CN104653187A - 富水砂层地质大断面隧道开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道开挖领域，公开了一种富水砂层地质大断面隧道开挖方法，通过将掌子面分隔成九个区域分别进行挖掘，挖掘过程中随时施作支护，避免坍塌和应力集中现象；各区域独立开挖，且各区域的支护均为闭环结构，各自均可承受一定的外力，不会出现大面积坍塌的现象。本发明通过将掌子面分成多块分别进行挖掘，挖掘过程后立即施作闭环的支护，避免了应力集中，施工过程中产生的变形较小，无坍塌现象；在各初期支护与临时支护的节点以及临时支护的节点用设置了连接钢板，保证了整个初期支护的稳定性，保证施工安全。
Description
技术领域
本发明涉及隧道开挖技术领域，特别涉及富水砂层地质大断面隧道开挖方法。
背景技术
富水砂层地质围岩是由于地层中的粉细砂受水长时间浸润或浸泡后，所形成的一种软化围岩现象，围岩呈浅红色的粉细粒结构，成岩性差，泥质弱胶结，局部会形成钙质半胶结或胶结的透明体状。
在这种地质条件下进行隧道的挖掘时，一般采用双侧壁导坑法。采用常规的双侧壁导坑法时，基本能保证围岩稳定性；但出现突涌现象时，由于双侧壁导坑法断面太大，难以及时封闭成环，会引起初期支护收敛和沉降。另外，双侧壁导坑法施工步骤为：先开挖掌子面的左或右半部分，然后再挖掘中间部分，并且先后开挖的左右两部不能同步推进，对于大断面的隧道，开挖左半部或右半部时上下跨度较大，两侧拱架不能与拱部中间钢架实现顺接，导致初期支护不稳定；在地质条件差的情况下，容易出现坍塌现象。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：为解决在软化围岩内开挖大断面隧道时，采用双侧壁导坑法会引起初期支护收敛和沉降；先后开挖的左右两部不能同步推进，两侧拱架不能与拱部中间钢架实现顺接，导致初期支护不稳定，易坍塌的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种富水砂层地质大断面隧道开挖方法，将掌子面分为左、中、右三块，每一块再分为上、中、下三部分，划分出九个区域，各区域按方位命名，最中间区域称为中心部；开挖方法包括以下步骤：
S1：选定区域左上部和右上部，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
S2：选定区域左中部和右中部，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
S3：选定区域左下部和右下部，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
其中，挖掘操作包括：
S01：开始挖掘，掘进深度达到50厘米后，及时在开挖后的区域施作初期支护和临时支护；
S02：继续沿隧道纵向向前掘进50厘米，并进行初期支护和临时支护，循环进行，使掘进深度达到3-5米；
S4:选定区域中上部、中心部、中下部，依次执行步骤S01-S02，并在施作初期支护或临时支护时，将初期支护和/或临时支护的节点用连接钢板加固；
S5：九个区域开挖完毕后，在隧道的底部铺设混凝土，完成仰拱的施作；
S6：拆除临时支护，并在隧道的侧壁和顶部铺设一层混凝土；
S7：重复步骤S1-S6，直至隧道掘进完成。
其中，对于中心部和中下部，在第一次执行所述步骤S01时，操作人员在该区域上方的区域内进行操作。
其中，对于中上部、中心部和中下部，在施作初期支护或临时支护时，初期支护和/或临时支护的节点处采用连接钢板加固连接。
进一步地，所述连接钢板的连接孔为长孔，长孔的长度方向与连接钢板的长度方向一致。
其中，初期支护支撑在整个隧道的边缘处，临时支护支撑在隧道内，临时支护将整个隧道划分成上述九个区域。
其中，所述初期支护与临时支护为相同结构，该结构由：工字钢、连接在工字钢两侧凹槽的开口处的钢丝网、以及浇筑在凹槽内的混凝土组成。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明公布了一种富水砂层地质大断面隧道开挖方法，通过将掌子面分成多块分别进行挖掘，挖掘过程后立即施作闭环的支护，避免了应力集中，施工过程中产生的变形较小，无坍塌现象；在各初期支护与临时支护的节点以及临时支护的节点用设置了连接钢板，保证了整个初期支护的稳定性，保证施工安全。
附图说明
图1是本发明所述待挖掘掌子面划分成的九个区域的示意图。
其中，1、左上部；2、右上部；3、左中部；4、右中部；5、左下部；6、右下部；7、中上部；8、中心部；9、中下部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
掌子面是坑道施工中的一个术语，即开挖坑道(采煤、采矿或隧道工程中)不断向前推进的工作面，也可以叫做“礃子面”，不是一个固定的面；开挖面包括掌子面、边墙面和拱顶面，确切地说，掌子面是位于操作人员前方的那个不断向前移动的工作面。
如图1所示，本发明一种富水砂层地质大断面隧道开挖方法，将掌子面分为左、中、右三块，每一块再分为上、中、下三部分，划分出九个区域，各区域按方位命名，最中间区域称为中心部8；开挖方法包括以下步骤：
S1：选定区域左上部1和右上部2，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；可以先挖左上部1，也可以先挖右上部2，当然两个区域同时挖掘也可以，只要保持随时支护即可。
S2：选定区域左中部3和右中部4，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
S3：选定区域左下部5和右下部6，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
其中，挖掘操作包括：
S01：开始挖掘，掘进深度达到50厘米后，及时在开挖后的区域施作初期支护和临时支护；每个区域的支护形成一围绕在该开挖区域上下左右方向的闭环结构。
S02：继续沿隧道纵向向前掘进50厘米，并进行初期支护和临时支护，循环进行，使掘进深度达到3-5米；
S4:选定区域中上部7、中心部8、中下部9，依次执行步骤S01-S02，并在施作初期支护或临时支护时，将初期支护和/或临时支护的节点用连接钢板加固；
S5：九个区域开挖完毕后，在隧道的底部铺设混凝土，完成仰拱的施作；
S6：拆除临时支护，只留下位于顶部和侧壁上的初期支护，并在隧道的侧壁和顶部铺设一层混凝土，只将顶部和侧壁上的初期支护留下；此时这一阶段(3-5米)的隧道挖掘完工，向前推进，开始下一阶段的挖掘；
S7：重复步骤S1-S6，直至隧道掘进完成。
开挖过程依照先两边后中间、由上到下的顺序逐个区域进行；先挖两侧，避免侧面的土壤脱落；中间部分先从中上部7开挖，待初期支护做好后，既可避免顶部土壤脱落，最后再挖下方的土壤时，不用担心顶部或侧壁塌陷，确保工作人员安全。
优选的，对于中心部8和中下部9，在执行所述步骤S1时，操作人员在该区域上方的区域内进行操作，操作人员一般站在临时支撑上，避免挖掘下来的土方掉下来伤到操作人员，保证安全。
对于中上部7、中心部8和中下部9，在施作初期支护或临时支护时，初期支护与初期支护、初期支护与临时支护、以及临时支护与临时支护的节点处，均采用连接钢板加固连接，以保证连接强度，避免支护坍塌。
由于施工过程中，支护需要承受的压力有可能发生变化，为缓减压力变化产生的内应力，将连接钢板的连接孔设为长孔，长孔的长度方向与连接钢板的长度方向一致；即连接螺栓可以在长孔内做小的位移，实现缓减内用力的目的。
初期支护支撑在整个隧道的边缘处，临时支护支撑在隧道内，临时支护将整个隧道划分成上述九个区域，临时支护在挖掘完毕后即拆除，初期支护直接固定在混凝土中，不予拆除。
初期支护与临时支护为相同结构，只是安装位置不同而已，可替代使用；该结构由：工字钢、连接在工字钢两侧凹槽的开口处的钢丝网、以及浇筑在凹槽内的混凝土组成；钢丝网采用较密的网格，防止混凝土脱落，混凝土可以增强工字钢的支撑强度；在浇筑混凝土时，预先将连接螺栓埋在混凝土中，方便后期施工。
由以上实施例可以看出，本发明的每个挖掘区域都是在开挖后立即施作支护，并且支护各自闭合，避免了应力集中，施工过程中几乎没有产生变形，施工较安全；在各个开挖面上能及时将初期支护与临时支护的节点以及临时支护的节点用带有长孔的连接板可靠连接，使支护与连接板可以产生微小的位移，以缓减内应力，保证了整个初期支护的稳定性，使富水砂层地质大断面隧道得以顺利安全地开挖。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种富水砂层地质大断面隧道开挖方法，其特征在于，将掌子面分为左、中、右三块，每一块再分为上、中、下三部分，划分出九个区域，各区域按方位命名，最中间区域称为中心部(8)；开挖方法包括以下步骤：
S1：选定区域左上部(1)和右上部(2)，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
S2：选定区域左中部(3)和右中部(4)，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
S3：选定区域左下部(5)和右下部(6)，依次进行挖掘操作或同时进行挖掘操作；
其中，挖掘操作包括：
S01：开始挖掘，掘进深度达到50厘米后，及时在开挖后的区域施作初期支护和临时支护；
S02：继续沿隧道纵向向前掘进50厘米，并进行初期支护和临时支护，循环进行，使掘进深度达到3-5米；
S4:选定区域中上部(7)、中心部(8)、中下部(9)，依次执行步骤S01-S02，并在施作初期支护或临时支护时，将初期支护和/或临时支护的节点用连接钢板加固；
S5：九个区域开挖完毕后，在隧道的底部铺设混凝土，完成仰拱的施作；
S6：拆除临时支护，并在隧道的侧壁和顶部铺设一层混凝土；
S7：重复步骤S1-S6，直至隧道掘进完成。
2.如权利要求1所述的富水砂层地质大断面隧道开挖方法，其特征在于，对于中心部(8)和中下部(9)，在第一次执行所述步骤S01时，操作人员在该区域上方的区域内进行操作。
3.如权利要求1所述的富水砂层地质大断面隧道开挖方法，其特征在于，所述连接钢板的连接孔为长孔，长孔的长度方向与连接钢板的长度方向一致。
4.如权利要求1所述的富水砂层地质大断面隧道开挖方法，其特征在于，初期支护支撑在整个隧道的边缘处，临时支护支撑在隧道内，临时支护将整个隧道划分成上述九个区域。
5.如权利要求1所述的富水砂层地质大断面隧道开挖方法，其特征在于，所述初期支护与临时支护为相同结构，该结构由：工字钢、连接在工字钢两侧凹槽的开口处的钢丝网、以及浇筑在凹槽内的混凝土组成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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