CN107013222A - 一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，该方法包括1）上台阶开挖初期支护；2）中台阶滞后上台阶4米距离后，中台阶左侧再进行开挖初期支护；3）中台阶右侧错开中台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护；4）中台阶施工至少5米距离后，再进行下台阶左侧开挖初期支护；5）下台阶右侧错开下台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护；6）仰拱滞后下台阶至少10米距离，再进行仰拱开挖初期支护；通过本发明的各个步骤完成紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖，实现了工效高、施工进度快、成本低，对围岩扰动次数少、围岩变形小，成功的解决了传统钻爆法施工对既有铁路的震动影响，为既有铁路运营提供安全技术保障。
Description
技术领域
本发明属于铁路施工技术领域，具体涉及一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，尤其涉及紧邻既有铁路、滇中红层软弱围岩、软硬互层有水围岩﹙Ⅴ、Ⅳ级围岩﹚隧道的开挖支护施工方法。
背景技术
随着铁路建设快速发展，使各个城市得到快速的连接，也加快了城市经济的繁荣。但社会的高速发展，原有铁路的运输能力和服务能力越来越满足不了社会的需要，特别是70、80年代修建的铁路在运输能力及使用效率都有较大的提升空间，社会对铁路运输能力的需求不断提高，随之复线、改建铁路项目的增加，造成了紧邻既有铁路的隧道施工越来越多，为保证既有铁路运营安全，开挖工法的选择就显得尤其重要，尤其既有铁路及紧邻既有铁路隧道施工更是如此。原有的钻爆法施工存在开挖扰动次数多、围岩变形大和仰拱封闭时间长，且不适用于紧邻既有铁路、滇中红层环境下的软弱地质隧道等缺点。目前针对紧邻既有铁路隧道开挖支护没有一套安全、简便的施工方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，以克服现有技术存在的工效低、施工进度慢、成本高，对围岩扰动次数多、围岩变形大等不足，成功的解决了传统钻爆法施工对既有铁路的震动影响，为既有铁路运营提供安全技术保障。
本发明采取的技术方案为：一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、上台阶开挖初期支护；
步骤二、中台阶滞后上台阶4米距离后，中台阶左侧再进行开挖初期支护；
步骤三、中台阶右侧错开中台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护；
步骤四、中台阶施工至少5米距离后，再进行下台阶左侧开挖初期支护；
步骤五、下台阶右侧错开下台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护；
步骤六、仰拱滞后下台阶至少10米距离，再进行仰拱开挖初期支护。
优选的，上述步骤一中上台阶开挖初期支护：
1）开挖：沿轮廓线开挖土体；
2）初期支护：开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装拱部型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接；钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，拱部型钢各节点之间均焊接连接板并采用螺栓进行连接，进行拱部挂网喷射混凝土支护。
优选的，上述步骤二中台阶滞后上台阶4米距离后，中台阶左侧再进行开挖初期支护：
1）开挖：沿左侧轮廓线开挖中台阶左侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护： 开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装中台阶左侧型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，中台阶左侧型钢各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接，进行左拱腰挂网喷射混凝土支护，施做临时仰拱，架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。
优选的，上述步骤三中台阶右侧错开中台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护：
1）开挖：沿右侧轮廓线，开挖中台阶右侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护： 开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装中台阶右侧型钢（11），相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，中台阶右侧型钢各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接，进行右拱腰挂网喷射混凝土支护，施做临时仰拱，架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。
优选的，上述步骤四中台阶施工至少5米距离后，再进行下台阶左侧开挖初期支护：
1）开挖：沿左侧轮廓线开挖下台阶左侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护：安装左边墙型钢，采用螺栓连接，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，左侧边墙挂网喷射混凝土支护。
优选的，上述步骤五中下台阶右侧错开下台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护：
1）开挖：左右侧开挖支护错开距离至少3米，沿右侧轮廓线开挖下台阶右侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护：安装右边墙型钢，采用螺栓连接，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，右侧边墙挂网喷射混凝土支护。
优选的，上述步骤六中仰拱滞后下台阶至少10米距离，再进行仰拱开挖初期支护：
1）开挖：仰拱初支滞后下台阶至少10米距离，再进行开挖，沿隧底轮廓线每榀间距与拱部一致；
2）初期支护：安装仰拱型钢，采用螺栓连接，使拱部型钢、左拱腰型钢，左边墙型钢、仰拱型钢、右边墙型钢、右拱腰型钢连接为整体闭合成环，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接。钢筋网片相互之间搭接。由此形成全断面封闭成环的初期支护。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
1）安全性好，使用机械代替人工进行开挖的掘进方式，排除了掌子面前方人工处理的危险性；
2）通过本发明的各个步骤实现滇中红层隧道的铣挖，对围岩的扰动小，机械操作对围岩的扰动几乎可以忽略，对既有铁路及“滇中红尘”环境的围岩不存在在扰动，避免了爆破对新线隧道及既有铁路隧道的影响；
3）铣挖机的维护费用很低，除了螺栓紧固和必要的铣挖刀头更换外，不需要更多的维护费用；各型号的液压马达可以互换，增加了围岩的适应性；
4）避免了炸材的使用，隧道开挖主要是炸材的消耗，大大的节约了成本，也大大提高了使用安全性；
5）机械对围岩的选择性较强，适合在中低硬度的岩石中作业，如遇坚硬岩则无法掘进；
6）无需投入特种设备，投入小，操作性强，易推广。
附图说明
图1为本发明的施工顺序示意图，即上台阶预留核心土环形开挖；
图2为本发明的施工顺序示意图，即上台阶拱部初期支护；
图3为本发明的施工顺序示意图，即核心土开挖；
图4为本发明的施工顺序示意图，即上台阶临时仰拱及中隔墙竖撑支护；
图5为本发明的施工顺序示意图，即下台阶左侧开挖；
图6为本发明的施工顺序示意图，即下台阶左侧支护；
图7为本发明的施工顺序示意图，即下台阶右侧开挖；
图8为本发明的施工顺序示意图，即下台阶右侧支护；
图9为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图9，一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、上台阶开挖初期支护：1）开挖：沿轮廓线开挖土体；2）初期支护：开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装拱部型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接；钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，拱部型钢各节点之间均焊接连接板并采用螺栓进行连接，进行拱部挂网喷射混凝土支护；
步骤二、中台阶滞后上台阶4米距离后，中台阶左侧再进行开挖初期支护，具体开挖过程为：1）开挖：沿左侧轮廓线开挖中台阶左侧土体，每榀间距与拱部一致；2）初期支护： 开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装中台阶左侧型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，中台阶左侧型钢各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接，进行左拱腰挂网喷射混凝土支护，施做临时仰拱，架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱；
步骤三、中台阶右侧错开中台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护： 1）开挖：沿右侧轮廓线，开挖中台阶右侧土体，每榀间距与拱部一致；2）初期支护：开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装中台阶右侧型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，中台阶右侧型钢各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接，进行右拱腰挂网喷射混凝土支护，施做临时仰拱，架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱；
步骤四、中台阶施工至少5米距离后，再进行下台阶左侧开挖初期支护：1）开挖：沿左侧轮廓线开挖下台阶左侧土体，每榀间距与拱部一致；2）初期支护：安装左边墙型钢，采用螺栓连接，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，左侧边墙挂网喷射混凝土支护；
步骤五、下台阶右侧错开下台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护：1）开挖：左右侧开挖支护错开距离至少3米，沿右侧轮廓线开挖下台阶右侧土体，每榀间距与拱部一致；2）初期支护：安装右边墙型钢，采用螺栓连接，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，右侧边墙挂网喷射混凝土支护；
步骤六、仰拱滞后下台阶至少10米距离，再进行仰拱开挖初期支护：1）开挖：仰拱初支滞后下台阶至少10米距离，再进行开挖，沿隧底轮廓线每榀间距与拱部一致；2）初期支护：安装仰拱型钢，采用螺栓连接，使拱部型钢、左拱腰型钢，左边墙型钢、仰拱型钢、右边墙型钢、右拱腰型钢连接为整体闭合成环，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，由此形成全断面封闭成环的初期支护。
实施例2：一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，紧邻既有铁路隧道采用三台阶临时仰拱开挖支护，隧道洞身段，先采用Φ42mm小导管（或Φ108mm大管棚）超前支护，然后隧道分上台阶开挖，中台阶左右开挖，下台阶左右开挖，仰拱开挖。
具体操作程序为：铣挖机开挖时上台阶核心部位横向开一个槽，形成一个临空面，在由临空面向外扩挖，扩挖至拱部轮廓线时再由下而上，自左向右按轮廓线顺时针方向开挖，并不断摆动和调整铣挖头，当铣挖速度和效率降低时将铣挖头游离工作面，等速度恢复后再抵近开挖。在拱部及底角铣挖效率低的部位采用人工修整、清理，铣挖机虽然不能修整到各个角落，但经铣挖过的部位却十分整齐，容易达到隧道的中线及高程要求，在铣挖机开挖完成以后，将挖掘机退出掌子面，停靠在隧道侧壁，然后用装载机进行出碴，出碴结束后立即进行支护结构的安装和喷射混凝土作业，在铣挖机施工过程中，所有作业人员必须在机械作业半径以外，防止机械伤人。为保证施工安全，开挖进尺不宜过大，同时要防止破坏已施做的初期支护。
铣挖轮廓线顺序为拱脚或边墙脚开始往上开挖，这样做的一个有利因素是下部开挖后，弃碴可以暂时堆弃于施工现场，不影响后续开挖，对于半硬半软、软硬不均岩石，一般按先硬后软的原则进行，先开挖硬岩面，硬岩在开挖时有可能因岩石坚硬而花费较长的时间，此段时间内不触及软岩，可防止对软岩的扰动，避免出现塌方，一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法具体包括以下步骤：
步骤一、上台阶开挖与初期支护：
1）开挖：根据掌子面稳定性分为预留核心土与不留核心土两种，核心土预留应以保证掌子面稳定、方便下道工序施工为原则，铣挖机通过直径为67cm，宽度为100cm的铣挖机头在上台阶核心部位横向开一个槽，操作时先挖除核心土附近的岩石，再缓缓向周边靠近，逐步由下向上开挖，如不预留核心土，则宜从下往上、自中间向周边、自硬岩到软岩的顺序进行施工，无论是否预留核心土，在对周边进行开挖时，如开挖面距钢架大于30 cm，周边可以由铣挖机开挖； 如掌子面距周边距离很近，由于切削鼓不是垂直于岩面，施工中可能存在死角，需要人工用风镐凿除，拱脚处的开挖由专人指挥，不可超挖，预留10~ 20 cm 厚风镐凿除，保证钢架安装时拱脚落在实处，另外还应注意不要使切削鼓碰撞或铣挖对已成型的初期支护和靠近掌子面开挖轮廓线附近的超前支护，避免使已作支护扰动、破坏，遇到坚硬岩石通过破碎锤击碎后进行清除，见图1所示；
2）初期支护：开挖后马上进行拱部开挖初期支护，即安装拱部型钢，每榀拱部型钢的间距0.6m，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接间距为80cm。钢筋网片相互之间搭接长度为网格一至两格。并各打设2根锁脚锚杆等各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接。进行拱部挂网喷射混凝土支护，使混凝土厚度达到27cm，见图2所示。
步骤二、中台阶左右侧开挖与初期支护：
1）开挖：中台阶铣挖采取保留3 m 的错开宽度，以保证拱部稳定，铣挖时先中间后边墙，中台阶铣挖分左右开挖，先左侧铣挖错开施工3m后再进行右侧铣挖，边墙铣挖时在挖至拱脚处，应控制施工节奏，避免切削鼓触及拱脚钢架，如难以挖除，则由人工用风镐开挖，见图3所示；
2）初期支护：中台阶左侧开挖后，及时安装型钢钢架，采用螺栓连接，并及时采用喷射混凝土进行封闭，使混凝土厚度达到27cm，见图4所示，待中台阶左右施工进尺3m后即可架设临时仰拱型钢钢架，并完成喷射混凝土作业，此时，上中台阶已形成独立的闭合环结构；
步骤三、下台阶左右侧开挖与初期支护：
1）开挖：同步骤二，见图5所示；
2）初期支护：同步骤二，见图6所示；
步骤四、仰拱开挖与初期支护：
1）开挖：下台阶开挖支护距离为10m，即进行仰拱铣挖工作，开挖主体先采用破碎锤进行大面破碎，待距仰拱底50~80cm时采用铣挖机械进行修边，每次开挖控制在3m，见图7所示；
2）初期支护：铣挖尺寸满足要求后，安装仰拱型钢钢架，采用螺栓连接，使仰拱型钢钢架与下台阶左右侧型钢钢架连接为整体闭合成环，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接间距为80cm，钢筋网片相互之间搭接长度大于30倍的钢筋直径，进行喷射混凝土支护，使混凝土厚度达到27cm，由此形成全断面封闭成环的初期支护，初期支护24小时后（封闭后）利用洞碴填筑仰拱形成通道，在施作仰拱防水及二衬混凝土时，清除仰拱上的洞碴，见图8所示。
重复上述开挖前先超前支护，然后按4个步骤进行开挖和初期支护，完成整个隧道开挖工序施工。
实施例3：一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，紧邻既有铁路隧道采用三台阶临时仰拱开挖支护，隧道洞身段，先采用Φ42mm小导管（或Φ108mm大管棚）超前支护，然后隧道分上台阶开挖，中台阶左右开挖，下台阶左右开挖，仰拱开挖，具体包括以下步骤：
步骤一、在超前支护下，铣挖上台阶①部（面积22㎡），并及时施做拱部型钢钢架、喷射砼；
步骤二、滞后①部4m，铣挖②部（面积27㎡），并及时施做边墙型钢钢架、喷射砼；
步骤三、滞后②部3m，铣挖③部（面积27㎡），并及时施做边墙型钢钢架、喷射砼；此时，中台阶已形成独立的封闭结构；
步骤四、③部完成后即进行临时横撑A施工，与③部施工进尺一致；
步骤五、在③部铣挖先进行施工5m后，再进行④部（面积22㎡）铣挖，铣挖前需拆除中台阶横撑，铣挖后及时施做对应部分边墙型钢钢架、喷射砼；
步骤六、滞后④部3m，铣挖⑤部（面积27㎡），并及时施做边墙型钢钢架、喷射砼。此时，下台阶已形成独立的封闭结构；
步骤七、 滞后⑤部10m即进行铣挖⑥部（面积13㎡），并安装仰拱型钢钢架；
步骤八、 仰拱⑥部（面积13㎡）开挖主体先采用破碎锤进行开挖，再利用铣挖机进行修边，然后采用并安装仰拱型钢钢架；
步骤九、 施工仰拱、填充；
步骤十、 仰拱填充完成25m后，拼装二衬台车；
步骤十一、 施工二衬砼。
按此施工工艺流程，仰拱填充距离最前端左侧上台阶掌子面25.5m：
(1) 上台阶①部先行铣挖为4m；
(2) 中台阶②部滞后上台阶①部铣挖5m后再铣挖5m，左右错开3m；
(3) 下台阶③滞后中台阶②部铣挖5m，后再铣挖10m，左右错开3m；
(4) 开挖第④部距离掌子面里程10m；
支护步骤中：拱部、边墙、仰拱支护可采用型钢或格栅钢架，水平横撑采用型钢钢架，钢架及型钢牛腿等各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、上台阶开挖初期支护；
步骤二、中台阶滞后上台阶4米距离后，中台阶左侧再进行开挖初期支护；
步骤三、中台阶右侧错开中台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护；
步骤四、中台阶施工至少5米距离后，再进行下台阶左侧开挖初期支护；
步骤五、下台阶右侧错开下台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护；
步骤六、仰拱滞后下台阶至少10米距离，再进行仰拱开挖初期支护。
2.根据权利要求1所述的一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：所述的步骤一中上台阶开挖初期支护：
1）开挖：沿轮廓线开挖土体；
2）初期支护：开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装拱部型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接；钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，拱部型钢各节点之间均焊接连接板并采用螺栓进行连接，进行拱部挂网喷射混凝土支护。
3.根据权利要求1所述的一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：所述的步骤二中台阶滞后上台阶4米距离后，中台阶左侧再进行开挖初期支护：
1）开挖：沿左侧轮廓线开挖中台阶左侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护： 开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装中台阶左侧型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，中台阶左侧型钢各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接，进行左拱腰挂网喷射混凝土支护，施做临时仰拱，架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。
4.根据权利要求1所述的一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：所述的步骤三中台阶右侧错开中台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护：
1）开挖：沿右侧轮廓线，开挖中台阶右侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护： 开挖后，进行拱部开挖初期支护，即安装中台阶右侧型钢，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，并各打设2根锁脚锚杆，中台阶右侧型钢各节点之间均焊接连接板采用螺栓进行连接，进行右拱腰挂网喷射混凝土支护，施做临时仰拱，架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。
5.根据权利要求1所述的一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：所述的步骤四中台阶施工至少5米距离后，再进行下台阶左侧开挖初期支护：
1）开挖：沿左侧轮廓线开挖下台阶左侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护：安装左边墙型钢，采用螺栓连接，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，左侧边墙挂网喷射混凝土支护。
6.根据权利要求1所述的一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：所述的步骤五中下台阶右侧错开下台阶左侧至少3米后，再进行开挖初期支护：
1）开挖：左右侧开挖支护错开距离至少3米，沿右侧轮廓线开挖下台阶右侧土体，每榀间距与拱部一致；
2）初期支护：安装右边墙型钢，采用螺栓连接，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，右侧边墙挂网喷射混凝土支护。
7.根据权利要求1所述的一种紧邻既有铁路的滇中红层隧道铣挖施工方法，其特征在于：所述的步骤六中仰拱滞后下台阶至少10米距离，再进行仰拱开挖初期支护：
1）开挖：仰拱初支滞后下台阶至少10米距离，再进行开挖，沿隧底轮廓线每榀间距与拱部一致；
2）初期支护：安装仰拱型钢，采用螺栓连接，使拱部型钢、左拱腰型钢，左边墙型钢、仰拱型钢、右边墙型钢、右拱腰型钢连接为整体闭合成环，相邻两榀型钢之间纵向钢筋采用双向直钩型在型钢内外缘交错焊接，钢筋网片相互之间搭接，由此形成全断面封闭成环的初期支护。
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