0061] 在本实施方式中，为了保证施工中的安全，在所述在开挖台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆的步骤前，也即在基坑开挖前，对所述隧道的拱部采用全长粘结锚索进行加固。 [0062] 本发明的第一层1至第七层7形成了多个台阶状的工作面，能够为后续拱桥的施工提供便利，减小其施工困难。由两头向中间开挖拱桥的拱脚部分，且在开挖一端时，对另一端进行支护，不仅能够避免因施工空间有限而造成的施工工序干扰问题，而且能够提高工作效率，合理安排了施工空间和施工工序。 [0063] 在一种具体的应用场景中，本申请实施方式提供的隧道内施作拱桥跨越障碍物时的基坑开挖方法，包括以下步骤： [0064] 步骤一、先于隧底设置临时横撑，并于开挖台阶脚位置往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第一层1，施作支撑结构10和第一层初期支护。 [0065] 步骤二、在第一层1的台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第二层2，施作第二层初期支护。 [0066] 步骤三、在第二层2的台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第三层3并施作第三层初期支护，再施作支撑结构10。 [0067] 步骤四、在第三层3的台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第四层4并施作第四层初期支护。 [0068] 步骤五、在第四层4的台阶脚往溶洞范围施作超前支护并注浆，稳定后开挖第五层5并施作第五层初期支护，再施作支撑结构10。 [0069] 步骤六、开挖第六层6并施作第六层初期支护。 [0070] 步骤七、开挖第七层7并施作第七层初期支护。 [0071] 此后，台阶底部支撑封闭，并回填混凝土至设计高度。根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，再施作拱座基础，开展后续的拱桥施工。 [0072] 需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 [0073] 本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、 43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。 [0074] 除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。 [0075] 披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。 [0076] 多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。 |
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