[发明专利]一种穿越黄土冲谷的富水黄土隧道施工方法

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1.一种穿越黄土冲谷的富水黄土隧道施工方法，其特征在于：所施工黄土隧道包括隧道进洞口段、位于所述隧道进洞口段前侧的冲谷浅埋隧道段和位于所述冲谷浅埋隧道段前侧的前侧隧道段，所述冲谷浅埋隧道段连接于所述隧道进洞口段与所述前侧隧道段之间，所述冲谷浅埋隧道段和所述隧道进洞口段均为浅埋隧道；

所述隧道进洞口段、所述冲谷浅埋隧道段和所述前侧隧道段的隧道支护结构均相同且三者的隧道支护结构均为复合式支护结构；所述复合式支护结构包括隧道初期支护结构和布设于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道的隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；所述隧道初期支护结构分为对隧道洞(1)的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构(12)和对隧道洞(1)底部进行初期支护的初期支护仰拱(13)，所述隧道二次衬砌分为对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌(14)和对隧道洞(1)底部进行支护的仰拱二次衬砌(15)；所述仰拱二次衬砌(15)位于初期支护仰拱(13)上方且二者组成隧道仰拱结构，所述仰拱二次衬砌(15)上设置有仰拱回填层(16)，所述仰拱二次衬砌(15)的上表面为水平面，所述拱墙二次衬砌(14)的左右两侧底部均为水平面，所述拱墙二次衬砌(14)支撑于仰拱二次衬砌(15)上且二者浇筑为一体，所述仰拱回填层(16)为混凝土填充层；所述隧道进洞口段沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段；

所述隧道进洞口段的隧道洞(1)位于湿陷性地层(3)内，所述湿陷性地层(3)为湿陷性黄土地层，所述湿陷性地层(3)为砂黄土地层且其为新黄土地层，所述湿陷性地层(3)中位于所述隧道进洞口段开挖面下方的地层厚度大于6m；所述湿陷性地层(3)位于非湿陷性地层(4)上方，所述非湿陷性地层(4)为非湿陷性黄土地层且其层厚不小于5m；

所述冲谷浅埋隧道段为位于黄土冲沟内且穿越黄土地层(29)的浅埋隧道，所述冲谷浅埋隧道段所处施工区域的地层为被加固地层(28)，所述冲谷浅埋隧道段为直线形隧道且其与被加固地层(28)均呈水平布设；所述黄土地层(29)位于岩层(30)上方，所述黄土地层(29)与岩层(30)之间的分界面为土石分界面；所述黄土地层(29)包括淤积土地层和位于所述淤积土地层下方的淤积土下方地层，所述淤积土下方地层为非湿陷性黄土地层，所述冲谷浅埋隧道段位于所述淤积土下方地层内，所述淤积土地层位于所述冲谷浅埋隧道段上方；所述淤积土下方地层位于所述土石分界面上方，所述冲谷浅埋隧道段的开挖面底部与所述土石分界面之间的竖向间距不大于6m；

所述前侧隧道段为位于下部地层(37)内的深埋隧道，所述下部地层(37)为非湿陷性黄土地层，所述前侧隧道段的隧道埋深大于50m；所述下部地层(37)下方为下部岩层(38)，所述前侧隧道段的开挖面底部与位于其下方的下部岩层(38)上表面之间的竖向间距不大于6m；所述隧道进洞口段和所述冲谷浅埋隧道段的隧道埋深均不大于50m；

对所施工黄土隧道进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、隧道进洞口段施工：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述隧道进洞口段中的多个所述隧道节段分别进行施工；多个所述隧道节段的施工方法均相同；

对所述隧道进洞口段中的任一个所述隧道节段进行施工时，过程如下：

步骤101、超前帷幕注浆：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段前方的地层进行超前帷幕注浆，获得该隧道节段的超前帷幕注浆加固结构；

步骤102、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的隧道洞(1)进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；

步骤103、二衬施工：步骤102中由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工，获得施工成型的所述隧道二次衬砌和所述隧道仰拱结构；

步骤104、基底加固：步骤103中由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段进行基底加固，并获得进洞口段基底加固结构；

所述进洞口段基底加固结构包括多排对所述隧道进洞口段的隧道下方土体进行加固的高压旋喷桩(33)，多排所述高压旋喷桩(33)沿所述隧道进洞口段的隧道纵向延伸方向由后向前布设，多排所述高压旋喷桩(33)呈均匀布设；

每排所述高压旋喷桩(33)均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的高压旋喷桩(33)，前后相邻两排所述高压旋喷桩(33)中的高压旋喷桩(33)呈交错布设；所述进洞口段基底加固结构中所有高压旋喷桩(33)呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述进洞口段基底加固结构中相邻两个所述高压旋喷桩(33)的间距均为80cm～120cm；所述进洞口段基底加固结构中所有高压旋喷桩(33)的桩径均相同，每个所述高压旋喷桩(33)均由上至下经所述隧道仰拱结构和湿陷性地层(3)后伸入至非湿陷性地层(4)内，每个所述高压旋喷桩(33)底端伸入至非湿陷性地层(4)内的长度均不小于0.5m，每个所述高压旋喷桩(33)的顶端均与其所处位置处仰拱二次衬砌(15)的上表面相平齐；所述隧道进洞口段内所述隧道仰拱结构以及位于所述隧道仰拱结构下方的湿陷性地层(3)和非湿陷性地层(4)组成待钻孔结构，所述待钻孔结构内设置有多个用于施工高压旋喷桩(33)的竖向钻孔(34)，所述竖向钻孔(34)的孔深与高压旋喷桩(33)的桩长相同，所述竖向钻孔(34)的孔径为

步骤104中由后向前对当前所施工隧道节段进行基底加固时，由后向前在步骤103中施工成型的所述隧道仰拱结构上对多排所述高压旋喷桩(33)分别进行施工；

步骤二、冲谷浅埋隧道段施工，过程如下：

步骤201、袖阀管注浆超前加固：对所述冲谷浅埋隧道段所处施工区域的地层进行袖阀管注浆加固；

所述被加固地层(28)沿所述冲谷浅埋隧道段的隧道纵向延伸方向布设，所述被加固地层(28)的纵向长度与所述冲谷浅埋隧道段的纵向长度相同且其宽度大于所述冲谷浅埋隧道段的开挖宽度；所述被加固地层(28)的横截面为矩形，所述被加固地层(28)的上表面高于所述冲谷浅埋隧道段的拱顶，所述被加固地层(28)的底面位于所述土石分界面下方；所述被加固地层(28)内开有多排供袖阀管注浆用的注浆孔(31)，多排所述注浆孔(31)沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每排所述注浆孔(31)均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的注浆孔(31)，前后相邻两排所述注浆孔(31)中的注浆孔(31)呈交错布设；所述被加固地层(28)内所有注浆孔(31)呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述被加固地层(28)内相邻两个所述注浆孔(31)之间的间距为1.8m～2.2m；所述注浆孔(31)为呈竖直向布设且从地表由上至下钻入至岩层(30)内的圆柱形钻孔，每个所述注浆孔(31)的孔底均与被加固地层(28)的底面相平齐；

对被加固地层(28)进行袖阀管注浆加固时，包括以下步骤：

步骤F1、钻孔及袖阀管安装：对被加固地层(28)内多排所述注浆孔(31)中的各注浆孔(31)分别进行钻孔，并在每个成型的注浆孔(31)内均安装一个袖阀管，同时使所安装袖阀管的底部伸入至所安装注浆孔(31)的孔底；

待被加固地层(28)内多排所述注浆孔(31)均钻孔完成且每个注浆孔(31)内均安装所述袖阀管后，获得安装到位的多排所述袖阀管；

步骤F2、袖阀管注浆：通过步骤F1中多排所述袖阀管对被加固地层(28)进行袖阀管注浆加固，完成被加固地层(28)的袖阀管注浆加固过程；

步骤202、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述冲谷浅埋隧道段的隧道洞(1)进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；

步骤203、二衬施工：步骤202中由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工；

步骤三、前侧隧道段施工，过程如下：

步骤301、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述前侧隧道段的隧道洞(1)进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；

步骤302、基底加固：步骤301中由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述前侧隧道段进行基底加固，并获得前侧基底加固结构；

所述前侧基底加固结构包括多排对所述前侧隧道段的隧道下方土体进行加固的钢管桩(32)，多排所述钢管桩(32)沿所述前侧隧道段的隧道纵向延伸方向由后向前布设，多排所述钢管桩(32)呈均匀布设；

本步骤中，由后向前对所述前侧隧道段进行基底加固时，由后向前在步骤301中所述隧道仰拱结构中的初期支护仰拱(13)上对多排所述钢管桩(32)分别进行施工；

每排所述钢管桩(32)均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的钢管桩(32)，前后相邻两排所述钢管桩(32)中的钢管桩(32)呈交错布设；所述钢管桩(32)为圆柱形桩，所述前侧基底加固结构中所有钢管桩(32)呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述前侧基底加固结构中相邻两个所述钢管桩(32)的间距均为80cm～120cm；所述前侧基底加固结构中所有钢管桩(32)的桩径均相同，每个所述钢管桩(32)均由上至下经所述隧道仰拱结构和下部地层(37)后插入至所述下部岩层(38)内，每个所述钢管桩(32)底端插入至下部岩层(38)内的长度均不小于0.5m，每个所述钢管桩(32)的顶端均与其所处位置处初期支护仰拱(13)的上表面相平齐；所述前侧隧道段内的初期支护仰拱(13)以及位于初期支护仰拱(13)下方的下部地层(37)和下部岩层(38)组成需钻孔结构，所述需钻孔结构内设置有多个用于施工钢管桩(32)的竖直向钻孔，所述竖直向钻孔的孔深与钢管桩(32)的桩长相同，所述竖直向钻孔的孔径为且其孔径与钢管桩(32)的外径相同；

步骤303、二衬施工：步骤302中由后向前对所述前侧隧道段进行基底加固过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工，获得施工成型的所述隧道二次衬砌，并使所述隧道二次衬砌位于步骤302中施工成型的钢管桩(32)上方。