一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法.pdf

1、10申请公布号CN103628888A43申请公布日20140312CN103628888A21申请号201310628201122申请日20131128E21D9/00200601E21D11/1020060171申请人中铁十三局集团有限公司地址300300天津市东丽区空港经济区环河北路80号空港商务园E6栋30272发明人赵旭鹏李素清张学文王平王锋刘绍石李子明74专利代理机构天津盛理知识产权代理有限公司12209代理人董一宁54发明名称一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法57摘要一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，包括如下步骤利用隧道下部双侧壁超前导洞进行超前降水，对隧道

2、施工砂层进行降水固结；分部开挖，架立型钢钢架下部导洞采用上下台阶预留核心土法开挖，纵向架立型钢钢架，正洞初支钢架全环分多个单元，单元间用钢板作为法兰，并采用高强螺栓连接；在钢架连接板上固接锁口锚管，锚管与钢架焊接，锚管内灌注砂浆；在钢架连接板处固接纵向连接槽钢；钢架间纵向连接钢筋采用“Z”字型布设；开挖完成后及时向初支背后压注水泥单液浆，对扰动砂层进行注浆固结。本发明可提高围岩的自承能力，从而确保施工安全。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图5页10申请公布号CN103628888ACN103628888A1

3、/1页21一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于包括如下步骤利用隧道下部双侧壁超前导洞进行超前降水，对隧道施工砂层进行降水固结；分部开挖，架立型钢钢架下部导洞采用上下台阶预留核心土法开挖，纵向架立型钢钢架，正洞初支钢架全环分多个单元，单元间用钢板作为法兰，并采用高强螺栓连接；在钢架连接板上固接锁口锚管，锚管与钢架焊接，锚管内灌注砂浆；在钢架连接板处固接纵向连接槽钢；钢架间纵向连接钢筋采用“Z”字型布设；超前注浆预先固结上半断面超前小导管隔孔压注HCH高分子水胶固结浆液，对掌子面前方砂层进行预先固结；回填灌浆补充固结上部初支钢架全部支立完成，滞后上断面掌子面及时对初支背后进行回

4、填灌浆，回填注浆管内注入水灰比为11的单液水泥浆，对施工扰动砂层进行补充固结。2根据权利要求1所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述超前降排水的施工过程为在隧道正洞下部超前施工双侧壁导洞，沿着导洞下台阶掌子面及边墙分别打设多根降水管，这些降水管通过集水总管上的多根分支管与真空泵连接，真空泵将水排至工作面集水箱内，分段引排至正洞集水坑，最后集中抽排至洞外。3根据权利要求1所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述型钢钢架采用25型钢钢架。4根据权利要求1所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述上半断面超前小导管环向间距

5、10CM，注浆压力为12MPA。5根据权利要求1所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述回填注浆管环向间距为1M，注浆压力为12MPA。6根据权利要求2所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述降水管采用32MMPPR管，其长度L4M，其管头对称制有进水孔，梅花型布置。7根据权利要求2所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述降水管管头外部包裹100目双层钢丝滤网。8根据权利要求2所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述集水总管采用80MM钢管，总管长4M，其上设置10根分支管，分支管之间的间距

6、为04M，分支节上安装球形闸阀。9根据权利要求2所述的一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于上述分支管采用32MM钢管，分支管节长30CM。权利要求书CN103628888A1/3页3一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法技术领域0001本发明属于隧道工程施工方法，特别涉及一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法。背景技术0002富水饱和粉细砂地层的地质情况决定了隧道施工的特殊性，目前国内在富水饱和粉细砂地层中修建隧道尚属罕见，并无相应施工经验可以借鉴。0003在富水饱和粉细砂地层中修建隧道，常规做法是采用分部开挖，加强初期支护钢架刚度，开挖前先沿环向打设超前小导管

7、进行注浆预加固，然后再进行开挖。然而由于未经开挖扰动时，原状砂层致密，浆液扩散范围十分有限，注浆固结效果较差，开挖时依然出现涌砂、溜塌。另外，分部开挖钢架分多次拼接，连接板处为初支钢架结构最弱部位。试验段施工中监测发现，因钢架沉降收敛变形不均匀，多次出现钢架与纵向连接筋处开焊，造成喷射混凝土沿环向开裂。如不进行优化改进，将无法保证施工安全。发明内容0004本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，该方法通过加强钢架间纵向连接与连接板处锁口锚固，提高初支钢架的整体稳定性；通过压注HCH高分子水胶固结浆液对砂层进行预先固结，并利用固结灌浆对

8、扰动砂层进行补充固结，提高围岩的自承能力，从而确保施工安全。0005如上构思，本发明的技术方案是一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，其特征在于包括如下步骤0006利用隧道下部双侧壁超前导洞进行超前降排水，对隧道施工砂层进行降水固结；0007分部开挖，架立型钢钢架下部导洞采用上下台阶预留核心土法开挖，纵向架立型钢钢架，正洞初支钢架全环分多个单元，单元间用钢板作为法兰，并采用高强螺栓连接；0008在钢架连接板上固接锁口锚管，锚管与钢架焊接，锚管内灌注砂浆；在钢架连接板处固接纵向连接槽钢；钢架间纵向连接钢筋采用“Z”字型布设；0009超前注浆预先固结上半断面超前小导管隔孔压注HCH高分子水

9、胶固结浆液，对掌子面前方砂层进行预先固结；0010回填灌浆补充固结上部初支钢架全部支立完成，滞后上断面掌子面及时对初支背后进行回填灌浆，回填注浆管内注入水灰比为11的单液水泥浆，对施工扰动砂层进行补充固结。0011上述超前降排水的施工过程为在隧道正洞下部超前施工双侧壁导洞，沿着导洞下台阶掌子面及边墙分别打设多根降水管，这些降水管通过集水总管上的多根分支管与真空泵连接，真空泵将水排至工作面集水箱内，分段引排至正洞集水坑，最后集中抽排至洞说明书CN103628888A2/3页4外。0012上述型钢钢架采用25型钢钢架。0013上述上半断面超前小导管环向间距10CM，注浆压力为12MPA。0014上

10、述回填注浆管环向间距为1M，注浆压力为12MPA。0015上述降水管采用32MMPPR管，其长度L4M，其管头对称制有进水孔，梅花型布置。0016上述降水管管头外部包裹100目双层钢丝滤网。0017上述集水总管采用80MM钢管，总管长4M，其上设置10根分支管，分支管之间的间距为04M，分支节上安装球形闸阀。0018上述分支管采用32MM钢管，分支管节长30CM。0019本发明具有如下的优点和积极效果00201）利用下部双侧壁超前导洞进行超前降水，对隧道施工砂层进行降水固结。00212）首次在掌子面超前小导管内压注HCH高分子水胶固结材料进行注浆加固与堵水，有效预防了掌子面涌水、涌砂。0022

11、3）通过在钢架连接板处增设锁口锚管、在钢架连接板处上下各30CM处增设纵向连接槽钢、钢架间纵向连接钢筋采用“Z”字型布设，提高初支钢架的整体稳定性，很好地解决了粉细砂自稳性差、遇水迅速恶化、呈流砂外涌、隧道沉降和变形大等施工技术难题，提高了施工质量，保障了施工安全。00234）开挖完成后及时向初支背后压注水泥单液浆，对扰动砂层进行进一步注浆固结，提高围岩的自承能力，从而确保施工安全。附图说明0024图1是本发明的施工工序流程图；0025图2是降水管、超前小导管和回填注浆管横断面示意图；0026图3是型钢钢架纵向连接槽钢示意图；0027图4是图2的剖面图；0028图5是型钢钢架连接板处设置锁口锚

12、管示意图；0029图6是图5的侧视图；0030图7是型钢钢架之间连接纵向连接钢筋示意图；0031图8是型钢钢架之间连接纵向连接钢筋俯视图0032图9是降水管纵向布置示意图；0033图10是降水管平面布置示意图；0034图11是32MMPPR降水管制作程序图,其中，图111是4米长32MMPPR管、图112是32MMPPR降水管管头50CM段示意图、图113是32MMPPR降水管结构示意图。0035图中125型钢钢架，216A连接槽钢，342锁口锚管，422纵向连接钢筋，5钢架单元间连接法兰钢板，642超前小导管，742回填、固结注浆导管，832PPR真空降水管，9集水总管，10集水箱，11真空

13、泵，12分水管，13进水孔，14滤网。图中标注单位MM。说明书CN103628888A3/3页5具体实施方式0036如图1所示一种大断面富水饱和粉细砂铁路隧道增稳固结方法，包括如下步骤00371、超前降水采用53M高度双侧壁导洞超前施工正洞下半断面，采用“真空轻型井点降水滤网集水坑集排水”的方法，32MMPPR管井长度45M,选用V6型真空泵（75KW）分台阶对导洞进行超前降排水，真空降水总管将水引排至滤网集水坑集中抽排。经现场试验段施工总结，降水效果需满足掌子面开挖时砂层略潮湿但无明水渗流为最佳，此时砂含水率实测为58。上述降水管采用32MMPPR管，其长度L4M，其管头对称制有进水孔，梅花

14、型布置,管头外部包裹100目双层钢丝滤网。上述集水总管采用80MM钢管，总管长4M，其上设置10根分支管，分支管之间的间距为04M，分支节上安装球形闸阀。上述分支管采用32MM钢管，分支管节长30CM。00382、分部开挖，架立型钢钢架下部导洞采用上、下台阶预留核心土法开挖，按设计纵向间距50CM，架立25型钢钢架，正洞初支钢架全环共分10个单元，单元间用15MM厚钢板作为法兰，采用4个M2080高强螺栓连接。每榀钢架支立前均需进行测量放线，使钢架支立满足左右导洞钢架在同一里程断面；垂直度符合设计要求；平面位置符合设计要求。00393、增稳措施分部开挖及施工需要，造成钢架分单元多次拼接，连接处

15、成为钢架薄弱环节，如图38所示，采取以下措施进行加强00401）在每个连接板上下30CM处增设两根16A槽钢加强纵向连接；00412）在每个钢架连接板处增设4根42L4M锁口锚管，锚管与钢架焊接牢固，锚管内灌注砂浆；00423）钢架间22纵向连接钢筋采用“Z”字型布设，单面搭接焊。00434、超前注浆预先固结上半断面42L26M超前小导管加密打设，环向间距10CM，隔孔压注HCH高分子水胶固结浆液，对掌子面前方砂层进行预先固结。注浆压力控制在12MPA，经试验段施工总结得出结论砂层略潮但无明水渗流时，注浆固结效果最佳。00445、回填灌浆补充固结上部初支钢架全部支立完成，滞后上断面掌子面58M,及时对初支背后进行回填灌浆，径向42L1M注浆导管如图2所示环纵向间距均为1M，注浆压力12MPA，注水灰比为11的单液水泥浆。对施工扰动砂层进行补充固结，提高围岩的自承能力。说明书CN103628888A1/5页6图1说明书附图CN103628888A2/5页7图2图3图4说明书附图CN103628888A3/5页8图5图6图7说明书附图CN103628888A4/5页9图8图9说明书附图CN103628888A5/5页10图10图11说明书附图CN103628888A10