(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103775094 A(43)申请公布日 2014.05.07
(21)申请号 201410030153.0(22)申请日 2014.01.22
(71)申请人安徽水安建设集团股份有限公司
地址230601 安徽省合肥市经开区紫云路
1288号(72)发明人杨毅
(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理
有限公司 34112
代理人余成俊(51)Int.Cl.
E21D 9/04(2006.01)E21D 11/00(2006.01)E21D 11/10(2006.01)E21F 16/02(2006.01)
(54)发明名称
砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法(57)摘要
本发明公开了一种砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，包括有以下施工步骤：依据新奥法理论、隧洞断面大小、水文地质条件确定开挖方法，砂砾土层中开挖中型断面隧洞采用台阶法施工，台阶法开挖时的台阶长度受到支护结构的沉降量、拱脚两侧位移量的制约，必须控制在允许范围内，经现场试验，只能采取短台阶开挖的方法，当地下水丰富情况下，采取超短台阶开挖，具体采用两台阶三步开挖法施工，先开挖上台阶，再开挖下台阶，最后开挖反拱底板部分，台阶法开挖时的台阶长度受到支护结构的沉降量、拱脚两侧位移量的制约，必须控制在允许范围内，只能采取短台阶（两台阶三步）开挖的方法，该方法施工进度快，洞室安全稳定，经济效益好。
权利要求书2页 说明书4页 附图1页权利要求书2页 说明书4页 附图1页
CN 103775094 ACN 103775094 A
权 利 要 求 书
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1.砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，包括有以下施工步骤：
（1）依据新奥法理论、隧洞断面大小、水文地质条件确定开挖方法，砂砾土层中开挖中型断面隧洞采用台阶法施工，台阶法开挖时的台阶长度受到支护结构的沉降量、拱脚两侧位移量的制约，必须控制在允许范围内，经现场试验，只能采取短台阶开挖的方法，当地下水丰富情况下，采取超短台阶开挖；采用两台阶三步开挖法施工，先开挖上台阶，再开挖下台阶，最后开挖反拱底板部分，即两台阶三步开挖，上台阶开挖循环进尺控制在1.0m左右，每个开挖循环完成后及时进行初期支护，并同时对前一循环进行第二次喷混凝土支护，上台阶开挖时在掌子面预留核心稳定土，核心稳定土长度与上台阶循环进尺一致，核心稳定土的开挖滞后于上台阶一个开挖循环长度，即始终预留一个进尺的核心土，当上台阶开挖长度达到设计台阶长度时，立即停止上台阶开挖，并对上台阶掌子面喷敷混凝土，封闭掌子面，转而开挖下台阶土方，下台阶开挖至底板顶高程，立即对边墙进行支护，最后开挖反拱底板部分的土方，紧接着按照自下而上顺序浇筑反拱底板混凝土、边墙混凝土，最后喷敷顶拱永久性混凝土；
（2）每一循环开挖完成后及时进行初期支护和对向支撑结构上台阶开挖时的初期支护采用钢拱架、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土综合支护方式，一个循环进尺开挖完成后，紧邻掌子面架设半圆形钢拱架，钢拱架采用两根I8工字钢拼焊，在弯曲机上加工成型，钢拱架分成对称的两段，在圆拱顶部设置有连接钢板，板上有螺栓孔，两片钢拱架用螺杆拼接而成，安装定位后再焊接，钢拱架安装在0.3×0.20×0.15混凝土底座上，沿钢拱架顶部、腰部和起拱线以上约0.5m打入φ16锚杆，锚杆紧靠钢拱架两侧，打入后扳弯，以固定钢拱架，新安装的钢拱架与前一循环钢拱架之间采用钢筋焊接连接，为斜向布置，间距约1.5m，沿钢拱架外侧每间隔0.3~0.5m打设长约1.5m的超前锚杆，各榀钢拱架之间铺设φ8间距0.3×0.3m钢筋网，与系统锚杆和前一次循环的钢筋网焊接牢固，喷射初期支护混凝土，厚度约为10cm，形成初期支护后的受力结构，若地下水丰富，土体稳定性极差，上部初期支护仍难以满足要求，拱脚两侧向洞内位移明显，则采用对向支撑结构，使用I10工字型或[15槽钢在各钢拱架底脚处设置对撑，对撑与各钢拱架底脚采用焊接连接，各对撑之间使用φ25mm的钢筋连接，连接钢筋呈交叉斜向布置，连接钢筋与对撑形成整体受力支撑结构；
（3）下台阶开挖长度为上台阶多个循环的总和，一般以设计上要求的伸缩缝为界分段施工，一般5m长为一施工段，下台阶开挖后及时按1.0×1.0m布点打入长1.5m侧墙锚杆，外露0.1m，绑扎边墙钢筋网，并与上半圆布置的钢筋进行连接，钢筋网为φ8钢筋，间距为0.3×0.3m，钢筋网与上台阶钢筋焊接，喷射初期支护混凝土，厚度约为10cm，封闭边墙；
（4）边墙开挖后及时开挖反拱底板部位，底板部位开挖长度与边墙一致，按设计要求安装底板钢筋、浇筑反拱底板混凝土，底板属于永久衬砌结构，采用模浇施工方法，安装端模和表面模板，底板钢筋与侧墙钢筋采取焊接连接方式，底板混凝土分层浇筑，分层振捣；
（5）底板混凝土完成后，适时浇筑边墙混凝土，边墙混凝土浇筑之前按设计要求绑扎钢筋，并与底板钢筋采用焊接连接，安装边墙模板，设置对向支撑，分层浇筑边墙混凝土；
（6）最后喷敷边墙以上顶拱永久混凝土，采取分层自下而上喷敷的方法，每层喷敷厚度控制在10cm左右；
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（7）上台阶、下台阶及反拱底板等部位开挖的同时，开挖排水沟和排水井，上台阶开挖时在距拱脚0.8m以外开挖排水沟或埋设排水滤管，及时排除渗出的地下水，确保钢拱架基础处于干燥状态，反拱底板部位开挖时在开挖区以外隧洞纵向轴线处设置集水井，安装水泵抽排积水。
2.根据权利要求1所述的砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，采用短台阶法、甚至超短台阶、上下台阶交替施工。
3.根据权利要求1所述的砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，在步骤（2）中的钢拱架拱部打入长约1.5m的系统锚杆，呈梅花型布置，间距1.0m，锚杆外露0.1m。
4.根据权利要求1所述的砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，上台阶初期支护采用钢拱架、系统锚杆、超前锚杆，相互连接，通过喷射混凝土将初期支护结构与洞室周边表层砂砾土紧密联接，形成复合受力结构。
5.根据权利要求1所述的砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，上台阶在距拱脚0.8m以外设置排水沟或排水滤管、反拱底板施工时在隧洞轴线处设置集水井，所有排水设施能确保拱脚、边墙处于干燥状态。
6.根据权利要求1所述的砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，钢拱架置于混凝土预制块基础之上，扩大了初期支护结构的支撑面积。
7.根据权利要求1所述的砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，其特征在于，当地下水丰富，土体稳定性较差，初期支护结构不能满足要求的特殊情况下，设置对向支撑，控制支护结构的变形。
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砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法
技术领域
本发明涉及砂砾土地层中型断面输水隧洞开挖领域，具体属于砂砾土地层中型断
面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法。
[0001]
背景技术
[0002]
隧洞工程施工时会遇到各种不同地质条件，如遇到稳定性极差的砂砾土地质条
件，如何判断洞室土体的稳定性制定适宜的开挖方法就显得非常重要。现有施工技术中，大多是岩石及一般软土地层施工方法。在稳定性极差砂砾土层中开挖中型断面隧洞却没有切实可行的施工方法。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，解决了稳定性极差砂砾土层中开挖隧洞的问题，达到开挖进度快、施工安全可靠的效果。
[0004] 本发明的技术方案如下：
砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，包括有以下施工步骤：（1）依据新奥法理论、隧洞断面大小、水文地质条件确定开挖方法，砂砾土层中开挖中型断面隧洞采用台阶法施工，台阶法开挖时的台阶长度受到支护结构的沉降量、拱脚两侧位移量的制约，必须控制在允许范围内，经现场试验，只能采取短台阶开挖的方法，当地下水丰富情况下，采取超短台阶开挖，具体采用两台阶三步开挖法施工，先开挖上台阶，再开挖下台阶，最后开挖反拱底板部分，即两台阶三步开挖，上台阶开挖循环进尺控制在1.0m左右，每个开挖循环完成后及时进行初期支护，并同时对前一循环进行第二次喷混凝土支护，上台阶开挖时在掌子面预留核心稳定土，核心稳定土长度与上台阶循环进尺一致，核心稳定土的开挖滞后于上台阶一个开挖循环长度，即始终预留一个进尺的核心土，当上台阶开挖长度达到设计台阶长度时，立即停止上台阶开挖，并对上台阶掌子面喷敷混凝土，封闭掌子面，转而开挖下台阶土方，下台阶开挖至底板顶高程，立即对边墙进行支护，最后开挖反拱底板部分的土方，紧接着按照自下而上顺序浇筑反拱底板混凝土、边墙混凝土，最后喷敷顶拱永久性混凝土；
（2）每一循环开挖完成后及时进行初期支护和对向支撑结构上台阶开挖时的初期支护采用钢拱架、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土综合支护方式，一个循环进尺开挖完成后，紧邻掌子面架设半圆形钢拱架，钢拱架采用两根I8工字钢拼焊，在弯曲机上加工成型，钢拱架分成对称的两段，在圆拱顶部设置有连接钢板，板上有螺栓孔，两片钢拱架用螺杆拼接而成，安装定位后再焊接，钢拱架安装在0.3×0.20×0.15混凝土底座上，沿钢拱架顶部、腰部和起拱线以上约0.5m打入φ16锚杆，锚杆紧靠钢拱架两侧，打入后扳弯，以固定钢拱架，新安装的钢拱架与前一循环钢拱架之间采用钢筋焊接连接，为斜向布置，间距约1.5m，沿钢拱架外侧每间隔0.3~0.5m打设长约1.5m的超前锚杆，各
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榀钢拱架之间铺设φ8间距0.3×0.3m钢筋网，与系统锚杆和前一次循环的钢筋网焊接牢固，喷射初期支护混凝土，厚度约为10cm，形成初期支护后的受力结构。[0005] 若地下水丰富，土体稳定性极差，上部初期支护仍难以满足要求，拱脚两侧向洞内位移明显，则采用对向支撑结构，使用I10工字型或[15槽钢在各钢拱架底脚处设置对撑，对撑与各钢拱架底脚采用焊接连接，各对撑之间使用25mm的钢筋连接，连接钢筋呈交叉斜向布置，连接钢筋与对撑形成整体受力支撑结构；
（3）下台阶开挖长度为上台阶多个循环的总和，一般根据设计上要求的伸缩缝为界分段施工，一般5m长为一施工段，下台阶开挖后及时按1.0×1.0m布点打入长1.5m侧墙锚杆，外露0.1m，绑扎边墙钢筋网，并与上半圆布置的钢筋进行连接，钢筋网为φ8钢筋，间距为0.3×0.3m，钢筋网与上台阶钢筋焊接，喷射初期支护混凝土，厚度约为10cm，封闭边墙；（4）边墙开挖后及时开挖反拱底板部位，底板部位开挖长度与边墙一致，按设计要求安装底板钢筋、浇筑反拱底板混凝土，底板属于永久衬砌结构，采用模浇施工方法，安装端模和表面模板，底板钢筋与侧墙钢筋采取焊接连接方式，底板混凝土分层浇筑，分层振捣；
（5）底板混凝土完成后，适时浇筑边墙混凝土，边墙混凝土浇筑之前按设计要求绑扎钢筋，并与底板钢筋采用焊接连接，安装边墙模板，设置对向支撑，分层浇筑边墙混凝土；
（6）最后喷敷边墙以上顶拱永久混凝土，采取分层自下而上喷敷的方法，每层喷敷厚度控制在10cm左右；
（7）上台阶、下台阶及反拱底板等部位开挖的同时，开挖排水沟和排水井，上台阶开挖时在距拱脚0.8m以外开挖排水沟或埋设排水滤管，及时排除渗出的地下水，确保钢拱架基础处于干燥状态，反拱底板部位开挖时在开挖区以外隧洞纵向轴线处设置集水井，安装水泵抽排积水。
[0006] 采用短台阶法、甚至超短台阶、上下台阶交替施工。[0007] 在步骤（2）中的钢拱架拱部打入长约1.5m的系统锚杆，呈梅花型布置，间距1.0m，锚杆外露0.1m。
[0008] 上台阶初期支护采用钢拱架、系统锚杆、超前锚杆，相互连接，通过喷射混凝土将初期支护结构与洞室周边表层砂砾土紧密联接，形成复合受力结构。[0009] 上台阶在距拱脚0.8m以外设置排水沟或排水滤管、反拱底板施工时在隧洞轴线处设置集水井，所有排水设施能确保拱脚、边墙处于干燥状态。[0010] 钢拱架置于混凝土预制块基础之上，扩大了初期支护结构的支撑面积。[0011] 当地下水丰富，土体稳定性较差，初期支护结构不能满足要求的特殊情况下，设置对向支撑，控制支护结构的变形。[0012] 本发明依据新奥法理论、隧洞断面大小、水文地质条件确定开挖方法。砂砾土层中开挖中型断面隧洞采用台阶法施工，台阶法开挖时的台阶长度受到支护结构的沉降量、拱脚两侧位移量的制约，必须控制在允许范围内，只能采取短台阶（两台阶三步）开挖的方法，该方法施工进度快，洞室安全稳定，经济效益好。附图说明
[0013]
图1为本发明隧洞开挖横断面示意图。
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具体实施方式
[0014] 砂砾土地层中型断面输水隧洞两台阶三步开挖施工方法，包括有以下施工步骤：
（1）依据新奥法理论、隧洞断面大小、水文地质条件确定开挖方法，砂砾土层中开挖中型断面隧洞采用台阶法施工，台阶法开挖时的台阶长度受到支护结构的沉降量、拱脚两侧位移量的制约，必须控制在允许范围内，经现场试验，只能采取短台阶开挖的方法，当地下水丰富情况下，采取超短台阶开挖，具体采用两台阶三步开挖法施工，先开挖上台阶1，再开挖下台阶2，最后开挖反拱底板4部分，即两台阶三步开挖，上台阶开挖循环进尺控制在1.0m左右，每个开挖循环完成后及时进行初期支护，并同时对前一循环进行第二次喷混凝土支护，上台阶开挖时在掌子面预留核心稳定土3，核心稳定土长度与上台阶循环进尺一致，核心稳定土的开挖滞后于上台阶一个开挖循环长度，即始终预留一个进尺的核心土，当上台阶开挖长度达到设计台阶长度时，立即停止上台阶开挖，并对上台阶掌子面喷敷混凝土，封闭掌子面，转而开挖下台阶土方，下台阶开挖至底板顶高程，立即对边墙进行支护，最后开挖反拱底板部分的土方，紧接着按照自下而上顺序浇筑反拱底板混凝土、边墙混凝土，最后喷敷顶拱永久性混凝土；
（2）每一循环开挖完成后及时进行初期支护和对向支撑结构上台阶开挖时的初期支护采用钢拱架、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土综合支护方式，一个循环进尺开挖完成后，紧邻掌子面架设半圆形钢拱架，钢拱架采用两根I8工字钢拼焊，在弯曲机上加工成型，钢拱架分成对称的两段，在圆拱顶部设置有连接钢板，板上有螺栓孔，两片钢拱架用螺杆拼接而成，安装定位后再焊接，钢拱架安装在0.3×0.20×0.15混凝土底座上，沿钢拱架顶部、腰部和起拱线以上约0.5m打入φ16锚杆，锚杆紧靠钢拱架两侧，打入后扳弯，以固定钢拱架，新安装的钢拱架与前一循环钢拱架之间采用钢筋焊接连接，为斜向布置，间距约1.5m，沿钢拱架外侧每间隔0.3~0.5m打设长约1.5m的超前锚杆，各榀钢拱架之间铺设φ8间距0.3×0.3m钢筋网，与系统锚杆和前一次循环的钢筋网焊接牢固，喷射初期支护混凝土，厚度约为10cm，形成初期支护后的受力结构。[0015] 若地下水丰富，土体稳定性极差，上部初期支护仍难以满足要求，拱脚两侧向洞内位移明显，则采用对向支撑结构，使用I10工字型或[15槽钢在各钢拱架底脚处设置对撑，对撑与各钢拱架底脚采用焊接连接，各对撑之间使用25mm的钢筋连接，连接钢筋呈交叉斜向布置，连接钢筋与对撑形成整体受力支撑结构；
（3）下台阶开挖长度为上台阶多个循环的总和，一般根据设计上要求的伸缩缝为界分段施工，一般5m长为一施工段，下台阶开挖后及时按1.0×1.0m布点打入长1.5m侧墙锚杆，外露0.1m，绑扎边墙钢筋网，并与上半圆布置的钢筋进行连接，钢筋网为φ8钢筋，间距为0.3×0.3m，钢筋网与上台阶钢筋焊接，喷射初期支护混凝土，厚度约为10cm，封闭边墙；（4）边墙开挖后及时开挖反拱底板部位，底板部位开挖长度与边墙一致，按设计要求安装底板钢筋、浇筑反拱底板混凝土，底板属于永久衬砌结构，采用模浇施工方法，安装端模和表面模板，底板钢筋与侧墙钢筋采取焊接连接方式，底板混凝土分层浇筑，分层振捣；
（5）底板混凝土完成后，适时浇筑边墙混凝土，边墙混凝土浇筑之前按设计要求绑扎钢筋，并与底板钢筋采用焊接连接，安装边墙模板，设置对向支撑，分层浇筑边墙混凝土；
（6）最后喷敷边墙以上顶拱永久混凝土，采取分层自下而上喷敷的方法，每层喷敷厚度控制在10cm左右；
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（7）上台阶、下台阶及反拱底板等部位开挖的同时，开挖排水沟和排水井，上台阶开挖时在距拱脚0.8m以外开挖排水沟或埋设排水滤管，及时排除渗出的地下水，确保钢拱架基础处于干燥状态，反拱底板部位开挖时在开挖区以外隧洞纵向轴线处设置集水井，安装水泵抽排积水。
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说 明 书 附 图
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图1
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