CN106979021B - 大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环技术，解决了大断面黄土隧道开挖施工中缺少安全性能高且工艺简洁的施工技术的问题，包括如下步骤：S1、根据隧道围岩环境确定各台阶高度和长度并进行测量放样；S2、上台阶开挖、支护；中台阶开挖、支护；下台阶开挖、支护；上台阶弧形开挖面、中台阶弧形开挖面和下台阶弧形开挖面复喷混凝土；仰拱开挖支护。本发明所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环施工技术，施工进度达到月进尺70米左右，工期提前5个月，节约各项管理成本300多万元，节省工程投资约2000万元，经济、社会效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法。
技术背景
黄土主要分布在我国西北和华北地区，总覆盖面积多达63.5万平方米。黄土具有垂直裂隙发育快、剪切强度低等特点，导致了在黄土地层中开挖隧道容易引发土体突然坍塌和支护结构变形过大等现象。大断面黄土隧道的力学性质决定了只能采用分步开挖、分部支护的方式。当前，普遍在大断面黄土隧道中采用的施工工法有弧形导坑（预留核心土）法、CD法（中隔壁法）、CRD法（中壁交叉法）、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、三台阶七步开挖法。上述工法虽然能保证施工安全，但都存在着施工技术难度大，施工工序转换多，初期支护闭合慢，工效低等问题。
专利CN103089270B公开了一种适用于大断面黄土隧道的开挖方法，适用于开挖面积100㎡以上的黄土隧道，其主要作法是：将隧道开挖断面范围内的土体划分为上部区域、中部区域和下部区域，先在上部区域开挖形成“山”字形土体；再同时开挖“山”字形土体，使“山”字形土体保持2.5—3m的深度；然后再依次开挖中部左侧、中部右侧和下部左侧、下部右侧的土体；在开挖过程中各开挖面之间始终保持相同的掘进速度，各开挖处的土体被挖除后及时修筑隧道的初期支护，并在隧道底面距下部区域土体开挖面20m以外的位置架立模板并浇筑隧道的永久混凝土衬砌。其发明方法有利于减少隧道的下沉和变形，方便架设拱顶部位钢拱架，劳动强度低，施工工序简单，能有效的降低工程造价，加快施工进度。但此发明公开内容显示：上部区域中“山”字形土体顶面的深度需保持在2.5—3m的深度；当“山”字形土体后面的中部区域的土体顶面的深度为17—21m后，再同时开挖中部区域的左侧土体，中部区域中左侧土体和右侧土体之间的开挖面需保持在8—10m的距离；当中部区域的左侧土体后面的下部区域左侧土体顶面的深度达到13-15m后，再同时开挖下部区域的左侧土体，当下部区域的左侧土体的开挖面与下部区域的右侧土体的后表面相聚5—7m后，再同时开挖下部区域的右侧土体。在整个隧道开挖过程中，各个开挖面之间始终保持上述的距离；个开挖处的土体被挖除后及时修筑隧道的初期支护，并在隧道底面距下部区域土体开挖面20m以外的位置架立模板并浇筑隧道的永久混凝土衬砌。上述发明在大断面黄土隧道的开挖中存在较大的缺陷，且中部区域和下部区域由于要考虑到土体稳固性，均采用左右侧土体交错进行开挖，使得初期支护闭合距离较大，没有做到开挖后支护并迅速封闭成环，存在一定的施工安全风险。
针对隧道施工中常见得三台阶七步法适用于开挖断面为100～180 平方米，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道的施工。其工法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。采用三台阶七步开挖法施工应尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系。但由于中下台阶开挖均采用左右交错开挖形式，使得同台阶的长度始终多出一个交错开挖的距离，通过缩短台阶长度提高施工安全性受到极大制约，无法满足隧道开挖快速封闭成环要求。其工法虽较为安全，但步骤繁琐、复杂程度高，导致工程进度缓慢、成本较高。
是否存在一种适合大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环的方法就显得极其重要。
发明内容
本发明为了解决大断面黄土隧道施工中缺少开挖后初期支护迅速封闭成环技术，从而无法有效保护施工安全的问题，提供了一种大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，结合开挖揭示和超前钻探地质情况，利用自行式仰拱栈桥，采用三台阶四步开挖法，保证隧道初期支护快速闭合成环，主要包括如下步骤：
S1、根据隧道围岩环境确定各台阶高度和长度并进行测量放样；
S2、上台阶开挖：上台阶采用环形开挖，预留核心土，先从两侧拱腰土向下开挖，然后开挖拱顶土，进一步人工清除上台阶拱脚土并除渣；
S3、中台阶开挖：中台阶采用左右两侧对称开挖，进一步人工清除中台阶拱脚土并除渣；中台阶采用左右两侧对称开挖是指，先开挖左半土体再开挖相同尺寸的右半土体或者先开挖右半土体再开挖相同尺寸的左半土体；中台阶钢架是安装在中台阶两侧弧形面位置；
S4、利用机械手对上台阶（1）和中台阶（2）进行初喷封闭，安装上台阶拱架和中台阶钢架，拱架顶紧掌子面，打设超前小导管，拱架拱脚和钢架拱脚均采用垫板垫实，垫板下铺10cm细沙；
同时，进行下台阶（3）开挖：先抬起架设在下台阶（3）表面的仰拱栈桥前引桥，进一步采用左右两侧对称开挖方式，一次开挖到设定长度并除渣，并进行初喷封闭；
S5、上台阶弧形开挖面（I）、中台阶弧形开挖面（II）复喷混凝土，同时安装下台阶（3）钢架，进一步下台阶弧形开挖面（III）复喷混凝土；
S6、仰拱开挖：仰拱开挖紧跟下台阶施工，并及时安装仰拱钢架，检验合格后进行仰拱的浇筑。
步骤S2中上台阶开挖采用环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为2～3m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2，循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3。
步骤S3中左右两侧对称开挖，开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m,开挖高度宜为3—3.5m。
仰拱的开挖长度为不得超过3米。现行《铁路隧道工程施工技术指南》中明确规定，仰拱循环开挖长度宜为2—3米，对于大断面黄土隧道的特殊地层结构，规定其开挖长度不得超过3米。
步骤S2和S3中的垫板采用改性聚氨酯垫板或泡沫铝合金垫板。针对黄土隧道拱脚、墙脚易下沉失稳，从而诱发掌子面前方先行位移、挤出位移；为确保拱脚、墙脚落到实处，上、中台阶初支拱脚、墙脚需采用强度高、轻便耐用、可循环使用垫板夯垫，改性聚氨酯垫板和泡沫铝合金垫板均具有轻便高强的特性，均可作为优选使用。
隧道各台阶开挖均采取人工配合松土器或铣挖头进行开挖，即先通过松土器或铣挖头开挖掌子面大面后再利用人工对掌子面进行轮廓修整，其中老黄土地层采取铣挖头，新黄土地层采取松土器。
初喷封闭、上台阶弧形开挖面复喷、中台阶弧形开挖面复喷和下台阶弧形开挖面复喷均采用机械手混凝土喷射装置进行施工。每台机械手混凝土喷射装置一般只需配置施工人员2名，将作业人员从恶劣的环境中解放，喷锚过程中粉尘较少，改善了洞内施工环境，提高了施工效率，节约了劳力，更具人性化，同时速凝剂掺量实现自动化控制，降低了人为因素影响，显著提高了喷射混凝土质量，且喷射混凝土回弹率小，回弹率一般可控制在15%左右，减少了施工浪费，且机械手湿喷混凝土强度高，与格栅钢架形成的柔性支护共同承压能力强。
自带仰拱模板的长大移动仰拱栈桥结构包括主栈桥和引桥，以及安装在主栈桥下部的支撑装置和行走装置，主栈桥两侧沿长度其长度方向对称设置有主栈桥主梁，主栈桥主梁上部连接有主栈桥副梁，主栈桥主梁和主栈桥副梁的两侧长度方向共同连接有多个等间距设置的成三角形结构的链接支架，引桥包括连接在主栈桥两端的前引桥和后引桥，支撑装置包括设置在主栈桥主梁前端的前承载支架和前引桥端头两侧的前引桥提升油缸，以及设置在主栈桥主梁后端的后承载支架和后引桥端头两侧的后引桥提升油缸，行走装置包括对称设置在主栈桥主梁前端和后端底部的四个相同的行走轮箱，行走轮箱设置在行走钢轨上，位于后端的两个行走轮箱分别连接有减速器，减速器连接有电机；主栈桥主梁底部位于前承载支架和栈桥前部的行走轮箱间对称设置有栈桥举升主油缸，主栈桥主梁底部位于后承载支架和栈桥后部的行走轮箱间对称设置有相同的栈桥举升主油缸；主栈桥主梁的底面和铰链支架的侧面位于同一垂线位置分别连接有多个模板液压杆，多个模板液压杆均连接有仰拱模板，仰拱模板和铰链支架间连接有手拉葫芦；栈桥举升主油缸、前引桥提升油缸、后引桥提升油缸和模板液压杆分别连接在液压站上。
自带仰拱模板移动仰拱栈桥由减速器和电机驱动，轨行式移动行走，栈桥一端位于仰拱填充面上，另一端通过前引桥伸至中台阶不大于5米位置，收缩液压油缸，使钢支墩下撑坐实，通过仰拱模板平移油缸，结合手拉葫芦，准确定位仰拱弧形模板的位置，采用溜槽浇筑仰拱混凝土，拆模后浇筑填充混凝土，采用该栈桥实现了多工序平行作业，既保证了前面正常开挖，有解决了大曲面仰拱混凝土浇筑问题。
仰拱模板在主栈桥的两侧分别成整块弧形设置。成块设置的弧形模板有效的避免了仰拱浇筑过程中可能产生的施工缝，保证了仰拱施工成品的质量和美观，具体加工生产中，可将多块弧形模板通过焊接连接并采用抛光机抛光，实现其无缝连接。
液压站设置在主栈桥主梁外侧位于前引桥和主栈桥衔接的位置。本发明的栈桥举升主油缸、前引桥提升油缸、后引桥提升油缸和模板液压杆均需要连接液压站并通过液压站进行支撑、定位控制，液压站的安装需设置在操作人员便于控制的位置，作为优选，主栈桥主梁外侧位于前引桥和主栈桥衔接的位置最有利于操作。
仰拱栈桥总长度为30米到50米，主栈桥净宽为3.5米到4米。仰拱栈桥的长度需尽量满足一次仰拱施工的最大距离，可以有效的减少施工缝的产生，同时主栈桥3.5米到4米，可以满足正常的混凝土车及其他设备车辆进入。
本发明遵循“初支仰拱紧跟掌子面下台阶，快速封闭成环”原则，空间上工序平行，时间上工序衔接。
施工工艺：
遵循“初支仰拱紧跟掌子面下台阶，快速封闭成环”原则，空间上工序平行，时间上工序衔接。施工顺序如下：测量放样→上台阶开挖→中台阶开挖→上、中台阶初喷封闭→上、中台阶安装钢架和下台阶开挖→初支仰拱基底承载力、黄土湿陷性检测→下台阶初喷混凝土封闭→上、中台阶复喷混凝土和下台阶安装钢架→下台阶复喷混凝土→仰拱支护施工→下一循环。
开挖支护控制要点：
施工中遵循“少扰动”原则，老黄土地层可采取铣挖头配合人工开挖，新黄土地层可采取松土器配合人工开挖，根据掌子面地质、围岩量测情况确定开挖循环进尺，不得大于两榀拱架进尺。施工中做到“两紧跟”，即上台阶拱架紧贴掌子面，仰拱紧跟下台阶施工，初支仰拱及时封闭成环，步距控制在1.5倍洞径以内。上、中台阶严格执行“带垫板作业”，有效解决了台阶开挖后，拱脚喷射混凝土粘结的渣土清理不干净消除了拱脚喷射混凝土不密实的施工难题。严控超挖，拱、墙脚落在实处，上、中台阶拱脚采用高性能聚氨酯垫板夯实或泡沫铝合金垫板。
本发明具有的优势是：
本发明所述的大断面黄土隧道采用初期支护快速封闭成环施工方法，中、下台阶对称开挖，台阶距离短，下台阶和仰拱初支一起开挖，仰拱初支距离掌子面不大于1.5倍洞径（≤17m），具有初期支护闭合快，工效高、围岩变形小等优点。大断面黄土隧道采用传统的施工方法弧形导坑（预留核心土）法、CD法（中隔壁法）、CRD法（中壁交叉法）、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法月平均速度一般为20米左右，采用传统的三台阶七步开挖法，月平均速度一般为40米左右；而采用初期支护快速封闭成环施工技术，月平均速度可达70米左右，大大提高了施工速度。大断面黄土隧道采用初期支护快速封闭成环施工技术，施工进度达到月进尺70米左右，工期提前5个月，节约各项管理成本300多万元，节省工程投资约2000万元，经济、社会效益显著。
此外，本发明利用自带仰拱模板的长大移动仰拱栈桥进行仰拱施工，相对于传统栈桥采用的是固定结构，适应性、灵活性差，不但仰拱施工质量难以控制，而且开挖、衬砌不能同步进行，导致劳动强度高、安全事故频发、功效非常低，大大影响了隧道施工速度，具有以下优势：
有效保证了栈桥上各种车辆设备和人员正常通行，以及栈桥下仰拱钢筋绑扎、止水带安装、立模、浇筑混凝土等流水作业。相比传统的简易栈桥，解决了隧道施工通道，栈桥下作业空间问题，减少了工序干扰，实现了隧道施工快速安全推进。
一次性施工仰拱及填充24米；相比采用传统的简易栈桥一次施工6～8米，减少2～3道仰拱施工缝，降低了仰拱施工工艺对不均匀沉降的影响，大大降低了渗漏水、整体浇筑短沉降量变化大等病害隐患发生的概率。
与掌子面开挖形成相应的配套工法，相比采用传统的简易栈桥，优化了施工工序，缩短初支闭合时间，加快了掌子面施工进度。
采用仰拱栈桥配置下挂式模板，定位准确，工人施工环境得到了很大改善，相比采用传统的简易栈桥，仰拱及填充混凝土易于振捣，仰拱收面更平整，结构尺寸、线型精确，混凝土质量更能保证。模板定位一般由原来的10名工人缩减至4名工人即可，大大提高了工效、降低了工人的劳动强度；加之重复利用周期长，维修保养简单方便，比传统仰拱模板安装费用每延米节约成本100元左右，经济效益显著。
附图说明
图1为本发明的施工顺序图；
图2为本发明的施工工艺图；
图3为本发明的上台阶开挖示意图；
图4为本发明的中台阶开挖示意图；
图5为本发明的下台阶开挖示意图；
图6为本发明的仰拱栈桥结构示意图；
图7为本发明的仰拱栈桥前主视图；
图8为本发明的仰拱栈桥后主视图；
图9为本发明的仰拱栈桥的后正视图；
图中：1-上台阶，2-中台阶，3-下台阶，4-仰拱，1.1-核心土，1.2-拱顶土，1.3-拱腰土，1.4-上台阶拱脚土，2.1-左半土体，2.2-右半土体，2.3-中台阶拱脚土，3.1-左侧土体，3.2-右侧土体，I-上台阶弧形开挖面，II-中台阶弧形开挖面，III-下台阶弧形开挖面；5-前引桥，6-模板液压杆，7-后承载支架，8-栈桥举升主油缸，9-后引桥提升油缸，10-链接支架，11-行走轮箱，11.1-减速器，11.2-电机，12-后引桥，13-主栈桥，14-手拉葫芦，15-仰拱模板，16-行走钢轨，17- 主栈桥主梁，18-主栈桥副梁，19-前引桥提升油缸，20-前承载支架，A-仰拱，B-仰拱填充。
具体实施方式
结合图1—图5对本发明做进一步说明，一种大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，主要包括如下步骤：
S1、根据隧道围岩环境确定各台阶高度和长度并进行测量放样；
S2、上台阶1开挖：上台阶1采用环形开挖，预留核心土1.1，先从两侧拱腰土1.3向下开挖，然后开挖拱顶土1.2，进一步人工清除上台阶拱脚土1.4并除渣；
S3、中台阶2开挖：中台阶2采用左右两侧对称开挖，进一步人工清除中台阶拱脚土2.3并除渣；中台阶采用左右两侧对称开挖是指，先开挖左半土体2.1再开挖相同尺寸的右半土体2.2或者先开挖右半土体2.2再开挖相同尺寸的左半土体2.1，中台阶钢架是安装在中台阶两侧弧形面位置；
S4、利用机械手对上台阶1和中台阶2进行初喷封闭，安装上台阶拱架和中台阶钢架，拱架顶紧掌子面，打设超前小导管，拱架拱脚和钢架拱脚均采用垫板垫实，垫板下铺10cm细沙；
同时，进行下台阶3开挖：先抬起架设在下台阶3表面的仰拱栈桥前引桥，进一步采用左右两侧对称开挖方式，一次开挖到设定长度并除渣，并进行初喷封闭；下台阶按照对称开挖的方式进行施工，分别对左侧土3.1和右侧土体3.2进行对称开挖。
S5、上台阶弧形开挖面I、中台阶弧形开挖面II复喷混凝土，同时安装下台阶3钢架，进一步下台阶弧形开挖面III复喷混凝土；
S6、仰拱开挖：仰拱开挖紧跟下台阶施工，并及时安装仰拱钢架，检验合格后进行仰拱的浇筑。
其中：步骤S2上台阶开挖采用环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为2～3m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2，循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3。步骤S3中左右两侧对称开挖，开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m,开挖高度宜为3—3.5m。仰拱的开挖长度为不得超过3米。步骤S2和S3中的垫板采用改性聚氨酯垫板或泡沫铝合金垫板。隧道各台阶开挖均采取人工配合松土器或铣挖头进行开挖，即先通过松土器或铣挖头开挖掌子面大面后再利用人工对掌子面进行轮廓修整，其中老黄土地层可采取铣挖头，新黄土地层可采取松土器。 初喷封闭、上台阶弧形开挖面I复喷、中台阶弧形开挖面II复喷和下台阶弧形开挖面III复喷均采用机械手混凝土喷射装置进行施工。
实施例：
我集团承建的万荣隧道设计为单洞双线，全长7683米，其中Ⅴ、Ⅵ级围岩占97.66%，最大埋深90.25米。隧道洞身共33处下穿道路及村庄，且地表道路纵横、村庄密集、黄灌水系交错，特别是隧道洞身通过新黄土、粉细砂层段存在着极高的塌方、涌砂等施工安全风险。
为在施工中有效预防塌方、涌砂和解决新黄土、粉细砂地层中实现“快挖、快支、快封、快强”等一系列施工难题，我部结合万荣隧道工程及地质特征和质量、安全、工期风险管控要求， 根据隧道围岩条件确定各台阶高度及长度，初期支护闭合距离不得大于1.5倍洞径，台阶布置需满足湿喷机械手和其他设备的作业空间要求。具体开挖步骤如下：
上台阶开挖支护
在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为2～3m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2，高度采取3.8m。开挖进尺根据围岩级别、量测情况确定，循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过2榀。开挖应尽量少扰动围岩，一般采取人工配合松土器开挖，即松土器开挖掌子面大面后，人工修整轮廓。上台阶钢架时，拱架要尽量顶紧掌子面，拱脚采用垫板，垫板下面用10cm细沙铺垫，拱脚采用垫板垫实。
中台阶开挖支护
为满足挖掘机及机械手工作平台，中台阶留取高度为3.5m，长度留15m左右，长大仰拱栈桥前引桥搭在中台阶上。如此使洞内线条流畅，隧道内挖掘机及机械手易操作，工作效率高。左右侧边墙同步对称开挖，开挖采取人工配合松土器开挖，钢架采用垫板、垫板，要求同上台阶。
下台阶开挖支护
下台阶高2.7m，开挖时挖掘机坐于中台阶，卸下前引桥前面的6米桥面板，挖取下台阶土体，左右侧边墙同步对称开挖，挖取土体后，再挂上6米前引桥，出碴。紧贴开挖基面快钢架，底脚坐实。
仰拱开挖支护
仰拱高1.86m，仰拱紧跟下台阶施工，初支仰拱及时封闭成环。仰拱开挖方式同下台阶，一次开挖长度不得大于3m。
考虑到黄土隧道施工安全，引入全方位的洞体监测系统，增设1条边墙水平收敛线，加密量测布点。采用非接触式量测法进行数据采集，数据采集核对无误后，利用专用手机上传至信息化平台，传输到隧道口LED屏，公示信息。同时将监控量测围岩级别，拱顶沉降、起拱线和最大跨收敛的当日变形量、累计变形量，状态判定等五项内容在各测点标识牌上显示，让全员了解隧道内的围岩变形情况，为安全施工提供信息保障，确实做到不问清量测结果不进洞，不转入下道工序。经检验，整个隧道的开挖及初期支护变形均在合理误差范围之内。
结合图6—图9对本发明做进一步说明，一种自带仰拱模板的长大移动仰拱栈桥，包括主栈桥13和引桥，以及安装在主栈桥13下部的支撑装置和行走装置，主栈桥13两侧沿长度其长度方向对称设置有主栈桥主梁17，主栈桥主梁17上部连接有主栈桥副梁18，主栈桥主梁17和主栈桥副梁18的两侧长度方向共同连接有多个等间距设置的成三角形结构的链接支架10，引桥包括连接在主栈桥13两端的前引桥5和后引桥12，支撑装置包括设置在主栈桥主梁17前端的前承载支架20和前引桥5端头两侧的前引桥提升油缸19，以及设置在主栈桥主梁17后端的后承载支架7和后引桥12端头两侧的后引桥提升油缸9，行走装置包括对称设置在主栈桥主梁17前端和后端底部的四个相同的行走轮箱11，行走轮箱11设置在行走钢轨16上，位于后端的两个行走轮箱11分别连接有减速器11.1，减速器11.1连接有电机11.2；主栈桥主梁17底部位于前承载支架20和栈桥前部的行走轮箱11间对称设置有栈桥举升主油缸8，主栈桥主梁17底部位于后承载支架7和栈桥后部的行走轮箱11间对称设置有相同的栈桥举升主油缸8；主栈桥主梁17的底面和铰链支架10的侧面位于同一垂线位置分别连接有多个模板液压杆6，多个模板液压杆6均连接有仰拱模板15，仰拱模板15和铰链支架10间连接有手拉葫芦14；栈桥举升主油缸8、前引桥提升油缸19、后引桥提升油缸9、仰拱模板平移油缸和模板液压杆6分别连接在液压站上。
仰拱模板15在主栈桥13的两侧分别成整块弧形设置，液压站设置在主栈桥主梁17外侧位于前引桥5和主栈桥13衔接的位置，仰拱栈桥总长度为30米到50米，主栈桥13净宽为3.5米到4米。
本发明仰拱栈桥现场拼装：
1）现场安装时，搭建100cm高的安装支架，现场采用挖掘机吊装配合安装；
2）按照如下顺序进行施工：定位主栈桥主梁17，联接主栈桥副梁18，安装左侧导向承载装置，安装栈桥举升主油缸8，安装右侧导向承载装置，联接端部支撑，安装前端行走装置；
3) 拼装后引桥12，联接主栈桥主梁17，栈桥后承载支架7，安装栈桥举升主油缸8，安装后引桥提升油9；
4) 拼装前引桥，联接主栈桥主梁17，栈桥前承载支架20，安装栈桥举升主油缸8，安装前引桥提升油缸19；
5) 安装液压油路；
6) 顶升前后液压缸，放置前后工作支撑，收回前后液压缸，使桁架搁在工作支撑上；
7) 安装桥面板；
8) 安装桁架顶部拉杆，以增加栈桥移动行走时的扭转刚度；
9) 安装仰拱弧形模板；
10) 一般以6m/min的速度自行式行走，进行行走试验；并放下工作支撑，采用装满渣料的自卸汽车在栈桥上通过，进行安全检查。
本发明仰拱初支面检查：
1) 若仰拱A初支施工后回填了渣土，先把回填渣土采用人工配合机械清理干净，清理时避免损坏初期支护；
2) 对仰拱A初支轮廓、净空尺寸进行测量检查，要满足设计要求；若有仰拱初支面混凝土破损的部位，采用喷锚补齐。
本发明栈桥移动就位：
1) 清理残渣：栈桥移动前，需清理桥面、桁架、前后引桥等上面的残渣；
2) 顶升油缸：操纵液压控制阀，同时顶升、锁定前后液压缸，使前后钢支墩离地，并尽量保持桥面水平；
3) 排除障碍：拆除前后引桥、钢支墩、桁架等底部所有障碍物；
4) 提升引桥：采用液压油缸提升前引桥使之脱离仰拱初支1.5米高，采用液压油缸提升后引桥使之脱离仰拱填充0.5米高；
5)行走装置：通过倒移工具钢轨缓慢匀速行走（一般控制在6m/min）。通过调整钢轨位置来进行仰拱栈桥定位，栈桥纵向移动到位后，进行横向移动系统进行小幅度定位调整；
7) 驻桥支护：当栈桥前移满足施工要求时，采用制动装置使栈桥完全停止后，平整引桥底部，放下前引桥，引桥底部铺设800mm×800mm×20mm钢板，钢板上方安放枕木，使前引桥座于枕木上。栈桥钢支墩的上面放置枕木垫实主栈桥，以保证栈桥工作时支撑可靠；
8) 收缩油缸：操纵液压控制阀，同时收缩、锁定前后液压缸，使前后钢支墩充分接触地面，要求保持桥面水平、支撑可靠；
9) 安全防护：重点检查栈桥接头、支撑、行走机构等重要部位状况，消除其移动过程中可能出现的安全隐患；并采取适当措施，保护好液压系统。
本发明仰拱钢筋绑扎、止水带安装：
1) 根据仰拱施作长度24m，提前把仰拱钢筋采用挤压套筒连接至设计仰拱长度，钢筋搭接长度符合设计及验标要求；
2) 通过仰拱弧形模板和初期支护的间隙把仰拱钢筋拉入仰拱初支上，按照设计要求，分层绑扎钢筋；
3) 仰拱纵向钢筋通过钢筋卡槽伸出，保证两板仰拱间钢筋搭接。
本发明定位仰拱弧形模板、立端头模：
1) 通过手动葫芦把仰拱弧形模板放下；
2) 测量班放样定出仰拱位置，通过仰拱平移油缸结合拉动手动葫芦，把仰拱弧形模板定位准确；
3) 仰拱端头采用钢模（留有钢筋卡槽），有效控制钢筋间距和止水带平整度；
4) 若设计此板仰拱存在检查井时，按设计要求预留好检查井。
本发明仰拱浇筑：
1) 混凝土罐车行至栈桥上，采用溜槽浇筑混凝土；
2) 采取分片分层浇筑，加强混凝土振捣摊铺；
3) 混凝土浇筑不宜太快，每小时浇筑方量不宜大于30m3；
4) 过轨管件可通过仰拱栈桥中间预留的2.6m*0.9m孔洞或仰拱弧形模板和初期支护的间隙放入仰拱，按照设计要求安装。
本发明中心涵管安放：
1) 仰拱栈桥中间预留一个2.6m*0.9m孔洞，通过该孔洞下放中心涵管（2m长），向仰拱两头分采用钢筋把涵管左右两侧固定牢固，并采取土工布包裹严实，防止混凝土渗入；
2) 拖动中心涵管时要尽量小心，避免破坏涵管。
本发明仰拱填充立端头模：
1) 填充与仰拱错开至少50cm，遇到沉降缝要按照规范要求预留；
2) 仰拱填充端头采用钢模施工，采用钢筋支设牢固，在钢模上标出填充面标高，以控制好填充施工高度。
本发明仰拱填充B浇筑：
1) 仰拱填充B端头采用钢模，保证混凝土端头平整；
2) 混凝土罐车行至主栈桥17上，采用溜槽浇筑混凝土；
3) 采取分片分层浇筑，加强混凝土振捣摊铺；
4) 混凝土浇筑不宜太快，每小时浇筑方量不宜大于30m3。
本发明脱模：
1) 通过拉动手拉葫芦14、收缩仰拱模板平移油缸13进行仰拱脱模，仰拱弧形模板拉至填充面以上30cm即可；
2) 仰拱及填充脱端模时不要用锤重击，尽量避免损坏模板。
实施例：
利用本发明所设计栈桥为全液压自行式仰拱栈桥，行车轨道中心距为5.5米，栈桥净宽为3.8米，总长度48.35米，主栈桥主梁17长度为29米，主行车桥18.67米，前引桥5为19米，后引桥12为10米。栈桥行走部分由两台200型涡杆减速机和两台11千瓦电机带动行走。栈桥液压部分由12只油缸和一台液压站组成，由液压站控制每只油缸升降。本栈桥易于拼装行走灵活，移动就位方便，由于仰拱栈桥跨度大使用仰拱栈桥时，须由项目部指定的操作人员来操作。先开启电控柜来启动液压站，升起仰拱栈桥的4只栈桥举升主油缸8来定位,再用枕木来垫实主栈桥，放下前引桥5和后引桥12的四只油缸使前引桥5和后引桥12达到工作位置，使用仰拱模板时用手拉葫芦14放下仰拱小模板和左右调整油缸来定位仰拱模板后用丝杆千斤支撑，最后检查丝杆千斤是否牢固，检查完毕后就可以打仰拱了。脱模时先松开丝杆千斤后，在用手拉葫芦14拉起仰拱小模板使仰拱小模板高于仰拱填充B面后就可以打仰拱填充B的混凝土。等到仰拱填充B面养护完毕后，开启液压站先操作前油缸收起前引桥5并使前引桥5脱离地面到一定高度后用丝杆千斤加固好后，在收起后引桥12同样用丝杆千斤加固好，其中在升起仰拱栈桥四支栈桥举升主油缸8后同时取掉垫好的枕木后再放下4支栈桥举升主油缸8后，再检查一遍是否还有支撑点。检查完毕后，在仰拱栈桥前端的行走轮箱11下部的行走钢轨16前继续衔接行走钢轨16，最终通过启动控制柜按下前进键完成整个仰拱栈桥的移动。
利用本发明的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环施工技术，施工进度达到月进尺70米左右，工期提前5个月，节约各项管理成本300多万元，节省工程投资约2000万元，经济、社会效益显著。
Claims (9)
1.一种大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：结合开挖揭示和超前钻探地质情况，利用自带仰拱模板的长大移动仰拱栈桥，采用三台阶四步开挖法，保证隧道初期支护快速闭合成环，主要包括如下步骤：
S1、根据隧道围岩环境确定各台阶高度和长度并进行测量放样；
S2、上台阶（1）开挖：上台阶（1）采用环形开挖，预留核心土（1.1），先从两侧拱腰土（1.3）向下开挖，然后开挖拱顶土（1.2），进一步人工清除上台阶拱脚土（1.4）并除渣；
S3、中台阶（2）开挖：中台阶（2）采用左右两侧对称开挖，进一步人工清除中台阶拱脚土（2.3）并除渣；
S4、利用机械手对上台阶（1）和中台阶（2）进行初喷封闭，安装上台阶拱架和中台阶钢架，拱架顶紧掌子面，打设超前小导管，拱架拱脚和钢架拱脚均采用垫板垫实，垫板下铺10cm细沙；
同时，进行下台阶（3）开挖：先抬起架设在下台阶（3）表面的仰拱栈桥前引桥，进一步采用左右两侧对称开挖方式，一次开挖到设定长度并除渣，并进行初喷封闭；
S5、上台阶弧形开挖面（I）、中台阶弧形开挖面（II）复喷混凝土，同时安装下台阶（3）钢架，进一步下台阶弧形开挖面（III）复喷混凝土；
S6、仰拱开挖：仰拱开挖紧跟下台阶施工，并及时安装仰拱钢架，检验合格后进行仰拱的浇筑；
其中，自带仰拱模板的长大移动仰拱栈桥结构包括主栈桥（13）和引桥，以及安装在主栈桥（13）下部的支撑装置和行走装置，主栈桥（13）两侧沿长度其长度方向对称设置有主栈桥主梁（17），主栈桥主梁（17）上部连接有主栈桥副梁（18），主栈桥主梁（17）和主栈桥副梁（18）的两侧长度方向共同连接有多个等间距设置的成三角形结构的链接支架（10），引桥包括连接在主栈桥（13）两端的前引桥（5）和后引桥（12），支撑装置包括设置在主栈桥主梁（17）前端的前承载支架（20）和前引桥（5）端头两侧的前引桥提升油缸（19），以及设置在主栈桥主梁（17）后端的后承载支架（7）和后引桥（12）端头两侧的后引桥提升油缸（9），行走装置包括对称设置在主栈桥主梁（17）前端和后端底部的四个相同的行走轮箱（11），行走轮箱（11）设置在行走钢轨（16）上，位于后端的两个行走轮箱（11）分别连接有减速器（11.1），减速器（11.1）连接有电机（11.2）；主栈桥主梁（17）底部位于前承载支架（20）和栈桥前部的行走轮箱（11）间对称设置有栈桥举升主油缸（8），主栈桥主梁（17）底部位于后承载支架（7）和栈桥后部的行走轮箱（11）间对称设置有相同的栈桥举升主油缸（8）；主栈桥主梁（17）的底面和铰链支架（10）的侧面位于同一垂线位置分别连接有多个模板液压杆（6），多个模板液压杆（6）均连接有仰拱模板（15），仰拱模板（15）和铰链支架（10）间连接有手拉葫芦（14）；栈桥举升主油缸（8）、前引桥提升油缸（19）、后引桥提升油缸（9）和模板液压杆（6）分别连接在液压站上。
2.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于： 步骤S2上台阶开挖采用环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为2～3m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2，循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3。
3.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：步骤S3中左右两侧对称开挖，开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m,开挖高度宜为3—3.5m。
4.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：仰拱的开挖长度为不得超过3米。
5.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：垫板采用改性聚氨酯垫板或泡沫铝合金垫板。
6.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：隧道各台阶开挖均采取人工配合松土器或铣挖头进行开挖，即先通过松土器或铣挖头开挖掌子面大面后再利用人工对掌子面进行轮廓修整，其中老黄土地层采取铣挖头，新黄土地层采取松土器。
7.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：初喷封闭、上台阶弧形开挖面（I）复喷、中台阶弧形开挖面（II）复喷和下台阶弧形开挖面（III）复喷均采用机械手混凝土喷射装置进行施工。
8.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：仰拱模板（15）在主栈桥（13）的两侧分别成整块弧形设置。
9.根据权利要求1所述的大断面黄土隧道开挖及初期支护快速封闭成环方法，其特征在于：液压站设置在主栈桥主梁（17）外侧位于前引桥（5）和主栈桥（13）衔接的位置；仰拱栈桥总长度为30米到50米，主栈桥（13）净宽为3.5米到4米。
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| CN106979021A (zh) | 2017-07-25 |
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