CN102155232A - 地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，旨在通过简化施工步骤，大大缩减施工工期和提高施工效率。该方法采用中导洞、内侧洞室、外侧洞室顺序开挖的技术方案，隧道内侧洞室、外侧洞室采用不均衡支护体系，可有效地控制了中隔墙顶部、大小主洞室拱部及边墙的变形，最大变形可控制在20mm以内，且可大大缩减了施工工期，简化了施工步骤，施工效率提高了30％，并有效地解决了中隔墙顶部渗漏水的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铁路隧道施工方法，特别涉及地形偏压条件下修建大跨不对称双连拱铁路隧道的施工方法。
背景技术
双连拱隧道在我国已有30多年工程实践，大多数都是在公路隧道中应用，隧道断面为等跨对称结构，且连拱隧道开挖跨度较大，施工工序繁多，开挖和支护相互交错，围岩应力变化和衬砌荷载转换十分复杂，尤其中墙受力，压、拉、弯、扭、剪均有。另外，施工过程中围岩应力分布，以及衬砌受力变形状况不明确，左右洞施工对中墙的影响难以把握，增加了隧道施工变形和稳定控制的难度，稍有不慎，就会造成地层开裂甚至塌方。
目前，我国连拱隧道主要采用三导洞施工方法，即中导洞先行，双侧导洞随后跟进。导洞的目的在于修建中墙和边墙，为主洞的支护体系提供支撑点，地质条件和跨度对施工方法起着决定性作用，而施工方法又与导洞数量有着密切的关系。在施工中遵循“弱爆破、短进尺、多循环、强支护、快衬砌”的原则，严格控制超欠挖，确保工程质量、进度、施工安全和经济效益。在围岩级别较差时，三导洞施工方法具有安全可靠的特点，三导洞先墙后拱法，工法简捷，荷载转换关系明确，开挖断面小，辅助措施少，废弃量小，在连拱隧道设计和施工中应用广泛，如广惠高速公路小金口隧道施工，沪蓉公路金竹隧道洞口浅埋段施工，猫山连拱隧道用于浅埋的IV、V级围岩条件下的施工等。但三导洞施工方法，施工工序复杂，在围岩级别较好时，直接影响着连拱隧道的工期和造价。
其中经过30多年的公路隧道建设和科学研究，我国在连拱隧道建设方面仍然是比较薄弱的，主要问题反映在施工方法单一，施工工序复杂， 多达22步；总体支护体系普遍过强，但局部位置又相对较弱；已建隧道出现病害较多，如衬砌大面积裂隙、渗水与漏水；进出口浅埋段及围岩较差地段工程造价过高等问题；大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白。
由于隧道所处地形不对称引起围岩压力呈明显的不均匀性，从而使隧道支护及衬砌结构受偏压荷载。在该种条件下修建大跨不对称双连拱铁路隧道的难点主要为：①中隔墙两侧大、小洞室的开挖先后顺序选择；②中隔墙顶部、大小主洞室拱部、边墙变形及隧道塌方风险的控制；③大、小洞室交错施工对中隔墙变形的控制；④中隔墙顶部的渗漏水控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，简化施工步骤，可大大缩减施工工期和提高施工效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，包括如下步骤：地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，包括如下步骤：①分台阶开挖中导洞，其导坑周边施作中导洞初期支护；②中导洞贯通后，沿隧道轴向向洞口倒退浇注中隔墙，待其达到设计强度后，在靠外侧洞室的中隔墙与中导洞初期支护之间设置横撑；③分台阶开挖内侧洞室，其导坑周边施作内侧洞室初期支护；④拆除靠内侧洞室侧的中导洞初期支护部分，灌筑内侧洞室边墙基础与仰拱；⑤灌筑内侧洞室拱墙衬砌；⑥分台阶开挖外侧洞室，其导坑周边施作外侧洞室初期支护，外侧洞室初期支护的支护强度大于内侧洞室初期支护的支护强度；⑦拆除靠外侧洞室侧的中导洞初期支护部分，灌筑外侧洞室边墙基础与仰拱；⑧灌筑外侧洞室拱墙衬砌。
本发明的有益效果是，采用中导洞、内侧洞室、外侧洞室顺序开挖的技术方案，可大大缩减了施工工期，简化了施工步骤，施工效率提高了30％；隧道内侧、外侧洞室采用不均衡支护体系，可有效地控制了中隔墙 顶部、大小主洞室拱部及边墙的变形，最大变形可控制在20mm以内；改进了以往连拱隧道总体支护体系普遍过强局部位置又相对较弱的问题，有效地解决了中隔墙顶部渗漏水的问题，填补了大跨不对称双连拱铁路隧道在国内工程实践的空白。
附图说明
本说明书包括如下十四幅附图：
图1是地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道的横断面示意图；
图2至图14是本发明一实施例的步骤示意图。
图中示出部位、构件及所对应的标记：中导洞上部1、中导洞临时钢架11、中导洞上部锁脚锚杆12、中导洞下部2、中导洞下部锁脚锚杆21、中隔墙3、临时横撑31、小洞导洞上部4、小洞导洞临时钢架41、小洞导洞上部锁脚锚杆42、小洞导洞上部径向锚杆43、小洞导洞下部5、小洞导洞临时钢架41、小洞导洞下部锁脚锚杆51、小洞导洞下部径向锚杆52、小洞边墙基础7、小洞仰拱8、小洞拱墙衬砌9、大洞导洞上部10、大洞导洞临时钢架110、大洞导洞上部锁脚锚杆120、大洞导洞上部径向锚杆130、大洞导洞中部11、大洞导洞下部12、大洞导洞下部锁脚锚杆140、大洞导洞下部径向锚杆150、大洞边墙基础13、大洞仰拱14。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，大跨不对称双连拱铁路隧道在结构上由内侧洞室、中隔墙及外侧洞室构成。本发明的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，包括如下步骤：
①分台阶开挖中导洞，其导坑周边施作中导洞初期支护；
②中导洞贯通后，沿隧道轴向向洞口倒退浇注中隔墙，待其达到设计强度后，在靠外侧洞室的中隔墙与中导洞初期支护之间设置临时横撑；
③分台阶开挖内侧洞室，其导坑周边施作内侧洞室初期支护；
④拆除靠内侧洞室侧的中导洞初期支护部分，灌筑内侧洞室边墙基础 与仰拱；
⑤灌筑内侧洞室拱墙衬砌；
⑥分台阶开挖外侧洞室，其导坑周边施作外侧洞室初期支护，外侧洞室初期支护的支护强度大于内侧洞室初期支护的支护强度；
⑦拆除靠外侧洞室侧的中导洞初期支护部分，灌筑外侧洞室边墙基础与仰拱；
⑧灌筑外侧洞室拱墙衬砌。
在上述技术方案中，所述步骤①、③、⑥采用小炮开挖，爆破震速控制在5cm/s以内。所述所述步骤①、③、⑥台阶开挖长度控制在5m以内。
开挖内侧洞室时，由于地形偏压，中隔墙会产生水平向外侧的位移，严重时会使中隔墙失稳进而引起隧道塌方。现有连拱隧道施工方法是在中隔墙施作完毕后采用土石或是片石砼对中导洞进行回填，回填完毕后再开挖两侧主洞室，施工效率明显低下。本发明通过在靠外侧洞室的中隔墙与中导洞初期支护之间设置的临时横撑能很好地控制中隔墙水平位移，防止中隔墙失稳，简化了施工步骤，使施工效率大为提高。
为克服现有连拱隧道总体支护体系普遍过强，而局部位置又相对较弱的问题，在本发明中隧道内侧洞室、外侧洞室采用不均衡支护体系，可有效地控制了中隔墙顶部、大小主洞室拱部及边墙的变形，最大变形可控制在20mm以内。下面为支护体系一种具体配置形式：所述内侧洞室初期支护由初喷混凝土层、钢筋网、I18型临时钢架及锁脚锚杆构成，锁脚锚杆采用5m长Ф25锚杆，并在拱部45度范围内设置6m长Ф25组合中空锚杆，最大跨度到拱腰设置5m长Ф25组合中空锚杆，边墙设置4m长Ф25砂浆锚杆；所述外侧洞室初期支护由初喷混凝土层、钢筋网、I20b型临时钢架及锁脚锚杆构成，锁脚锚杆采用6m长Ф25锚杆，并在其拱部拱部120度范围设置6m长Ф25组合中空锚杆，边墙设置4m长Ф25砂浆锚杆。即通过对隧道开挖后的变形较大、结构受力最大的薄弱部位进行了局部加强，对变形较小、结构受力较小的部位采用了相对较弱的支护，达到了经济而安全目的。
为有效解决了中隔墙顶部渗漏水的问题，在其顶部V型区域设置Ф42小导管并进行注浆，对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。
图2-14是本发明一实施例的步骤示意图。在该实施例中，内侧洞室为小洞洞室，外侧洞室为大洞洞室。该实施例具体包括如下步骤：
1、参照图1，开挖中导洞上部1，其导坑周边初喷混凝土铺设钢筋网，架立中导洞临时钢架11并设中导洞上部锁脚锚杆12，在导坑顶部V型区域设置Ф42小导管。
2、参照图2，在滞后于中导洞上部1一段距离后，开挖中导洞下部2，导坑周边部分初喷混凝土铺设钢筋网，接长中导洞临时钢架11，并设中导洞下部锁脚锚杆21。
3、参照图3和图4，中导洞贯通后，沿隧道轴向向洞口倒退浇注中隔墙3，待其达到设计强度后，在靠大洞侧中隔墙3上部与临时钢架11之间紧身间隔设置临时横撑31。
4、参照图6，开挖小洞导洞上部4，其导坑周边初喷混凝土铺设钢筋网，架立小洞导洞临时钢架41并设小洞导洞上部锁脚锚杆42，钻设小洞导洞上部径向锚杆43后复喷混凝土至设计厚度。
5、参照图7，在滞后于小洞导洞上部4一段距离后，开挖小洞导洞下部5，其导坑周边部分初喷混凝土铺设钢筋网，接长小洞导洞临时钢架41，并设小洞导洞下部锁脚锚杆51，小洞导洞临时钢架41与中导洞临时钢架11封闭成环，钻设小洞导洞下部径向锚杆52后复喷混凝土至设计厚度。
6、参照图8，拆除靠小洞侧的中导洞临时钢架11，灌筑小洞边墙基础7与仰拱。
7、参照图9，灌筑小洞仰拱8填充部至设计高度；
8、参照图10，利用衬砌模板台车一次性灌筑小洞拱墙衬砌9；
9、参照图11，开挖大洞导洞上部10，其导坑周边初喷混凝土铺设钢筋网，架立大洞导洞临时钢架110并设大洞导洞上部锁脚锚杆120，钻设大洞导洞上部径向锚杆130后复喷混凝土至设计厚度；
10、参照图12，在滞后于大洞导洞上部10一段距离后，开挖大洞导洞中部11，其导坑周边部分初喷混凝土铺设钢筋网，接长大洞导洞临时钢架110，后复喷混凝土至设计厚度；
11、参照图13，在滞后于大洞导洞中部11一段距离后，开挖大洞导洞下部12，其导坑周边部分初喷混凝土铺设钢筋网，接长大洞导洞临时 钢架110，并设大洞导洞下部锁脚锚杆140，大洞导洞临时钢架110与中导洞临时钢架11封闭成环，钻设大洞导洞下部径向锚杆150后复喷混凝土至设计厚度；
12、参照图14，拆除靠大洞侧的中导洞临时钢架11，灌筑大洞边墙基础13与仰拱；
13、灌筑大洞仰拱14填充部至设计高度；
14、利用衬砌模板台车一次性灌筑大洞拱墙衬砌。
以上所述只是用图解说明本发明地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (6)
1.地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，包括如下步骤：
①分台阶开挖中导洞，其导坑周边施作中导洞初期支护；
②中导洞贯通后，沿隧道轴向向洞口倒退浇注中隔墙，待其达到设计强度后，在靠外侧洞室的中隔墙与中导洞初期支护之间设置横撑；
③分台阶开挖内侧洞室，其导坑周边施作内侧洞室初期支护；
④拆除靠内侧洞室侧的中导洞初期支护部分，灌筑内侧洞室边墙基础与仰拱；
⑤灌筑内侧洞室拱墙衬砌；
⑥分台阶开挖外侧洞室，其导坑周边施作外侧洞室初期支护，外侧洞室初期支护的支护强度大于内侧洞室初期支护的支护强度；
⑦拆除靠外侧洞室侧的中导洞初期支护部分，灌筑外侧洞室边墙基础与仰拱；
⑧灌筑外侧洞室拱墙衬砌。
2.如权利要求1所述的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，其特征是：所述中导洞初期支护由沿初喷混凝土层、钢筋网、临时钢架及锁脚锚杆构成，并在其顶部V型区域设置Ф42小导管。
3.如权利要求1所述的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，其特征是：所述内侧洞室初期支护由初喷混凝土层、钢筋网、I18型临时钢架及锁脚锚杆构成，锁脚锚杆采用5m长Ф25锚杆，并在拱部45度范围内设置6m长Ф25组合中空锚杆，最大跨度到拱腰设置5m长Ф25组合中空锚杆，边墙设置4m长Ф25砂浆锚杆。
4.如权利要求1所述的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，其特征是：所述外侧洞室初期支护由初喷混凝土层、钢筋网、I20b型临时钢架及锁脚锚杆构成，锁脚锚杆采用6m长Ф25锚杆，并在其拱部拱部120度范围设置6m长Ф25组合中空锚杆，边墙设置4m长Ф25砂浆锚杆。
5.如权利要求1所述的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，其特征是：所述步骤①、③、⑥采用小炮开挖，爆破震速控制在5cm/s以内。
6.如权利要求1所述的地形偏压条件下大跨不对称双连拱铁路隧道施工方法，其特征是：所述所述步骤①、③、⑥台阶开挖长度控制在5m以内。
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