CN107218064B - 一种大断面隧道拆换撑及二衬施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，包括割除下层中隔壁、施工仰拱防水结构、施工二衬仰拱、割除边部临时仰拱、搭设二衬结构的满堂红脚手架模板支撑体系、施工侧墙防水结构、施工二衬侧墙、割除上层中隔壁、施工顶拱防水结构，施工二衬顶拱、拆除满堂红脚手架模板支撑体系、割除步骤二和步骤八中保留的中隔壁等步骤。本发明创新的利用了临时结构自身的承载能力，将临时结构与二衬施工时搭设的满堂红脚手架支撑体系相结合，取代常规的倒换撑体系，提高了倒换撑体系的承载能力，拉长一次施工段从6m可达9m，大幅的简化了大断面隧道的施工方法，简化施工工艺内容，提高施工效率，降低作业危险性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道的施工方法，特别是一种大开挖面积的隧道拆换撑及隧道二次衬砌的施工方法。
背景技术
目前的大断面隧道施工通常采用多导洞开挖方式，常见的施工方法有双侧壁导坑法、CRD法等。在大断面隧道二衬施工前，需要将初衬支护形成的初衬临时结构（中隔壁和临时仰拱）拆除，才能使二衬结构封闭成环。
典型初衬临时结构的拆除以及二衬结构的施工具有以下要求：
一、初衬临时结构的分段拆除长度不大于6m。
二、二衬结构施工时需要为钢支撑留设连接节点，钢支撑应在结构监测情况、变形情况稳定后及时架设。
参见图1-4所示，典型施工过程以矿山法隧道双侧壁导坑法施工为例包括：
步骤一、下层临时中隔壁的截断及二衬仰拱的施工：
逐榀截断二衬仰拱厚度范围内的下层中隔壁，下层中隔壁拆除完毕后，及时处理基面施作防水，然后使用短工字钢进行回撑，回撑工字钢底部垫有与二衬结构同标号的混凝土垫块，然后施作二衬仰拱，结构体系稳定后在二衬仰拱之间架设间距为2m的水平钢支撑。
步骤二、临时仰拱的截断及二衬侧墙的施工：
二衬仰拱混凝土强度达到75%后，对称同时逐榀截断二衬侧墙厚度范围内的临时仰拱即边部临时仰拱，及时处理基面施作防水，然后施作二衬侧墙，结构体系稳定后在二衬侧墙和二衬仰拱之间架设间距为2m的竖向钢支撑。
步骤三、上层中隔壁的截断及二衬顶拱顶的施工：
二衬侧墙混凝土强度达到75%后，逐榀截断二衬拱顶厚度范围内的上层中隔壁，及时处理基面施作防水，然后施作拱顶结构。
步骤四、二衬拱顶混凝土强度达到75%后，拆除水平钢支撑和竖向钢支撑，完成二次衬砌的施工。
从中可以看到，现有的施工方法中临时中隔壁和临时仰拱的拆换撑施工方法十分复杂，结构受力体系需要进行两次换撑，不利于结构的稳定，暗挖有限空间内的换撑施工需要花费大量人力物力，换撑材料用量也比较大，施工时还要考虑换撑材料的搬运，二衬结构封闭成环后，还要拆除换撑。同时一次拆撑段的长度受到较大限制，该施工方法一次拆除段长最大为6m，结构施作长度5m，造成隧道整体的施工段落多，影响施工进度，大量设置施工缝也不利于防水质量控制，二衬施工与拆除初衬结构施工两个工序在有限暗挖隧道内交叉作业，造成施工效率低，作业危险性较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，要解决现有施工方法复杂，结构受力体系需要进行多次换撑，不利于结构的稳定的技术问题，还要解决在有限的空间内施工需要花费大量人力物力，换撑材料用量大的技术问题；还要解决一次拆撑段的长度受到限制造成施工段落多，影响施工进度，施工效率低，增加隧道施工缝的设置，不利于防水和混凝土施工的质量保证的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，
大断面隧道的已有结构包括初衬结构和初衬临时结构，
所述初衬结构包括初衬仰拱、初衬侧墙和初衬顶拱，所述初衬临时结构为型钢拱架，包括设置在初衬结构内、分隔大断面隧道为洞室的中隔壁和临时仰拱，所述中隔壁按所在洞室位置分为上层中隔壁和下层中隔壁，所述临时仰拱分为位于中隔壁与初衬侧墙之间的边部临时仰拱（以及位于中隔壁之间的中部临时仰拱，
大断面隧道的待施工结构包括防水结构和二衬结构，
所述防水结构按施工缝分为仰拱防水结构、侧墙防水结构和顶拱防水结构，所述二衬结构按施工缝分为二衬仰拱、二衬侧墙和二衬顶拱，
所述中隔壁包括中隔壁拱架格栅和包裹中隔壁拱架格栅的中隔壁混凝土，
所述临时仰拱包括临时仰拱拱架格栅和包裹临时仰拱拱架格栅的临时仰拱混凝土，
其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，根据受力情况设计单个施工段长度、割除初衬临时结构的方法；
步骤二，针对第一施工段中所有的下层中隔壁，先破除下层中隔壁的底部、与初衬仰拱连接的中隔壁混凝土，破除高度大于二衬仰拱的厚度，该部分高度的中隔壁拱架格栅露出；
然后沿大断面隧道的长度方向、以榀为单位间隔割除一部分露出的中隔壁拱架格栅，割除高度均小于二衬仰拱的厚度，以保证割除过的中隔壁拱架格栅的底部在后续步骤中能够埋入二衬仰拱内；
步骤三，施工仰拱防水结构，并对步骤二中其余未割除的中隔壁拱架格栅与初衬仰拱的连接节点施作节点防水构造的处理措施；
步骤四，施工二衬仰拱；
步骤五，针对第一施工段中所有榀的边部临时仰拱，先破除全部临时仰拱混凝土，然后完全割除临时仰拱拱架格栅；
步骤六，在步骤五边部临时仰拱割除完毕之后形成的各个洞室中搭设二衬结构的满堂红脚手架模板支撑体系；
步骤七，施工侧墙防水结构；
步骤八，施工二衬侧墙；
步骤九，针对第一施工段中所有的上层中隔壁，先破除上层中隔壁的顶部、与初衬顶拱连接的中隔壁混凝土，破除高度大于二衬顶拱的厚度，该部分高度的中隔壁拱架格栅露出；
然后沿大断面隧道的长度方向、以榀为单位间隔割除一部分露出的中隔壁拱架格栅，割除高度均小于二衬顶拱的厚度，以保证割除过的中隔壁拱架格栅的底部在后续步骤中能够埋入二衬顶拱内；
步骤十，施工顶拱防水结构，并对步骤九中其余未割除的中隔壁拱架格栅与初衬顶拱的连接节点施作节点防水构造的处理措施；
步骤十一，施工二衬顶拱；
步骤十二，拆除满堂红脚手架模板支撑体系；
步骤十三，割除洞室内遗留未割除的全部中隔壁，第一施工段的二衬施工完成；
步骤十四，重复步骤二至步骤十三完成其它施工段，直至整个隧道施工完毕。
所述步骤一中的单个施工段长度为6m-9m。
所述步骤二或步骤九中，初衬临时结构割除的方法包括以下步骤：
步骤a，先每间隔一个割除一榀初衬临时结构；
步骤b，然后在步骤a中未割除的初衬临时结构中再每间隔一个割除一榀，最终每个施工段的初衬临时结构形成割三留一的状态。
所述割除后的初衬临时结构埋入二衬结构中的深度为不小于1cm。
所述步骤三或步骤十中，节点防水构造包括初衬结构、在初衬结构的表面施工的防水结构以及与初衬结构固定连接的初衬临时结构，
所述防水结构包括在初衬结构表面叠合的缓冲层、防水层和保护，
所述节点防水构造在初衬临时结构四周位置预留未施工范围，未施工范围的初衬结构表面涂抹有防水涂料，该防水涂料与缓冲层对接、并沿初衬临时结构的表面向上延伸，
所述防水层沿防水涂料的表面延伸铺至初衬临时结构，延伸的防水层通过锚入带垫片的连接件固定在初衬结构上，延伸的防水层的上侧、覆盖连接件还粘结有粘接带，粘结带的宽度不小于200mm。
所述初衬临时结构的底部环向设置至少两道遇水膨胀止水胶，相邻遇水膨胀止水胶之间的距离不小于200mm。
所述预留未施工范围的尺寸为初衬临时结构四周不小于边长为600mm的方形的范围内。
所述防水涂料沿初衬临时结构的表面向上延伸的高度为至少200mm。
所述防水涂料为橡化沥青非固化防水涂料，所述缓冲层和保护层均为土工布，所述防水层为塑料防水板或防水卷材，所述粘接带为丁基橡胶粘结带。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明创新的利用了临时结构自身的承载能力，将临时结构与二衬施工时搭设的满堂红脚手架支撑体系相结合，取代常规的倒换撑体系，提高了倒换撑体系的承载能力，拉长一次施工段从6m可达9m，大幅的简化了大断面隧道的施工方法，简化施工工艺内容，提高施工效率，降低作业危险性，提高防水质量。
一、简化传统的大断面二衬施工步序：
摒弃了传统钢支撑倒换撑施工步序，节省了大量的人力物力，没有了繁琐的倒换撑施工，提高施工效率，也降低了作业危险性。
二、提高了受力转换体系的稳定性：
二衬施工过程中保留初衬的大部分临时结构，利用临时结构自身承载能力，实现力的原位传递与转换，提高受力转换体系的转化效率和稳定性，与模板支撑体系结合，提高整个体系的承载能力。在降低施工风险的同时，可以拉大施工段长，加快施工进度，提高防水质量。
三、首次实现大断面隧道二衬施工过程中，初衬拆除与二衬施工无交叉作业。
二衬施工过程中保留初衬的大部分临时结构，在二衬施工完毕后统一拆除，取代了原来二衬施工与拆除初衬结构施工两个工序在有限暗挖隧道内交叉作业的情况，大幅简化了大断面区间二衬拆撑的施工步序，降低作业危险性，极大的降低施工管理难度，在保证工程安全质量的前提下，提高施工效率，降低工期压力。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是背景技术中施工方法步骤一完成的结构示意图。
图2是背景技术中施工方法步骤二完成的结构示意图。
图3是背景技术中施工方法步骤三完成的结构示意图。
图4是背景技术中施工方法步骤四完成的结构示意图。
图5是本发明实施例步骤四完成的结构示意图。
图6是本发明实施例步骤五完成的结构示意图。
图7是本发明实施例步骤六完成的结构示意图。
图8是本发明实施例步骤七完成的结构示意图。
图9是本发明实施例步骤八完成的结构示意图。
图10是本发明实施例步骤十完成的结构示意图。
图11是本发明实施例步骤十一完成的结构示意图。
图12是本发明实施例步骤十二完成的结构示意图。
图13是本发明实施例步骤十三完成的结构示意图。
图14是本发明实施例步骤二或步骤九中初衬临时结构割除步骤a完成的结构示意图。
图15是本发明实施例步骤二或步骤九中初衬临时结构割除步骤b完成的结构示意图。
图16是本发明实施例步骤三或步骤十中节点防水构造的结构示意图。
附图标记：1－初衬结构、11－初衬仰拱、12－初衬侧墙、13－初衬顶拱、2－初衬临时结构、21－上层中隔壁、22－下层中隔壁、23－边部临时仰拱、24－中部临时仰拱、3－防水结构、31－仰拱防水结构、32－侧墙防水结构、33－顶拱防水结构、3a－缓冲层、3b－防水层、3c－保护层、4－二衬结构、41－二衬仰拱、42－二衬侧墙、43－二衬顶拱、5－满堂红脚手架模板支撑体系、6－防水涂料、7－连接件、8－粘接带、9－遇水膨胀止水胶、10－垫片、14－水平钢支撑、15－竖向钢支撑。
具体实施方式
实施例参见图5-13所示，一种大断面隧道的结构的已有结构包括初衬结构1和初衬临时结构2。
所述初衬结构1包括初衬仰拱11、初衬侧墙12和初衬顶拱13，所述初衬临时结构2为型钢拱架，包括设置在初衬结构内、分隔大断面隧道为洞室的中隔壁和临时仰拱，所述中隔壁按所在洞室位置分为上层中隔壁21和下层中隔壁22，所述临时仰拱分为位于中隔壁与初衬侧墙之间的边部临时仰拱23以及位于中隔壁之间的中部临时仰拱24。
大断面隧道的待施工结构包括防水结构3和二衬结构4。
所述防水结构按施工缝分为仰拱防水结构31、侧墙防水结构32和顶拱防水结构33，所述二衬结构4按施工缝分为二衬仰拱41、二衬侧墙42和二衬顶拱43。
所述中隔壁包括中隔壁拱架格栅和包裹中隔壁拱架格栅的中隔壁混凝土。
所述临时仰拱包括临时仰拱拱架格栅和包裹临时仰拱拱架格栅的临时仰拱混凝土。
这种大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，施工步骤如下：
步骤一，根据受力情况设计单个施工段长度、割除初衬临时结构的方法。
步骤二，针对第一施工段中所有的下层中隔壁22，先破除下层中隔壁22的底部、与初衬仰拱11连接的中隔壁混凝土，破除高度大于二衬仰拱41的厚度，该部分高度的中隔壁拱架格栅露出。
然后沿大断面隧道的长度方向、以榀为单位间隔割除一部分露出的中隔壁拱架格栅，割除高度均小于二衬仰拱41的厚度，以保证割除过的中隔壁拱架格栅的底部在后续步骤中能够埋入二衬仰拱41内。
步骤三，施工仰拱防水结构31，并对步骤二中其余未割除的中隔壁拱架格栅与初衬仰拱的连接节点施作节点防水构造的处理措施。
步骤四，施工二衬仰拱41，完成如图5所示。
步骤五，针对第一施工段中所有榀的边部临时仰拱23，先破除全部临时仰拱混凝土，然后完全割除临时仰拱拱架格栅，完成如图6所示。
步骤六，在步骤五边部临时仰拱23割除完毕之后形成的各个洞室中搭设二衬结构的满堂红脚手架模板支撑体系5，在进行二衬结构施工的过程中，加固初衬结构，使模板支撑体系代替原设计方案钢管撑的作用，完成如图7所示。
步骤七，施工侧墙防水结构32，完成如图8所示。
步骤八，施工二衬侧墙42，完成如图9所示。
步骤九，针对第一施工段中所有的上层中隔壁21，先破除上层中隔壁21的顶部、与初衬顶拱13连接的中隔壁混凝土，破除高度大于二衬顶拱43的厚度，该部分高度的中隔壁拱架格栅露出。
然后沿大断面隧道的长度方向、以榀为单位间隔割除一部分露出的中隔壁拱架格栅，割除高度均小于二衬顶拱43的厚度，以保证割除过的中隔壁拱架格栅的底部在后续步骤中能够埋入二衬顶拱43内。
步骤十，施工顶拱防水结构33，并对步骤九中其余未割除的中隔壁拱架格栅与初衬顶拱13的连接节点施作节点防水构造的处理措施，完成如图10所示。
步骤十一，施工二衬顶拱43，完成如图11所示。
步骤十二，拆除满堂红脚手架模板支撑体系5，完成如图12所示。
步骤十三，割除洞室内遗留未割除的全部中隔壁，第一施工段的二衬施工完成，完成如图13所示。
步骤十四，重复步骤二至步骤十三完成其它施工段，直至整个隧道施工完毕。
参见图14-15所示，所述步骤一中的单个施工段长度D为6m-9m。
所述步骤二或步骤九中，初衬临时结构割除的方法包括以下步骤：
步骤a，参见图14所示，先每间隔一个割除一榀初衬临时结构；
步骤b，参见图15所示，然后在步骤a中未割除的初衬临时结构中再每间隔一个割除一榀，最终每个施工段的初衬临时结构形成割三留一的状态。
所述割除后的初衬临时结构埋入二衬结构中的深度H为不小于1cm。
初衬临时结构割除过程包括先使用风镐破除与初衬结构连接相应位置的混凝土，然后切该部位的型钢或者格栅钢筋，遵循“间隔破除、单个破除”的原则。破除施工过程中加强监测，出现异常立即停止破除施工，破除初衬临时结构时应注意保护已架设的钢支撑和型钢支撑，拆除作业现场设置明显警示标识，设置专人看守，无关人员不得靠近作业区域。
参见图16所示，所述步骤三或步骤十中，节点防水构造5包括初衬结构1、在初衬结构1的表面施工的防水结构3以及与初衬结构1固定连接的初衬临时结构2。所述防水结构3包括在初衬结构1表面叠合的缓冲层3a、防水层3b和保护层3c。所述防水涂料6为橡化沥青非固化防水涂料，所述缓冲层3a和保护层3c均为土工布，所述防水层3b为塑料防水板或防水卷材，所述粘接带8为丁基橡胶粘结带。
所述节点防水结构5在初衬临时结构四周位置预留未施工范围，预留未施工范围的尺寸为初衬临时结构四周不小于边长w为600mm的方形的范围内。
将初衬临时结构埋入混凝土的部分除锈到位，然后未施工范围的初衬结构表面涂抹有防水涂料6，该防水涂料6与缓冲层3a对接、并沿初衬临时结构2的表面向上延伸，延伸的高度a为至少200mm。
所述防水层3b沿防水涂料6的表面延伸铺至初衬临时结构2，延伸的防水层3b通过锚入带垫片10的连接件7固定在初衬结构1上，连接件7距离防水涂料6边缘的距离为d，d不小于200mm，延伸的防水层3b的上侧、覆盖连接件7还粘结有粘接带8，粘结带8的宽度d不小于200mm。
所述初衬临时结构2的底部环向设置至少两道遇水膨胀止水胶9，相邻遇水膨胀止水胶9之间的距离不小于200mm。
Claims (9)
1.一种大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，大断面隧道的已有结构包括初衬结构（1）和初衬临时结构（2），
所述初衬结构（1）包括初衬仰拱（11）、初衬侧墙（12）和初衬顶拱（13），所述初衬临时结构（2）为型钢拱架，包括设置在初衬结构内、分隔大断面隧道为洞室的中隔壁和临时仰拱，所述中隔壁按所在洞室位置分为上层中隔壁（21）和下层中隔壁（22），所述临时仰拱分为位于中隔壁与初衬侧墙之间的边部临时仰拱（23）以及位于中隔壁之间的中部临时仰拱（24），大断面隧道的待施工结构包括防水结构（3）和二衬结构（4），
所述防水结构按施工缝分为仰拱防水结构（31）、侧墙防水结构（32）和顶拱防水结构（33），所述二衬结构（4）按施工缝分为二衬仰拱（41）、二衬侧墙（42）和二衬顶拱（43），
所述中隔壁包括中隔壁拱架格栅和包裹中隔壁拱架格栅的中隔壁混凝土，
所述临时仰拱包括临时仰拱拱架格栅和包裹临时仰拱拱架格栅的临时仰拱混凝土，其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，根据受力情况设计单个施工段长度、割除初衬临时结构的方法；
步骤二，针对第一施工段中所有的下层中隔壁（22），先破除下层中隔壁（22）的底部、与初衬仰拱（11）连接的中隔壁混凝土，破除高度大于二衬仰拱（41）的厚度，该部分高度的中隔壁拱架格栅露出；
然后沿大断面隧道的长度方向、以榀为单位间隔割除一部分露出的中隔壁拱架格栅，割除高度均小于二衬仰拱（41）的厚度，以保证割除过的中隔壁拱架格栅的底部在后续步骤中能够埋入二衬仰拱（41）内；
步骤三，施工仰拱防水结构（31），并对步骤二中其余未割除的中隔壁拱架格栅与初衬仰拱的连接节点施作节点防水构造的处理措施；
步骤四，施工二衬仰拱（41）；
步骤五，针对第一施工段中所有榀的边部临时仰拱（23），先破除全部临时仰拱混凝土，然后完全割除临时仰拱拱架格栅；
步骤六，在步骤五边部临时仰拱（23）割除完毕之后形成的各个洞室中搭设二衬结构的满堂红脚手架模板支撑体系（5）；
步骤七，施工侧墙防水结构（32）；
步骤八，施工二衬侧墙（42）；
步骤九，针对第一施工段中所有的上层中隔壁（21），先破除上层中隔壁（21）的顶部、与初衬顶拱（13）连接的中隔壁混凝土，破除高度大于二衬顶拱（43）的厚度，该部分高度的中隔壁拱架格栅露出；
然后沿大断面隧道的长度方向、以榀为单位间隔割除一部分露出的中隔壁拱架格栅，割除高度均小于二衬顶拱（43）的厚度，以保证割除过的中隔壁拱架格栅的底部在后续步骤中能够埋入二衬顶拱（43）内；
步骤十，施工顶拱防水结构（33），并对步骤九中其余未割除的中隔壁拱架格栅与初衬顶拱（13）的连接节点施作节点防水构造的处理措施；
步骤十一，施工二衬顶拱（43）；
步骤十二，拆除满堂红脚手架模板支撑体系（5）；
步骤十三，割除洞室内遗留未割除的全部中隔壁，第一施工段的二衬施工完成；
步骤十四，重复步骤二至步骤十三完成其它施工段，直至整个隧道施工完毕。
2.根据权利要求1所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述步骤一中的单个施工段长度为6m-9m。
3.根据权利要求1或2所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述步骤二或步骤九中，初衬临时结构割除的方法包括以下步骤：
步骤a，先每间隔一个割除一榀初衬临时结构；
步骤b，然后在步骤a中未割除的初衬临时结构中再每间隔一个割除一榀，最终每个施工段的初衬临时结构形成割三留一的状态。
4.根据权利要求3所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述割除后的初衬临时结构埋入二衬结构中的深度为不小于1cm。
5.根据权利要求4所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：
所述步骤三或步骤十中，节点防水构造（5）包括初衬结构（1）、在初衬结构（1）的表面施工的防水结构（3）以及与初衬结构（1）固定连接的初衬临时结构（2），
所述防水结构（3）包括在初衬结构（1）表面叠合的缓冲层（3a）、防水层（3b）和保护层（3c），
所述节点防水构造（5）在初衬临时结构四周位置预留未施工范围，未施工范围的初衬结构表面涂抹有防水涂料（6），该防水涂料（6）与缓冲层（3a）对接、并沿初衬临时结构（2）的表面向上延伸，
所述防水层（3b）沿防水涂料（6）的表面延伸铺至初衬临时结构（2），延伸的防水层（3b）通过锚入带垫片（10）的连接件（7）固定在初衬结构（1）上，延伸的防水层（3b）的上侧、覆盖连接件（7）还粘结有粘接带（8），粘结带（8）的宽度不小于200mm。
6.根据权利要求5所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述初衬临时结构（2）的底部环向设置至少两道遇水膨胀止水胶（9），相邻遇水膨胀止水胶（9）之间的距离不小于200mm。
7.根据权利要求5所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述预留未施工范围的尺寸为初衬临时结构四周不小于边长为600mm的方形的范围内。
8.根据权利要求5所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述防水涂料（6）沿初衬临时结构（2）的表面向上延伸的高度为至少200mm。
9.根据权利要求5所述的大断面隧道拆换撑及二衬施工方法，其特征在于：所述防水涂料（6）为橡化沥青非固化防水涂料，所述缓冲层（3a）和保护层（3c）均为土工布，所述防水层（3b）为塑料防水板或防水卷材，所述粘接带（8）为丁基橡胶粘结带。
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