[发明专利]一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法

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1.一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、施工准备：

步骤101、确定箱涵位置：使用雷达探测箱涵(1)与所施工隧道的相对位置，所述箱涵(1)位于所施工隧道上方且与所施工隧道相交，箱涵(1)的底部与所施工隧道底部之间的距离h₁小于所述所施工隧道的高度h，

步骤102、修筑防水帷幕：对所施工隧道修筑注浆帷幕进行防水；

步骤103、施工管棚：

步骤103-1、采用长度为L的管棚(5)对所述箱涵(1)进行支托，所施工隧道一侧相平行等间距布设有N个管棚(5)，N≥5，所述管棚(5)与所施工隧道之间的外插角为α，施工管棚(5)的高度与箱涵(1)底部的高度h₁相等，所施工隧道的另一侧设置有M个相平行等间距布设的管棚(5)，M＝N且M个管棚(5)与N个管棚(5)沿隧道轴线对称布设，其中，管棚(5)的长度L₃为所施工隧道的收尾段(17)结束的位置与箱涵(1)之间的距离，L₁为管棚(5)的起始位置与箱涵(1)之间的距离，d为箱涵(1)的宽度；

步骤103-2、对步骤103-1中设置好的管棚(5)进行注浆加固；

步骤二、准备段施工：对所施工隧道的准备段(16)进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固，所述准备段(16)采用上CD下台阶法进行施工，在掘进的同时要对所施工隧道的准备段(16)进行加固处理并设置钢架(11)，在钢架(11)闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；

步骤三、确定箱涵段的尺寸：

步骤301、确定箱涵段的高度：所述箱涵段(4)的高度h₃＝h₁-Δh₁，其中，Δh₁为箱涵(1)底部的地基厚度，所施工隧道的下垂过渡段(2)每掘进一米其高度的变化值ΔH为：所述箱涵段(4)的高度h₃减去2Δh之后大于隧道内列车的行车安全区域的高度h₂，Δh为开挖所施工隧道后施工衬砌和支护的厚度，L₂为下垂过渡段(2)的起始位置与箱涵(1)之间的距离；

步骤302、基于有限元法确定箱涵段的宽度：根据箱涵段的高度变化值ΔH确定n种箱涵段(4)隧道宽度D_i＝{D₁，D₂，…D_j，…D_n},D_j为第j种箱涵段(4)对应的隧道宽度，其中，j＝{1,2,…,n}，并将实际尺寸第j种箱涵段(4)对应的隧道宽度D_j整理记录；

步骤302-1、建立有限元模型：先通过对实际的地形和地质情况的勘察并记录相关数据初建地质模型，然后根据确定的n种箱涵段(4)的隧道宽度D_i在已建立的所述地质模型上开设模拟隧道，一个所述地质模型开设一个所述模拟隧道并与相对应的箱涵段(4)隧道宽度D_j相对应，n个所述模拟隧道上分别设置相同厚度的初期支护层和相同密度与外插角的锚杆，得到n个已建立的几何模型；

步骤302-2、设置模型参数：根据步骤302-1所建立的n个几何模型结合隧道的具体情况分别对模型进行相同的方式处理，根据步骤302-1中勘察的结果对几何模型设定相同的材料参数，根据步骤302-1中建立的几何模型与实际地形的约束情况的比较对几何模型添加相同的边界约束，得到已设定的n个有限元模型；

步骤302-3、分析有限元模型：根据步骤302-2中所设定好的n个具有材料参数的有限元模型，先对所述有限元模型布设相同数量的种子，并根据布设的种子选择三维立体单元类型的网格对模型进行划分网格处理，并设置相同的分析步，然后对已建立好的有限元模型进行分析，分析的结果生成图表的形式；

步骤302-4、整理分析结果并确定箱涵段宽度：通过对步骤302-3中的有限元模型的分析结果的整理和采集提取模拟隧道的应变和应力，并选择应变和应力最小的有限元模型作为最优模型，并将所述应变和应力最小的有限元模型的模拟隧道的宽度转化为具体的箱涵段(4)的宽度；

步骤四、下垂过渡段施工：

步骤401、施工下垂过渡段时的围岩加固：进行下垂过渡段(2)施工时，对所述施工隧道进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固；

步骤402、对隧道的下垂过渡段进行开挖:下垂过渡段(2)的掘进方式为上CD下台阶法，拱顶根据高度差等差降低至步骤三中箱涵段(4)的设计高度，边墙根据直径差等距变宽至步骤三中箱涵段(4)的设计宽度，但隧道底部相对位置保持不变，施工下垂过渡段(2)时，在掘进的同时要对所述下垂过渡段(2)已施工隧道进行加固处理并设置钢架(11)，在钢架(11)闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；

步骤403、设置下垂过渡段的检测点：所述下垂过渡段(2)起始位置和结束位置安装的钢架(11)均设置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置(13)和用于测量和记录隧道边墙收敛数据的收敛检测装置(14)；

步骤404、初次检验下垂过渡段的支护强度：完成对下垂过渡段(2)的开挖后，读取下垂过渡段(2)开始位置和结束位置安装的沉降检测装置(13)和收敛检测装置(14)的读数，若下垂过渡段(2)的沉降和收敛超过安全范围，就要对下垂过渡段(2)进行安全检查和支护加固，若下垂过渡段(2)的沉降和收敛在安全范围内，则结束所述下垂过渡段(2)的施工；

步骤五、箱涵段施工：

步骤501、施工箱涵段时的围岩加固：对箱涵段(4)施工隧道的内壁进行加倍加固，拱顶和边墙设置双层超前支护，在箱涵(1)的底部地层增大注浆量进行注浆固结土体；

步骤502、对隧道的箱涵段进行开挖:箱涵段(4)的掘进方式为CRD法，施工箱涵段(4)时，在掘进的同时要对箱涵段(4)已施工隧道进行加固处理并设置钢架(11)，在钢架(11)闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；

步骤503、设置箱涵段的检测点：所述箱涵段(4)中间位置和结束位置安装的钢架(11)均设置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置(13)和用于测量和记录隧道边墙收敛数据的收敛检测装置(14)；

步骤504、初次检验箱涵段的支护强度：完成对箱涵段(4)的开挖后，读取下垂过渡段(2)的结束位置以及箱涵段(4)的中间位置和结束位置安装的沉降检测装置(13)和收敛检测装置(14)的读数，若箱涵段(4)的沉降和收敛超过安全范围，就要对箱涵段(4)进行安全检查和支护加固，若箱涵段(4)的沉降和收敛在安全范围内，则结束箱涵段(4)的施工；

步骤六、上挑过渡段施工：

步骤601、施工上挑过渡段时的围岩加固：进行上挑过渡段(3)施工时，对所述施工隧道进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固；

步骤602、对隧道的上挑过渡段进行开挖:上挑过渡段(3)的掘进方式为上CD下台阶法，拱顶根据高度差等差升高至所述 施工隧道的正常段(6)的高度，边墙根据直径差等距变窄至所述 施工隧道的正常段(6)的宽度，但隧道底部相对位置保持不变，施工上挑过渡段(3)时，在掘进的同时要对所述上挑过渡段(3)已施工隧道进行加固处理并设置钢架(11)，在钢架(11)闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；

步骤603、设置上挑过渡段的检测点：所述上挑过渡段(3)结束位置安装的钢架(11)设置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置(13)和用于测量和记录隧道边墙收敛数据的收敛检测装置(14)；

步骤604、初次检验上挑过渡段的支护强度：完成对上挑过渡段(3) 的开挖后，读取箱涵段(4)的结束位置和上挑过渡段(3)的结束位置安装的沉降检测装置(13)和收敛检测装置(14)的读数，若上挑过渡段(3)的沉降和收敛超过安全范围，都要对上挑过渡段(3)进行安全检查和支护加固，若上挑过渡段(3)的沉降和收敛在安全范围内，则结束上挑过渡段(3)的施工；

步骤七、收尾段施工：对所施工隧道的收尾段(17)进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固，所述收尾段(17)采用上CD下台阶法进行施工，在掘进的同时要对收尾段(17)的已施工隧道进行加固处理并设置钢架(11)，在钢架(11)闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水，当隧道掘进至距离箱涵(1)位置L₃的位置时，结束收尾段(17)施工；

步骤八、检验穿越箱涵总体施工隧道段的支护强度：

所述步骤七中收尾段(17)施工结束后，暂停施工等待一段时间后读取所有沉降检测装置(13)和收敛检测装置(14)的数据，判断数值是否符合强度要求，如果符合要求则对已开挖隧道进行隧道内壁进行衬砌施工，如果不符合要求则需要对已开挖隧道进行安全排查和加固，直到符合要求为止；

步骤九、恢复所施工隧道的正常开挖：穿越箱涵施工完成，恢复隧道的正常施工；

所述上CD下台阶法的施工步骤如下：

步骤a、开挖上层左侧的Ⅰ部并安装钢架：首先，在拱部和中隔壁(12)设置超前小导管(7)并注浆，然后，开挖Ⅰ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅰ部进行初喷砼、安装钢筋网、安装拱顶及边墙的钢架(11)，边墙设置砂浆锚管(8)并安装中隔壁(12)和临时仰拱(10)，最后设置锁脚锚管(9)，拱部预埋注浆管(15)并注浆，喷砼至设计厚度；

步骤b、开挖上层右侧的Ⅱ部并安装钢架：首先，在拱部设置超前小导管(7)并注浆，然后，延后Ⅰ部开挖Ⅱ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅱ部进行初喷砼、安装钢筋网、安装拱顶及边墙的钢架(11)，边墙设置砂浆锚管(8)并安装中隔壁(12)和临时仰拱(10)，最后设置锁脚锚管(9)，拱部预埋注浆管(15)并注浆，喷砼至设计厚度；

步骤c、开挖下层的Ⅲ部并安装钢架：首先，延后Ⅱ部开挖Ⅲ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅲ部进行初喷砼、安装钢筋网、安装边墙的钢架(11)，然后施工边墙的砂浆锚管(8)，喷砼至设计厚度；

步骤d、闭合成环：首先，开挖隧底，开挖后对隧道开挖的隧底进行初喷砼、安装钢筋网、安装钢架(11)，然后喷砼至设计厚度，隧道支护闭合成环。