CN105626084A - 一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法，沿拱顶外围切割出左上环槽(3)、拱部环槽(5)和右上环槽(4)，沿两边墙外围切割出左下环槽(1)和右下环槽(2)，各环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成的左下环槽层、右下环槽层、左上环槽层、右上环槽层和拱部环槽层共同构成初次施工超前预支护稳定层(6)，待凝固后再开挖土方断面层(7)，然后按常规方式施工填充层(8)、防水板(9)和衬砌混凝土层(10)，至此完成大断面黄土隧道的初次掘进施工，根据大断面黄土隧道的掘进深度，重复循环初次掘进施工数次即可构成数个超前预支护稳定层，即可完成大断面黄土隧道的施工，有效预防隧道施工产生的变形、坍塌和侵限事故。

Description

一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法。

背景技术

高速铁路黄土地层中修建大断面隧道，在隧道开挖后会引起围岩应力重分布，当初期预支护提供的抗力不足以抵抗围岩变形需求时，将会发生变形或坍塌，产生安全事故，造成群死群伤。此外地层或结构变形引起的初期预支护侵限也会造成二次衬砌混凝土层厚度不足，发生结构质量问题，所以切槽的超前预支护能有效防治大断面黄土隧道切槽的安全质量，防止事故发生。

目前在大断面黄土隧道切槽施工中，多采用超前导管加固、分部开挖及预留核心土的方式进行施工，但施工安全得不到有效保证，大断面黄土隧道变形大，隧道初期预支护变形或坍塌及侵限事故频繁发生。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法，通过该方法能使隧道开挖前其掌子面形成一个超前预支护稳定层，该超前预支护稳定层能有效预防隧道施工产生的变形、坍塌和侵限事故。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法，大断面黄土隧道的拱顶施工曲率半径给定为R，所述R≥4.0m，左右两边墙的支撑高度给定为G，由R和G及切槽共同形成的隧道施工横断面面积大于50平米而小于100平米，大断面黄土隧道的切槽沿拱顶和左右两边墙的外围展开，左右两边墙分别与拱顶相切联接，切槽通过切槽机施工，切槽内通过喷浆管灌注早高强混凝土，切槽的纵深施工方向与大断面黄土隧道的纵深施工方向保持一致，每段切槽均涉及到土方断面层、填充层、防水板和衬砌混凝土层，土方断面层、填充层、防水板和衬砌混凝土层均按常规方式施工，本发明的特征如下：

先将拱顶等分为三段，因而切槽沿拱顶外围也被分为等分三段，该三段是左上环槽、拱部环槽和右上环槽，左右两边墙外围的切槽称其为左下环槽和右下环槽，左下环槽与左上环槽相切联接，右下环槽与右上环槽相切联接；

大断面黄土隧道进行切槽的初次施工时，先通过切槽机并按自上而下的方向切割出左下环槽，然后通过切槽机并按自上而下的方向切割出右下环槽，在切割右下环槽的时间间隔中通过喷浆管向左下环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成左下环槽层；之后通过切槽机并按自上而下的方向切割出左上环槽，在切割左上环槽的时间间隔中通过喷浆管向右下环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成右下环槽层；再之后通过切槽机并按自上而下的方向切割出右上环槽，在切割右上环槽的时间间隔中通过喷浆管向左上环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成左上环槽层；最后通过切槽机并按自左而右的方向切割出拱部环槽，在切割拱部环槽的时间间隔中通过喷浆管向右上环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成右上环槽层，当拱部环槽被切割后通过喷浆管向其内灌注早高强混凝土并凝固形成拱部环槽层，此时即完成各环槽的初次施工，所述初次施工各环槽中的左下环槽、右下环槽、左上环槽、右上环槽及拱部环槽的切割施工参数是相同的，所述切割施工参数分别是：各环槽的深度S均控制在3~4m，各环槽的厚度H均控制在25~35cm，各环槽的向上或是向外倾角β均控制在5.0~6.0°，各环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成初次施工超前预支护稳定层，要求早高强混凝土在10小时内的凝固强度不能低于10MPa；

待所述初次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖土方断面层，土方断面层在开挖到所述初次施工超前预支护稳定层的前端预留长度S₁时停止施工，所述预留长度S₁不能小于50cm，然后按常规方式施工填充层、防水板和衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的初次掘进施工；

当所述初次掘进施工完成后即可着手切槽的二次施工，二次施工中切槽的施工方向与大断面黄土隧道的施工方向保持一致，所述二次施工完全重复所述初次施工过程和所述切割施工参数，通过所述二次施工再次得到左下环槽、右下环槽、左上环槽、右上环槽和拱部环槽，由此凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成二次施工超前预支护稳定层，由于所述预留长度的存在，表明所述二次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与所述初次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端是相互交错搭接的，待所述二次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖二次土方断面层，二次土方断面层在开挖到所述二次施工超前预支护稳定层的前端所述预留长度S₁时停止施工，所述预留长度S₁也不能小于50cm，然后按常规方式施工二次填充层、二次防水板和二次衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的二次掘进施工；

根据大断面黄土隧道的掘进深度，重复循环所述二次施工N次即可构成{N+2}次施工超前预支护稳定层，N为自然正整数且N≥3，所述{N+2}次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与{N+1}次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端也是相互交错搭接的，待所述{N+2}次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖{N+2}次土方断面层，然后按常规方式施工{N+2}次填充层、{N+2}次防水板和{N+2}次衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的{N+2}次掘进施工。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1．切槽沿拱顶外围被分为左上环槽、拱部环槽和右上环槽，左右两边墙外围的切槽被分为左下环槽和右下环槽，左下环槽与左上环槽相切联接，右下环槽与右上环槽相切联接，采用自上而下或是自左而右的方向切割出各环槽，施工时各环槽内的渣土很容易被排出。

2．本发明在各环槽及时灌注早高强混凝土的目的是防止各环槽出现坍塌现象，同时也是为了进行同步作业并加快施工速度，并为后续隧道的开挖提供了安全保障。

3．各环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成初次施工超前预支护稳定层，经过{N+2}次施工即可构成{N+2}个超前预支护稳定层，这些超前预支护稳定层的头尾是相互交错搭接的，其承载能力得到大幅度提高，{N+2}个超前预支护稳定层更能有效预防隧道施工所产生的变形、坍塌和侵限事故。

4、本发明的方法简单可行，实用性较强，效果良好。

附图说明

图1是大断面黄土隧道的切槽横断面结构示意简图。

图2是大断面黄土隧道的切槽纵深断面半剖结构示意简图。

上述图中：1-左下环槽；2-右下环槽；3-左上环槽；4-右上环槽；5-拱部环槽；6-超前预支护稳定层；7-土方断面层；8-填充层；9-防水板；10-衬砌混凝土层。

具体实施方式

本发明是一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法，目的是使隧道开挖前其掌子面形成一个超前预支护稳定层，该超前预支护稳定层能有效预防隧道施工产生的变形、坍塌和侵限事故。

国际隧协规定：大于50平米而小于100平米的隧道称其为大断面隧道，大于100平米的隧道称其为超大断面隧道，本发明用于大断面黄土隧道的横断面面积符合上述规定，对大于100平米的超大断面黄土隧道也同样具有借鉴作用。

假定大断面黄土隧道的拱顶施工曲率半径给定为R=5.6m，左右两边墙的支撑高度给定为G，由R和G及切槽共同形成的隧道施工横断面面积大于50平米而小于100平米，大断面黄土隧道的切槽沿拱顶和左右两边墙的外围展开，左右两边墙分别与拱顶相切联接，切槽通过切槽机施工，切槽内通过喷浆管灌注早高强混凝土，切槽的纵深施工方向与大断面黄土隧道的纵深施工方向保持一致，每段切槽均涉及到土方断面层、填充层、防水板和衬砌混凝土层，土方断面层、填充层、防水板和衬砌混凝土层均按常规方式施工。

结合图1-2，先将拱顶等分为三段，因而切槽沿拱顶外围也被分为等分三段，该三段是左上环槽3、拱部环槽5和右上环槽4，左右两边墙外围的切槽称其为左下环槽1和右下环槽2，左下环槽1与左上环槽3相切联接，右下环槽2与右上环槽4相切联接。

大断面黄土隧道进行切槽的初次施工时，先通过切槽机并按自上而下的方向切割出左下环槽1，然后通过切槽机并按自上而下的方向切割出右下环槽2，在切割右下环槽2的时间间隔中通过喷浆管向左下环槽1内灌注早高强混凝土并凝固形成左下环槽层；之后通过切槽机并自上而下的方向切割出左上环槽3，在切割左上环槽3的时间间隔中通过喷浆管向右下环槽2内灌注早高强混凝土并凝固形成右下环槽层；再之后通过切槽机并按自上而下的方向切割出右上环槽4，在切割右上环槽4的时间间隔中通过喷浆管向左上环槽3内灌注早高强混凝土并凝固形成左上环槽层；最后通过切槽机并按自左而右的方向切割出拱部环槽5，在切割拱部环槽5的时间间隔中通过喷浆管向右上环槽4内灌注早高强混凝土并凝固形成右上环槽层，当拱部环槽5被切割后通过喷浆管向其内灌注早高强混凝土并凝固形成拱部环槽层，此时即完成各环槽的初次施工。

所述初次施工各环槽中的左下环槽1、右下环槽2、左上环槽3、右上环槽4及拱部环槽4的切割施工参数是相同的，所述切割施工参数分别是：各环槽的深度S均控制在4m，各环槽的厚度H均控制在30cm，各环槽向上或是向外的倾角β均控制在5.7°，为方便各环槽在施工时的渣土易于排出，采用自上而下或是自左而右的方向切割出各环槽。各环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成初次施工超前预支护稳定层6，本发明及时灌注早高强混凝土的目的是防止各环槽出现坍塌现象，同时也是为了进行同步作业并加快施工速度。要求早高强混凝土在10小时内的凝固强度不能低于10MPa，所述初次施工超前预支护稳定层的强度也不低于10MPa，所述初次施工超前预支护稳定层为后续隧道的开挖提供了安全保障。

待所述初次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖土方断面层7，土方断面层7在开挖到所述初次施工超前预支护稳定层的前端所述预留长度S₁时停止施工，所述预留长度S₁=50cm，然后按常规方式施工填充层8、防水板9和衬砌混凝土层10，至此完成大断面黄土隧道的初次掘进施工。

当所述初次掘进施工完成后即可着手切槽的二次施工，二次施工中切槽的施工方向与大断面黄土隧道的施工方向保持一致，所述二次施工完全重复所述初次施工过程和所述切割施工参数，所述切割施工参数分别是：各环槽的深度S均控制在4m，各环槽的厚度H均控制在30cm，各环槽的向上或是向外倾角β均控制在5.7°。通过所述二次施工再次得到左下环槽1、右下环槽2、左上环槽3、右上环槽4和拱部环槽5，由各环槽内灌注早高强混凝土凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成二次施工超前预支护稳定层，由于所述预留长度S₁=50cm的存在，表明所述二次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与所述初次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端是相互交错搭接的，待所述二次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖二次土方断面层7，二次土方断面层7在开挖到所述二次施工超前预支护稳定层的前端预留长度S₁时停止施工，所述S₁=50cm，然后按常规方式施工二次填充层8、二次防水板9和二次衬砌混凝土层10，至此完成大断面黄土隧道的二次掘进施工。

假定大断面黄土隧道的掘进深度=200m，重复循环所述二次施工N=48次即可构成50次施工超前预支护稳定层，这就是说：在三次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与所述二次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端是相互交错搭接的，待所述三次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖三次土方断面层，然后按常规方式施工三次填充层、三次防水板和三次衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的三次掘进施工。根据同样道理并以此类推，在所述50次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与49次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端也是相互交错搭接的，相互交错搭接的超前预支护稳定层具有更大的承载能力，这个承载能力可以有效预防隧道施工产生的变形、坍塌和侵限事故。待所述50次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖50次土方断面层，然后按常规方式施工50次填充层、50次防水板和50次衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的50次掘进施工。

如果所述50次施工的掘进深度不足4m，按上述方法实施同样可以完成50次掘进施工。

Claims (1)

1.一种用于大断面黄土隧道切槽超前预支护稳定层的方法，大断面黄土隧道的拱顶施工曲率半径给定为R，所述R≥4.0m，左右两边墙的支撑高度给定为G，由R和G及切槽共同形成的隧道施工横断面面积大于50平米而小于100平米，大断面黄土隧道的切槽沿拱顶和左右两边墙的外围展开，左右两边墙分别与拱顶相切联接，切槽通过切槽机施工，切槽内通过喷浆管灌注早高强混凝土，切槽的纵深施工方向与大断面黄土隧道的纵深施工方向保持一致，每段切槽均涉及到土方断面层(7)、填充层(8)、防水板(9)和衬砌混凝土层(10)，土方断面层(7)、填充层(8)、防水板(9)和衬砌混凝土层(10)均按常规方式施工，其特征是：

先将拱顶等分为三段，因而切槽沿拱顶外围也被分为等分三段，该三段是左上环槽(3)、拱部环槽(5)和右上环槽(4)，左右两边墙外围的切槽称其为左下环槽(1)和右下环槽(2)，左下环槽(1)与左上环槽(3)相切联接，右下环槽(2)与右上环槽(4)相切联接；

大断面黄土隧道进行切槽的初次施工时，先通过切槽机并按自上而下的方向切割出左下环槽(1)，然后通过切槽机并按自上而下的方向切割出右下环槽(2)，在切割右下环槽(2)的时间间隔中通过喷浆管向左下环槽(1)内灌注早高强混凝土并凝固形成左下环槽层；之后通过切槽机并按自上而下的方向切割出左上环槽(3)，在切割左上环槽(3)的时间间隔中通过喷浆管向右下环槽(2)内灌注早高强混凝土并凝固形成右下环槽层；再之后通过切槽机并按自上而下的方向切割出右上环槽(4)，在切割右上环槽(4)的时间间隔中通过喷浆管向左上环槽(3)内灌注早高强混凝土并凝固形成左上环槽层；最后通过切槽机并按自左而右的方向切割出拱部环槽(5)，在切割拱部环槽(5)的时间间隔中通过喷浆管向右上环槽(4)内灌注早高强混凝土并凝固形成右上环槽层，当拱部环槽(5)被切割后通过喷浆管向其内灌注早高强混凝土并凝固形成拱部环槽层，此时即完成各环槽的初次施工，所述初次施工各环槽中的左下环槽(1)、右下环槽(2)、左上环槽(3)、右上环槽(4)及拱部环槽(5)的切割施工参数是相同的，所述切割施工参数分别是：各环槽的深度S均控制在3~4m，各环槽的厚度H均控制在25~35cm，各环槽的向上或是向外倾角β均控制在5.0~6.0°，各环槽内灌注早高强混凝土并凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成初次施工超前预支护稳定层(6)，要求早高强混凝土在10小时内的凝固强度不能低于10MPa；

待所述初次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖土方断面层(7)，土方断面层(7)在开挖到所述初次施工超前预支护稳定层的前端预留长度S₁时停止施工，所述S₁不能小于50cm，然后按常规方式施工填充层(8)、防水板(9)和衬砌混凝土层(10)，至此完成大断面黄土隧道的初次掘进施工；

当所述初次掘进施工完成后即可着手切槽的二次施工，二次施工中切槽的施工方向与大断面黄土隧道的施工方向保持一致，所述二次施工完全重复所述初次施工过程和所述切割施工参数，通过所述二次施工再次得到左下环槽、右下环槽、左上环槽、右上环槽和拱部环槽，由此凝固形成的所述左下环槽层、所述右下环槽层、所述左上环槽层、所述右上环槽层和所述拱部环槽层共同构成二次施工超前预支护稳定层，由于所述预留长度S₁的存在，表明所述二次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与所述初次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端是相互交错搭接的，待所述二次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖二次土方断面层，二次土方断面层在开挖到所述二次施工超前预支护稳定层的前端所述预留长度S₁时停止施工，所述预留长度S₁也不能小于50cm，然后按常规方式施工二次填充层、二次防水板和二次衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的二次掘进施工；

根据大断面黄土隧道的掘进深度，重复循环所述二次施工N次即可构成{N+2}次施工超前预支护稳定层，N为自然正整数且N≥3，所述{N+2}次施工超前预支护稳定层中各环槽层的尾端与{N+1}次施工超前预支护稳定层中各环槽层的前端也是相互交错搭接的，待所述{N+2}次施工超前预支护稳定层完全凝固后再开挖{N+2}次土方断面层，然后按常规方式施工{N+2}次填充层、{N+2}次防水板和{N+2}次衬砌混凝土层，至此完成大断面黄土隧道的{N+2}次掘进施工。