本發(fā)明涉及一種富水地層暗挖施工中下導(dǎo)洞的超前支護方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著全國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，各地大量地下基礎(chǔ)設(shè)施開始建設(shè)或者增設(shè)，在城市軌道交通地下車站的選線、施工過程中，由于管線、道路、建筑等原因的影響，部分區(qū)段將不可避免的采用暗挖施工，暗挖施工受地質(zhì)、地下管線影響較大。

一般情況下暗挖施工均為超前小導(dǎo)管、中管棚或大管棚在結(jié)構(gòu)初期支護外側(cè)進行加固，但在部分特殊情況下，例如在部分區(qū)域存在：一、由于地質(zhì)、管線或施工位置從而導(dǎo)致下導(dǎo)洞無法進行正常的水平向超前支護或支護效果不理想的問題；二、因下導(dǎo)洞因含水較豐富導(dǎo)致土質(zhì)較軟，進而導(dǎo)致下導(dǎo)洞無法施工或者施工時易坍塌的問題。以上兩種情況下將對施工安全造成巨大威脅，這就需要尋求一種能在此種特殊情況下的安全可靠的加固方法來保證施工人員的人身安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種富水地層暗挖施工下導(dǎo)洞的超前支護方法，解決在特殊情況下下導(dǎo)洞施工中超前支護無法進行或者效果不好而導(dǎo)致的土體富水、強度不足的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種富水地層暗挖施工下導(dǎo)洞的超前支護方法，施工步驟如下：

步驟一、采用交叉中隔壁法首先對隧道的上導(dǎo)洞施工沿掘進方向水平的上導(dǎo)洞超前支護，并進行上導(dǎo)洞的開挖，然后施工上導(dǎo)洞初期支護；

步驟二、對下導(dǎo)洞的開挖區(qū)域的圍巖進行地質(zhì)情況的判斷：依據(jù)設(shè)計圖紙、施工時的地下水位情況和施工時土質(zhì)情況對于待開挖的下導(dǎo)洞隧道進行整體的地質(zhì)進行判斷，對設(shè)計圖紙中的設(shè)計地質(zhì)情況和施工時地質(zhì)情況進行對比，通過施工地質(zhì)情況確定注漿參數(shù)并計算斜向超前支護參數(shù)；

具體施工時地質(zhì)情況有以下兩種：

a、若下導(dǎo)洞中存在全部或部分可以沿掘進方向水平正常施作的超前支護，則先完成該部分下導(dǎo)洞超前水平支護，對設(shè)計圖紙中地質(zhì)情況和實際情況進行對比后進行下導(dǎo)洞試開挖，以確定有無實施斜向超前支護的必要；

b、若下導(dǎo)洞中不存在可以沿掘進方向水平正常施作的超前支護，則直接進行斜向超前支護，根據(jù)下導(dǎo)洞的開挖條件，斜向超前支護的打入點分情況考慮；

步驟三、按照步驟二中的斜向超前支護參數(shù)在工廠預(yù)制斜向小導(dǎo)管，并運送至施工現(xiàn)場；

步驟四、按照步驟二中的斜向超前支護參數(shù)和具體施工時地質(zhì)情況，設(shè)定好斜向超前支護的起始打入點，在上導(dǎo)洞的洞壁上測量放樣，設(shè)計放樣線，該放樣線自上導(dǎo)洞初期支護的內(nèi)側(cè)、上導(dǎo)洞初支的下部區(qū)域直至下導(dǎo)洞外側(cè)圍巖斜向下設(shè)計，在設(shè)計孔位上做好標記后沿放樣線鉆孔；

步驟五、成孔后根據(jù)上導(dǎo)洞凈空的大小，將斜向小導(dǎo)管進行初步拼接；

步驟六、將初步拼接完成的斜向小導(dǎo)管送入步驟四中鉆孔中，隨著斜向小導(dǎo)管的伸入不斷在初步拼接的基礎(chǔ)上接長斜向小導(dǎo)管，直至拼接的斜向小導(dǎo)管的長度符合要求，打設(shè)斜向小導(dǎo)管時需要避開上導(dǎo)洞超前支護和下導(dǎo)洞超前水平支護，最內(nèi)側(cè)的斜向小導(dǎo)管的打入終點需要在下導(dǎo)洞墻底位置的標高之下；

步驟七、斜向小導(dǎo)管沿掘進方向縱向間隔成排施工，沿下導(dǎo)洞的外側(cè)向外連續(xù)施工多排，打入后的斜向小導(dǎo)管與上導(dǎo)洞初期支護固定連接，兩者共同組成下導(dǎo)洞超前水平支護體系；

步驟八、對斜向小導(dǎo)管進行注漿，每根斜向小導(dǎo)管的漿液凝結(jié)后在下導(dǎo)洞外側(cè)圍巖內(nèi)均形成懸桿狀持力結(jié)構(gòu)，各個懸桿狀持力結(jié)構(gòu)最終連接形成帷幕狀結(jié)構(gòu)；

步驟九、帷幕狀結(jié)構(gòu)形成強度即下導(dǎo)洞超前水平支護完成，然后對下導(dǎo)洞進行開挖；

步驟十、下導(dǎo)洞開挖時，對外露于上導(dǎo)洞和下導(dǎo)洞內(nèi)部的斜向小導(dǎo)管進行切除；

步驟十一、下導(dǎo)洞開挖完成后，施工下導(dǎo)洞初期支護，斜向小導(dǎo)管穿過下導(dǎo)洞初期支護型鋼鋼架之間的格柵網(wǎng)片并連接在格柵網(wǎng)片上。

所述步驟二中，斜向超前支護的打入點分為兩種情況：

b1，起始打入點自上導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)開始，全部穿過上導(dǎo)洞水平中隔壁打入；

b2，起始打入點自上導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)開始，一部分穿過上導(dǎo)洞側(cè)墻初期支護打入，另一部分穿過上導(dǎo)洞水平中隔壁打入。

起始打入點穿過上導(dǎo)洞側(cè)墻初期支護的斜向超前支護以鎖腳錨桿為界線分兩種情況：

b21，起始打入點低于上導(dǎo)洞的鎖腳錨桿；

b22，起始打入點高于上導(dǎo)洞的鎖腳錨桿。

所述步驟二中的注漿參數(shù)包括：

注漿液的成分：采用水泥和水玻璃的雙漿液，其中水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃的波美度范圍為38.4～48.3；

雙漿液初凝時間控制在1～2min；

注漿初始壓力范圍為0.1～0.3mpa，終壓范圍為0.3～0.5mpa。

所述步驟二中的斜向支護參數(shù)包括：鉆孔的位置、斜向小導(dǎo)管沿掘進方向的設(shè)置間距、斜向小導(dǎo)管沿下導(dǎo)洞的外側(cè)向外成排設(shè)置的排距、斜向小導(dǎo)管的打入角度、個數(shù)和拼接長度，其中斜向小導(dǎo)管的長度根據(jù)打入角度確定。

所述斜向小導(dǎo)管是可拼接式鋼導(dǎo)管，包括拼接為一體的前段、至少一段標準節(jié)段和尾段，各段通過螺紋連接，管壁上每隔10～20cm梅花型鉆有出漿孔，孔眼直徑為6～8cm。

所述前段的端頭為尖錐型，標準節(jié)段的長度為1～2m，尾段的尾部焊接加鐵箍，尾段預(yù)留有長度不小于30cm作為不設(shè)出漿孔的止?jié){段。

所述步驟七中，迎土側(cè)的起始一排采用雙漿液，后排逐步提高漿液中的水泥量比例，為避免施工時串漿，按順序一排排打設(shè)，形成封閉的一排后再打設(shè)另一排。

所述斜向小導(dǎo)管斜向下的注漿角度與水平面的成角范圍為70～80°。

所述斜向小導(dǎo)管沿掘進方向的成排設(shè)置的管間距不大于上導(dǎo)洞的超前小導(dǎo)管的管間距，范圍為0.3～0.5m，斜向小導(dǎo)管沿下導(dǎo)洞的外側(cè)向外多排設(shè)置的排距為0.2～0.3m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果：

本發(fā)明是一種富水地層暗挖施工下導(dǎo)洞超前水平支護方法，可以在上導(dǎo)洞開挖完成后，通過從上導(dǎo)洞斜向下、向外注漿，使超前小導(dǎo)管注漿形成可持力的懸桿狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定下導(dǎo)洞外側(cè)土體，減少下導(dǎo)洞土方開挖后的下導(dǎo)洞側(cè)壁的臨空壓力，為下導(dǎo)洞提供安全可靠的開挖空間。同時多個懸桿狀持力結(jié)構(gòu)連接形成帷幕狀結(jié)構(gòu)，同時一定程度上可以起到止水作用，改善土質(zhì)。

本發(fā)明充分利用了上導(dǎo)洞空間，從上導(dǎo)洞內(nèi)通過小導(dǎo)管對下導(dǎo)洞進行斜向加固，解決了富水地層暗挖施工的難題，拓展了暗挖施工的適用范圍，加固效果較好，可有效加快施工工期，為暗挖施工中下導(dǎo)洞作業(yè)提供安全可靠的空間，保證施工人員的安全。

本發(fā)明中的超前小導(dǎo)管是預(yù)制的可拼接式小導(dǎo)管，針對上導(dǎo)洞空間不足，無法滿足下導(dǎo)洞一次性打設(shè)小導(dǎo)管的凈空要求而設(shè)計，可根據(jù)凈空的大小進行導(dǎo)管長度的調(diào)整，無需更換其它機械設(shè)備，增加暗挖施工的安全保障。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于因地質(zhì)、管線、位置等問題導(dǎo)致的暗挖施工中上導(dǎo)洞可正常支護而下導(dǎo)洞無法正常超前支護或支護效果不理想的情況。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明施工步驟中步驟一完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明施工步驟中步驟四完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明施工步驟中步驟六完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明施工步驟中步驟八完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明施工步驟中步驟十完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明施工步驟中步驟三中超前小導(dǎo)管的前段結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明施工步驟中步驟三中超前小導(dǎo)管的標準節(jié)段結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明施工步驟中步驟三中超前小導(dǎo)管的尾段結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明施工步驟中步驟三中超前小導(dǎo)管的三段拼接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明施工步驟中步驟三中超前小導(dǎo)管的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明施工步驟中步驟三中超前小導(dǎo)管的外螺紋結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記：1－上導(dǎo)洞超前支護、1.1－超前小導(dǎo)管、1.2－大管棚、2－上導(dǎo)洞初期支護、2.1－上導(dǎo)洞側(cè)墻初期支護、2.2－上導(dǎo)洞水平中隔壁、3－斜向小導(dǎo)管、3a－前段、3b－標準節(jié)段、3c－尾段、3d－出漿孔、3e－加鐵箍、3f－外螺紋、3g－內(nèi)螺紋、4－下導(dǎo)洞外側(cè)圍巖、5－下導(dǎo)洞墻底位置、6－鎖腳錨桿、7－注漿角度、8－放樣線、9－下導(dǎo)洞超前水平支護、10－下導(dǎo)洞初期支護。

具體實施方式

實施例為一處于繁華商業(yè)地段，暗挖地層處于含水量豐富的淤泥質(zhì)粘土層和粗砂層的待開挖隧道，根據(jù)施工組織設(shè)計，此處采用交叉中隔壁法進行暗挖施工時，需先開挖上方兩個導(dǎo)洞，再開挖下方兩個導(dǎo)洞。因暗挖區(qū)域較短，最終方案為在上導(dǎo)洞貫通后再開挖下導(dǎo)洞。

施工上導(dǎo)洞開挖時，發(fā)現(xiàn)土質(zhì)含水率較大，土體濕軟，下導(dǎo)洞在開挖過程中，發(fā)生側(cè)壁坍塌，暗挖施工危險性較大，下導(dǎo)洞超前小導(dǎo)管無法施工，現(xiàn)有措施無法保證下導(dǎo)洞施工安全。又因處于繁華商業(yè)地段無法進行地面注漿加固，成為施工難題。

一種富水地層暗挖施工下導(dǎo)洞的超前支護方法，施工步驟如下：

步驟一、依據(jù)設(shè)計圖紙完成常規(guī)的上導(dǎo)洞初期支護：采用交叉中隔壁法首先對隧道的上導(dǎo)洞施工沿掘進方向水平的上導(dǎo)洞超前支護1，并進行上導(dǎo)洞的開挖，然后施工上導(dǎo)洞初期支護2；上導(dǎo)洞超前支護1為超前小導(dǎo)管1.1和大管棚1.2交替設(shè)置，完成參見圖1所示。

步驟二、對下導(dǎo)洞的開挖區(qū)域的圍巖進行地質(zhì)情況的判斷：依據(jù)設(shè)計圖紙、施工時的地下水位情況和施工時土質(zhì)情況對于待開挖的下導(dǎo)洞隧道進行整體的地質(zhì)進行判斷，對設(shè)計圖紙中的設(shè)計地質(zhì)情況和施工時地質(zhì)情況進行對比，通過施工地質(zhì)情況確定注漿參數(shù)并計算斜向超前支護參數(shù)。

具體施工時地質(zhì)情況有以下兩種：

a、若下導(dǎo)洞中存在全部或部分可以沿掘進方向水平正常施作的超前支護，則先完成該部分下導(dǎo)洞超前水平支護9，對設(shè)計圖紙中地質(zhì)情況和實際情況進行對比后進行下導(dǎo)洞試開挖，以確定有無實施斜向超前支護的必要；

b、若下導(dǎo)洞中不存在可以沿掘進方向水平正常施作的超前支護，則直接進行斜向超前支護，根據(jù)下導(dǎo)洞的開挖條件，斜向超前支護的打入點分情況考慮。

所述步驟二中，斜向超前支護的打入點分為兩種情況：

b1，起始打入點自上導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)開始，全部穿過上導(dǎo)洞水平中隔壁2.2打入；

b2，起始打入點自上導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)開始，一部分穿過上導(dǎo)洞側(cè)墻初期支護2.1打入，另一部分穿過上導(dǎo)洞水平中隔壁2.2打入。

起始打入點穿過上導(dǎo)洞側(cè)墻初期支護的斜向超前支護以鎖腳錨桿6為界線分兩種情況：

b21，起始打入點低于上導(dǎo)洞的鎖腳錨桿6；

b22，起始打入點高于上導(dǎo)洞的鎖腳錨桿6。

本實施例中，參見圖2所示，采用b22的起始打入點。

注漿參數(shù)根據(jù)具體地質(zhì)情況進行判斷，包括：

注漿液的成分：采用水泥和水玻璃的雙漿液，其中水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃的波美度范圍為38.4～48.3；雙漿液初凝時間控制在1～2min；注漿初始壓力范圍為0.1～0.3mpa，終壓范圍為0.3～0.5mpa，擴散半徑按0.5m計算，注漿時注漿壓力達到終壓時停止，或未達到終壓但注漿量達到設(shè)計方量，無漏漿現(xiàn)象時停止。

斜向支護參數(shù)包括：鉆孔的位置、斜向小導(dǎo)管沿掘進方向的設(shè)置間距、斜向小導(dǎo)管沿下導(dǎo)洞的外側(cè)向外成排設(shè)置的排距、斜向小導(dǎo)管的打入角度、個數(shù)和拼接長度，其中斜向小導(dǎo)管的長度根據(jù)打入角度確定。斜向小導(dǎo)管沿掘進方向的設(shè)置間距應(yīng)與雙液漿中水玻璃用量相適應(yīng)。

步驟三、參見圖6-11所示，按照步驟二中的斜向支護參數(shù)中的斜向小導(dǎo)管的個數(shù)、拼接長度和斜向超前支護參數(shù)在工廠預(yù)制斜向小導(dǎo)管3，并運送至施工現(xiàn)場。

本實施例中可采用熱軋鋼花管，該管的外徑為42mm，壁厚為3.5mm。所述斜向小導(dǎo)管3是可拼接式鋼導(dǎo)管，包括拼接為一體的前段3a、至少一段標準節(jié)段3b和尾段3c，管壁上每隔10～20cm梅花型鉆有出漿孔3d，孔眼直徑為6～8cm。所述前段3a的端頭為尖錐型，標準節(jié)段3b的長度為1～2m，尾段3c的尾部焊接加鐵箍3e，尾段3c預(yù)留有長度不小于30cm作為不設(shè)出漿孔的止?jié){段。

各段通過螺紋連接，參見圖10為內(nèi)螺紋3g，參見圖11為外螺紋3f。

步驟四、按照步驟二中的斜向超前支護參數(shù)和具體施工時地質(zhì)情況，設(shè)定好斜向超前支護的起始打入點，在上導(dǎo)洞的洞壁上測量放樣，設(shè)計放樣線8，該放樣線自上導(dǎo)洞初期支護2的內(nèi)側(cè)、上導(dǎo)洞初支的下部區(qū)域直至下導(dǎo)洞外側(cè)圍巖4斜向下設(shè)計，在設(shè)計孔位上做好標記后沿放樣線鉆孔，孔徑較斜向小導(dǎo)管的管徑需大20mm以上。完成參見圖2所示。

步驟五、成孔后根據(jù)上導(dǎo)洞凈空的大小，將斜向小導(dǎo)管的進行初步拼接，通過拼接來解決上導(dǎo)洞空間不足的弊端。

步驟六、將初步拼接完成的斜向小導(dǎo)管送入步驟四中鉆孔中，隨著斜向小導(dǎo)管的伸入不斷在初步拼接的基礎(chǔ)上接長斜向小導(dǎo)管3，直至拼接的斜向小導(dǎo)管的長度符合要求，打設(shè)斜向小導(dǎo)管時需要避開上導(dǎo)洞超前支護1和下導(dǎo)洞超前水平支護9，最內(nèi)側(cè)的斜向小導(dǎo)管的打入終點需要在下導(dǎo)洞墻底位置5的標高之下，一般延伸至下導(dǎo)洞底板下方的高度至少h=0.3m～0.5m。本實施例中，其中高度方向上的第一道斜向小導(dǎo)管3.1的起始打入點應(yīng)穿過上導(dǎo)洞側(cè)墻初期支護2.1、高于上導(dǎo)洞的鎖腳錨桿6，其余斜向小導(dǎo)管穿過上導(dǎo)洞水平中隔壁2.2打入，完成參見圖3所示。

步驟七、將斜向小導(dǎo)管逐個打入，按照步驟二中的斜向支護參數(shù)中的斜向小導(dǎo)管沿掘進方向的設(shè)置間距、斜向小導(dǎo)管沿下導(dǎo)洞外側(cè)向外成排設(shè)置的排距，將斜向小導(dǎo)管逐沿掘進方向間隔施工成一排，沿下導(dǎo)洞外側(cè)向外間施工多排，打入后的斜向小導(dǎo)管3與上導(dǎo)洞初期支護2固定連接，兩者共同組成下導(dǎo)洞超前水平支護體系。迎土側(cè)的起始一排采用雙漿液，后排逐步提高漿液中的水泥量比例，為避免施工時串漿，應(yīng)按順序一排排打設(shè)，形成封閉的一排后再打設(shè)另一排。

本實施例中斜向小導(dǎo)管沿掘進方向的成排設(shè)置的管間距不大于上導(dǎo)洞的超前小導(dǎo)管的管間距，范圍為0.3～0.5m，斜向小導(dǎo)管沿下導(dǎo)洞的外側(cè)向外多排設(shè)置的排距為0.2～0.3m。所述斜向小導(dǎo)管斜向下的注漿角度7與水平面的成角范圍為70～80°。

步驟八、對斜向小導(dǎo)管進行注漿，每根斜向小導(dǎo)管的漿液凝結(jié)后在下導(dǎo)洞外側(cè)圍巖4內(nèi)均形成懸桿狀持力結(jié)構(gòu)，各個懸桿狀持力結(jié)構(gòu)最終連接形成帷幕狀結(jié)構(gòu)。完成參見圖4所示。

步驟九、帷幕狀結(jié)構(gòu)形成強度即下導(dǎo)洞超前水平支護完成，然后對下導(dǎo)洞進行開挖。斜向小導(dǎo)管加固形成一定強度后，可以對加固處先取芯檢測加固效果，然后對下導(dǎo)洞進行試開挖，一般先對下導(dǎo)洞掌子面、側(cè)壁、開挖土體進行判斷，開挖土體含水量降低、強度良好、側(cè)壁和掌子面無坍塌現(xiàn)象，可繼續(xù)施工。若開挖土體的含水量仍較大，土體仍強度低易坍塌，則繼續(xù)進行斜向加固，直至超前支護完成。

步驟十、下導(dǎo)洞開挖時，對外露于上導(dǎo)洞和下導(dǎo)洞內(nèi)部的斜向小導(dǎo)管進行切除。

步驟十一、下導(dǎo)洞開挖完成后，施工下導(dǎo)洞初期支護10，在判斷可繼續(xù)進行初期支護后，應(yīng)立即迅速進行初期支護的施工，防止因其他外部原因造成的坍塌，斜向小導(dǎo)管穿過下導(dǎo)洞初期支護型鋼鋼架之間的格柵網(wǎng)片并連接在格柵網(wǎng)片上，完成參見圖5所示。

本發(fā)明中鉆孔、導(dǎo)管安裝應(yīng)符合下列要求：

一、小導(dǎo)管的安設(shè)應(yīng)采用引孔頂入法。

二、鉆孔方向應(yīng)順直。

三、鉆孔直徑應(yīng)大于斜向小導(dǎo)管，一般不大于50mm，孔深視斜向小導(dǎo)管的長度確定。

四、采用吹管法清孔。

注漿前，應(yīng)先沖洗管內(nèi)沉積物，由下至上順序進行。單孔注漿壓力達到設(shè)計要求值，持續(xù)注漿10min且進漿速度為開始進漿速度的1/4或進漿量達到設(shè)計進漿量的80%及以上時注漿方可結(jié)束。停止時先停泵在關(guān)閉球閥，最后清洗管路。注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)注漿試驗結(jié)果及現(xiàn)場情況調(diào)整。