本发明公开的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，包括以下步骤：步骤1，开挖隧道前预处理；步骤2，在隧道上覆土层的拱肩位置处左右各施作一注浆锚杆；步骤3，在隧道上方的地表附近施作地基梁来固定锚杆锚头；步骤4，采用上中下三台阶法开挖隧道。本发明拉锚施工方法通过在隧道拱肩处施作锚杆，并与地基梁相连接，对隧道上覆土层施加一锚力，起到拉锚的作用；有效加固松散，对该地层浅埋隧道上覆土层沉降变形起到很好的限制、降低作用，该施工方法工期短，造价低，施工效率高，能将因隧道开挖产生的不平衡力消散，调整应变状态，减缓变形的发展，实现自身制约效果，有很好的实用价值。
1.适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，开挖隧道前预处理
在即将要做加固处理范围内的隧道开挖面上方，使用普通钻机进行成孔作业，然后将超前小导管(1)插入所成孔中并注浆，形成预先固结层；
步骤2.1，在经步骤1处理的隧道的拱肩位置处，使用普通钻机沿与隧道竖直中线成
30°-45°夹角的方向对称钻进一组钻孔(17)，随后清理钻孔(17)；
步骤2.2，使用头部安装锚头(16)的中空注浆锚杆(8)，然后将其插入步骤2.1的钻孔(17)中，同时用锚头(16)上的倒刺将中空注浆锚杆(8)挂住；此时在中空注浆锚杆(8)上依次安装套筒(15)、止浆塞(13)、垫板(14)和螺母(11)，然后将中空注浆锚杆(8)尾部的注浆孔(10)与注浆机相连接；
步骤2.3，通过注浆机和注浆孔(10)对中空注浆锚杆(8)进行注浆作业，得到注浆锚杆；
步骤3.1，在经步骤2处理后的隧道上方修筑混凝土垫层，然后画出将要施作的地基梁(9)的中心线和边线，作为后期支模板的基准线；
步骤3.2，制作符合规定的钢筋并根据需求在相应部位绑扎钢筋，随后按照步骤3.1的中心线和边线安装木模；
步骤3.3，对木模进行洒水湿润处理，随后用钢筋混凝土对木模和嵌入的锚头(16)进行浇捣作业，使锚头(16)固定在木模内的地基梁(9)中，在凝固不少于24h后拆除木模，即使锚头(16)固定在地基梁(9)内；
步骤4，采用上中下三台阶法开挖经步骤3处理的隧道，即得到防止上覆土层变形的浅埋隧道。
2.根据权利要求1所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述步骤1中超前小导管(1)均为无缝钢管，具体包括依次相互连接的注浆入口、注浆段钢管和止浆段钢管；
其中注浆入口呈圆锥状，注浆段钢管内设置有呈梅花状排列的注浆孔洞。
3.根据权利要求2所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述超前小导管(1)内径30-50mm，相邻所述注浆孔洞的间距为100-150mm，相邻所述超前小导管(1)的间距为300-500mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述超前小导管(1)的具体安装操作为：超前小导管(1)采用风镐顶入或者用机械成孔后安装，并沿隧道纵向开挖轮廓线向外以10°-30°的外插角钻孔，然后将其打入地层；安装完毕后，在超前小导管(1)管口用麻丝和锚固剂封堵其与孔之间的空隙，并在超前小导管(1)管口处安装封头和孔口阀。
5.根据权利要求1所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述步骤2中中空注浆锚杆(8)插入钻孔(17)的长度不少于其总长度的95％；所述垫板(14)贴紧隧道临空面。
6.根据权利要求1所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述步骤3中木模在使用前先将其表面清洗干净，然后刷上脱模油脂，待其干燥后再支木模。
7.根据权利要求1所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述步骤3中浇捣作业采用插入式振捣器，振捣时间为10-15s。
8.根据权利要求1所述的适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，其特征在于，所述步骤4的具体步骤为：步骤4.1，上台阶采用环形开挖预留核心土法，在隧道上部断面先挖弧形坑，随后开挖中部核心土并架设钢拱架(2)，在其内设置相应部分的一次支护(5)和拱脚注浆锁脚锚管(3)，控制初期衬砌的沉降变形；
步骤4.2，中台阶分左右侧开挖，及时架设钢拱架(2)并设置相应部分的一次支护(5)和墙角注浆锁脚锚管(4)，控制初期衬砌的沉降变形；
步骤4.3，进行下台阶开挖构筑隧道仰拱，设置相应部分的一次支护(5)，使拱墙初期衬砌、拱顶初期衬砌以及仰拱初期衬砌连接为一个整体，形成封闭环状初期衬砌；
步骤4.4，搭设塑料薄板隔离层(6)作为防水层，依次对隧道仰拱和拱墙进行筑模混凝土(7)操作，完成二次衬砌以及拱顶回填注浆。
适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于浅埋隧道开挖方法技术领域，具体涉及一种适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法。
背景技术
[0002] 近年来，城市人口密集化加剧使得地面使用面积越来越有限，地面交通越来越拥挤，从而促进了城市地下铁路的快速普及与进步。随着城市轨道交通日趋成熟，无论是地铁隧道还是公路隧道，在各个地区都得到了较好的发展，但随之产生的问题也越来越多。
[0003] 地铁的快速发展无疑给各大城市减轻了相当大的交通拥挤问题，为人们带来了极大的便利。但这里就有一个担忧，地铁埋深一般都在10-20米，浅埋隧道居多，其开挖势必会对周围土体会产生扰动和破坏，使隧道上覆土层出现不同程度的沉降变形，这直接影响到地面密集建筑物、道路路面和市政工程的安全使用，该现象在松散、软弱地层更为突出。因此，为了保证地面建筑物安全、地面交通正常有序，则必须严格控制因隧道开挖引起的上覆土层沉降变形。控制该沉降变形方法很多，包括改善土体特性，减少地下水的排放量，根据地层条件选择施工方法，合理确定开挖进尺，及时支护措施以及工程加固措施等，选择时应尽量合理有效，否则将会造成严重的后果。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，解决了现有浅埋隧道在开挖时易发生上覆土层沉降变形的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1，开挖隧道前预处理
[0007] 在即将要做加固处理范围内的隧道开挖面上方，使用普通钻机进行成孔作业，然后将超前小导管插入所成孔中并注浆，形成预先固结层；
[0008] 步骤2，施作注浆锚杆
[0009] 步骤2.1，在经步骤1处理的隧道的拱肩位置处，使用普通钻机沿与隧道竖直中线成30°-45°夹角的方向对称钻进一组钻孔，随后清理钻孔；
[0010] 步骤2.2，使用头部安装锚头的中空注浆锚杆，然后将其插入步骤2.1的钻孔中，同时用锚头上的倒刺将中空注浆锚杆挂住；此时在中空注浆锚杆上依次安装套筒、止浆塞、垫板和螺母，然后将中空注浆锚杆尾部的注浆孔与注浆机相连接；
[0011] 步骤2.3，通过注浆机和注浆孔对中空注浆锚杆进行注浆作业，得到注浆锚杆；
[0012] 步骤3，固定经步骤2处理的注浆锚杆锚头
[0013] 步骤3.1，在经步骤2处理后的隧道上方修筑混凝土垫层，然后画出将要施作的地基梁的中心线和边线，作为后期支模板的基准线；
[0014] 步骤3.2，制作符合规定的钢筋并根据需求在相应部位绑扎钢筋，随后按照步骤3.1的中心线和边线安装木模；
[0015] 步骤3.3，对木模进行洒水湿润处理，随后用钢筋混凝土对木模和嵌入的锚头进行浇捣作业，使锚头固定在木模内的地基梁中，在凝固不少于24h后拆除木模，即使锚头固定在地基梁内；
[0016] 步骤4，采用上中下三台阶法开挖经步骤3处理的隧道，即得到防止上覆土层变形的浅埋隧道。
[0017] 本发明的特征还在于，
[0018] 步骤1中超前小导管均为无缝钢管，具体包括依次相互连接的注浆入口、注浆段钢管和止浆段钢管；
[0019] 其中注浆入口呈圆锥状，注浆段钢管内设置有呈梅花状排列的注浆孔洞。
[0020] 超前小导管内径30-50mm、长度3-5mm，相邻注浆孔洞的间距为100-150mm，相邻超前小导管的间距为300-500mm。
[0021] 超前小导管的具体安装操作为：
[0022] 超前小导管采用风镐顶入或者用机械成孔后安装，并沿隧道纵向开挖轮廓线向外以10°-30°的外插角钻孔，然后将其打入地层；安装完毕后，在超前小导管管口用麻丝和锚固剂封堵其与孔之间的空隙，并在超前小导管管口处安装封头和孔口阀。
[0023] 步骤2中中空注浆锚杆插入钻孔的长度不少于其总长度的95％；垫板贴紧隧道临空面。
[0024] 步骤3中木模在使用前先将其表面清洗干净，然后刷上脱模油脂，待其干燥后再支木模。
[0025] 步骤3中浇捣作业采用插入式振捣器，振捣时间为10-15s。
[0026] 步骤4的具体步骤为：
[0027] 步骤4.1，上台阶采用环形开挖预留核心土法，在隧道上部断面先挖弧形坑，随后开挖中部核心土并架设钢拱架，在其内设置相应部分的一次支护和拱脚注浆锁脚锚管，控制初期衬砌的沉降变形；
[0028] 步骤4.2，中台阶分左右侧开挖，及时架设钢拱架并设置相应部分的一次支护和墙角注浆锁脚锚管，控制初期衬砌的沉降变形；
[0029] 步骤4.3，进行下台阶开挖构筑隧道仰拱，设置相应部分的一次支护，使拱墙初期衬砌、拱顶初期衬砌以及仰拱初期衬砌连接为一个整体，形成封闭环状初期衬砌；
[0030] 步骤4.4，搭设塑料薄板隔离层作为防水层，依次对隧道仰拱和拱墙进行筑模混凝土操作，完成二次衬砌以及拱顶回填注浆。
[0031] 本发明的有益效果是：本发明适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法通过在隧道拱肩处施作锚杆，并将它们与地表附近的地基梁相连接，对隧道上覆土层施加一锚力，起到拉锚的作用；可以有效加固松散、软弱地层结构，对该地层浅埋隧道上覆土层沉降变形起到很好的限制、降低作用，该施工方法的工期短，造价低，施工效率高，能将因隧道开挖产生的不平衡力消散，调整应变状态，减缓或推迟变形的发展，实现自身制约效果，具有较高的经济效益和社会效益，有很好的实用价值。
附图说明
[0032] 图1是本发明拉锚施工方法中隧道的开挖施工流程图；
[0033] 图2是本发明图1中A-A剖面的结构示意图；
[0034] 图3是本发明拉锚施工方法中隧道拉锚施工示意图；
[0035] 图4是本发明拉锚施工方法中中空注浆锚杆的结构示意图；
[0036] 图5是本发明拉锚施工方法中中空注浆锚杆施工工艺的流程图。
[0037] 图中，1.超前小导管，2.钢拱架，3.拱脚注浆锁脚锚管，4.墙脚注浆锁脚锚管，5.一次支护，6.塑料薄板隔离层，7.模筑混凝土，8.中空注浆锚杆，9.地基梁，10.注浆孔，11.螺母，12.排气孔，13.止浆塞，14.垫板，15.套筒，16.锚头，17.钻孔。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0039] 本发明适于浅埋隧道的上覆土层沉降变形的拉锚施工方法，包括以下步骤：
[0040] 步骤1，开挖隧道前预处理
[0041] 在即将要做加固处理范围内的隧道开挖面上方，使用普通钻机进行成孔作业，如图1和图2所示，然后将超前小导管1插入所成孔中并注浆，形成预先固结层；
[0042] 其中超前小导管1均为无缝钢管，具体包括依次相互连接的注浆入口、注浆段钢管和止浆段钢管；注浆入口呈圆锥状，注浆段钢管内设置有呈梅花状排列的注浆孔洞；超前小导管1内径30-50mm、长度3-5mm，每两个相邻注浆孔洞的间距为100-150mm，每两个相邻超前小导管1的间距为300-500mm；其中，注浆液根据地层条件等具体确定；
[0043] 超前小导管1的具体安装操作为：超前小导管1采用风镐顶入或者用机械成孔后安装，并沿隧道纵向开挖轮廓线向外以10°-30°的外插角钻孔，然后将其打入地层；安装完毕后，在超前小导管1管口用麻丝和锚固剂封堵其与孔之间的空隙，并在超前小导管1管口处安装封头和孔口阀。
[0044] 步骤2，施作注浆锚杆
[0045] 步骤2.1，在经步骤1处理的隧道的拱肩位置处，使用普通钻机沿与隧道竖直中线成30°-45°夹角的方向对称钻进一组钻孔17，随后清理钻孔17；
[0046] 步骤2.2，如图3和图4所示，使用头部安装锚头16的中空注浆锚杆8，然后将其插入步骤2.1的钻孔17中，同时用锚头16上的倒刺将中空注浆锚杆8挂住；此时在中空注浆锚杆8上依次安装套筒15、止浆塞13、垫板14和螺母11，然后将中空注浆锚杆8尾部的注浆孔10与注浆机相连接；其中空注浆锚杆8尾部还设置有排气孔12；其中中空注浆锚杆8插入钻孔17的长度不少于其总长度的95％；垫板14贴紧隧道临空面；
[0047] 步骤2.3，通过注浆机和注浆孔10对中空注浆锚杆8进行注浆作业，若要进行压力注浆来改善土层结构，只需要等压力表上的指针升到所设计的压力即可，得到注浆锚杆，详见图5所示。
[0048] 步骤3，固定经步骤2处理的注浆锚杆锚头16
[0049] 步骤3.1，在经步骤2处理后的隧道上方修筑混凝土垫层，然后用墨线在其上弹出将要施作的地基梁9的中心线和边线，作为后期支模板的基准线；
[0050] 步骤3.2，制作符合规定的钢筋并根据需求在相应部位绑扎钢筋，随后按照步骤3.1的中心线和边线安装木模；其中木模在使用前先将其表面清洗干净，然后刷上脱模油脂，待其干燥后再支木模；
[0051] 步骤3.3，对木模进行洒水湿润处理，随后用钢筋混凝土对木模和嵌入的锚头16进行浇捣作业，使锚头16固定在木模内的地基梁9中，在凝固不少于24h后拆除木模，即使锚头16固定在地基梁9内，其中浇捣作业采用插入式振捣器，振捣时间为10-15s；
[0052] 地基梁9的修建应该在地下隧道开挖后应力作用空间的外侧，从而对才能通过注浆锚杆施加锚拉作用；具体根据隧道大小来确定地基梁9的位置、尺寸及配筋等，使用钢筋混凝土地基梁9来固定锚杆；地基梁9的钢筋全部采用绑扎连接，绑扎时应按照顺序依次进行绑扎。
[0053] 步骤4，采用上中下三台阶法开挖经步骤3处理的隧道，即得到防止上覆土层变形的浅埋隧道：
[0054] 步骤4.1，上台阶采用环形开挖预留核心土法，如图1-3中所示，在隧道上部断面先挖弧形坑①，随后开挖中部核心土②并架设钢拱架2，在其内设置相应部分的一次支护5和拱脚注浆锁脚锚管3，控制初期衬砌的沉降变形；
[0055] 步骤4.2，中台阶分左右侧开挖，先开挖左侧③，再开挖右侧④，及时架设钢拱架2并设置相应部分的一次支护5和墙角注浆锁脚锚管4，控制初期衬砌的沉降变形；
[0056] 步骤4.3，进行下台阶开挖构筑隧道仰拱⑤，设置相应部分的一次支护5，使拱墙初期衬砌、拱顶初期衬砌以及仰拱初期衬砌连接为一个整体，形成封闭环状初期衬砌；
[0057] 步骤4.4，搭设塑料薄板隔离层6作为防水层，依次对隧道仰拱和拱墙进行筑模混凝土7操作，完成二次衬砌以及拱顶回填注浆。
[0058] 本发明施工方法中，隧道开挖采用上中下三台阶法，其中上台阶用环形开挖预留核心土法，由于开挖过程中上部留有核心土支承着开挖面，能迅速及时的对拱顶做初次支护，增大开挖面稳定性；核心土和下部的开挖工程都是在拱部初次支护保护下进行的，安全性好；中台阶分左右两侧施作，减小了开挖断面，开挖扰动土层的范围也相对较小，封闭时间短，结构很快就处于整体较好的受力状态；该施工方法配合拉锚治理技术对控制上覆土层的沉降变形也起到一定的控制作用。
