[发明专利]一种地下工程黄土隧道控制地表沉降施工工艺

说明书

技术领域

本发明专利涉及地下工程隧道施工领域，特别涉及一种浅埋黄土隧道控制地表沉降施工工艺。

背景技术

随着铁路工程的快速发展，黄土隧道工程施工和支护技术已逐渐发展，但是，黄土隧道因其黄土的材料特性、强度特性以及工程特性等，导致的地表沉降和变形坍塌事故时有发生。因此，针对黄土的特性展开研究，制定黄土隧道开挖施工和支护技术，深入研究地表沉降和变形控制措施十分有必要。

国外的研究主要是针对黄土区域隧道的施工和支护进行了研究；国内的研究则相对较复杂，一方面由于我国幅员辽阔，地形复杂，各地的地质和环境情况不尽相同，且存在较大的差异性，另一方面，不同的土质有着不同的特性，即便是同一种土在不同的地区，由于水质、环境、气候等导致的性质往往不同。国内大部分的学者，有的针对黄土隧道安全开挖和支护技术、地表沉降和变形的影响因素等进行研究，对黄土隧道的施工开挖技术研究相对较少，并且存在较多值得商榷之处；有的研究主要是针对黄土隧道进行研究，但是黄土区域黄土的性质复杂、多变，研究的成果具有相对的局限性；有的研究则是借助数值模拟对隧道的沉降和变形进行动态分析，但是隧道在施工过程中，各施工支护参数不断变化，模拟的结果和支护参数存在较大的误差；还有的研究在假定的条件下进行理论性的推导和可行性的分析，不具有工程实践性。

综合以上国内外研究，浅埋黄土隧道施工及地表沉降处理技术存在较多的缺陷和不足，本发明针对地下工程隧道黄土的工程特征、强度特性进行创新，提出了一种结合动态监控量测、现场施工、加固处理和化学改性处理的高效施工工艺，对黄土隧道施工开挖和支护工艺进行优化，对加快工期、完善管理和提高效益，具有重要的工程意义。。

发明内容

为了弥补现有黄土隧道地表沉降控制与处理技术的不足，本发明针对于黄土的膨胀特性，提供了一种膨胀性黄土区域隧道地表沉降控制和处理施工工艺，不仅对膨胀性黄土隧道地表沉降进行控制和处理，而且对地表沉降实现监控量测，并对膨胀性黄土土质进行了改性处理。

本发明是通过以下技术方案进行实现的：

（一）地下隧道膨胀土区域的沉降变形监控量测

（1）监控量测布置方案包括：包括拱顶下沉、上台阶收敛（水平）、地表沉降及横纵向位移和隧道地表观察等四部分内容。

（2）在隧道监测过程中，对隧道量测断面不少于7个，净空进行三次观测取平均值作为最后的记录数据。根据温度修正公式，对沉降变化值进行计算，并通过时间间隔，计算出变化速率，判断隧道沉降情况。

（3）据量测结果及下沉量，应及时封闭仰拱混凝土。仰拱衬砌到掌子面的距离控制在30m内，不能偏大，仰拱采用半幅施工法。

（4）初期支护中确保拱顶混凝土密实，二次衬砌施工与掘进工作同时作业。

（二）黄土隧道膨胀土区域施工技术

（1）采用三台阶七步开挖法，先拱墙、拱部环形法开挖，保留核心土便于支撑。采取“管超前、短开挖、强支护、勤量测、及时封闭”的施工程序。在施工中应尽量减少对围岩产生扰动，防止水的浸泡，在开挖过程中尽可能缩短威严暴露时间，并及时衬砌。二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定，变形速率小于0.2～0.5mm/d后施做二衬为宜。

（2）黄土隧道超前支护

黄土隧道土质松散且易变形，采用管棚方案及小导管进行初期支护。

对于黄土松散地段，全断面设置I20b型钢钢架，间距1榀/0.6m，拱部设双排φ42超前小导管预支护，环向间距40cm，纵向间距3m，单根长4.5m，外插角5°～15°。

对于黄土较松散地段，全断面设置I20b型钢钢架，间距1榀/0.6m，拱部设φ89中管棚，长40m，环向间距40cm，外插角1°～3°，施工单位根据施工设备自行调整工作室断面。

对于黄土松散较严重地段，全断面设置I20b型钢钢架，间距1榀/0.6m，支护即拱部设φ108大管棚，长25m，环向间距40cm，外插角1°～3°。

（3）黄土隧道拱架支撑

超前管棚和超前小导管打入前方土体中时，需在管棚尾部加设型钢支撑。采用I20b型钢钢架，分段组装，通过钢垫板用φ20螺栓将各段连成整体。安装拱架时应紧贴开挖轮廓表面，并将管棚的管尾与之焊接，使棚管或超前小导管尾端担在钢拱架上，钢拱架之间环形每隔1m设1根纵向连接筋及安装钢筋网片，在拱脚处设置锁脚小导管。

（4）黄土隧道初期支护