湿陷性黄土隧道施工方法

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN201210070907.6 (22)申请日 2012.03.16 (71)申请人 西安理工大学

地址 710048 陕西省西安市金花南路5号 (72)发明人 邵生俊 陆斯 徐宁飞 焦阳阳 (74)专利代理机构 西安弘理专利事务所 代理人 张瑞琪 (51)Int.CI

E21D11/38 E21D11/10

(10)申请公布号 CN 102606176 A (43)申请公布日 2012.07.25

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

湿陷性黄土隧道施工方法

(57)摘要

本发明公开了一种湿陷性黄土隧道

施工方法，开挖隧道前，首先在隧道正上方路面下设置隔水层和砂石层；采用双导洞法开挖隧道，先开挖隧道左右两侧的侧导洞，并施做钢拱架临时支护；然后沿两个侧导洞的底部分别向下土层中设置混凝土桩，混凝土桩的底部深入到非湿陷性土

层上；向相邻两个混凝土桩之间的土层中注入乳化沥青，并形成截渗屏障；形成拱墙初期衬砌；分上下台阶法开挖所述两个侧导洞之间的土体，并形成中洞；拆除两个临时支护，浇筑隧道二次衬砌。本发明能保证湿陷性黄土区隧道上覆地层不发生湿陷性沉降，且隧道衬砌安全稳定。 法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种湿陷性黄土隧道施工方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1、开挖隧道前，首先在隧道正上方路面(1)以下一定距离设置隔

步骤2、采用双导洞法开挖隧道，先开挖隧道左右两侧的侧导洞(4)， 桩

步骤3、向所述相邻两个混凝土桩(6)之间的土层中注入乳化沥青，并

步骤4、在所述两个侧导洞(4)的侧轮廓面喷混凝土层并形成拱墙初期

步骤5、分上下台阶法开挖中洞，具体为：

首先，开挖中洞上台阶，并在形成的拱顶上喷混凝土层以形成拱顶初期

衬砌，并使该拱墙初期衬砌与其底部对应混凝土桩(6)的桩顶连接为一个整

体；

在所述相邻两个混凝土桩(6)之间形成截渗屏障(8)，所述截渗屏障(8) 的走向与隧道走向一致；

在所述两个侧导洞(4)内分别施做钢拱架临时支护(5)；然后沿所述两个

侧导洞(4)的底部分别向下土层中均匀设置混凝土桩(6)，所述混凝土

(6)的底部深入到隧道下方的非湿陷性土层(7)上；

水层(2)，并在所述路面(1)和隔水层(2)之间铺设砂石层(3)；

衬砌；然后，开挖中洞下台阶，并在形成的仰拱上喷混凝土层以形成仰拱初

期衬砌；使拱墙初期衬砌、拱顶初期衬砌以及仰拱初期衬砌连

并形成封闭环状初期衬砌(9)；

接为一个整体，

步骤6、拆除所述两个临时支护(5)，依次浇筑仰拱，拱墙，拱顶形成

隧道二次衬砌(10)。

2.按照权利要求1所述的湿陷性黄土隧道施工方法，其特征在于，步骤

3.按照权利要求1所述的湿陷性黄土隧道施工方法，其特征在于，步骤

4.按照权利要求1所述的湿陷性黄土隧道施工方法，其特征在于，步骤

5.按照权利要求1所述的湿陷性黄土隧道施工方法，其特征在于，步骤

1中，所述隔水层(2)底部距离路面(1)为1m～1.2m，所述隔水层(2) 的厚度为27cm～33cm，所述砂石层(3)的厚度为27cm～33cm。

1中，所述隔水层(2)为素土夯实而成，所述砂石层(3)使用砂土、碎石

或粗砂制作。

2中，所述各混凝土桩(6)均为挖孔混凝土灌注桩或静压混凝土预制桩。

3中，在相邻两个混凝土桩(6)之间竖直压入乳化沥青注浆孔，所述乳化沥

青注浆孔内设置有依次连接的多段乳化沥青注浆管(11)，所述相邻两

化沥青注浆管(11)端部分别设置有相互配合的沥青注浆管承插

或沥青注浆管承插外口(13)，所述各乳化沥青注浆管(11)

以及两个劈尖管，所述两个劈尖管固定连接在中

个乳 内口(12)

包括中间圆管

间圆管的两侧且与该中间圆

管相连通，所述两个劈尖管的远端

乳化沥青注浆管槽孔(14)。

均匀开有用于形成截渗屏障(8)的多个

说 明 书

技术领域

本发明属于建筑物的地下结构物技术领域，具体涉及一种湿陷性黄土隧 背景技术

湿陷性黄土的孔隙比一般在1.0左右或更大，但由于在颗粒间具有较强

的联结作用，故在天然干燥的状况下可承受一定的荷重，承载力较高，变形

量也较小。但是，当湿陷性黄土浸水后，在自重或一定荷载作用下，

构迅速破坏而产生显著的附加下沉，以致其上路面沉陷以及其

损。湿陷性黄土地区的隧道，一方面由于隧道衬砌的存

内形成一道隔水层阻止上覆地层自地表浸入水份

局部止水结构面，使隧道衬砌之上的黄土

发生湿陷性沉降。随着地表水的逐

致地表的湿陷沉降；另一方

黄土发生湿陷，隧道

承载力时隧道

全和正

道施工方法。

土的结

上的建筑物受

在，在隧道洞宽范围

的竖向渗入运动，从而形成

含水量逐渐增大，导致这部分黄土

年不断入渗，黄土湿陷向上发展，最终导

面隧道下面的地基若为湿陷性黄土，一旦该部分

产生不均匀沉降，隧道衬砌内力增大，超过衬砌的极限

衬砌结构即发生破坏。因此，为保证湿陷性黄土地区隧道的安

常使用，提出一种在湿陷性黄土区既能保证隧道上覆地层不发生湿陷 发明内容

本发明的目的是提供一种湿陷性黄土隧道施工方法，能保证湿陷性黄土

性沉降，又保证隧道衬砌的安全稳定的隧道综合治理技术十分必要。

区隧道上覆地层不发生湿陷性沉降，且隧道衬砌安全稳

定。

本发明所采用的技术方案是，一种湿陷性黄土隧道施工方法，其特征在

步骤1、开挖隧道前，首先在隧道正上方路面以下一定距离设置隔水层，

步骤2、采用双导洞法开挖隧道，先开挖隧道左右两侧的侧导洞，在两

个侧导洞内分别施做钢拱架临时支护；然后沿两个侧导洞的底部分别向下土

层中均匀设置混凝土桩，混凝土桩的底部深入到隧道下方的非湿陷性上；

并在路面和隔水层之间铺设砂石层；

于，按照以下步骤进行：

土层

步骤3、向相邻两个混凝土桩之间的土层中注入乳化沥青，并在相邻两

步骤4、在两个侧导洞的侧轮廓面喷混凝土层并形成拱墙初期衬砌，并

步骤5、分上下台阶法开挖中洞，具体为：

首先，开挖中洞上台阶，并在形成的拱顶上喷混凝土层以形成拱顶初期

衬砌；然后，开挖中洞下台阶，并在形成的仰拱上喷混凝土层以形成仰拱初

期衬砌；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

并形成封闭环状初期衬砌；

使该拱墙初期衬砌与其底部对应混凝土桩的桩顶连接为一个整体；

个混凝土桩之间形成截渗屏障，截渗屏障的走向与隧道走向一致；

个整体，

步骤6、拆除两个临时支护，依次浇筑仰拱，拱墙，拱顶形成隧道二次

衬砌。

步骤1中，隔水层为素土夯实而成，砂石层使用砂土、碎石或粗砂制作。

步骤1中，隔水层底部距离路面为1m～1.2m，隔水层的厚度为27cm～

步骤2中，各混凝土桩均为挖孔混凝土灌注桩或静压混凝土预制桩。

步骤3中，在相邻两个混凝土桩之间竖直压入乳化沥青注浆孔，乳化沥

青注浆孔内设置有依次连接的多段乳化沥青注浆管，相邻两个乳化沥青注浆

管端部分别设置有相互配合的沥青注浆管承插内口或沥青注浆管承插

各乳化沥青注浆管包括中间圆管以及两个劈尖管，两个劈尖管

间圆管的两侧且与该中间圆管相连通，两个劈尖管的远

截渗屏障的多个乳化沥青注浆管槽孔。

33cm，砂石层的厚度为27cm～33cm。

外口，

固定连接在中

端均匀开有用于形成

本发明湿陷性黄土隧道施工方法的有益效果是，通过对隧道上覆湿陷性

黄土和隧道下覆湿陷性黄土使用不同的处理方法，能保证隧道上覆地层不发

生湿陷性沉降，又保证隧道衬砌的安全稳定，是一种湿陷性黄土地区

综合治理施工技术。

隧道的 附图说明

图1是本发明中阻水层、砂石层和隧道初期衬砌的位置关系示意图；

图2是本发明中截渗屏障和混凝土桩的位置关系示意图；

图3是本发明中乳化沥青注浆管的结构示意图；

其中，1.路面，2.阻水层，3.砂石层，4.侧导洞，5.临时支护，6.混 7.非湿陷性土层，8.截渗屏障，9.隧道初期衬砌，10.隧道二次

凝土桩，

衬砌，11.乳

化沥青注浆管，12.沥青注浆管承插内口，13.沥青注浆管承插 化沥青注浆管槽孔。

具体实施方式

本发明湿陷性黄土隧道施工方法，按照以下步骤进行：

外口，14.乳

步骤1、开挖隧道前，首先在隧道正上方路面1以下一定距离设置隔水

如图1所示，隔水层2为素土夯实而成，隔水层2底部距离路面1为1m～

步骤2、采用双导洞法开挖隧道，先开挖隧道左右两侧的侧导洞4，在

步骤3、向相邻两个混凝土桩6之间的土层中注入乳化沥青，并在相邻

如图2和图3所示，在相邻两个混凝土桩6之间竖直压入乳化沥青注浆 个

孔，乳化沥青注浆孔内设置有依次连接的多段乳化沥青注浆管11。相邻两

乳化沥青注浆管11端部分别设置有相互配合的沥青注浆管承插内口

青注浆管承插外口13，各乳化沥青注浆管11包括中间圆管以

两个混凝土桩6之间形成截渗屏障8，截渗屏障8的走向与隧道走向一致。

两个侧导洞4内即隧道拱脚位置处分别施做钢拱架临时支护5。然后沿两个 侧导洞4的底部分别向下土层中均匀设置混凝土桩6，混凝土桩6的底部深 入到隧道下方的非湿陷性土层7上。各混凝土桩6均为挖孔混凝土灌注桩或 静压混凝土预制桩。

1.2m，隔水层2的厚度为27cm～33cm。砂石层3使用砂土、碎石或粗砂制 作，砂石层3的厚度为27cm～33cm。

层2，并在路面1和隔水层2之间铺设砂石层3。

12或沥

及两个劈尖管， 两个劈尖管固定连接在中间圆管的两侧且与该中间圆管

的远端均匀开有用于形成截渗屏障8的多个乳化

会起到导流的作用，使乳化沥青顺着乳化在湿陷性黄土土体中将沿线混凝土桩6与一道止水帷幕，即截渗屏障8，以防止地

大减少了隧道下覆土体的湿陷沉降

相连通，两个劈尖管

沥青注浆管槽孔14。劈尖管

沥青注浆管槽孔14向两侧溢出， 乳化沥青注浆管11连接起来形成 下水入渗到隧道下覆土体，从而大 的可能。

步骤4、在两个侧导洞4的侧轮廓面喷混凝土层并形成拱墙初期衬砌，并

步骤5、分上下台阶法开挖所述两个侧导洞4之间的土体，并形成中洞，

首先，开挖中洞上台阶，并在形成的拱顶上喷混凝土层以形成拱顶初期

衬砌；然后，开挖中洞下台阶，并在形成的仰拱上喷混凝土层以形成仰拱初

期衬砌；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

并形成封闭环状隧道初期衬砌9。

具体为：

使该拱墙初期衬砌与其底部对应混凝土桩6的桩顶连接为一个整体。

个整体，

步骤6、拆除两个临时支护5，依次浇筑仰拱，拱墙，拱顶形成隧道二

隧道上覆的湿陷性黄土湿陷主要是因为地表水的入渗导致的，阻止地表

研究发现，隧道发生沉降时隧道拱脚位置处隧道初期衬砌9围岩压力最

大，该位置处围岩土体最易发生破坏。因此，本发明在隧道两侧拱脚处设置水的入渗是关键。本发明通过设置在路面1下即地表下的隔水层2能阻止地 表水的入渗，并通过设置在隔水层2上的砂石层3进行排水。

次衬砌10。

混凝土桩6，两列混凝土桩6沿隧道轴线等间距布设置。混凝土桩6

撑于隧道初期衬砌9拱脚，底端深入到非湿陷性土层7，该两支撑隧道初期衬砌9，能防止隧道初期衬砌9产生不均匀沉降，均匀沉降引起隧道初期衬砌9附加内力过大而破坏。在两列混相邻两个混凝土桩6之间的湿陷性黄土土体通过截渗屏障8，顶端支

列混凝土桩6 避免由于不 凝土桩6中， 起到防渗截水

作用。