地铁隧道掘进暗挖方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010017302.5 (22)申请日 2020.01.08 (71)申请人 合肥市轨道交通集团有限公司 地址 230001 安徽省合肥市阜阳路17号 (72)发明人 陈华李孔军阮亮周仕波 朱传孔夏成旭杨新安丁春林 马明杰田静 (74)专利代理机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 代理人 王挺柯凯敏 (51)Int.Cl. E21D 9/00(2006.01) E21D 11/14(2006.01) E21D 20/02(2006.01) E21D 2。

2、1/00(2006.01) (54)发明名称 一种地铁隧道掘进暗挖方法 (57)摘要 本发明属于隧道工程技术领域， 具体涉及一 种地铁隧道掘进暗挖方法。 本方法包括地层组合 工程性质模型计算以及隧道浅埋暗挖施工两大 步骤； 地层组合工程性质模型计算步骤包括将隧 道沿线地层划分为层组和亚组两个层级， 划分后 的地层组合通过 “层组+亚组” 表示； 且选择地表 至隧底以下50m范围内的地层进行组合， 代入地 层组合工程性质模型中进行计算分析， 而后进行 隧道浅埋暗挖施工流程。 本发明通过对隧道工程 建设影响深度50m范围内的工程地质层组进行划 分及深入分析， 以对整个场地工程地质层组进行 总体概化。

3、， 并能紧接施工流程， 确保浅埋暗挖隧 道施工过程安全、 顺利进行。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 111140237 A 2020.05.12 CN 111140237 A 1.一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 本方法包括地层组合工程性质模型计算 以及隧道浅埋暗挖施工两大步骤， 其中： 所述地层组合工程性质模型包括以下子步骤： (1)、 将隧道沿线地层划分为层组和亚组两个层级， 划分后的地层组合通过 “层组+亚 组” 表示， 其中层组以罗马数字 “I” 、“II” 、“III” 、 表示， 而亚组以 “英文字母+阿拉伯数字” 表 示， 具体如下： 1.1)、 根据沉积。

4、年代和成因类型划分层组； 地表最上一层为填地层,其余下方各地层需 要依据当地的地勘资料来对应地质年代表进行划分至纪(系)层； 而若各地层均为同一纪 (系)的地层， 则需根据其成因类型的不同分为冲击层、 植物层、 冲击层、 洪积层、 坡积层残积 层、 风积层、 湖积层、 沼泽沉积层、 海相沉积层、 海陆交互沉积层、 冰积层、 冰水沉积层、 火山 堆积层、 崩积层、 滑坡堆积层、 泥石流堆积层、 生物堆积层、 化学堆积层和成因不明堆积层； 对上述划分后的层组， 自上到下， 按照罗马数字的次序编号为 “I” 、“II” 、“III” 、 ； 1.2)、 亚组需根据地层的土体状态划分； 对同一层组的地。

5、层， 首先分为用字母c表示的 黏土和用字母s表示的砂土两大类； 其中： 黏土的含水率在土体状态上用其液性指数描述， 可以此划分为坚硬、 硬塑、 可塑、 软塑、 流塑五类， 其中坚硬硬塑状态用c1表示， 可塑状态 用c2表示， 软塑流塑状态用c3表示； 砂土按照密实度分为松散、 中密和密实三类， 分别用 s1、 s2、 s3表示砂土的状态； 用字母r表示基岩； (2)、 以步骤(1)的层组划分结果为基础， 选择地表至隧底以下50m范围内的地层进行组 合， 代入如下地层组合工程性质模型中： 上式中， r为地层系数； 地层亚组为c1或s1时的地层系数r1为0； 地层亚组为c2或s2时的地 层系数r2。

6、为0.3； 地层亚组为c3或s3时的地层系数r3为1.0； h为地层厚度； 地层组合工程性质模型SCI的计算值越小， 则表示当前地层组合的工程性质越好， 隧道 工程施工的安全性越高； 从上述地表至隧底以下50m范围内的地层组合中， 选取最小值所对 应的地层组合作为当前最优施工地层组合， 并随之进行隧道浅埋暗挖施工流程； 隧道浅埋暗挖施工流程包括超前支护层的建立、 洞身开挖步骤、 钢架加工与安装步骤、 砂浆锚杆施工步骤、 初支喷射混凝土步骤以及隧道二次衬砌步骤， 其中： 所述超前支护层包括管长方向平行隧道长度方向布置的钢管(A1)以及管体轴线与隧 道轴线处于同一面上的打入式锚管(A2)； 各钢管。

7、(A1)环绕隧道轴线而在隧道拱形面上彼此 平行且依序周向间隔均布， 从而形成大管棚预支护； 打入式锚管(A2)穿过大管棚预支护所 形成拱形面并倾斜打入围岩土层内， 以便与围岩土层间形成夹角， 各打入式锚管(A2)彼此 平行且同样在隧道拱形面上依序周向间隔均布； 所述打入式锚管(A2)包括直管状的管身(10)以及同轴布置于管身(10)顶端管口处的 锚头(20)， 所述锚头(20)外形呈圆锥状且锚头(20)的用于配合管身(10)顶端管口的锥底面 直径等于管身(10)外径； 所述锚头(20)的锥面处径向凹设有槽长方向平行锚头(20)轴线方 向的容纳槽(21)， 所述容纳槽(21)为尖部朝向锚头(20。

8、)尖端且尾部朝向管身(10)所在方向 的水滴状的沉槽结构； 容纳槽(21)内以铰接轴(32)而铰接配合有防松翼板(31)； 防松翼板 权利要求书 1/3 页 2 CN 111140237 A 2 (31)外形呈两梯形边与容纳槽(21)两槽壁彼此平行的梯形块状， 铰接轴(32)用于配合防松 翼板(31)的配合位置相对靠近防松翼板(31)的梯形顶边处， 且铰接轴(32)的两轴端分别配 合于容纳槽(21)的两相对槽壁上； 防松翼板(31)存在收拢及展开两种位置状态： 当防松翼 板(31)处于收拢状态时， 防松翼板(31)位于容纳槽(21)槽腔内； 当防松翼板(31)处于展开 状态时， 防松翼板(31。

9、)的尾端绕铰接轴(32)产生铰接动作， 从而撑紧锚孔孔壁以固定打入 式锚管(A2)。 2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 本方法还包括夹设 于防松翼板(31)内侧面与容纳槽(21)槽底之间空间处的扩张囊(40)， 所述扩张囊(40)的囊 腔通过位于锚头(20)处预设的注浆流道(23)而连通管身(10)管腔， 以使得浆液可经由管身 (10)管腔进入注浆流道(23)并最终注入扩张囊(40)囊腔中， 从而使防松翼板(31)尾端产生 上抬式的铰接动作； 所述锚头(20)的锥面处则设置前端注浆孔(24)， 各前端注浆孔(24)的 进液端同样连通所述注浆流道(23)。 3.根。

10、据权利要求2所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 所述管身(10)的顶 端管口的管腔处设置内螺纹段， 所述锚头(20)的锥底面处同轴向外延伸设置配合段(22)且 配合段(22)处布置外螺纹段， 以使得锚头(20)与管身(10)间形成螺纹固接配合； 配合段 (22)直径小于锚头(20)的锥底面直径从而在锚头(20)锥底处形成轴肩结构， 所述前端注浆 孔(24)布置于锚头(20)的轴肩结构与容纳槽(21)之间的一段锥面上， 且各前端注浆孔(24) 环绕锚头(20)轴线而在锚头(20)锥面处周向依序均布。 4.根据权利要求3所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 由配合段(22)的。

11、端 面处同轴内凹设置有一段孔， 一段孔孔深大于配合段(22)的轴向长度， 一段孔孔底面处同 轴内凹设置有二段孔， 以使得一段孔与二段孔共同配合形成二段式阶梯孔状的注浆流道 (23)； 前端注浆孔(24)经由一段孔孔壁而径向贯穿至锚头(20)锥面处， 二段孔孔壁处则径 向向容纳槽槽底处贯穿开设径向连接孔(25)， 以便连通注浆流道(23)与扩张囊(40)囊腔。 5.根据权利要求4所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 所述扩张囊(40)外 形呈尖部朝向铰接轴(32)所在方向的扇形囊状， 防松翼板(31)的朝向容纳槽(21)槽底面的 内侧面处布置有凹槽(31a)， 且凹槽(31a)槽长方向。

12、平行锚头(20)轴线方向， 凹槽(31a)槽腔 构成用于容纳和定位扩张囊(40)的容纳区。 6.根据权利要求1所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 防松翼板(31)的用 于配合容纳槽(21)槽底面的内侧面处布置有凹槽(31a)， 且凹槽(31a)槽长方向平行锚头 (20)轴线方向； 防松翼板(31)尾端与水滴状的容纳槽(21)的尾端之间间隙以及凹槽(31a) 槽腔均形成供砂石进入以便撑开防松翼板(31)的容纳空间。 7.根据权利要求2或3或4或5或6所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 以一 组容纳槽(21)配合一组防松翼板(31)而形成一组防松单元， 所述防松单元为两组以。

13、上， 各 防松单元环绕锚头(20)轴线而在锚头(20)锥面处周向依序均布。 8.根据权利要求2或3或4或5或6所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 所述 容纳槽(21)的槽底面平行锚头(20)的轴线， 且所述容纳槽(21)的靠近尖端的槽底面处凹设 有提供防松翼板(31)的梯形顶边的向下活动空间以及限制防松翼板(31)最大展开角度的 止口槽(21a)。 9.根据权利要求2或3或4或5或6所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 所述 权利要求书 2/3 页 3 CN 111140237 A 3 管身(10)的前段管体上径向贯穿管壁而设置有连通管身(10)管腔的后端注浆孔(11)。。

14、 10.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 所述钢管(A1)为外径为108mm且壁厚为6mm的热轧管， 每相邻两组钢管(A1)间距400mm； 所述 管体(10)为外径为42mm且壁厚为3.5mm的热轧无缝管， 管体(10)长度为3.5m； 所述打入式锚 管(A2)与围岩土层间形成的夹角为5 15 。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111140237 A 4 一种地铁隧道掘进暗挖方法 技术领域 0001 本发明属于隧道工程技术领域， 具体涉及一种地铁隧道掘进暗挖方法。 背景技术 0002 隧道浅埋暗挖法施工作为城市地铁工程施工中经常运用的一种施。

15、工方法， 具有造 价低、 灵活多变、 对交通和周边环境干扰较小等特点， 在地铁方面已有多个成功先例， 施工 技术也日趋成熟。 实际施工过程中， 人们逐渐发现： 一方面， 浅埋暗挖隧道的开挖会引起地 表沉降和地层变形， 当沉降变形过大时会增大施工风险和影响地面建筑物的安全。 又由于 同一区域内地表地层的历史成因相近， 主要地层组合的成分和分布有规律可循， 是否能够 对其组合规律进行总结， 从而能更方便、 直观地对城市的浅部地层的工程地质条件与特征 进行深入分析和精确选址， 以便尽可能的避免出现地表沉降和地层变形现象， 为本领域技 术人员所亟待解决的一大难题。 而另一方面， 当选址完成后， 又是否。

16、能够进一步改良现有的 地铁隧道掘进暗挖结构， 使之能确保浅埋暗挖隧道施工过程安全、 顺利进行， 甚至能有效地 控制隧道浅埋暗挖所引起的地表沉降和拱顶变形状况， 降低施工风险， 更是本领域技术人 员近年来所亟待解决的技术难题。 发明内容 0003 本发明的目的是克服上述现有技术的不足， 提供一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其 通过对隧道工程建设影响深度50m范围内的工程地质层组进行划分及深入分析， 以对整个 场地工程地质层组进行总体概化， 并能紧接施工流程， 确保浅埋暗挖隧道施工过程安全、 顺 利进行， 同时能有效地控制后续施工流程所引起的地表沉降降和拱顶变形状况， 以降低施 工风险。 0004 为。

17、实现上述目的， 本发明采用了以下技术方案： 0005 一种地铁隧道掘进暗挖方法， 其特征在于： 本方法包括地层组合工程性质模型计 算以及隧道浅埋暗挖施工两大步骤， 其中： 0006 所述地层组合工程性质模型包括以下子步骤： 0007 (1)、 将隧道沿线地层划分为层组和亚组两个层级， 划分后的地层组合通过 “层组+ 亚组” 表示， 其中层组以罗马数字 “I” 、“II” 、“III” 、 .表示， 而亚组以 “英文字母+阿拉伯数 字” 表示， 具体如下： 0008 1.1)、 根据沉积年代和成因类型划分层组； 地表最上一层为填地层,其余下方各地 层需要依据当地的地勘资料来对应地质年代表进行划分。

18、至纪(系)层； 而若各地层均为同一 纪(系)的地层， 则需根据其成因类型的不同分为冲击层、 植物层、 冲击层、 洪积层、 坡积层残 积层、 风积层、 湖积层、 沼泽沉积层、 海相沉积层、 海陆交互沉积层、 冰积层、 冰水沉积层、 火 山堆积层、 崩积层、 滑坡堆积层、 泥石流堆积层、 生物堆积层、 化学堆积层和成因不明堆积 层； 对上述划分后的层组， 自上到下， 按照罗马数字的次序编号为 “I” 、“II” 、“III” 、 .； 0009 1.2)、 亚组需根据地层的土体状态划分； 对同一层组的地层， 首先分为用字母c表 说明书 1/10 页 5 CN 111140237 A 5 示的黏土和。

19、用字母s表示的砂土两大类； 其中： 黏土的含水率在土体状态上用其液性指数描 述， 可以此划分为坚硬、 硬塑、 可塑、 软塑、 流塑五类， 其中坚硬硬塑状态用c1表示， 可塑状 态用c2表示， 软塑流塑状态用c3表示； 砂土按照密实度分为松散、 中密和密实三类， 分别用 s1、 s2、 s3表示砂土的状态； 用字母r表示基岩； 0010 (2)、 以步骤(1)的层组划分结果为基础， 选择地表至隧底以下50m范围内的地层进 行组合， 代入如下地层组合工程性质模型中： 0011 0012 上式中， r为地层系数； 地层亚组为c1或s1时的地层系数r1为0； 地层亚组为c2或s2时 的地层系数r2为0。

20、.3； 地层亚组为c3或s3时的地层系数r3为1.0； h为地层厚度； 0013 地层组合工程性质模型SCI的计算值越小， 则表示当前地层组合的工程性质越好， 隧道工程施工的安全性越高； 从上述地表至隧底以下50m范围内的地层组合中， 选取最小值 所对应的地层组合作为当前最优施工地层组合， 并随之进行隧道浅埋暗挖施工流程； 0014 隧道浅埋暗挖施工流程包括超前支护层的建立、 洞身开挖步骤、 钢架加工与安装 步骤、 砂浆锚杆施工步骤、 初支喷射混凝土步骤以及隧道二次衬砌步骤， 其中： 0015 所述超前支护层包括管长方向平行隧道长度方向布置的钢管以及管体轴线与隧 道轴线处于同一面上的打入式锚管。

21、； 各钢管环绕隧道轴线而在隧道拱形面上彼此平行且依 序周向间隔均布， 从而形成大管棚预支护； 打入式锚管穿过大管棚预支护所形成拱形面并 倾斜打入围岩土层内， 以便与围岩土层间形成夹角， 各打入式锚管彼此平行且同样在隧道 拱形面上依序周向间隔均布； 0016 所述打入式锚管包括直管状的管身以及同轴布置于管身顶端管口处的锚头， 所述 锚头外形呈圆锥状且锚头的用于配合管身顶端管口的锥底面直径等于管身外径； 所述锚头 的锥面处径向凹设有槽长方向平行锚头轴线方向的容纳槽， 所述容纳槽为尖部朝向锚头尖 端且尾部朝向管身所在方向的水滴状的沉槽结构； 容纳槽内以铰接轴而铰接配合有防松翼 板； 防松翼板外形呈两。

22、梯形边与容纳槽两槽壁彼此平行的梯形块状， 铰接轴用于配合防松 翼板的配合位置相对靠近防松翼板的梯形顶边处， 且铰接轴的两轴端分别配合于容纳槽的 两相对槽壁上； 防松翼板存在收拢及展开两种位置状态： 当防松翼板处于收拢状态时， 防松 翼板位于容纳槽槽腔内； 当防松翼板处于展开状态时， 防松翼板的尾端绕铰接轴产生铰接 动作， 从而撑紧锚孔孔壁以固定打入式锚管。 0017 优选的， 本方法还包括夹设于防松翼板内侧面与容纳槽槽底之间空间处的扩张 囊， 所述扩张囊的囊腔通过位于锚头处预设的注浆流道而连通管身管腔， 以使得浆液可经 由管身管腔进入注浆流道并最终注入扩张囊囊腔中， 从而使防松翼板尾端产生上抬。

23、式的铰 接动作； 所述锚头的锥面处则设置前端注浆孔， 各前端注浆孔的进液端同样连通所述注浆 流道。 0018 优选的， 所述管身的顶端管口的管腔处设置内螺纹段， 所述锚头的锥底面处同轴 向外延伸设置配合段且配合段处布置外螺纹段， 以使得锚头与管身间形成螺纹固接配合； 配合段直径小于锚头的锥底面直径从而在锚头锥底处形成轴肩结构， 所述前端注浆孔布置 于锚头的轴肩结构与容纳槽之间的一段锥面上， 且各前端注浆孔环绕锚头轴线而在锚头锥 面处周向依序均布。 说明书 2/10 页 6 CN 111140237 A 6 0019 优选的， 由配合段的端面处同轴内凹设置有一段孔， 一段孔孔深大于配合段的轴 向。

24、长度， 一段孔孔底面处同轴内凹设置有二段孔， 以使得一段孔与二段孔共同配合形成二 段式阶梯孔状的注浆流道； 前端注浆孔经由一段孔孔壁而径向贯穿至锚头锥面处， 二段孔 孔壁处则径向向容纳槽槽底处贯穿开设径向连接孔， 以便连通注浆流道与扩张囊囊腔。 0020 优选的， 所述扩张囊外形呈尖部朝向铰接轴所在方向的扇形囊状， 防松翼板的朝 向容纳槽槽底面的内侧面处布置有凹槽， 且凹槽槽长方向平行锚头轴线方向， 凹槽槽腔构 成用于容纳和定位扩张囊的容纳区。 0021 优选的， 防松翼板的用于配合容纳槽槽底面的内侧面处布置有凹槽， 且凹槽槽长 方向平行锚头轴线方向； 防松翼板尾端与水滴状的容纳槽的尾端之间间。

25、隙以及凹槽槽腔均 形成供砂石进入以便撑开防松翼板的容纳空间。 0022 优选的， 以一组容纳槽配合一组防松翼板而形成一组防松单元， 所述防松单元为 两组以上， 各防松单元环绕锚头轴线而在锚头锥面处周向依序均布。 0023 优选的， 所述容纳槽的槽底面平行锚头的轴线， 且所述容纳槽的靠近尖端的槽底 面处凹设有提供防松翼板的梯形顶边的向下活动空间以及限制防松翼板最大展开角度的 止口槽。 0024 优选的， 所述管身的前段管体上径向贯穿管壁而设置有连通管身管腔的后端注浆 孔。 0025 优选的， 所述钢管为外径为108mm且壁厚为6mm的热轧管， 每相邻两组钢管间距 400mm； 所述管体为外径为4。

26、2mm且壁厚为3.5mm的热轧无缝管， 管体长度为3.5m； 所述打入式 锚管与围岩土层间形成的夹角为5 15 。 0026 本发明的有益效果在于： 0027 1)、 本发明基于现有的地铁隧道掘进暗挖技术， 从而给出了从定点选址到后期施 工的一系列具体施工流程。 当轨道交通工程中， 场地岩地层较多、 成因类型复杂、 空间分布 变化大时， 可根据本发明所言而对整个场地工程地质层组进行总体概化， 从而获得多组以 代码 “层组+亚组” 来表示的地层组合， 来作为备选的施工点。 之后， 再以地层组合工程性质 模型SCI来对当前待选施工点的各地层组合进行分别计算， 进而以计算值的比对， 来综合选 取各备。

27、选施工点中地层组合的工程性最优的组合来作为施工点选址的参考， 以确保隧道工 程施工的安全性。 当最优地层组合选取完毕后， 随之可进行后续的隧道浅埋暗挖施工流程。 0028 就隧道浅埋暗挖施工流程而言， 本方法保留了传统的超前支护层的建立、 洞身开 挖步骤、 钢架加工与安装步骤、 砂浆锚杆施工步骤、 初支喷射混凝土步骤以及隧道二次衬砌 步骤， 并对超前支护层的结构作了进一步的优化改进， 以进一步提升施工的安全性和支护 效果。 本发明通过另辟蹊径的采用了带有锚头的锚管设计和相对围岩土层的倾斜打入式的 锚固方案。 具体使用时， 通过直接将锚头朝向指定的锚固点并依靠外力打入， 无需预钻孔， 即可实现对。

28、隧道施工初期周围岩土体的强度的提升目的。 此外的， 本发明在上述结构基础 上， 还增设了防松翼板。 通过将防松翼板安置于容纳槽内， 并对防松翼板的前端进行铰接， 从而在锚头打入土层时， 防松翼板会随锚头的前行力而收拢， 进而不影响本发明的正常使 用。 而当本发明打入到位而锚头停止行进时， 或通过后续工程施工时的土层振动和挤压， 土 层中的砂石会逐渐进入防松翼板与水滴状的容纳槽之间间隙内， 或通过其他特定结构来撑 开防松翼板， 从而使得防松翼板的尾端逐渐从容纳槽内探出并形成展开状态， 从而死死的 说明书 3/10 页 7 CN 111140237 A 7 由内而外的撑住锚头所在锚孔的周围孔壁， 。

29、以有效确保锚管的可靠锚固性。 0029 2)、 值得注意的是， 本发明在上述结构基础上， 还额外增设了扩张囊来形成上述特 定结构。 通过将防松翼板安置于容纳槽内， 并将扩张囊支撑于防松翼板的尾端。 在锚头打入 土层时， 防松翼板会随锚头的前行力而收拢， 进而不影响本发明的正常使用。 而当本发明打 入到位且锚头停止行进时， 开始注浆操作。 浆液会依序经过管身管腔及注浆流道后： 一部分 浆液进入扩张囊囊腔从而膨胀扩张囊， 以便逐渐的撑开防松翼板， 使得防松翼板的尾端逐 渐从容纳槽内探出并形成展开状态， 从而死死的由内而外的撑住锚头所在孔洞的周围孔 壁。 另一部分浆液则经由前端注浆孔而流出至锚头锥面。

30、之外， 从而起到进一步的加固锚管 周围土层的功能， 最终提升锚管的锚固可靠度。 0030 3)、 进一步的， 本发明的管身与锚头之间可以有多种配合方式， 如一体成型， 甚至 是先逐个加工后再采用焊固的方式后期装配成型等。 本发明优选采用先期逐个加工再后期 螺纹装配的方式， 以在保证生产流程的快速化的同时， 实现本发明的便捷化装配功能。 此外 的， 前端注浆孔自然分布于锚头的轴肩结构与容纳槽之间的一段锥面上， 且各前端注浆孔 环绕锚头轴线而在锚头锥面处周向依序均布， 从而使得大量浆液会自然的凝固于锚头的锥 底面周围一圈的土层中， 以起到定点锚固作用， 最终得以进一步的有效提升本发明的锚固 可靠性。

31、及稳定性。 0031 4)、 对于注浆流道而言， 优选采用二段式阶梯孔结构， 以适配圆锥状的锚头， 保证 锚头壁厚的均匀性和自身刚度能满足使用所需。 扩张囊则优选采用扇形囊结构， 也即在充 入浆液时， 扩张囊应当是呈现沿防松翼板展开方向的扇形张开状态， 以避免与防松翼板展 开动作产生干涉， 确保防松翼板的正常有效展开。 0032 5)、 进一步的， 可将防松翼板布置为两组以上并沿锚头的锥面周向均布， 以保证防 松翼板展开后的整体结构的稳定性。 止口槽的设置， 目的一方面是在保证容纳槽尽可能开 浅以确保锚头结构的刚度的前提下， 提供防松翼板产生展开动作时的活动空间。 另一方面， 防松翼板也应当具。

32、备最大的展开角度， 以避免防松翼板过度展开而失去其初始的轴向防松 脱功能。 0033 6)、 凹槽的设置， 目的在于起到容纳防松翼板的功能， 以避免本发明在打入土层过 程中或后续工作过程中， 因工作振动等原因而导致扩张囊脱出防松翼板的状况发生， 以保 证本发明的工作可靠性。 此外的， 在前端注浆孔存在的前提下， 本发明仍然保留了传统的管 身注浆孔也即后端注浆孔， 以最大化的保证本发明的锚固效果。 0034 7)、 当然， 本发明也可不采用扩张囊而仅仅使用凹槽结构： 当打入式锚管打入到位 而锚头停止行进时， 通过后续工程施工时的土层振动和挤压， 土层中的砂石会逐渐进入防 松翼板尾端与水滴状的容纳。

33、槽的尾端之间间隙以及凹槽槽腔内， 以便逐渐的撑开防松翼 板， 使得防松翼板的尾端逐渐从容纳槽内探出并形成展开状态， 此时防松翼板同样能死死 的由内而外的撑住锚头所在孔洞的周围孔壁， 以有效确保锚管的可靠锚固性， 此处就不再 多作赘述。 0035 8)、 进一步的， 本发明对钢管及构成打入式锚管的管体材质及尺寸均有所限定， 以 保证本发明施工过程的可靠性。 而打入式锚管与围岩土层间形成的夹角为5 15 ， 也即施 工时打入式锚管应当沿隧道开挖外轮廓线周边以5 15 外插角打入岩层中， 其目的是加 固围岩中不稳定的土体； 5 15 外插角使得锚管能尽可能贴附岩层表面而扎入岩层内， 进 说明书 4/。

34、10 页 8 CN 111140237 A 8 而增强围岩的抗拉和抗剪能力， 有效地控制隧道上部土层沿隧道轴向上而非径向上的变形 量， 最终保证隧道整体结构的稳定性。 附图说明 0036 图1为本发明的工作流程框图； 0037 图2为超前支护层的结构示意图； 0038 图3为隧道开挖施工纵断面工序图； 0039 图4为打入式锚管的其中一种实施例的结构示意图； 0040 图5为图4所示打入式锚管的防松翼板处于收拢状态时， 打入式锚管的锚头的结构 示意图； 0041 图6为图4所示打入式锚管的剖视示意图； 0042 图7为图4所示打入式锚管的防松翼板处于展开状态时， 打入式锚管的锚头的结构 示意图。

35、； 0043 图8为打入式锚管的另一种实施例的结构示意图； 0044 图9为图8所示打入式锚管的防松翼板处于收拢状态时， 打入式锚管的锚头的结构 示意图； 0045 图10为图8所示打入式锚管的剖视示意图； 0046 图11为图8所示打入式锚管的防松翼板处于展开状态时， 打入式锚管的锚头的结 构示意图。 0047 本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下： 0048 A-超前支护层 A1-钢管 A2-打入式锚管 0049 B-初期支护层 C-后期支护层 0050 10-管身 11-后端注浆孔 0051 20-锚头 21-容纳槽 21a-止口槽 22-配合段 0052 23-注浆流道 24-前端。

36、注浆孔 25-连接孔 0053 31-防松翼板 31a-凹槽 32-铰接轴 0054 40-扩张囊 具体实施方式 0055 为便于理解， 此处结合图1-11， 对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描 述： 0056 本方法包括地层组合工程性质模型计算以及隧道浅埋暗挖施工两大步骤， 其中： 0057 所述地层组合工程性质模型包括以下子步骤： 0058 (1)、 隧道沿线地层划分： 0059 划分地层时， 共分为层组和亚组两个层级， 划分后的地层组合通过代码串可以很 直观地总览沿线地层的基本工程特性和组合特征。 具体操作时， 所述工程地质层组代码串 表示为： 层组(罗马数字)+亚组(英文字母+。

37、阿拉伯数字)， 例如代码串Ic1表示层组为I且亚 组为c1的地质层组。 具体划分方法如下： 0060 (1.1)、 根据沉积年代和成因类型划分层组。 地质沉积年代与成因分别反映了地层 说明书 5/10 页 9 CN 111140237 A 9 出现的先后顺序与形成过程， 对地层工程性质的塑造有巨大影响。 一般沉积年代越久的的 地层， 土体结构越稳定， 工程性质越好。 划分时， 地表最上一层为填地层， 其余下方各地层需 要依据当地的地勘资料对应地质年代表划分至纪(系)层。 地质年代表为现有表格， 具体参 照表1所示。 而对于同一纪(系)的地层而言， 就需要根据其成因类型的不同继续进行划分： 根据。

38、成因的不同可分为冲击层(ml)、 植物层(pd)、 冲击层(al)、 洪积层(pl)、 坡积层(dl)残 积层(el)、 风积层(eol)、 湖积层(l)、 沼泽沉积层(h)、 海相沉积层(m)、 海陆交互沉积层 (mc)、 冰积层(gl)、 冰水沉积层(fgl)、 火山堆积层(b)、 崩积层(col)、 滑坡堆积层(del)、 泥 石流堆积层(set)、 生物堆积层(o)、 化学堆积层(ch)和成因不明堆积层(pr)。 对划分后的层 组， 自上到下， 按照罗马数字的次序编号为 、 II、 、 等进行依序分类。 0061 表1地质年底表 0062 0063 (1 .2)、 根据地层的土体状态划。

39、分亚组。 对同一层组的地层， 首先分为黏土 (cohesive soil， 用字母c表示)、 砂土(sandy soil， 用字母s表示)两大类， 其次再根据其土 体状态划分亚组。 决定土体状态的主要因素分别为含水率和密实度。 其中， 黏土的含水率在 土体状态上可用其液性指数描述， 可以此划分为坚硬、 硬塑、 可塑、 软塑、 流塑五类， 其中坚 硬硬塑状态用c1表示， 可塑状态用c2表示， 软塑流塑状态用c3表示； 砂土按照密实度分 为松散、 中密和密实三类， 分别用s1、 s2、 s3表示砂土的状态； 用字母r表示基岩。 0064 (2)地层组合划分： 0065 划分地层组合时， 选择地表以。

40、下50m范围内， 基岩上方的地层进行组合， 要求地层 厚度超过1m且长度超过50m， 不满该规定的地层对隧道影响较小， 可不进行考虑。 本发明提 出了地层组合工程性质模型SCI用于描述地层组合工程性质的优劣程度， 计算方法如下： 0066 0067 上式中， r为地层系数； 地层亚组为c1或s1时的地层系数r1为0； 地层亚组为c2或s2时 的地层系数r2为0.3； 地层亚组为c3或s3时的地层系数r3为1.0； h为地层厚度。 0068 SCI计算结果在01.0区间内。 实际上， 地层组合工程性质模型SCI的计算值越小， 则表示当前地层组合的工程性质越好， 隧道工程施工的安全性越高。 当所有。

41、SCI值均计算完 成后， 从上述地表至隧底以下50m范围内的地层组合中， 选取SCI计算值的最小值所对应的 地层组合作为当前最优施工地层组合， 并随之进行隧道浅埋暗挖施工流程。 0069 当然， 由于地层组合工程性质模型SCI的计算值越小， 也就表示当前地层组合的工 程性质越好， 隧道工程施工的安全性越高， 因此， 更具体操作时， 为更好的形成报告和更利 于客户目视比对， 可酌情对SCI计算值进行如下划分： 00.2为优良组合， 0.20.4较好组 说明书 6/10 页 10 CN 111140237 A 10 合， 0.40.6为一般组合， 0.60.8为较差组合， 0.81.0为极差组合，。

42、 分别用字母A、 B、 C、 D、 E表示。 同时， 考虑到基岩埋深对隧道稳定性的影响， 再根据基岩埋深是否大于20m再划分 亚组， 如下表2所示： 0070 表2地层组合划分表 0071 0072 为便于进一步解释上述计算流程， 此处给出如下实施例： 0073 实施例： 0074 地点： 合肥市； 0075 划分区域： 将地表至隧底以下50m范围内的土层进行划分； 0076 划分过程： 按照沉积年代和成因类型划分层组共8层， 其中土层共有5层(包括填土 层)， 基岩层共3层； 按照地层的土体状态划分亚组共14层。 划分过程及结果如表3所示。 0077 表3合肥市地铁隧道沿线地层划分结果表 0。

43、078 0079 0080 选择上述土层中的地表至隧底以下50m范围内的地层进行组合， 形成多组待选的 地层组合， 分别计算各地层组合的地层组合工程性质模型SCI。 以合肥市隧道断面尺寸及隧 道施工方案相同的两条地铁隧道为例， 分别选取隧道埋深相同的两个典型断面a和b的地层 组合： 说明书 7/10 页 11 CN 111140237 A 11 0081 a断面地层组合情况为 (2.1m)+c1(5.5m)+(22.4m)。 计算该断面地层组合工 程性质模型SCIA如下式： 0082 0083 b断面地层组合情况为 (4.2m)+c2(1.9m)+c1(3m)+c2(10.9)+(10m)。 。

44、计 算该断面地层组合工程性质模型SCIB如下式： 0084 0085 由前述可知， a断面地层组合为优良组合， b断面地层组合为一般组合， 如若选取施 工点或两组施工方案择一选择， 则优选断面a的地层组合所对应点或所对应方案。 0086 为佐证上述计算结果， 实际对上述断面a及断面b的地层组合进行工程实际监测， 结果表明： a断面地表沉降最大值为12mm， b断面地表沉降最大值为28mm， 可以看出a断面的 地层变形小于B断面， 说明a断面的地层组合工程性质更好， 施工安全性更高， 施工点选址时 优选a断面处施工。 0087 在如上选址完毕后， 即可进行隧道浅埋暗挖施工流程， 包括超前支护层的。

45、建立、 洞 身开挖步骤、 钢架加工与安装步骤、 砂浆锚杆施工步骤、 初支喷射混凝土步骤以及隧道二次 衬砌步骤。 0088 为便于理解， 此处结合图2-11， 以四步CRD法施工为例， 对本发明的具体结构及工 作方式作以下进一步描述： 0089 在四步CRD法施工中， 本发明需将浅埋暗挖通道分成图2-3所示的、 、 、 四 个导洞开挖。 相邻两导洞开挖施工间隔34m。 各导洞每次开挖进尺为一个型钢钢架间距， 严禁多榀一次开挖。 0090 在开挖段前制作超前支护层A， 如图2所示的， 需预先铺设钢管A1， 并沿隧道开挖外 轮廓线周边采用非注浆的打入式锚管A2。 开挖后立即进行型钢钢架安装与钢筋网铺。

46、设， 并 进行喷射混凝土， 上台阶钢格栅安装完毕后及时施做锁脚锚管并进行注浆填充， 从而形成 初期支护层B。 待初期支护层B达到强度后在初期支护层B背后注浆。 最后进行后期支护层C 的铺设。 0091 实际操作超前支护层A时， 出入口暗挖段采用大管棚预支护。 构成大管棚预支护的 钢管采用1086mm的热轧管， 长度根据设计要求沿通道通长布置， 每相邻两组钢管的间 距为400mm。 注浆管棚施工完成四根， 即可开始注浆， 其目的是充填大管棚预支护， 增加大管 棚预支护的刚度。 同时， 通过管壁的孔眼使浆液注入到大管棚预支护的周围以加固地层。 注 浆分两步完成， 当第一次注浆的浆液充分收缩后， 进。

47、行第二次注浆， 以使大管棚预支护填充 密实。 之后， 如图3所示的， 通过在隧道拱部采用非注浆的打入式锚管A2， 分部开挖左侧导坑 部土体， 架设临时仰拱， 施作初期支护； 再开挖部土体， 施作初期支护； 之后再同理逐一 开挖及部土体。 0092 打入式锚管A2采用外径为42mm且壁厚为3.5mm的热轧无缝管加工制成， 打入式锚 管A2长3.5m。 打入式锚管A2使用时无需提前在围岩处钻孔， 打设时锚头20直接插入围岩土 体并打入， 打入后免去了注浆过程。 打入式锚管A2施工时， 管体应当沿隧道开挖外轮廓线周 边以5 15 外插角打入岩层中。 说明书 8/10 页 12 CN 11114023。

48、7 A 12 0093 更具体而言， 打入式锚管A2的具体结构如图4-11所示， 其主要结构包括管身10以 及螺纹装配于管身10的顶端管口处的锚头20。 其中： 0094 管身10的外形参照图3及图6所示的呈现直圆管状； 对于锚头20而言， 其外形呈如 图4-11所示的圆锥状。 实际操作时， 锚头20的锥底面处同轴外凸设置有配合段22， 通过配合 段22处外螺纹段与管身10的顶端管口也即图3所示右端管口处的内螺纹段的螺纹拧合， 从 而实现锚头20相对管身10的快速装配功能。 锚头20处还如图4-11所示的环绕自身轴线布置 四组防松单元， 每组防松单元均包括一组容纳槽21以及一组通过铰接轴32而。

49、铰接布置于容 纳槽21内的防松翼板31。 实际装配铰接轴32时， 可考虑直接对容纳槽21的两侧槽壁进行对 穿从而获得对穿孔， 再在对穿孔内穿入铰接轴32从而配合位于容纳槽21内的防松翼板31的 前端部， 以实现其便捷化装配目的。 而对于容纳槽21而言， 其外形呈现如图4所示的水滴状， 且容纳槽21的槽底面应当平行锚头20轴线， 并在容纳槽21的尖端设置如图6所示的止口槽 21a。 如图6所示的止口槽21a限制了防松翼板31的展开动作极限， 以保证打入式锚管A2的动 作可靠性。 0095 对于打入式锚管A2而言， 可以有如图4-7及如图8-11两组具体实施例。 其中如图4- 7的实施例为无需注浆。

50、的用于膨胀土支护的锚管结构， 而如图8-11的为注浆式的适用于隧 道超前支护的锚管结构。 0096 对于如图4-7的无需注浆的用于膨胀土支护的锚管结构而言， 本发明在上述结构 基础上， 增设扩张囊40来形成上述特定结构。 通过将防松翼板31安置于容纳槽21内， 并将扩 张囊40支撑于防松翼板31的尾端。 在锚头20打入土层时， 防松翼板31会随锚头20的前行力 而收拢， 进而不影响本发明的正常使用。 而当本发明打入到位且锚头20停止行进时， 开始注 浆操作。 浆液会依序经过管身10管腔及注浆流道23后： 一部分浆液进入扩张囊40囊腔从而 膨胀扩张囊40， 以逐渐的撑开防松翼板31， 使得防松翼。