渗水较大的砂土段隧道的开挖施工方法与流程

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及渗水较大的砂土段隧道的开挖施工方法。背景技术：2.花岗岩是地表分布最广的岩石种类，在我国分布广泛，在地质构造运动和化学风化等综合作用下，花岗岩发生风化现象，并形成不同程度的风化强度，风化后的花岗岩稳定性降低，若是在隧道施工中遇上全风化花岗岩地层，则会显著增加施工难度，隧道坍塌的可能性增加，容易造成危险事故并且延长施工时间，费时费力。3.浙江平阳104国道改建时，九凰山隧道(新建右幅)进口处为全风化花岗岩，隧道开挖后表现为砂土状态，稳定性很差，渗水量大，易出现沉降过大、隧道坍塌等灾害，与此同时，该隧道内渗水量特别大，散流，给施工造成了及其不利的影响，因此在施工时除了要解决砂土不稳易塌孔的问题，还需要解决渗水量大的问题，常规的施工方法不能满足现场的施工要求，所以需要一种施工方法以同时解决上述问题。技术实现要素：4.本发明的目的是提供渗水较大的砂土段隧道的开挖施工方法，具有施工效率高、缩短工期、降低成本，同时能够显著提升施工过程中安全性的效果。5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：包括6.s1：在套拱下方的地面内设置滤箱集水井一；7.s2：采用预留核心土环形开挖上导坑，安装钢拱架，根据核心土中渗水的平面高度确定渗水面，渗水面上方和下方的核心土坡面贴合覆盖包裹透水土工布一，垂直于核心土的坡面插入若干个工字钢加强支护；8.s3：对渗水面上方的核心土的坡面和顶面均喷射2cm混凝土；9.s4：当开挖进尺达到6-7米时，设置滤箱集水井二；10.s5：对下导坑的边墙采用跳槽开挖的方式开挖支护，并在下导坑底部设置滤箱集水井三；11.s6：待边墙对称施工5-6米后，分次开挖仰拱使钢拱架封闭成环，喷射混凝土，仰拱完成后，立模施工仰拱回填，并且在核心土侧边的仰拱底部设置滤箱集水井四，此时核心土与下导坑形成一体式坡面，对核心土和下导坑坡面同时垂直插入工字钢加强防护；12.s7：仰拱及回填完成后循环作业。13.通过采用上述技术方案，在s1中，在未进洞之前先设置滤箱集水井一，预先将洞内的水引流出来，在未进洞之前先设置滤箱集水井一，预先将洞内的水引流出来，降低水位，土体形成干砂，干砂就具有一定的摩擦角，从而提升土体稳定性；在s2、s3及s4中，由于隧道内渗水量大，开挖弧形上导坑以后，洞内道面及核心土极易渗水，在核心土的渗水面稍上方以及渗水面下方的核心土坡面覆盖透水土工布一，利用透水土工布一良好的透水性，使水能顺利流入滤箱集水井二被排走，而土颗粒、细沙、小石料等被截留在核心土中，以保持核心土稳定，避免坍塌；在洞内设置滤箱集水井二，根据排水量大小设置多个，提升滤水的效率；在s2中，在透水土工布一外垂直于核心土插接有工字钢，设置多个工字钢能够对核心土内的砂土挤压，减小砂土之间的间隙，对土体加固，能够进一步提升核心土的稳定性，与透水土工布一协作提升对核心土的支护力；在s3中采用喷射砼对核心土上部和顶部形成固结，加强土体的稳定性；在s5及s6中，随着开挖的掘进，将集水井间断迁移，便于及时排水及为边墙及仰拱开挖提供作业空间；在s5中，当开挖下导坑时，再次在下导坑底部设置滤箱集水井三，将低处的水引流至更低处，加强引流排水效果；s6中，随着开挖掘进，能够施工5米仰拱及回填时，可以在核心土底部一定距离内设置集水井四，及时施工仰拱及回填，如此循环作业，保证隧道内的水能够被持续不断引流出去，确保对核心土加强支护，确保掌子面的稳定，从而保证施工的安全。14.本发明的进一步设置为：所述s2中工字钢采用h16-h22，所述工字钢长2-4m，相邻所述工字钢横向间距50cm，纵向间距60-100cm，所述工字钢外露于核心土50cm，相邻所述工字钢之间设置有竹篱笆。15.通过采用上述技术方案，工字钢设置紧密，有效对核心土的流沙进行阻挡，同时在相邻的工字钢之间设置的竹篱笆，使透水土工布一更好的贴合于核心土坡面，不仅能够更好的阻拦砂土的流失，同时也加快渗水效率，同时工字钢外露50cm，方便将工字钢拆拔出来实现重复利用，降低成本以及支挡竹篱笆。16.本发明的进一步设置为：所述s4中滤箱集水井二的数量为1-3个。17.通过采用上述技术方案，设置多个滤箱集水井二，提升渗水集中至集水井中的速率，由于水流出时会带出流沙，但滤箱集水井二外周包裹有透水土工布二，则可以有效阻隔流沙进入滤箱集水井二中，不会造成土体的流失造成的坍塌事故，确保施工安全。18.本发明的进一步设置为：所述s5中下导坑中边墙的每个挖槽宽度为0.6-1.2m，挖槽后及时用喷射混凝土并安装钢拱架，边墙钢拱架支垫为较大预制块，并采用4-8根φ42mm*4mm 钢管施做锁脚锚杆，随即喷射混凝土形成支护。19.通过采用上述技术方案：对于下导坑采用跳槽开挖，每挖一个槽后立即喷射混凝土并使用锁脚锚杆加强支护力，加强槽孔的稳定性，能够保证槽壁土体的稳定，确保施工安全，待一个槽孔达到一定的强度后再开挖下一个槽孔，，使悬空钢拱架少，无受力点少，有利于隧道内土体的稳定性。20.本发明的进一步设置为：所述s1、s4、s5、s6中，先对土体施挖坑槽再将滤箱集水井一、滤箱集水井二、滤箱集水井三、滤箱集水井四放置在坑槽中，滤箱集水井一、滤箱集水井二、滤箱集水井三、滤箱集水井四外侧面包裹有透水土工布二，滤箱集水井一、滤箱集水井二、滤箱集水井三、滤箱集水井四与坑槽之间铺设有碎石。21.通过采用上述技术方案，滤箱集水井一、滤箱集水井二、滤箱集水井三、滤箱集水井四包裹设置有透水土工布二，可以有效阻隔流沙进入，不会造成土体的流失，避免了土体流失造成的坍塌事故，设置的碎石不仅能够稳定土体，也能够起到双层过滤的效果，加强透水抽排的效果。22.本发明的进一步设置为：还包括长管棚，在进入隧道之前采用双层长钢管施做长管棚，对隧道前端进行预支护，当隧道进尺到长管棚不能达到的深度时，在长管棚尾端搭接短管棚施工，长管棚尾端与短管棚搭接长度为2m，短管棚中短钢管长度为7m-8m，短钢管数量为若干个且相邻短钢管首尾之间搭接2m。23.通过采用上述技术方案，进洞口采用管棚对隧道前端进行预支护，加固土体，有效抑制围岩松动和垮塌，此处采用双层结构，进一步提升稳定性，提升进洞的安全性，隧道前端采用长管棚，长管棚洞外施作不能达到的部分采用搭接短管棚，降低长钢管在洞内操作的不便性，提升工作效率；整个隧道采用预留核心土环形开挖方法，开挖工作面稳定性好，施工安全性高，用短钢管的方式施做管棚弥补了长管棚过长不能在洞外达到的要求。24.本发明的进一步设置为：还包括雨季施工的防水顶棚，所述防水顶棚设置于隧道施工段落顶部，所述防水顶棚尺寸为60m(沿隧道断面方向)*50m(沿隧道掘进方向)，所述防水顶棚顶面相对两侧边均设置有排水部。25.通过采用上述技术方案，如果在雨季施工，需要提前在隧道施工段落顶部搭设60(沿隧道断面方向)*50(沿隧道掘进方向)米的大棚，采用将雨水引至防水顶棚两侧的排水管排走，同时每进尺6m将靠近洞口的6m大棚移至隧道掘进前面，实现循环施工，节省工料，确保掌子面顶部周边30米范围内原地面无渗水，进一步保证整个隧道的低水量。26.本发明的有益效果是：27.1、由于隧道内渗水量大，开挖环形上导坑以后，核心土中极易渗水，通过确定核心土的渗水起始点的高度进而确定渗水面，在渗水面上下高度的核心土坡面贴合覆盖透水土工布一，利用透水土工布一良好的透水性，使核心土中的水能透过透水土工布一流入集水井一中，而土颗粒、细沙、小石料等被截留在核心土中，以保持核心土稳定，避免坍塌，设置多个滤箱集水井二，提升滤水回收的效率，同时在透水土工布外一垂直于核心土插接有工字钢，设置多根工字钢能够对核心土内的砂土挤压，同时利用土体自重与工字钢的摩擦力加强土体稳定性，以及利用透水土工布滤水、保土能够进一步提升核心土的稳定性。28.2、设置多个滤箱集水井一、滤箱集水井二、滤箱集水井三、滤箱集水井四，提升渗水集中至滤箱集水井中的速率，缩短水抽出的时间，加快施工进度，避免洞内水分停留时间过久使土体松散，造成施工风险，由于水流出时会带出流沙，在每个滤箱集水井外周包裹透水土工布二，则可以有效阻隔流沙进入，不会造成土体的流失，避免了土体流失造成的坍塌事故，设置更低位的滤箱集水井三和滤箱集水井四能降低地下水位，使上面的土体含水量大大降低，从而使土体具有较大的摩擦角，加强土体的自稳性能，设置的碎石不仅能够稳定土体，也能够起到双层过滤的效果，加强透水抽排的效果。29.3、进洞口采用管棚对隧道前端进行预支护，加固土体，有效抑制围岩松动和垮塌，此处采用双层结构，进一步提升稳定性，提升进洞的安全性，隧道内采用短管棚，降低长钢管在洞内操作的不便性，搭接2米确保过渡段的稳定性，和受力的传递，提升工作效率。30.4、在隧道各个地方设置四类滤箱集水井，始终保证不管进洞的深度有多少，循环作业多少次，在更低点处的下导坑下方始终设置有滤箱集水井，保证隧道内的水能够被持续不断引流出去，通过潜水泵抽排干净，确保隧道内的渗水进一步得到治理，最大程度避免坍塌的发生，确保持续挖掘的安全性，施工有序进行，缩短工期并且能节省支出。31.5、插入核心土体的工字钢和竹篱笆能重复利用，降低施工成本。32.6、由于掌子面的安全得到保证，同时使用机械开挖，大大提高作业效率，大大缩短开挖时间，从而大大节省工期。附图说明33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。34.图1是本发明隧道刚施工时的纵断面。35.图2是本发明隧道刚施工时的横断面36.图3是本发明隧道施工进尺较短的纵断面。37.图4是本发明隧道施工进尺较短的横断面38.图5是本发明隧道施工进尺较长的纵断面。39.图6是本发明隧道施工进尺较长的横断面。40.图中，1、套拱；2、滤箱集水井一；3、长管棚；4、上导坑；5、钢拱架；6、核心土；7、透水土工布一；8、工字钢；9、滤箱集水井二；10、2cm混凝土；11、下导坑；12、滤箱集水井三；13、仰拱；14、滤箱集水井四；15、短管棚；16、竹篱笆；17、透水土工布二；18、碎石。具体实施方式41.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。42.实施例，渗水较大的砂土段隧道的开挖施工方法，根据图1-图6，包括以下步骤：43.(1)在隧道口施做套拱1，采用双层长管棚3，对隧道前端进行预支护，进洞口采用管棚对隧道前端进行预支护，加固土体，有效抑制围岩松动和垮塌，此处采用双层结构，进一步提升稳定性，提升进洞的安全性。44.(2)在套拱1下方的地面内设置滤箱集水井一2，在未进入对到之前先设置滤箱集水井，预先将洞内的水引流出来，提升进洞施工的稳定性。45.(2)采用预留核心土6环形开挖上导坑4，安装钢拱架5，根据核心土6中渗水的平面高度确定渗水面，渗水面上方和下方的核心土6坡面贴合覆盖包裹透水土工布一7，垂直于核心土6 的坡面插入工字钢8加强支护，工字钢8采用h18，工字钢8长3m，相邻工字钢8横向间距50cm，纵向间距80cm，工字钢8外露于核心土650cm，相邻工字钢8之间设置有竹篱笆16，工字钢8 设置紧密，有效对核心土6的流沙进行阻挡，同时在相邻的工字钢8之间设置的竹篱笆16，使透水土工布一7更好的贴合于核心土6坡面，不仅能够更好的阻拦砂土的流失，同时也加快渗水效率。46.(3)在核心土6两侧下方的砂土内设置有1个滤箱集水井二9。47.(4)对渗水面上方的核心土6的坡面和顶面均喷射2cm混凝土10，有效固结核心土6顶部的砂土，避免砂土滑落造成土体散落，同时也能协助核心土6内的积水顺利流进滤箱集水井一 2中统一集中排出。48.(5)对下导坑11的边墙采用跳槽开挖的方式开挖支护，边墙的每个挖槽宽度为1m，挖槽后及时用喷射混凝土102cm并安装钢拱架5，边墙钢拱架5支垫为较大预制块，并采用6根φ 42mm*4mm钢管施做锁脚锚杆，随即喷射混凝土102cm形成支护，然后在在靠近隧道洞口的下导坑11下方的砂土内设置滤箱集水井三12。49.(6)待边墙对称施工6m后，分次开挖仰拱13使钢拱架5封闭成环，喷射混凝土102cm，仰拱13完成6m后，立模施工仰拱13回填，并且在远离隧道洞口的仰拱13侧边的下导坑11下方设置滤箱集水井四14，在以上滤箱集水井一2、滤箱集水井二9、滤箱集水井三12、滤箱集水井四14包裹设置有透水土工布二17，可以有效阻隔流沙进入，不会造成土体的流失，避免了土体流失造成的坍塌事故，滤箱集水井一2、滤箱集水井二9、滤箱集水井三12、滤箱集水井四14与坑槽之间铺设有碎石18，不仅能够稳定土体，增加地面承载力，也能够起到双层过滤的效果，加强透水抽排的效果，当隧道内设置有滤箱集水井四14时，此时核心土6与下导坑11 形成的侧面形成一体式坡面，远离隧道洞口在下导坑11的侧面坡面也垂直插入工字钢8，进一步加强核心土6的稳定性。50.(7)仰拱13及回填完成后循环作业。51.(8)当隧道进尺到长管棚3不能达到的深度时，在长管棚3尾端搭接2m短管棚15施工，短管棚15中的短钢管长度为7m，相邻短钢管首尾之间搭接2m，隧道前端采用长管棚3，后端搭接短管棚15，降低长管棚3在洞内操作的不便性，提升工作效率，同时使隧道深处的挖掘依然保持较高的稳定性。52.(9)遇到雨水天时，可以在隧道顶上设置一个50m*60m的大棚，隧道横向60m，进尺方向50m，使雨水从两侧的挖沟中或设置塑料管排走；每进尺8m，将前端的8m大棚拆除后补接到后端，实现循环施工，节省工料，确保掌子面顶部周边30米范围内原地面无渗水，确保掌子面的稳定性，同时也降低洞内的渗水量。53.平阳九凰山平隧道70米进口段按照上述施工方法施工，确保高效率的同时保证了施工的安全性，工期节省近3个月，且无安全事故发生，同时费用节省150多万元。









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