專利名稱：淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種鐵路領(lǐng)域的施工方法，特別涉及新建線路新建線路下穿既有無咋軌道線路時的一種淺埋暗挖大跨度隧道的施工方法。
背景技術(shù)：
目前，我國的高速鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，線路對基礎(chǔ)沉降要求嚴(yán)格，新線建設(shè)過程中將不可避免的需要穿越既有無砟軌道線路，無砟線路沉降控制要求嚴(yán)，工后沉降不允許大于15mm，現(xiàn)有的暗挖隧道施工技術(shù)因隧道淺埋，施工期間，地下水流失，沉降不可避免，很難控制地表沉降在允許范圍內(nèi)，故需要研究隧道分臺階開挖支護(hù)施工技術(shù)，各種超前加固、止水注漿施工技術(shù)，自動監(jiān)控量測技術(shù)，確保既有線施工安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服已有技術(shù)的不足，提供能有效控制地表沉降的一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案解決的，一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法，其特征是該方法包括以下施工步驟
1)超前支護(hù)和預(yù)加固處理
根據(jù)地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，超前對待挖隧道周圍的圍巖，采用管棚、小導(dǎo)管進(jìn)行加固，提高圍巖強(qiáng)度、自穩(wěn)能力；
2)分部開挖，微差爆破
隧道采用分部開挖，開挖方法以三臺階法為主，并根據(jù)圍巖的狀況及實際監(jiān)控量測情況增加上臺階臨時仰拱、中立柱及將上臺階進(jìn)行分兩部開挖或按CD法組織開挖支護(hù)作業(yè)； 同時為了進(jìn)一步減少圍巖收斂變形，三臺階中下臺階施工時分左右兩部交錯開挖；優(yōu)先選用高猛度、低爆速的巖石乳化炸藥，在施工過程中采用小藥卷炸藥，多打眼、少裝藥，周邊眼間距控制在50cm以內(nèi)，其它炮眼間距控制在90cm以內(nèi)，炮眼深度為1. 2m 1. 6m,裝藥線密度控制在0. 5kg/m ；應(yīng)用微差爆破技術(shù)，多分段，對單段炸藥用量進(jìn)行控制，不僅在起爆網(wǎng)絡(luò)上采用加大爆破段數(shù)的方法，在單個炮孔內(nèi)孔也應(yīng)用間隔裝藥方法，減少一次齊爆藥量， 確保每50ms內(nèi)同時起爆的炸藥量在IOkg以內(nèi)，以有效控制爆破震動的疊加；在爆破作業(yè)過程中加強(qiáng)爆破震動監(jiān)測，使爆破震動速度控制在地表鐵路聯(lián)調(diào)運(yùn)行允許范圍內(nèi)；
3)短臺階開挖支護(hù)施工
施工中采用短臺階施工技術(shù)，施工遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”施工原則，開挖后及時進(jìn)行型鋼拱架支護(hù)，臺階長度控制在4 5m，仰拱距離掌子面不大于35m，襯砌距離掌子面不大于60m。上述步驟1)中所述的管棚采用Φ89Χ5無縫鋼管，該鋼管兩端均加工成外絲扣， 超前加固拱部120°范圍，每循環(huán)管棚施工長度為10m，環(huán)向間距為40cm，施工外插角為 12°左右，兩個循環(huán)之間搭接長度不小于: ；所述管棚上鉆注漿孔，孔徑IOmm 16mm，孔間距15cm，呈梅花型布置；管棚注漿采用水泥漿或水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為0. 5 2. OMPa ；因地表建筑物對沉降要求較高，為提高管棚導(dǎo)管的抗彎能力，在進(jìn)行管棚注漿前在管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠；上述的小導(dǎo)管與管棚配合使用，小導(dǎo)管采用Φ42X3. 5無縫鋼管，長度 4. 5m，環(huán)向間距40 cm，施工外插角為5° 10°，兩個循環(huán)間搭接長度不小于100 cm ；小導(dǎo)管上也設(shè)鉆注漿孔，鉆孔及注漿方法同上述管棚。在上述施工開挖過程中需要嚴(yán)格控制地下水的流失，超前采用管棚、小導(dǎo)管注漿， 并根據(jù)開挖揭露的地下水情況，選擇采用帷幕注漿，全斷面注漿、徑向注漿等注漿技術(shù)阻斷地下水的滲流通道，控制地下水的散失，注漿漿液的類型及配比，根據(jù)地下水的涌水量情況選擇采用水泥、水玻璃雙液漿，或者普通的止水化學(xué)漿液，油性發(fā)泡聚胺脂改善超前注漿止水的效果。上述施工過程中的施工監(jiān)測采用自動高精度監(jiān)測及固定硯標(biāo)高精度監(jiān)測方法，即在高速鐵路軌道封閉以后，沿隧道開挖軸線及隧道開挖影響范圍內(nèi)的高速鐵路上布設(shè)高精度光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀、光纖光柵彎曲式雙向位移傳感器、光纖光柵準(zhǔn)分布式溫度傳感器， 通過光纖及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到主控計算機(jī)，及時發(fā)現(xiàn)地表軌道的變化情況；同時在地表軌道上布設(shè)固定的反射棱鏡，用高精度全站儀通過三角高程測量方法及時觀測地表軌道的異常變化，確保及時發(fā)現(xiàn)下穿隧道施工對地表高速鐵路軌道的影響；同時，在隧道施工內(nèi)部完善監(jiān)測系統(tǒng)，除進(jìn)行傳統(tǒng)的圍巖收斂及拱頂沉降變形監(jiān)測外，還采用地質(zhì)鉆機(jī)在隧道開挖范圍兩側(cè)鉆設(shè)水位監(jiān)測孔，使用水位計監(jiān)測地下水的散失情況；在圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)間埋設(shè)土壓力盒，用于測量土體對結(jié)構(gòu)的土壓力變化，適時掌握圍巖內(nèi)部應(yīng)力的變化情況。本發(fā)明的有益效果是采用本方法施工，工序干擾少，安全可靠，降低了工程造價， 確保了施工全過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、快速的可控狀態(tài)。
具體實施例方式以下通過結(jié)合具體實際情況，說明本發(fā)明的具體實施方式
。下穿隧道施工前詳細(xì)調(diào)查地表軌道的結(jié)構(gòu)狀況，隧道圍巖情況，地下水含水情況， 繪制下穿隧道與地表軌道的相對位置關(guān)系圖，分析隧道施工可能會對地表軌道產(chǎn)生的各種影響；
下穿隧道開挖施工前先施工超前管棚支護(hù)，該管棚采用超前Φ89Χ5無縫鋼管，鋼管兩端均加工成外絲扣，超前加固拱部120°范圍，每循環(huán)管棚施工長度為10m，環(huán)向間距為 40cm，施工外插角為12°左右，兩個循環(huán)之間搭接長度不小于: ;鋼花管上鉆注漿孔，孔徑 10 16mm，孔間距15cm，呈梅花型布置；管棚注漿采用水泥漿或水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為0. 5 2. OMPa ；因地表建筑物對沉降要求較高，為提高管棚導(dǎo)管的抗彎能力，在進(jìn)行管棚注漿前在管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠。 超前小導(dǎo)管與管棚配合使用，超前小導(dǎo)管采用Φ 42 X 3. 5無縫鋼管，長度4. 5m,環(huán)向間距40 cm，施工外插角為5° 10°，兩個循環(huán)間搭接長度不小于100 cm ；超前小導(dǎo)管上也要求鉆注漿孔，鉆孔及注漿方法同管棚。 超前支護(hù)施工完成后，利用超前管棚鉆機(jī)在開挖面上鉆孔檢查超前支護(hù)及加固封閉地表水的實際施工效果，如孔內(nèi)仍有明流水，需繼續(xù)加強(qiáng)超前注漿止水措施，確保隧道開挖過程中開挖作業(yè)面在無明流水條件下施工。
開挖施工過程中按短臺階法施工技術(shù)組織施工，確保施工支護(hù)結(jié)構(gòu)及時封閉成環(huán)，對隧道開挖過程中各臺階無法及時閉合成環(huán)的，在鋼架拱架部位采用長度4. 5m, Φ 50X3. 5鋼管加強(qiáng)鎖腳，開挖掌子面及時噴混凝土封閉，減少圍巖的收斂變形，控制圍巖收斂變形在Icm以內(nèi)。并根據(jù)隧道內(nèi)施工監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)變化情況增設(shè)臨時支護(hù)仰拱及中立柱。隧道爆破開挖采用減弱松動爆破，爆破炸藥優(yōu)先選用高猛度、低爆速的巖石乳化炸藥，在施工過程中采用小藥卷炸藥，多打眼、少裝藥，周邊眼間距控制在50cm以內(nèi)，其它炮眼間距控制在90cm以內(nèi)，炮眼深度為1. 2m 1. 6m，裝藥線密度控制在0. 5kg/m ；應(yīng)用微差爆破技術(shù)，多分段，對單段炸藥用量進(jìn)行控制，不僅在起爆網(wǎng)絡(luò)上采用加大爆破段數(shù)的方法，在單個炮孔內(nèi)孔也應(yīng)用間隔裝藥方法，減少一次齊爆藥量，確保每50ms內(nèi)同時起爆的炸藥量在IOkg以內(nèi)，以有效控制爆破震動的疊加；在爆破作業(yè)過程中加強(qiáng)爆破震動監(jiān)測， 使爆破震動速度控制在lcm/s范圍內(nèi)，盡量減少爆破震動對地表軌道運(yùn)行的影響；
為在施工過程中及時發(fā)現(xiàn)下穿隧道施工對地表軌道及周邊環(huán)境的影響，以便調(diào)整開挖支護(hù)方法，本工程在按以上方法進(jìn)行隧道開挖的同時，對隧道地表及洞內(nèi)分別采用了高精度施工監(jiān)測方法。隧道地表在高速鐵路軌道封閉以后，沿隧道開挖軸線及隧道開挖影響范圍內(nèi)的高速鐵路上布設(shè)高精度光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀、光纖光柵彎曲式雙向位移傳感器、光纖光柵準(zhǔn)分布式溫度傳感器，通過光纖及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到主控計算機(jī)，及時發(fā)現(xiàn)地表軌道的變化情況；同時在地表軌道上布設(shè)固定的反射棱鏡，用高精度全站儀通過三角高程測量方法及時觀測地表軌道的異常變化，確保及時發(fā)現(xiàn)下穿隧道施工對地表高速鐵路軌道的影響。同時，在隧道施工內(nèi)部完善監(jiān)測系統(tǒng)，除進(jìn)行傳統(tǒng)的圍巖收斂及拱頂沉降變形監(jiān)測外，還采用地質(zhì)鉆機(jī)在隧道開挖范圍兩側(cè)鉆設(shè)水位監(jiān)測孔，使用水位計監(jiān)測地下水的散失情況；在圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)間埋設(shè)土壓力盒，用于測量土體對結(jié)構(gòu)的土壓力變化，適時掌握圍巖內(nèi)部應(yīng)力的變化情況。
權(quán)利要求
1.一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法，其特征是該方法包括以下施工步驟1)超前支護(hù)和預(yù)加固處理根據(jù)地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，超前對待挖隧道周圍的圍巖，采用管棚、小導(dǎo)管進(jìn)行加固，提高圍巖強(qiáng)度、自穩(wěn)能力；2)分部開挖，微差爆破隧道采用分部開挖，開挖方法以三臺階法為主，并根據(jù)圍巖的狀況及實際監(jiān)控量測情況增加上臺階臨時仰拱、中立柱及將上臺階進(jìn)行分兩部開挖或按CD法組織開挖支護(hù)作業(yè)； 同時為了進(jìn)一步減少圍巖收斂變形，三臺階中下臺階施工時分左右兩部交錯開挖；優(yōu)先選用高猛度、低爆速的巖石乳化炸藥，在施工過程中采用小藥卷炸藥，多打眼、少裝藥，周邊眼間距控制在50cm以內(nèi)，其它炮眼間距控制在90cm以內(nèi)，炮眼深度為1. 2m 1. 6m,裝藥線密度控制在0. 5kg/m ；應(yīng)用微差爆破技術(shù)，多分段，對單段炸藥用量進(jìn)行控制，不僅在起爆網(wǎng)絡(luò)上采用加大爆破段數(shù)的方法，在單個炮孔內(nèi)孔也應(yīng)用間隔裝藥方法，減少一次齊爆藥量， 確保每50ms內(nèi)同時起爆的炸藥量在IOkg以內(nèi)，以有效控制爆破震動的疊加；在爆破作業(yè)過程中加強(qiáng)爆破震動監(jiān)測，使爆破震動速度控制在地表鐵路聯(lián)調(diào)運(yùn)行允許范圍內(nèi)；3)短臺階開挖支護(hù)施工施工中采用短臺階施工技術(shù)，施工遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”施工原則，開挖后及時進(jìn)行型鋼拱架支護(hù)，臺階長度控制在4 5m，仰拱距離掌子面不大于35m，襯砌距離掌子面不大于60m。
2.如權(quán)利要求1所述的一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法，其特征是上述步驟1)中所述的管棚采用Φ89Χ5無縫鋼管，該鋼管兩端均加工成外絲扣，超前加固拱部120°范圍，每循環(huán)管棚施工長度為10m，環(huán)向間距為40cm，施工外插角為12°左右， 兩個循環(huán)之間搭接長度不小于:3m ；所述管棚上鉆注漿孔，孔徑IOmm 16mm，孔間距15cm， 呈梅花型布置；管棚注漿采用水泥漿或水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為0. 5 2. OMPa ；因地表建筑物對沉降要求較高，為提高管棚導(dǎo)管的抗彎能力，在進(jìn)行管棚注漿前在管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠；所述的小導(dǎo)管與管棚配合使用，小導(dǎo)管采用Φ 42 X 3. 5無縫鋼管，長度4. 5m，環(huán)向間距 40 cm，施工外插角為5° 10°，兩個循環(huán)間搭接長度不小于100 cm ；小導(dǎo)管上也設(shè)鉆注漿孔，鉆孔及注漿方法同上述管棚。
3.如權(quán)利要求1所述的一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法，其特征是施工開挖過程中需要嚴(yán)格控制地下水的流失，超前采用管棚、小導(dǎo)管注漿，并根據(jù)開挖揭露的地下水情況，選擇采用帷幕注漿，全斷面注漿、徑向注漿等注漿技術(shù)阻斷地下水的滲流通道，控制地下水的散失，注漿漿液的類型及配比，根據(jù)地下水的涌水量情況選擇采用水泥、水玻璃雙液漿，或者普通的止水化學(xué)漿液，油性發(fā)泡聚胺脂改善超前注漿止水的效果。
4.如權(quán)利要求1所述的一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法，其特征是上述施工過程中的施工監(jiān)測采用自動高精度監(jiān)測及固定硯標(biāo)高精度監(jiān)測方法，即在高速鐵路軌道封閉以后，沿隧道開挖軸線及隧道開挖影響范圍內(nèi)的高速鐵路上布設(shè)高精度光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀、光纖光柵彎曲式雙向位移傳感器、光纖光柵準(zhǔn)分布式溫度傳感器，通過光纖及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到主控計算機(jī)，及時發(fā)現(xiàn)地表軌道的變化情況；同時在地表軌道上布設(shè)固定的反射棱鏡，用高精度全站儀通過三角高程測量方法及時觀測地表軌道的異常變化，確保及時發(fā)現(xiàn)下穿隧道施工對地表高速鐵路軌道的影響；同時，在隧道施工內(nèi)部完善監(jiān)測系統(tǒng)，除進(jìn)行傳統(tǒng)的圍巖收斂及拱頂沉降變形監(jiān)測外，還采用地質(zhì)鉆機(jī)在隧道開挖范圍兩側(cè)鉆設(shè)水位監(jiān)測孔，使用水位計監(jiān)測地下水的散失情況；在圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)間埋設(shè)土壓力盒，用于測量土體對結(jié)構(gòu)的土壓力變化，適時掌握圍巖內(nèi)部應(yīng)力的變化情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵路領(lǐng)域的施工方法，特別涉及一種淺埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速鐵路施工方法，該方法包括以下施工步驟1)超前支護(hù)和預(yù)加固處理；2)分部開挖，微差爆破；3)短臺階開挖支護(hù)施工；在施工過程中采用帷幕注漿，全斷面注漿、徑向注漿等注漿技術(shù)阻斷地下水的滲流通道，控制地下水的流失；在施工過程中監(jiān)測采用自動高精度監(jiān)測及固定硯標(biāo)高精度監(jiān)測方法，確保及時發(fā)現(xiàn)下穿隧道施工對地表高速鐵路軌道的影響。利用本施工方法，在新建線路下穿既有無咋軌道線路時可以確保既有線路的安全。
文檔編號E21D11/18GK102287195SQ20111012366
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者吳波, 戚鵬, 李波, 楊仲杰, 蔣耀峰, 費(fèi)富華, 趙飛, 陳輝, 顧智剛, 馬海強(qiáng) 申請人:中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司