CN105604576A - 一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法及支护体系 - Google Patents

Abstract

一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，包括以下步骤：在拱部中心处上部开挖拱部小导洞，拱部小导洞内设置拱顶竖向支撑体系；依次开挖左上、左中、右上、左下、右下导坑，各导坑，预留核心岩墙；浇筑左、右两侧仰拱混凝土和仰拱回填；浇筑隧道拱部和侧墙二次衬砌；开挖核心岩墙；浇筑仰拱混凝土和仰拱回填。该方法施工过程支护体系，包括拱部小导洞、人工挖孔桩、拱顶竖向支撑体系、侧墙初期支护和核心岩墙支护，拱顶竖向支撑体系包括贯穿于人工挖孔桩和拱部小导洞的钢管支撑，钢管支撑底部设置独立基础，独立基础位于人工挖孔桩底部。本发明能够有效控制隧道拱部沉降，开挖进尺大，加快施工进度，较早实现拱部二次衬砌，保障施工安全。

Description

一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法及支护体系

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体的涉及一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法及支护体系。

背景技术

近年来，随着交通运输业的迅猛发展，铁路、公路、地铁等建设取得了骄人成果，由此形成的交通运输网络日益密集、其覆盖范围日益扩大。因此，地下空间的开发越来越为建设者们所重视，其中隧道施工技术一直为建设者们来断探索的重要课题之一。隧道施工过程中，因不同岩体而采用不同的施工技术，而传统的岩石地层大断面隧道大多采用双侧壁导坑法施工。

双侧壁导坑法施工，是将断面分成左、右两侧导坑和中间核心土三部分，然后先两侧后中间依次开挖，其施工步骤如下：

步骤1：右侧上部导坑开挖，初期支护；

步骤2：右侧中部导坑开挖，初期支护；

步骤3：右侧下部导坑开挖，初期支护；

步骤4：左侧上部导坑开挖，初期支护；

步骤5：左侧中部导坑开挖，初期支护；

步骤6：左侧下部导坑开挖，初期支护；

步骤7：中洞上部土（岩）体开挖，初期支护；

步骤8：敷设防水层，浇筑隧道拱、墙二次衬砌及内部结构；

步骤9：中洞中部土（岩）体开挖；

步骤10：中洞下部土（岩）体开挖；

步骤11：敷设仰拱防水层，浇筑仰拱混凝土。

双侧壁导坑法施工能够较好的完成岩石地层大断面随道施工任务，但该方法施工工序较多，施工组织复杂，作业区域小，仅能采用小型机械作业，进尺短、施工进度慢；地层变形和拱部沉降控制难度大，施工安全性一般；临空面积小，爆破对中隔壁的破坏很难避免，从而导致安全隐患；爆破振速控制难度大；拱墙二衬浇筑后，墙底无可靠嵌固，侧向压力较大，仰拱未能及时跟进时，墙底有滑动风险；临时支护多，施工成本高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法及支护体系，能够有效控制隧道拱部沉降，且开挖进尺大，加快施工进度，另外较早实现拱部二次衬砌，保障施工安全。

本发明的发明目的主要通过以下技术方案实现：

一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，包括以下步骤：

步骤1：在拱部中心处上部开挖拱部小导洞，拱部小导洞初期支护，拱部小导洞内设置拱顶竖向支撑体系；

步骤2：分五部分依次开挖左上、左中、右上、左下、右下导坑，各导坑初期支护，预留核心岩墙；

步骤3：敷设防水层，浇筑左、右两侧仰拱混凝土和仰拱回填；

步骤4：敷设防水层，浇筑隧道拱部和侧墙二次衬砌；

步骤5：拆除拱顶竖向支撑体系，开挖核心岩墙；

步骤6：敷设仰拱防水层，浇筑仰拱混凝土和仰拱回填。

采用拱部小导洞开挖，不仅拱部初始沉降较小，而且提供了较为有效的爆破临空面，而在拱部小导洞内拱部初期支护中心处设置的拱顶竖向支撑体系，使拱部二次沉降较小，从而有效控制隧道拱部沉降。隧道断面分五部分开挖，增大开挖进尺，加快施工进度，缩短工期。在完成隧道拱部和侧墙二次衬砌后，再拆除拱顶竖向支撑体系，开挖核心岩墙，从而较早形成了可靠的拱部和侧墙二衬支护，有效控制地层变形，避免因初期支护刚度小而引起坍塌事故，降低施工风险。此外，因本发明实施工工期短，且拱顶竖向支撑体系可回收利用，因此降低了施工成本。

进一步的，上述步骤1中的拱顶竖向支撑体系包括钢管支撑和型钢纵梁，施工步骤包括：

步骤1a：在拱部小导洞内采用人工挖孔桩施工至核心岩墙顶部；

步骤1b：在人工挖孔桩内下放钢管支撑，所述钢管支撑贯穿人工挖孔桩和拱部小导洞，钢管支撑顶部通过型钢纵梁支撑拱顶，钢管支撑底部设活络端，可施加预应力，对拱顶沉降进行主动控制。

隧道拱部的沉降压力通过型钢纵梁传递于钢管支撑，钢管支撑刚度较大，拱部二次沉降减小，且可通过活络端施加预应力，对拱顶沉降进行主动控制，从而有效控制隧道拱部沉降，加强施工安全。

进一步的，所述拱顶竖向支撑体系还包括独立基础，所述钢管支撑底部位于独立基础上，所述独立基础位于所述人工挖孔桩底部。通过独立基础将拱部钢管支撑的荷载传递于人工挖孔桩下的核心墙因此施工工序较少，且节约施工成本。

进一步的，所述步骤1还包括：

步骤1c：用粗砂回填所述人工挖孔桩。

人工挖孔桩内壁与所述钢管支撑之间填充粗砂，有利于降低爆破震速，减小爆破对钢管支撑的破坏，保障钢管支撑对拱部的支撑作用。

进一步的，所述步骤2中侧墙初期支护通过水平横撑和侧墙锚杆加固，有效控制隧道侧墙的侧向变形，保障施工安全。

进一步的，所述步骤2中核心岩墙两侧壁通过钢架喷砼和对拉锚杆加固，保障钢管支撑有稳定的地基，保障拱顶竖向支撑体系效果，减少施工安全隐患。

进一步的，在所述仰拱上与所述侧墙初期支护连接处设置有凹槽，所述侧墙初期支护底部嵌固于所述凹槽内，进一步控制隧道侧墙的侧向滑动变形，减少施工安全隐患。

一种用于上述施工方法的支护体系，包括拱顶竖向支撑体系、侧墙初期支护和核心岩墙支护，所述拱部支撑包括贯穿于所述人工挖孔桩和拱部小导洞的钢管支撑，所述钢管支撑底部位于独立基础上，所述独立基础位于人工挖孔桩底部，所述钢管支撑通过型钢纵梁支撑拱顶。

隧道拱部的沉降压力依次通过型钢纵梁、钢管支撑和独立基础传递于核心岩墙，较有效的控制了隧道拱部的二次沉降。通过独立基础支撑钢管支撑，施工工序较少，且钢管支撑和型钢纵梁可回收利用，降低施工成本。

进一步的，所述侧墙初期支护包括水平横撑和锚杆，通过水平横撑和侧墙锚杆加固侧墙支护，有效控制隧道侧墙的侧向变形，保障施工安全。

进一步的，所述核心岩墙支护包括钢架喷砼和对拉锚杆，通过钢架喷砼和对拉锚杆加固核心岩墙两侧壁，有效控制核心岩墙的变形，保障核心岩墙的稳定性。

本发明的有益效果：

（1）先采用拱部小导洞开挖，初始沉降小；

（2）钢管支撑施工完毕后方进行大分部开挖，钢管支撑刚度大，且支撑在隧道拱部初支中心处，二次沉降小，另外可通过钢管支撑底部的活络端施加预应力，对拱顶沉降进行主动控制。

（3）拱部小导洞形成有效临空面，钢管支撑外回填粗砂，有利于降低爆破振速，减小爆破对钢管撑的破坏影响；

（4）开挖步序少，进尺增大，施工进度提高，工期缩短。

（5）减少临时中隔壁工程量，钢管和型钢均可回收，成本降低。

（6）较早形成可靠的隧道拱部和侧墙二衬支护，控制地面沉降，避免初期支护刚度小而引起坍塌事故，降低施工风险。

附图说明

附图1为双侧壁导坑法施式步序剖面图；

附图2为本发明实施例中支护体系示意图；

附图3为本发明实施例步骤1示意图；

附图4为本发明实施例步骤2示意图；

附图5为本发明实施例步骤3示意图；

附图6为本发明实施例步骤4示意图；

附图7为本发明实施例步骤5示意图；

附图8为本发明实施例步骤6示意图；

附图9为本发明实施例步骤7示意图；

附图10为本发明实施例步骤8示意图；

附图11为本发明实施例步骤9示意图；

附图12为本发明实施例步骤10示意图；

附图13为本发明实施例步骤11示意图；

附图14为本发明实施例步骤12示意图；

附图15为本发明实施例步骤13示意图；

图中：1-拱部小导洞，2-人工挖孔桩，3-核心岩墙，4-钢管支撑，5-型钢纵梁，6-独立基础，7-粗砂，8-钢架喷砼，9-对拉锚杆，10-侧墙初期支护，11-水平横撑，12-侧墙锚杆，13-仰拱，14-凹槽。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，包括以下步骤：

步骤1：如图3所示，在拱部中心处上部开挖拱部小导洞1，拱部小导洞1初期支护；

步骤2：如图4所示，在拱部小导洞1内采用人工挖孔桩2施工至核心岩墙3顶部；

步骤3：如图5所示，在人工挖孔桩2内下放钢管支撑4，钢管支撑4贯穿人工挖孔桩2和拱部小导洞1，钢管支撑4纵向间距3m～6m，钢管支撑4顶部通过型钢纵梁5支撑拱顶，钢管支撑4底部位于独立基础6上，所述独立基础6位于人工挖孔桩2底部；

步骤4：如图6所示，粗砂7回填人工挖孔桩2；

步骤5：如图7所示，隧道左侧上部导坑开挖，初期支护；

步骤6：如图8所示，隧道左侧中部导坑开挖，初期支护；

步骤7：如图9所示，隧道右侧上部导坑开挖，初期支护；

步骤8：如图10所示，隧道左侧下部导坑开挖，初期支护，侧墙初期支护10采用侧墙锚杆12加固，在仰拱13上与侧墙初期支护10连接处设置有凹槽14，侧墙初期支护10底部嵌固于凹槽14内，核心岩墙3左侧壁采用钢架喷砼8和对拉锚杆9加固；

步骤9：如图11所示，隧道右侧下部导坑开挖，初期支护，侧墙初期支护10采用侧墙锚杆12和水平横撑11加固，在仰拱13上与侧墙初期支护10连接处设置有凹槽14，侧墙初期支护10底部嵌固于凹槽14内，核心岩墙3右侧壁采用钢架喷砼8加固，并将对拉锚杆9锚固于核心岩墙3右侧壁的钢架喷砼8上；

步骤10：如图12所示，敷设防水层，采用模板台车浇筑左、右两侧仰拱13混凝土和仰拱13回填；

步骤11：如图13所示，拆除钢管支撑4、型钢纵梁5、独立基础6和水平横撑11，敷设防水层，采用整体模板台车浇筑隧道拱部和侧墙二次衬砌；

步骤12：如图14所示，拆除对拉锚杆9和钢架喷砼8，开挖核心岩墙3；

步骤13：如图15所示，敷设仰拱防水层，采用全断面整体式钢模板台车浇筑仰拱13混凝土和仰拱13回填。

如图2所示，上述施工方法在施工过程中的支护体系，包括由贯穿于人工挖孔桩2和拱部小导洞1的钢管支撑4构成拱顶竖向支撑体系，所述钢管支撑4底部位于独立基础6上，所述独立基础6位于人工挖孔桩2底部，所述钢管支撑4通过型钢纵梁5支撑拱顶；侧墙初期支护10由水平横撑11和侧墙锚杆12加固；核心岩墙3由钢架喷砼8和对拉锚杆9加固。

利用本发明进行岩石地层暗挖大断面隧道施工时，应当注意：

型钢纵梁5、钢管支撑4和独立基础6的节点连接应牢固，型钢纵梁5与拱部小导洞1的初期支护应保证密贴，三者共同作为隧道拱顶初支稳定、可靠的支座；

核心岩墙3做为钢管支撑4的地基，应保证其有可靠稳定性，通过预留光爆层光面爆破、周边密排空眼减震、开挖面增打减震孔等综合减震技术，以减小爆破振动效应，保护核心岩墙3；

隧道拱部、侧墙二衬紧跟左、右两侧下部导坑开挖，核心岩墙3可在拱部、侧墙二衬全部完成后再破除，以便尽早形成可靠的隧道拱部、侧墙二衬支护，减小变形，控制地面沉降，避免初期支护刚度小引起坍塌事故，降低施工风险；隧道拱部、侧墙二衬底部的地基应保证有足够刚度，必要时进行基底加固和设置条形基础。

整个施工过程中，采用综合监测技术，实时反馈信息，动态修正施工方法和支护参数，确保施工安全。

本发明先采用拱部小导洞1开挖，隧道拱顶初始沉降小，在钢管支撑4施工完毕后方进行大分部开挖，钢管支撑4刚度大，且支撑在拱部初支中心处，隧道拱顶二次沉降小，另外可通过钢管支撑底部的活络端施加预应力，对拱顶沉降进行主动控制，从而有效控制了隧道拱部沉降；隧道断面仅分五步开挖，进尺可加大，施工进度提高，工期缩短，且钢管支撑4和型钢纵梁5均可回收，施工成本降低；拱部小导洞1形成有效临空面，钢管支撑4外回填了粗砂7，有利于降低爆破振速，减小爆破对钢管支撑4的破坏影响；与双侧壁导坑法相比，可以较早地实现拱部二次衬砌，降低了双侧壁导坑法覆土荷载大、初期支护刚度低所造成的导洞易坍塌等施工风险。

综上所述，本发明既能实现有效控制隧道拱顶沉降、降低爆破震速、保护临时支撑、保证施工安全的目的，又具有缩短工期、节约施工成本的有益效果。

如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (10)

1.一种软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在拱部中心处上部开挖拱部小导洞，拱部小导洞初期支护，拱部小导洞内设置拱顶竖向支撑体系；

步骤2：分五部分依次开挖左上、左中、右上、左下、右下导坑，各导坑初期支护，预留核心岩墙；

步骤3：敷设防水层，浇筑左、右两侧仰拱混凝土和仰拱回填；

步骤4：敷设防水层，浇筑隧道拱部和侧墙二次衬砌；

步骤5：拆除拱顶竖向支撑体系，开挖核心岩墙；

步骤6：敷设仰拱防水层，浇筑仰拱混凝土和仰拱回填。

2.根据权利要求1所述软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于：所述步骤1中的拱顶竖向支撑体系包括钢管支撑和型钢纵梁，施工步骤包括：

步骤1a：在拱部小导洞内采用人工挖孔桩施工至核心岩墙顶部；

步骤1b：在人工挖孔桩内下放钢管支撑，所述钢管支撑贯穿人工挖孔桩和拱部小导洞，钢管支撑顶部通过型钢纵梁支撑拱顶，钢管支撑底部设置活络端。

3.根据权利要求2所述软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于：所述拱顶竖向支撑体系还包括独立基础，所述钢管支撑底部位于独立基础上，所述独立基础位于所述人工挖孔桩底部。

4.根据权利要求2所述软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于：所述步骤1还包括：

步骤1c：用粗砂回填所述人工挖孔桩。

5.根据权利要求1～4任一项所述软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于：所述步骤2中侧墙初期支护通过水平横撑和侧墙锚杆加固。

6.根据权利要求1～4任一项所述软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于：所述步骤2中核心岩墙两侧壁通过钢架喷砼和对拉锚杆加固。

7.根据权利要求1～4任一项所述软岩地层暗挖大断面隧道施工方法，其特征在于：在所述仰拱上与所述侧墙初期支护连接处设置有凹槽，所述侧墙初期支护底部嵌固于所述凹槽内。

8.一种软岩地层暗挖大断面隧道施工支护体系，其特征在于：包括拱部小导洞、人工挖孔桩、拱顶竖向支撑体系、侧墙初期支护和核心岩墙支护，所述拱顶竖向支撑体系包括贯穿于所述人工挖孔桩和拱部小导洞的钢管支撑，所述钢管支撑底部设置独立基础，所述独立基础位于人工挖孔桩底部，所述钢管支撑通过型钢纵梁支撑拱顶。

9.根据权利要求8所述支护体系，其特征在于：所述侧墙初期支护包括水平横撑和侧墙锚杆。

10.根据权利要求8或权利要求9所述支护体系，其牲在于：所述核心岩墙支护包括钢架喷砼和对拉锚杆。