CN102226398A - 软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法 - Google Patents

软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法 Download PDF

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杨昌宇
朱勇
卿伟宸
高扬
陶伟明
于茂春
苗增润
孙福君
林本涛
吴孟
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中铁二院工程集团有限责任公司
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Abstract

软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,具有施工安全、快速和操作简单的特点,而且适合大型机械进行施工。该方法包括如下步骤:①开挖两侧侧壁导洞,开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护;②灌筑两侧台座基础;③分别开挖两侧拱部侧导洞,开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护,并在相应初期支护的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索;④分台阶开挖拱部核心土,开挖其上台阶前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护,并在该初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索;⑤灌筑拱部二次衬砌;⑥分台阶开挖下部核心土;⑦灌筑仰拱,灌筑仰拱填充至设计高度。

Description

软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及铁路隧道开挖施工方法,特别涉及一种软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法。
背景技术
[0002] 进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展,随着西南山区高速铁路的快速和大规模修建,由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高等多种因素的制约,铁路沿线部分地段设站条件极为困难。因此,为提高艰险山区修建高速铁路选线、设站的自由度,使得山区车站布置型式更为灵活、车站功能更易得到保证,特大跨度四线车站隧道的修建将愈来愈多。
[0003] 目前,铁路单双线隧道及公路隧道开挖的基本方法有主要有:全断面法、台阶法、 台阶分部法、上下导坑法、上导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法及双侧壁导坑法等。对于跨度达到20〜30m的四线大跨隧道,当围岩地层主要为泥岩,泥质砂岩及砂质泥岩等软(质)岩地层时,若采用上述开挖施工方法非常困难,存在临时支撑多、拆撑距离受限、围岩易变形、 不稳定以及施工操作不便等问题,施工安全、工期进度将不能保证。因此,为了保证确保施工安全,提高施工质量,加快施工进度,节约工程投资,必须采用新的开挖施工方法。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种软岩四线大跨隧道的开挖施工方法,具有施工安全、快速和操作简单的特点,而且工程造价较低,适合大型机械进行施工。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0006] 本发明的软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,包括如下步骤: ①开挖两侧侧壁导洞,开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护;②灌筑两侧台座基础;③分别开挖两侧拱部侧导洞,开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护,并在相应初期支护的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索,该相应初期支护的下端支承于台座基础顶面;④分台阶开挖拱部核心土,开挖其上台阶前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护,并在该初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索,拆除步骤③中设立的临时支护;⑤灌筑拱部二次衬砌;⑥分台阶开挖下部核心土 ;⑦灌筑仰拱,灌筑仰拱填充至设计高度。
[0007] 本发明的有益效果是,四线大跨隧道边墙脚受力集中且围岩软弱,先施工两侧壁导洞,并在导洞中施工台座基础,作为拱部支护体系的承载基础,解决软岩四线大跨隧道施工中拱顶沉降不宜控制,支护结构易变形的问题;采用“外锚”替换“内撑”,在拱部临时钢架拆除后,不改变结构受力形式,内力重分布不明显,保证拱部临时钢架拆除后支护体系的稳定,保证施工安全;在锚索施作后,可大范围拆除拱部临时钢架,从而大大增加作业空间; 拱部二次衬砌可一次性整体浇筑,工艺简便;拱部二衬施工完成后,下台阶未开挖部位作业安全,工作面大,可大台阶进行下部施工,有利于大型机械作业,快速施工。附图说明
[0008] 本说明书包括如下十五幅附图:
[0009] 图1为本发明实施例1的施工工序正面示意图;
[0010] 图2为本发明实施例1的施工工序纵断面示意图;
[0011] 图3〜14为本发明实施例1施工步骤分解示意图;
[0012] 图15为本发明实施例1的另一种施工工序正面示意图。
[0013] 图中示构件、部位名称及所对应的标记:侧壁导洞1、上台阶la、下台阶lb,拱部侧导洞3、4,拱部核心土 5a、5b,下部核心土 7a、7b、7c ;台座基础II、仰拱VIII、仰拱填充 IX、拱部二次衬砌 VI ;超前支护 20、20a、20b、20c、20d、20e ;初期支护 21、21a、21b、21c、21d、 21e、21f、21g,锁脚锚管 211 ;系统锚杆 22、22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g ;临时支护 23a、 23b、23c、23d、23e、23f、锁脚锚管 231 ;预应力锚索 31a、31b、31c。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015] 参照图1、图2和图15,软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,包括如下步骤:
[0016] ①开挖两侧侧壁导洞1,开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护;
[0017] ②灌筑两侧台座基础II ;
[0018] ③分别开挖两侧拱部侧导洞3、4,开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护,并在相应初期支护的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索,该相应初期支护的下端支承于台座基础II顶面;
[0019] ④分台阶开挖拱部核心土,开挖其上台阶前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护,并在该初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索,拆除步骤③中设立的临时支护;
[0020] ⑤灌筑拱部二次衬砌VI ;
[0021] ⑥分台阶开挖下部核心土 ;
[0022] ⑦灌筑仰拱VIII,灌筑仰拱填充IX至设计高度。
[0023] 按照上述步骤,先施工两侧侧壁导洞,并在导洞中施工台座基础,作为拱部支护体系的承载基础,解决软岩四线大跨隧道施工中拱顶沉降不宜控制,支护结构易变形的问题。 采用“外锚”替换“内撑”,在拱部临时钢架拆除后,不改变结构受力形式,内力重分布不明显,保证拱部临时钢架拆除后支护体系的稳定,保证施工安全。在锚索施作后,可大范围拆除拱部临时钢架,从而大大增加作业空间。拱部二次衬砌可一次性整体浇筑,工艺简便。拱部二衬施工完成后,下台阶未开挖部位作业安全,工作面大,可大台阶进行下部施工,有利于大型机械作业,快速施工。
[0024] 参照图1、图2示出的本发明实施例1的施工工序,本发明软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,具体按如下步骤施工:
[0025] ①参照图3,开挖两侧侧壁导洞1上台阶la,开挖前先施作相应超前支护20a、20b,开挖后立即施作相应初期支护21a、21b和临时支护23a、23b ;
[0026] ②参照图4,开挖两侧侧壁导洞1下台阶lb,开挖后立即施作相应初期支护21c、 2Id和临时支护23c、23d ;
[0027] ③参照图5,灌筑两侧台座基础II ;
[0028] ④参照图6,开挖一侧拱部侧导洞3,开挖前先施作相应超前支护20c,开挖后立即施作相应初期支护21e和临时支护23e,并在相应初期支护21e的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索31a,该相应初期支护21e的下端支承于台座基础II顶面;
[0029] ⑤参照图7,开挖另一侧拱部侧导洞4,开挖前先施作相应超前支护20d,开挖后立即施作相应初期支护21f和临时支护23f,并在相应初期支护21f的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索31b,该相应初期支护21f的下端支承于台座基础II顶面;
[0030] ⑥参照图8,开挖拱部核心土 5a,开挖前先施作相应超前支护20e,开挖后立即施作相应初期支护21g,并在该初期支护21g的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索 31(:,拆除临时支护236、23€;
[0031] ⑦参照图9,开挖拱部核心土 5b ;
[0032] ⑧参照图10,灌筑拱部二次衬砌VI ;
[0033] ⑨参照图11至图13,分台阶开挖下部核心土 7a、7b、7c,拆除临时支护23a、23b、 23c、23d ;
[0034] ⑩参照图14,灌筑仰拱VIII ;
[0035] (11)参照图14,待仰拱VIII砼初凝后灌筑仰拱填充IX至设计高度;
[0036] 重复上述步骤①〜(11)若干次,直至隧道该方法设计段落全长开挖完工。
[0037] 参照图15示出的本发明实施例2的施工工序,本发明的软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法也可按如下步骤施工:
[0038] ①参照图4,开挖两侧侧壁导洞1,开挖前先施作相应超前支护20a、20b,开挖后立即施作相应初期支护21a、21b、21c、21d和临时支护23a、23b、23c、23d ;
[0039] ②参照图5,灌筑两侧台座基础II ;
[0040] ③参照图6,开挖一侧拱部侧导洞3,开挖前先施作相应超前支护20c,开挖后立即施作相应初期支护21e和临时支护23e,并在相应初期支护21e的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索31a,该相应初期支护21e的下端支承于台座基础II顶面;
[0041] ④参照图7,开挖另一侧拱部侧导洞4,开挖前先施作相应超前支护20d,开挖后立即施作相应初期支护21f和临时支护23f,并在相应初期支护21f的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索31b,该相应初期支护21g的下端支承于台座基础II顶面;
[0042] ⑤参照图8,开挖拱部核心土 5a,开挖前先施作相应超前支护20e,开挖后立即施作相应初期支护21g,并在该初期支护21g的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索 31(:,拆除临时支护236、23€;
[0043] ⑥参照图9,开挖拱部核心土 5b ;
[0044] ⑦参照图10,灌筑拱部二次衬砌VI ;
[0045] ⑧参照图11至图13,分台阶开挖下部核心土 7a、7b、7c,拆除临时支护23a、23b、 23c、23d ;
[0046] ⑨参照图14,灌筑仰拱VIII ;[0047] ⑩待仰拱VIII砼初凝后灌筑仰拱填充IX至设计高度;
[0048] 重复上述步骤①〜⑩若干次,直至隧道该方法设计段落全长开挖完工。
[0049] 在以上两实施例中,所述相应初期支护21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g由喷射混凝土层、型钢钢架、锁脚锚管211和相应的系统锚杆22£1、2213、22(3、22(1、226、22厂228构成,内设钢筋网的喷射混凝土层覆盖相应开挖部围岩,型钢钢架沿隧道开挖方向间隔布设且埋设在喷射混凝土层内,锁脚锚管211设置在型钢钢架下端与围岩锚固连接。系统锚杆 22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g沿隧道拱墙周边呈梅花形布置。各相应初期支护21、21a、 21b、21c、21d、21e、21f、21g之和即构成隧道全断面初期支护21结构。
[0050] 运用实例:
[0051] 改建铁路贵(阳)昆(明)线六盘水至沾益段乌蒙山二号隧道,该隧道全长 12260m,为六沾铁路最长隧道,受扒挪块车站地形限制和运营管理需要,扒挪块车站伸入乌蒙山二号隧道出口段,形成四线车站隧道,长538m。最大开挖跨度达观.42m,最大开挖面积为354.30m2。其中出口浅埋段设计长度为110m,该段通过地层为:泥岩、页岩夹砂岩,岩质软,节理裂隙极发育,岩体较破碎。洞口端因地层风化,土体松散,有流塌现象,因此洞口段 35米(DK288+350〜+315)采用双层大管棚支护。根据隧道断面面积、施工机具及地质资料,设计该工法中各导洞断面尺寸。具体为:左右两侧壁导洞1宽约7. 5m,高约8. 5m ;拱部核心土 5a、5b宽约6. 5m ;拱部侧导洞3、4高约6. 5m。
[0052] 该隧道DI^88+350〜+240段开挖施工方法的具体步骤如下:
[0053] ①参照图3,开挖两侧侧壁导洞1上台阶la,开挖前先施作相应超前支护20a、20b, 开挖后立即施作相应初期支护21a、21b和临时支护23a、23b ;
[0054] ②参照图4,开挖两侧侧壁导洞1下台阶lb,开挖后立即施作相应初期支护21c、 2Id和临时支护23c、23d ;
[0055] 以上两步骤中,超前支护20a、20b由Φ 75mm中管棚构成,外插角3〜5°,每根长 8. 0m,环向间距0. 4m,纵向每5. 6m 一环。临时支护23a、23b、23c、23d包括覆盖侧壁导洞1 内侧围岩的C25临时喷射混凝土层和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于C25临时喷射混凝土层内的I20a临时支护钢架,其锁脚锚管231采用Φ 50mm钢管,长3. 5m。所述相应初期支护21a、21b、21c、21d,喷射混凝土层采用C25混凝土,钢架采用I20a型钢钢架,系统锚杆 22a、22b、22c、22d采用Φ 22mm砂浆锚杆,锁脚锚管211采用Φ 50mm钢管、长5. Om。
[0056] ③参照图5,两侧侧壁导洞1开挖IlOm后,采用C35混凝土沿隧道轴向向洞口倒退浇注两侧台座基础II ;
[0057] ④参照图6,开挖一侧拱部侧导洞3,开挖前先施作相应超前支护20c,开挖后立即施作相应初期支护21e和临时支护23e,并在相应初期支护21e的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索31a,该相应初期支护21e的下端支承于台座基础II顶面;
[0058] ⑤参照图7,开挖另一侧拱部侧导洞4,开挖前先施作相应超前支护20d,开挖后立即施作相应初期支护21f和临时支护23f,并在相应初期支护21f的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索31b,该相应初期支护21f的下端支承于台座基础II顶面;
[0059] ⑥参照图8,开挖拱部核心土 5a,开挖前先施作相应超前支护20e,开挖后立即施作相应初期支护21g,并在该初期支护21g的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索 31(:,拆除临时支护236、23€;[0060] ④、⑤、⑥三步骤中,超前支护20c、20d、20e,在DK288+350〜+315段由Φ 108mm 大管棚构成,外插角1〜3°,每根长40m,每层环向间距0.6m,在DD88+315〜+240段由 Φ 75mm中管棚构成,外插角3〜5°,每根长8. 0m,环向间距0.細,纵向每5. 6m—环。临时支护23e、23f、23g包括覆盖拱部侧导洞3、4内侧围岩的C25临时喷射混凝土层和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于C25临时喷射混凝土层内的I20b临时支护钢架,其锁脚锚管231 采用Φ 50mm钢管,长3. 5m。所述相应初期支护21e、21f、21g,喷射混凝土层采用C25混凝土,钢架采用HW300型钢钢架,系统锚杆22e、22f、22g采用Φ25πιπι中空锚杆。预应力锚索 31a、31b、31c每根长21m,纵向间距1. 2m,设计预应力500KN。锚索安装并注浆后,待砂浆达到设计强度,分3次逐级进行张拉,锚索张拉完成后锁定。
[0061] ⑦参照图9,开挖拱部核心土 5b ;
[0062] ⑧参照图10,灌筑拱部二次衬砌VI ;
[0063] ⑨参照图11至图13,分台阶开挖下部核心土 7a、7b、7c,拆除临时支护23a、23b、 23c、23d ;
[0064] ⑩参照图14,灌筑仰拱VIII ;
[0065] (11)参照图14,待仰拱VIII砼初凝后灌筑仰拱填充IX至设计高度;
[0066] 重复上述步骤①〜(11)若干次,直至隧道DK288+350〜+240段开挖完工。
[0067] 以上所述只是用图解说明本发明软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖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 (4)

1.软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,包括如下步骤:①开挖两侧侧壁导洞(1),开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护;②灌筑两侧台座基础(II);③分别开挖两侧拱部侧导洞(3、4),开挖前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护和临时支护,并在相应初期支护的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索,该相应初期支护的下端支承于台座基础(II)顶面;④分台阶开挖拱部核心土,开挖其上台阶前先施作相应超前支护,开挖后立即施作相应初期支护,并在该初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索,拆除步骤③ 中设立的临时支护;⑤灌筑拱部二次衬砌(VI);⑥分台阶开挖下部核心土;⑦灌筑仰拱(VIII),灌筑仰拱填充(IX)至设计高度。
2.如权利要求1所述软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,按如下步骤施工:①开挖两侧侧壁导洞(1)上台阶(Ia),开挖前先施作相应超前支护Q0a、20b),开挖后立即施作相应初期支护(21a、21b)和临时支护(23a、23b);②开挖两侧侧壁导洞(1)下台阶(Ib),开挖后立即施作相应初期支护(21c、21d)和临时支护(23c,23d);③灌筑两侧台座基础(II);④开挖一侧拱部侧导洞(3),开挖前先施作相应超前支护OOc),开挖后立即施作相应初期支护(21e)和临时支护0¾),并在相应初期支护(21e)的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31a),该相应初期支护Qle)的下端支承于台座基础(II)顶面;⑤开挖另一侧拱部侧导洞,开挖前先施作相应超前支护OOd),开挖后立即施作相应初期支护(21f)和临时支护03f),并在相应初期支护(21f)的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31b),该相应初期支护(21f)的下端支承于台座基础(II)顶面;⑥开挖拱部核心土(¾),开挖前先施作相应超前支护OOe),开挖后立即施作相应初期支护Olg),并在该初期支护(21g)的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索 (31c),拆除临时支护(23e、23f);⑦开挖拱部核心土(5b);⑧灌筑拱部二次衬砌(VI);⑨分台阶开挖下部核心土(7a、7b、7c),拆除临时支护(23a、23b、23c、23d);⑩灌筑仰拱(VIII);(11)待仰拱(VIII)砼初凝后灌筑仰拱填充(IX)至设计高度;重复上述步骤①〜(11)若干次,直至隧道该方法设计段落全长开挖完工。
3.如权利要求1所述软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,按如下步骤施工:①开挖两侧侧壁导洞(1),开挖前先施作相应超前支护O0a、20b),开挖后立即施作相应初期支护(21a、21b、21c、21d)和临时支护(23a、23b、23c、23d);②灌筑两侧台座基础(II);③开挖一侧拱部侧导洞(3),开挖前先施作相应超前支护OOc),开挖后立即施作相应初期支护(21e)和临时支护0¾),并在相应初期支护(21e)的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31a),该相应初期支护Qle)的下端支承于台座基础(II)顶面;④开挖另一侧拱部侧导洞G),开挖前先施作相应超前支护OOd),开挖后立即施作相应初期支护(21f)和临时支护03f),并在相应初期支护(21f)的顶部施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31b),该相应初期支护Qlg)的下端支承于台座基础II顶面;⑤开挖拱部核心土(¾),开挖前先施作相应超前支护OOe),开挖后立即施作相应初期支护Olg),并在该初期支护(21g)的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索 (31c),拆除临时支护(23e、23f);⑥开挖拱部核心土(5b);⑦灌筑拱部二次衬砌(VI);⑧分台阶开挖下部核心土(7a、7b、7c),拆除临时支护(23a、23b、23c、23d);⑨灌筑仰拱(VIII);⑩待仰拱(VIII)砼初凝后灌筑仰拱填充(IX)至设计高度;重复上述步骤①〜⑩若干次,直至隧道该方法设计段落全长开挖完工。
4.如权利要求2或3所述的软岩四线大跨隧道复合双侧壁撑索转换开挖施工方法,其特征是:所述预应力锚索(31a、31b、31c)安装并注浆后,待砂浆达到设计强度,分3次逐级进行张拉,张拉完成后锁定。
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