上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于隧道工程施工技術領域，具體涉及一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002]對于目前國內各大城市的軌道交通工程，隨著地鐵線網的不斷加密，后續地鐵線路建設時，受已建地鐵線路與周邊環境的影響，在線路走向與鋪設方式、空間關系與結構型式、以及施工方法與工程措施等方面的要求更加嚴格。常規的馬蹄形或直墻圓拱礦山法隧道結構型式可能受周邊既有構筑物的空間限制沒有施做條件，而類圓形礦山法隧道斷面結構具有開挖輪廓相對較小的特點，施工方法具有靈活多變、適應性強、安全可靠等特點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構及其施工方法，通過超前大管棚與自進式錨桿的地層預加固措施、CRD法開挖工法、格柵鋼架與內部臨時型鋼支撐等結構穩定性措施，實現上部截面小、下部截面大的特殊礦山法隧道斷面結構型式。
[0004]本發明所采用的技術方案為:
上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，其特征在于:
所述隧道結構的斷面呈上下不等圓形狀，包括上半圓和下半圓；
上、下半圓之間通過直線段過渡，整體左右對稱，上半圓曲率半徑小于下半圓曲率半徑。
[0005]隧道結構采用防水砼澆注，外圈施做有初期支護，，初期支護外側施做大管棚與自進式錨桿，大管棚內部壓注水泥砂漿；
初期支護由格棚■鋼架、鋼架接頭與嗔混組成；
上半圓格柵鋼架腳部設置有鎖腳錨管；
格柵鋼架采用三級鋼，鋼架接頭采用Q235鋼材，噴混采用C25早強混凝土 ；
格式鋼架內部設有豎向臨時型鋼支撐與水平向臨時型鋼支撐。
[0006]隧道結構下半圓內圈底部設置有盾構機導臺，盾構機導臺采用細石砼澆注。
[0007]上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構的施工方法，其特征在于:
包括以下步驟:
步驟一:在隧道開洞門處打設大管棚，并向大管棚內部壓注水泥漿，大管棚打設前先實施管棚導向墻，并在導向墻內預埋導向管，相鄰兩段大管棚的搭接不小于3m;
步驟二:布置降水井，進行降水施工，確保地下水位在隧道結構底板以下lm，降水中嚴格控制出砂率，控制地層損失與地表沉降；
步驟三:在隧道開洞門處大管棚下方打設自進式錨桿，自進式錨桿與大管棚呈梅花型布置，確保隧道拱頂上方地層形成可靠的改良體與承載拱；
步驟四:將整個隧道分成四部分開挖，并按左上部、左下部、右上部與右下部的順序依次開挖，每部開挖時預留核心土，開挖后及時架設格柵鋼架并噴混，上半斷面格柵鋼架架設后，及時在拱腳處施做鎖腳錨管，格柵鋼架通過鋼架接頭連接成一個封閉的初期支護，每部開挖過程中及時施做豎向臨時型鋼支撐與水平向臨時型鋼支撐，臨時型鋼縱向采用鋼筋連接并噴射混凝土，相鄰兩部的開挖進度沿隧道縱向至少相差一倍開挖跨度；
步驟五:隧道洞通后，逐步拆除臨時型鋼支撐，每次拆除的長度不超過隧道開挖跨度的
0.5倍，隨后按照初期支護表面砂漿抹平、防水層施工、鋼筋籠綁扎、二襯澆筑的施工順序進行施工；
步驟六:根據上下兩個圓的曲率與具體施做范圍要求，將隧道二襯分成上下兩部分澆筑，按照先拱底后拱頂的原則，先澆筑拱底部分二襯，后澆筑拱頂部分，下圓與上圓間采用直線段過渡，確保結構表面平順過渡，形成上下不等圓特殊斷面礦山法的隧道結構；
步驟七:在拱底部分采用C20細石混凝土澆筑盾構機導臺，后期根據道床施做要求拆除，或作為道床結構的一部分。
[0008]大管棚米用直徑108mm，壁厚6mm鋼花管，長15m，環向間距0.3m，在隧道拱部150°范圍內設置。
[0009]自進式銷桿米用直徑32mm，壁后4mm鋼花管，長3?5m，在隧道拱部150°范圍內設置，環縱向間距可為0.3 X 2.5m。
[0010]鎖腳錨管采用直徑42mm，壁厚3.5mm的鋼花管，內部壓注水泥一水玻璃雙液漿，與格柵鋼架焊接，縱向間距與格柵鋼架相同。
[0011]本發明具有以下優點:
本發明具有上小下大的特殊圓形截面構造型式，并提供了一種新型的礦山法隧道施工理念，豐富了現有的隧道施工工藝，拓寬了隧道設計思路。在隧道開外輪廓上方設置的大管棚、自進式錨桿與初期支護格柵鋼架與隧道內部設置的臨時型鋼支撐，以及大管棚內壓注的水泥漿、襯砌結構用剛才與混凝土等，涉及的鋼材、水泥砂漿、防水混凝土以及大管棚打設所用的機械設備等均為常規材料(設備)，其相應尺寸為常規類型，便于加工制造;且大管棚與自進式錨桿的平面布置、數量與長度可根據施工情況進行調整，大管棚剛度可根據內部充填的水泥砂漿等級與鋼管自身剛度情況綜合確定，格柵鋼架與臨時型鋼支撐的縱向間距可根據施工監測情況靈活調整。通過大管棚與自進式錨桿的超前地層預加固措施，格柵鋼架與內部臨時型鋼支撐的設置，以及CRD工法化整為零的施工步續要求，即可實現特殊圓形礦山法隧道構的安全，減小潛在的不安全因素，達到既能滿足施工便捷，又能滿足結構功能與內部空間使用要求，既能滿足周邊環境保護的苛刻要求，又能避免地面常規馬蹄形或直墻圓拱隧道開挖斷面輪廓大對周邊環境的不利影響。具有較高的經濟效益和社會效益，在城市軌道交通、鐵路、公路等工程中有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構圖。
[0013]圖2為隧道支護縱向布置示意圖。
[0014]圖3為隧道支護布置斷面圖。
[0015]圖中，1-隧道結構，2-初期支護，3-大管棚，4-自進式錨桿，5-盾構機導臺，6_格柵鋼架，7-鋼架接頭，8-初支噴混，9-水平向臨時型鋼支撐，10-豎向臨時型鋼支撐，11-鎖腳錨管。
【具體實施方式】
[0016]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細的說明。
[0017]本發明涉及一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，所述隧道結構I的斷面呈上下不等圓形狀，包括上半圓和下半圓。上、下半圓之間通過直線段過渡，整體左右對稱，上半圓曲率半徑小于下半圓曲率半徑。具體曲率半徑大小與具體實施范圍，需根據結構功能與內部空間使用要求確定。
[0018]隧道結構I采用防水砼澆注，外圈施做有初期支護2，初期支護2外側施做大管棚3與自進式錨桿4 ο初期支護2由格柵鋼架6、鋼架接頭7與噴混8組成;上半圓格柵鋼架6兩端腳部設置有鎖腳錨管11，格柵鋼架6內部設置有9水平向臨時型鋼支撐與10豎向臨時型鋼支撐;格柵鋼架6采用三級鋼，臨時型鋼與鋼架接頭7采用Q235鋼材，噴混8采用C25早強混凝土。格柵鋼架6與臨時型鋼縱向間距一般可取0.5m，與隧道縱向開挖步距相同。
[0019]隧道結構I下半圓內圈底部設置有盾構機導臺5，盾構機導臺5采用細石砼澆注。
[0020]上述上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構主要通過大管棚3與自進式錨桿4的超前支護作用進行施工，在初期支護2內部，根據結構功能與內部空間使用要求，施做的兩個上下半徑不相等的特殊圓形斷面結構。具體包括以下步驟:
步驟一:基于地層預加固要求，根據管棚布置數量與間距要求，在隧道洞門位置打設大管棚3，管棚長度達到設計要求后，及時向大管棚3內部壓注水泥砂漿，為確保打設精度與長度要求，大管棚3打設前需要先實施管棚導向墻，并在導向墻內預埋導向管，相鄰大管棚6間的縱向搭接不小于3m;
步驟二:根據設計要求布置降水井與水位觀察孔，降水井的凈距按沿隧道縱向間距15m左右考慮，隧道兩側分別布置一排，進行降水施工，確保地下水位在隧道結構底板以下約lm，降水中需嚴格控制出砂率，控制降水引起的地層損失；
步驟三:在隧道開洞處大管棚3下方打設自進式錨桿4，自進式錨桿4的布置需與大管棚3錯開，確保自進式錨桿4與大管棚3在平面上呈梅花型布置，自進式錨桿的角度與長度嚴格按設計要求執行；
步驟四:根據CRD法開挖工序要求，將整個隧道分成四部分開挖，并按左上部、左下部、右上部與右下部的順序依次開挖，每部開挖時需要預留核心土，開挖后及時架設格柵鋼架6并噴混8，按先架設豎向臨時型鋼支撐1，再架設水平向臨時型鋼支撐9的順序進行，嚴格控制隧道拱頂處沉降變形，上半斷面格柵鋼架6架設后，及時在拱腳處施做鎖腳錨管11，并壓注水泥-水玻璃雙液漿，格柵鋼架6通過鋼架接頭7連接成一個封閉的初期支護2，嚴格按照隨挖隨撐的理念進行施工，臨時型鋼縱向采用鋼筋連接并噴射混凝土，為避免群洞效應，相鄰兩部的開挖進度沿隧道縱向至少相差一倍開挖跨度；
步驟五:根據設計要求，在隧道開挖面一定距離以外，對初期支護2外側進行回填注漿