软弱围岩岩溶段隧道施工方法转让专利
申请号 : CN201911306809.6
文献号 : CN111119904B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 王新泉 , 刁红国 , 税伟 , 谢勇 , 华国睿
申请人 : 浙江大学城市学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种软弱围岩岩溶段隧道施工方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、根据超前地质预报进行测量放样；
步骤二、超前支护；采用支护锚杆（2）和超前注浆小导管进行临时支护；
步骤三、上台阶环形开挖；采用人工风镐配合长臂挖掘机开挖，侧翻式挖掘机装渣，自卸汽车运输；
步骤四、上台阶初期支护；初期支护为锚喷网结构形式，开挖后初喷混凝土，再铺设钢筋网，然后架立钢架，安装支护锚杆（2），最后复喷混凝土至设计厚度；
步骤五、上台阶核心土开挖；采用挖掘机开挖，自卸汽车运渣；
步骤六、左下台阶与右下台阶开挖同时进行；采用微振动爆破配合人工风镐及挖掘机开挖，自卸汽车运渣；
步骤七、在隧道开挖过程中遇到无填充小型溶洞，采用隧道穿越无填充小型溶洞处治结构处治无填充小型溶洞；所述的隧道穿越无填充小型溶洞处治结构包括免拆模板现浇混凝土护拱（1）、喷锚支护悬支式操作平台（6）和轻质泡沫混凝土填灌；所述的免拆模板现浇混凝土护拱（1）是先通过预先打设在围岩中的预埋螺栓（19）和螺母（20）将免拆模板（14）固定，再在围岩表面（21）与免拆模板（14）间浇筑现浇混凝土（18），与打设围岩中的支护锚杆（2）共同组成免拆模板现浇混凝土护拱（1）；所述的喷锚支护悬支式操作平台（6）主要由操作平台（12）、支撑杆（13）、平台支撑架（7）、可伸缩液压支撑柱（68）和滚轮（22）组成，操作平台（12）由护栏（10）和平台板（11）组成，操作平台（12）由可伸缩液压支撑柱（68）和支撑杆（13）提供支撑力，支撑杆（13）上设置可伸缩装置（9），支撑杆（13）通过螺栓与螺母（8）固定在平台支撑架（7）上，平台支撑架（7）底部设置滚轮（22），滚轮（22）在隧道底面设置的轨道（23）上移动；所述的轻质泡沫混凝土填灌是在免拆模板现浇混凝土护拱（1）与溶蚀空腔（3）交界处填灌轻质泡沫混凝土形成轻质泡沫混凝土封闭墙（4）；
步骤八、左下台阶与右下台阶初期支护同时进行；初喷混凝土，再铺设钢筋网，然后安装支护锚杆（2），最后复喷混凝土；
步骤九、仰拱开挖和仰拱初期支护；采用人工风镐配合长臂挖掘机开挖，自卸汽车运渣；开挖完成后进行初喷混凝土，再铺设钢筋网，然后安装支护锚杆（2），最后复喷混凝土；
步骤十、仰拱二衬和拱墙二衬；二次衬砌采用40～60cm厚混凝土；
步骤十一、在隧道开挖过程中遇到隧道底板下深埋溶洞，采用隧道底板下深埋溶洞处治结构处治深埋溶洞；所述的隧道底板下深埋溶洞处治结构包括桩基托梁桥跨越结构、抱箍撑支式盖梁支模体系、撑支式箱梁支模体系和控制性注浆密填；所述的桩基托梁桥跨越结构包括箱梁（24）、盖梁（25）、承台（26）、桩（27）和隧道底板（28），在溶洞中打桩，桩（27）竖向贯穿溶洞，并在隧道边墙下方的桩（27）顶部浇筑盖梁（25），在隧道底板（28）下方的桩（27）顶部设置承台（26），并在承台（26）上浇筑箱梁（24）；所述的抱箍撑支式盖梁支模体系包括抱箍（33）、斜撑杆（34）、盖梁桩间段底模板（36）和盖梁侧模板（37），盖梁桩间段底模板（36）和盖梁侧模板（37）拼装在一起，通过带有可伸缩顶托（35）的斜撑杆（34）支撑盖梁桩间段底模板（36），斜撑杆（34）下端用抱箍（33）和螺栓与螺母（8）固定在桩（27）上；所述的撑支式箱梁支模体系包括箱梁模板和模板支撑结构，箱梁模板包括箱梁侧模板（40）、箱梁翼缘模板（39）和箱梁中部模板（38），在承台（26）上搭设由立杆（41）、水平杆（42）和斜撑杆（34）组成的模板支撑结构，箱梁侧模板（40）固定在水平杆（42）上，箱梁翼缘模板（39）由斜撑杆（34）支撑；所述的控制性注浆密填是在溶洞底部一定高度范围内进行注浆填密，使溶洞底部岩体与桩体结合在一起；
步骤十二、在隧道开挖过程中遇到隧道底板下有水溶洞，采用隧道底板下有水溶洞处治结构处治有水溶洞；所述的隧道底板下有水溶洞处治结构包括岩溶水通道（43）、预制装配式集水井（45）、涌道拖拉清污装置和浆砌片石回填；隧道底板（28）下方的有水溶洞中埋设岩溶水通道（43），岩溶水通道（43）每间隔一段距离设置一个预制装配式集水井（45），预制装配式集水井（45）由若干个井段拼装而成，井段之间设置橡胶止水密封垫（46），预制装配式集水井（45）顶部设置铸铁井盖（47），预制装配式集水井（45）下部与岩溶水通道（43）连通，且预制装配式集水井（45）底部深度超过岩溶水通道（43）；所述的涌道拖拉清污装置主要由钢绳索（48）、拉杆（49）、螺旋叶片（50）、刮板（51）和滤网（52）组成，拉杆（49）的一端固定圆形的滤网（52），滤网（52）边缘设置刮板（51），滤网（52）与刮板（51）形成一个圆形槽，拉杆（49）设置螺旋叶片（50），拉杆（49）的另一端连接钢绳索（48）；所述的浆砌片石回填是在有水溶洞中埋设好岩溶水通道（43）后，采用浆砌片石（44）回填至隧道底板（28）的高度，并将浆砌片石（44）密实形成浆砌片石回填密实区（53）；
步骤十三、在隧道开挖过程中遇到隧道底板下大型溶洞，采用隧道底板下大型溶洞处治结构处治大型溶洞；所述的隧道底板下大型溶洞处治结构包括拱桥跨越结构、拱墩与拱桥支模体系和临时栈桥与施工通道体系；所述的拱桥跨越结构是采用拱桥的形式在大型溶洞（56）两岸修建拱墩（55），在拱墩（55）上架设拱桥（54）跨越大型溶洞（56），再在拱桥（54）上修建隧道底板（28）；所述的拱墩与拱桥支模体系由拱桥模板（57）、拱墩模板（58）和支模脚手架（63）组成；拱桥模板（57）包括拱桥底模板和拱桥侧模板，拱桥底模板通过拱桥底模板凹端（64）与拱桥底模板凸端（65）拼装并固定，拱桥侧模板通过拱桥侧模板凸端（66）与拱桥侧模板凹端（67）拼装并固定，拱桥模板（57）和拱墩模板（58）采用支模脚手架（63）支撑；
所述的临时栈桥与施工通道体系是在大型溶洞（56）两岸设置液压升降装置（62），在液压升降装置（62）上采用钢柱（61）和腹杆（60）组装栈桥施工通道支撑架，再在栈桥施工通道支撑架上设置平台纵梁（59），然后在平台纵梁（59）上铺设平台板（11），最后平台板（11）在外侧设置围挡护栏（10）；
步骤十四、隧道底板施工；在隧道底板下部溶洞处治完成后进行隧道底板（28）施工。
说明书 :
软弱围岩岩溶段隧道施工方法
技术领域
背景技术
公路、铁路工程陆续规划建设，需要处理大量由于岩溶地质引起的工程问题，特别是岩溶隧
道工程问题。由于铁路设计标准的提高，受线路纵坡、曲线半径限制，不可避免地出现长大、
深埋型岩溶隧道。同时，受勘察技术手段、勘察周期的限制以及岩溶发育本身的无规律性，
很难在勘察设计阶段完全查清隧道通过地段具体的岩溶形态，在隧道建设过程中遭遇不同
形态体量、不同危害的岩溶概率极高，例如：隧道穿越无填充小型溶洞、隧道底板下深埋溶
洞、有水溶洞、大型溶洞等，如何处治这些不同的溶洞，且保证施工质量及运营安全极为重
要。目前还没有关于如何处治隧道穿越无填充小型溶洞、隧道底板下深埋溶洞、有水溶洞、
大型溶洞的相关专利。
发明内容
凝土护拱是先通过预先打设在围岩中的预埋螺栓和螺母将免拆模板固定，再在围岩表面与
免拆模板间浇筑现浇混凝土，与打设围岩中的支护锚杆共同组成免拆模板现浇混凝土护
拱；所述的喷锚支护悬支式操作平台主要由操作平台、支撑杆、平台支撑架、可伸缩液压支
撑柱和滚轮组成，操作平台由护栏和平台板组成，操作平台由可伸缩液压支撑柱和支撑杆
提供支撑力，支撑杆上设置可伸缩装置，支撑杆通过螺栓与螺母固定在平台支撑架上，平台
支撑架底部设置滚轮，滚轮在隧道底面设置的轨道上移动；所述的轻质泡沫混凝土填灌是
在免拆模板现浇混凝土护拱与溶蚀空腔交界处填灌轻质泡沫混凝土形成轻质泡沫混凝土
封闭墙。
梁桥跨越结构包括箱梁、盖梁、承台、桩和隧道底板，在溶洞中打桩，桩竖向贯穿溶洞，并在
隧道边墙下方的桩顶部浇筑盖梁，在隧道底板下方的桩顶部设置承台，并在承台上浇筑箱
梁；所述的抱箍撑支式盖梁支模体系包括抱箍、斜撑杆、盖梁桩间段底模板和盖梁侧模板，
盖梁桩间段底模板和盖梁侧模板拼装在一起，通过带有可伸缩顶托的斜撑杆支撑盖梁桩间
段底模板，斜撑杆下端用抱箍和螺栓与螺母固定在桩上；所述的撑支式箱梁支模体系包括
箱梁模板和模板支撑结构，箱梁模板包括箱梁侧模板、箱梁翼缘模板和箱梁中部模板，在承
台上搭设由立杆、水平杆和斜撑杆组成的模板支撑结构，箱梁侧模板固定在水平杆上，箱梁
翼缘模板由斜撑杆支撑；所述的控制性注浆密填是在溶洞底部一定高度范围内进行注浆填
密，使溶洞底部岩体与桩体结合在一起。
溶水通道，岩溶水通道每间隔一段距离设置一个预制装配式集水井，预制装配式集水井由
若干个井段拼装而成，井段之间设置橡胶止水密封垫，预制装配式集水井顶部设置铸铁井
盖，预制装配式集水井下部与岩溶水通道连通，且预制装配式集水井底部深度超过岩溶水
通道；所述的涌道拖拉清污装置主要由钢绳索、拉杆、螺旋叶片、刮板和滤网组成，拉杆的一
端固定圆形的滤网，滤网边缘设置刮板，滤网与刮板形成一个圆形槽，拉杆设置螺旋叶片，
拉杆的另一端连接钢绳索；所述的浆砌片石回填是在有水溶洞中埋设好岩溶水通道后，采
用浆砌片石回填至隧道底板的高度，并将浆砌片石密实形成浆砌片石回填密实区。
在大型溶洞两岸修建拱墩，在拱墩上架设拱桥跨越大型溶洞，再在拱桥上修建隧道底板；所
述的拱墩与拱桥支模体系由拱桥模板、拱墩模板和支模脚手架组成；拱桥模板包括拱桥底
模板和拱桥侧模板，拱桥底模板通过拱桥底模板凹端与拱桥底模板凸端拼装并固定，拱桥
侧模板通过拱桥侧模板凸端与拱桥侧模板凹端拼装并固定，拱桥模板和拱墩模板采用支模
脚手架支撑；所述的临时栈桥与施工通道体系是在大型溶洞两岸设置液压升降装置，在液
压升降装置上采用钢柱和腹杆组装栈桥施工通道支撑架，再在栈桥施工通道支撑架上设置
平台纵梁，然后在平台纵梁上铺设平台板，最后平台板在外侧设置围挡护栏。
益。
附图说明
栓与螺母；9—可伸缩装置；10—护栏；11—平台板；12—操作平台；13—支撑杆；14—免拆模
板；15—免拆模板凹端；16—免拆模板凸端；17—螺栓孔；18—现浇混凝土；19—预埋螺栓；
20—螺母；21—围岩表面；22—滚轮；23—轨道；24—箱梁；25—盖梁；26—承台；27—桩；5—
隧道中线；28—隧道底板；29—空溶洞；30—注浆填密；31—溶洞轮廓线； 32—溶洞上部隧
道段； 33—抱箍；34—斜撑杆；35—可伸缩顶托；36—盖梁桩间段底模板；37—盖梁侧模板；
38—箱梁中部模板；39—箱梁翼缘模板；40—箱梁侧模板；41—立杆；42—水平杆；43—岩溶
水通道；44—浆砌片石；45—预制装配式集水井；46—橡胶止水密封垫；47—铸铁井盖；48—
钢绳索；49—拉杆；50—螺旋叶片；51—刮板；52—滤网；53—浆砌片石回填密实区；54—拱
桥；55—拱墩；56—大型溶洞；57—拱桥模板；58—拱墩模板；28—隧道底板； 59—平台纵
梁；60—腹杆；61—钢柱；62—液压升降装置；63—支模脚手架；64—拱桥底模板凹端；65—
拱桥底模板凸端；66—拱桥侧模板凸端；67—拱桥侧模板凹端；68—可伸缩液压支撑柱。
具体实施方式
可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围
内。
混凝土护拱1是先通过预先打设在围岩中的预埋螺栓19和螺母20将免拆模板14固定，再在
围岩表面21与免拆模板14间浇筑现浇混凝土18，与打设围岩中的支护锚杆2共同组成免拆
模板现浇混凝土护拱1；所述的喷锚支护悬支式操作平台6主要由操作平台12、支撑杆13、平
台支撑架7、可伸缩液压支撑柱68和滚轮22组成，操作平台12由护栏10和平台板11组成，操
作平台12由可伸缩液压支撑柱68和支撑杆13提供支撑力，支撑杆13上设置可伸缩装置9，支
撑杆13通过螺栓与螺母8固定在平台支撑架7上，平台支撑架7底部设置滚轮22，滚轮22在隧
道底面设置的轨道23上移动；所述的轻质泡沫混凝土填灌是在免拆模板现浇混凝土护拱1
与溶蚀空腔3交界处填灌轻质泡沫混凝土形成轻质泡沫混凝土封闭墙4，进一步保护隧道结
构的安全。所述的轻质泡沫混凝土由工业废渣、胶凝材料、发泡剂、砂等混合而成。所述的免
拆模板14的免拆模板凸端16与免拆模板凹端15对接形成整体的面材模板体系；免拆模板14
上设有螺栓孔17，螺栓孔17与预埋螺栓19相配合。所述的平台支撑架7由型钢通过螺栓与螺
母8拼装而成，也可在工厂组装预制。
梁桥跨越结构包括箱梁24、盖梁25、承台26、桩27和隧道底板28，在溶洞中打桩，桩27竖向贯
穿溶洞，并在隧道边墙下方的桩27顶部浇筑盖梁25，在隧道底板28下方的桩27顶部设置承
台26，并在承台26上浇筑箱梁24，将隧道的荷载通过桩基传递到溶洞底部岩体；所述的抱箍
撑支式盖梁支模体系包括抱箍33、斜撑杆34、盖梁桩间段底模板36和盖梁侧模板37，盖梁桩
间段底模板36和盖梁侧模板37拼装在一起，通过带有可伸缩顶托35的斜撑杆34支撑盖梁桩
间段底模板36，斜撑杆34下端用抱箍33和螺栓与螺母8固定在桩27上；所述的撑支式箱梁支
模体系包括箱梁模板和模板支撑结构，箱梁模板包括箱梁侧模板40、箱梁翼缘模板39和箱
梁中部模板38，在承台26上搭设由立杆41、水平杆42和斜撑杆34组成的模板支撑结构，箱梁
侧模板40固定在水平杆42上，箱梁翼缘模板39由斜撑杆34支撑，斜撑杆34上的可伸缩顶托
35可以调节斜撑杆34的长度，更稳定的支撑箱梁翼缘模板39，控制箱梁翼缘模板39的变形；
所述的控制性注浆密填是在溶洞底部一定高度范围内进行注浆填密，使溶洞底部岩体与桩
体结合在一起，提高桩基的稳定性。所述的桩基托梁桥跨越结构中的托梁为箱梁24和盖梁
25。所述的承台26可以现浇，也可以在工厂预制，再运至现场拼装。
埋设岩溶水通道43，岩溶水通道43是在有水溶洞回填过程中设置的过水管道，供岩溶水排
泄；岩溶水通道43每间隔一段距离设置一个预制装配式集水井45，预制装配式集水井45由
若干个井段拼装而成，井段之间设置橡胶止水密封垫46，预制装配式集水井45顶部设置铸
铁井盖47，预制装配式集水井45下部与岩溶水通道43连通，且预制装配式集水井45底部深
度超过岩溶水通道43；所述的涌道拖拉清污装置主要由钢绳索48、拉杆49、螺旋叶片50、刮
板51和滤网52组成，拉杆49的一端固定圆形的滤网52，滤网52边缘设置刮板51，滤网52与刮
板51形成一个圆形槽，拉杆49设置可旋转的螺旋叶片50，拉杆49的另一端连接钢绳索48；所
述的浆砌片石回填是在有水溶洞中埋设好岩溶水通道43后，采用浆砌片石44回填至隧道底
板28的高度，并将浆砌片石44密实形成浆砌片石回填密实区53。所述的涌道拖拉清污装置
通过预制装配式集水井45下放到岩溶水通道43中。所述的预制装配式集水井45底部深度超
过岩溶水通道43，在岩溶水过多、流量较大时，岩溶水通道43的岩溶水可流至集水井，在集
水井中通过水泵抽水等方式将岩溶水排出。
在大型溶洞56两岸修建拱墩55，在拱墩55上架设拱桥54跨越大型溶洞56，再在拱桥54上修
建隧道底板28；所述的拱墩与拱桥支模体系由拱桥模板57、拱墩模板58和支模脚手架63组
成；拱桥模板57包括拱桥底模板和拱桥侧模板，拱桥底模板通过拱桥底模板凹端64与拱桥
底模板凸端65拼装并固定，拱桥侧模板通过拱桥侧模板凸端66与拱桥侧模板凹端67拼装并
固定，拱桥模板57和拱墩模板58采用支模脚手架63支撑；所述的临时栈桥与施工通道体系
是在大型溶洞56两岸设置液压升降装置62，在液压升降装置62上采用钢柱61和腹杆60组装
栈桥施工通道支撑架，再在栈桥施工通道支撑架上设置平台纵梁59，然后在平台纵梁59上
铺设平台板11，最后平台板11在外侧设置围挡护栏10。所述的临时栈桥与施工通道体系可
以作为施工作业平台和轻型材料堆放场地，还可以在该体系上搭设脚手架。所述的拱桥跨
域结构为钢筋混凝土结构。