CN107435543A - Ⅳ级围岩超大断面三台阶五步施工方法 - Google Patents

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CN107435543A CN201710845801.1A CN201710845801A CN107435543A CN 107435543 A CN107435543 A CN 107435543A CN 201710845801 A CN201710845801 A CN 201710845801A CN 107435543 A CN107435543 A CN 107435543A
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赵瑞文
彭良华
许小江
张翼
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向学文
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喻健
张伦良
陆勇
郑余朝
蔡佳良
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Abstract

一种Ⅳ级围岩超大断面三台阶五步施工方法,S1,超前支护;S2,开挖台阶及进行初期支护;S3,浇注二衬仰拱;S4,浇注二次衬砌其他部分a8;所述S2中,开挖的台阶不留核心土;对掌子面进行变形监测,当掌子面的变形超标时,对隧道掌子面进行超前加固。施工工序安排合理,实施各段隧道循环施工后,可有效减少工期,节省成本,同时,支护及时,支护可及早闭合,安全可靠;本发明的施工方法施工工序简单,各环节联系紧密,便于大型机械快速作业和工法转换,适用于围岩条件较差的大跨大断面隧道建造。

Description

IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及隧道施工领域,具体涉及一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方 法,特别适用于跨度20m左右,面积200m2左右的隧道断面施工。
背景技术
[0002] 近年来,随着我国经济的迅速增长,人们对于交通运输的要求也越来越高,为此国 家进行了大量的交通基础设施建设。与此同时,铁路隧道和公路隧道的修建也越来越多,隧 道建设向大断面方向发展,这给隧道的施工设计带来了众多挑战,引起了国内外专家的重 视。
[0003] 在实际施工中,大断面隧道开挖断面大,在开挖后受到变形控制影响,施工难度很 大,结合目前的施工技术水平,大断面隧道一般采用分部开挖,开挖顺序不同,围岩稳定性 程度存在差异,目前常用的开挖方法主要有中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)、三台 阶七步开挖法和双侧壁导坑法等。其中,CD法、CRD法及双侧壁导坑法限制大型施工机械的 使用,软硬围岩相间隧道调整施工方法困难,降低了工效,同时步序多,相互之间扰动较大, 施工时需要的临时支撑多,成本较高;三台阶七步法为留核心土分上、中、下三个台阶七个 开挖面沿隧道纵向错开、平行推进,一般使用于开挖断面为100〜180m2,并具备一定自稳能 力的IV、V级围岩的大断面隧道,该工法在地质条件发生变化时,可灵活、及时的转换施工 工序,调整施工工法,适应于多种断面形式的隧道,同时其初期支护施工便捷,避免了CD法、 CRD法等拆除临时支护造成受力不均的不利影响,但是施工中需预留核心土,施工工序较 多,造成每一台阶净空不足,狭窄的空间造成人工和机械的操作不便,施工组织困难,施工 工期较长,且未见用于跨度大于20m,面积大于200m2的隧道断面施工。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术的不足,提出一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法, 施工工序安排合理,实施各段隧道循环施工后,可有效减少工期,节省成本,同时,支护及 时,支护可及早闭合,安全可靠;本发明的施工方法施工工序简单,各环节联系紧密,便于大 型机械快速作业和工法转换,适用于围岩条件较差的大跨大断面隧道建造。
[0005] 具体技术方案如下:
[0006] 一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,
[0007] Si,超前支护;
[0008] S2,开挖台阶及进行初期支护;
[0009] S3,浇注二衬仰拱;
[0010] S4,浇注二次衬砌其他部分;
[0011] 所述S2中,开挖的台阶不留核心土;
[0012] 对掌子面进行变形监测,当掌子面的变形超标时,对隧道掌子面进行超前加固或 临时支护。
[0013] 进一步的,
[0014] 在所述SI中,进行超前支护的具体步骤为:
[0015] Sll,循环开挖进尺前,清理掌子面并标记开挖和爆破的轮廓线,并在上一循环钢 拱架基础上进行超前支护施工。
[0016] 进一步的,
[0017] 在所述S2中,进行开挖台阶及进行初期支护的具体步骤为:
[0018] S21,上台阶开挖,爆破开挖完成后及时施做上台阶初期支护,对掌子面进行变形 监测;
[0019] S22,左侧中台阶开挖,并及时施做左侧中台阶初期支护,对掌子面进行变形监测;
[0020] S23,右侧中台阶开挖,并及时施做右侧中台阶初期支护,对掌子面进行变形监测;
[0021] S24,左侧下台阶开挖,并及时施做左侧下台阶初期支护,对掌子面进行变形监测;
[0022] S25,右侧下台阶开挖,并及时施做右侧下台阶初期支护,对掌子面进行变形监测。
[0023] 进一步的,
[0024] 在所述S3中,进行浇注二衬仰拱的具体步骤为:
[0025] S31,浇筑左侧二衬仰拱;
[0026] S32,浇筑右侧二衬仰拱。
[0027] 进一步的,
[0028] 在所述S4中,进行浇注二次衬砌其他部分的具体步骤为:
[0029] S41,使二次衬砌其他部分和二衬仰拱闭合。
[0030] 优选的,
[0031] 在所述S2的爆破开挖过程中,掏槽为楔形掏槽方式,炮孔采用小直径药卷不耦合 装药结构。
[0032] 优选的,
[0033] 采用移动支护装置对掌子面进行超前加固。
[0034] 进一步的,所述移动支护装置包括底座和液压输出组件,所述液压输出组件安装 在所述底座上;
[0035] 所述液压输出组件有多个;
[0036] 每个所述液压输出组件的输出端均设有承压板,所述液压输出组件的输出端垂直 于所述承压板。
[0037] 进一步的,
[0038] 所述液压输出组件包括支撑液压缸和调向液压缸,所述调向液压缸控制所述支撑 液压缸摆动;
[0039] 所述支撑液压缸一端和所述底座铰接,所述支撑液压缸另一端和所述承压板的板 面铰接,所述调向液压缸一端铰接在所述支撑液压缸上,所述调向液压缸另一端和所述底 座铰接。
[0040] 优选的,所述底座上设有转动底板,所述转动底板的转动轴垂直于所述转动底板 的板面,所述支撑液压缸和所述调向液压缸均铰接安装在所述转动底板的板面上。
[0041] 采用移动支护装置对掌子面进行支护调整,可以更加方便快捷,节省施工时间,且 移动支护装置可以重复利用,减少设备的成本。
[0042] 本发明的有益效果为:
[0043] 一、所述所有爆破开挖步,均严格控制循环进尺,按两榀钢架的距离进行进尺,严 格执行“短进尺、弱爆破、快循环、勤支护、严监测”施工组织方案;所述爆破开挖过程,尽量 减小围岩扰动的影响,掏槽设为楔形掏槽方式,炮孔采用小直径药卷不耦合装药结构,减小 单孔装药量,充分发挥炸药的最大效率及减小围岩的破坏,保证良好的光面爆破效果。
[0044] 二、所述初期支护工作在开挖爆破后及时进行,使断面及早闭合,以充分发挥围岩 的自承能力,控制围岩变形,初期支护包括钢架、锚杆、钢纤维混凝土,钢架两侧设锁角锚 杆。
[0045] 三、三台阶五步法,与一般的三台阶七步法相比,除适用断面大小范围不同外,在 工法上还有未留核心土,减少了施工工序,节省工期,同时减少各部开挖的扰动影响,支护 安全,可解决隧道开挖过程局部不稳定、松散体问题;同时,每一台阶净空较大,便于人工和 机械施工。
[0046] 四、施工过程对掌子面挤出变形进行实时监测,根据监测情况采用掌子面超前支 护或移动式临时支撑装置进行支护,施工分部较一般施工方案少,施工工序安排合理,实施 各段隧道循环施工后,可有效减少工期,节省成本,同时,支护及时,支护可及早闭合,安全 可靠;本发明的施工方法施工工序简单,各环节联系紧密,便于大型机械快速作业和工法转 换,适用于围岩条件较差的大跨大断面隧道建造。
附图说明
[0047] 图1为本发明施工工序流程图。
[0048] 图2为本发明超前支护结构示意图。
[0049] 图3为本发明台阶法开挖步序施工流程图。
[0050] 图4为本发明施工隧道的台阶长度示意图。
[0051] 图5为本发明三级复式楔形掏槽大样图。
[0052] 图6为本发明移动支护装置1的立体图。
[0053] 图7为本发明液压输出组件12的结构示意图。
[0054] 图8为本发明液压输出组件12 (带转动底板111)的结构示意图。
[0055] 图9为本发明移动支护装置1和掌子面装配方位示意图。
具体实施方式
[0056] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0057] 该发明可以适用于开挖宽度在20m左右,断面面积200m2左右的超大断面快速施工 隧道。
[0058] 实施例一,
[0059] 如图1-图5所示,一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,
[0060] Sl,超前支护;
[0061] Sll,循环开挖进尺前,清理掌子面并标记开挖和爆破的轮廓线,并在上一循环钢 拱架基础上进行超前支护施工。
[0062] S2,开挖台阶及进行初期支护,开挖的台阶不留核心土,爆破开挖过程中,掏槽为 楔形掏槽方式,炮孔采用小直径药卷不耦合装药结构;
[0063] S21,上台阶al开挖,上台阶高度6m左右,爆破开挖完成后及时施做上台阶初期支 护a9,对掌子面进行变形监测;
[0064] S22,左侧中台阶a2开挖,并及时施做左侧中台阶初期支护alO,对掌子面进行变形 监测;
[0065] S23,右侧中台阶a3开挖,并及时施做右侧中台阶初期支护al 1,对掌子面进行变形 监测;
[0066] S24,左侧下台阶a4滞后上台阶al为35m开挖,左侧下台阶a4台阶高度4m左右,并及 时施做左侧下台阶初期支护al2,对掌子面进行变形监测;
[0067] S25,右侧下台阶a5滞后左侧下台阶a4为15m开挖,并及时施做右侧下台阶初期支 护al 3,对掌子面进行变形监测。
[0068] 在S21-S25中,应在初期支护喷射混凝土强度不低于设计强度的70%时进行下一 部分的开挖。
[0069] S3,滞后于初次支护闭合后5.5m浇注二衬仰拱;S31,浇筑左侧二衬仰拱a6,对掌子 面进行变形监测;
[0070] S31,左侧二衬仰拱a6滞后于右侧下台阶a5为12.5m进行浇筑,对掌子面进行变形 监测;
[0071] S32,右侧二衬仰拱a7滞后于左侧仰拱12.5m浇筑,对掌子面进行变形监测。
[0072] S4,滞后二衬仰拱20m浇注二次衬砌其他部分a8;
[0073] S41,使二次衬砌其他部分和二衬仰拱闭合。
[0074] 在隧道施工过程中,挖掘隧道的径向尺寸要大于实际需要的尺寸,初期支护和二 次衬砌其他部分a8间预变形量al4,预留120mm的变形量,在将初期支护施工完成后,隧道完 成变形,最后进行二次衬砌,对掌子面进行变形监测。
[0075] 以上在对对掌子面进行变形监测中,采用滑动千分尺或激光扫描仪持续不断地对 掌子面进行挤出变形监测,允许值控制在3mm/d,目的在于监控掌子面开挖变形特征,当超 过允许值时,对掌子面进行注浆、锚杆、支撑等支护措施。
[0076] 优化的,所述超前支护为φ UX4mm超前小导管,长4.5m,确保开挖和支护的安 全,所述初期支护&9、&10、&11、&12、&13为12213钢支撑加卬25中空锚杆,并喷射28〇111111钢纤 维混凝土。钢架纵向间距与衬砌类型相关,钢支撑纵向间距为0.8m〜1.0m;锚杆纵向间距 0.8〜I. Om。所述二次衬砌为C40钢筋混凝土,二次衬砌其他部分厚度为650mm,为充分发挥 围岩自承作用,容许初期支护与围岩有一定的变形,结合实际埋置深度、施工方法和支护情 况,初支与二衬间预留120mm变形量al4,防止二衬发生侵限情况;
[0077] 实施例二,
[0078] 其和实施例一的区别在于:
[0079] 如图5、图6、图7、图9所示,采用移动支护装置1对掌子面进行超前加固。
[0080] 所述移动支护装置1包括底座11和液压输出组件12,所述液压输出组件12安装在 所述底座11上;所述液压输出组件12有多个;每个所述液压输出组件12的输出端均设有承 压板121,所述液压输出组件12的输出端垂直于所述承压板121。
[0081] 如图7所示,所述液压输出组件12包括支撑液压缸122和调向液压缸123,所述调向 液压缸123控制所述支撑液压缸122摆动;所述支撑液压缸122—端和所述底座11铰接,所述 支撑液压缸122另一端和所述承压板121的板面铰接,所述调向液压缸123—端铰接在所述 支撑液压缸122上,所述调向液压缸123另一端和所述底座11铰接。
[0082] 如图8所示,所述底座11上设有转动底板111,所述转动底板111的转动轴垂直于所 述转动底板111的板面,所述支撑液压缸122和所述调向液压缸123均铰接安装在所述转动 底板111的板面上,转动底板111和底座11之间的连接通过轴承连接,转动底板111可以采取 被动转向方式,也可以采取主动转向方式,采用主动转向方式时,需要配置电气驱动对其进 行转动方向的调节。转动底板11使得移动装置可以适应更多的角度调节范围。
[0083] 传统的隧道在机械施工时都会有台架,本发明中的底座和台架可以等同,可以将 台架替换,也可以直接在现有台架上进行液压输出组件12的安装。
[0084] 液压输出组件12除了固定在底座11靠近掌子面的一侧上以外,还可以固定座11面 对隧道拱腰的一侧,但是在拱腰侧的液压输出组件上的承压板121仍然和掌子面配合,使得 本装置可以支撑掌子面的面积增大。
[0085] 本专利建议采用三维激光扫描变形测量技术进行监控,该技术利用激光双程走时 测距原理,通过测量隧道掌子面大量的点的三维坐标信息,可快速得到掌子面的三维(点、 线、面)空间信息,同过前后两次的比较,即可获得整个掌子面的变形量和变形形态。相对于 传统的单点测量,三维激光扫描变形测量技术从单点测量进化到面测量,可快速地、大量地 获得掌子面的变形信息。
[0086] 测量步骤:
[0087] 1、将三维激光扫描仪架设在基准点上,调平,测量仪器高;
[0088] 2、照准靶点,输入靶点三维坐标;
[0089] 3、设置测量范围,启动扫描测量;
[0090] 4、测量完毕后,读取数据文件;
[0091] 5、对截取掌子面范围,对前后两次掌子面数据进行处理,获得变形数据;
[0092] 6、输入控制指标和允许测点变形大于控制指标的百分比,分析变形情况和报警情 况。

Claims (10)

1. 一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法, Sl,超前支护; 52, 开挖台阶及进行初期支护; 53, 浇注二衬仰拱; S4,浇注二次衬砌其他部分; 其特征在于: 所述S2中,开挖的台阶不留核心土; 对掌子面进行变形监测,当掌子面的变形超标时,对隧道掌子面进行超前加固或临时 支护。
2. 根据权利要求1所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于: 在所述Sl中,进行超前支护的具体步骤为: SI 1,循环开挖进尺前,清理掌子面并标记开挖和爆破的轮廓线,并在上一循环钢拱架 基础上进行超前支护施工。
3. 根据权利要求1所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于: 在所述S2中,进行开挖台阶及进行初期支护的具体步骤为: S21,上台阶开挖,爆破开挖完成后及时施做上台阶初期支护,对掌子面进行变形监测; 522, 左侧中台阶开挖,并及时施做左侧中台阶初期支护,对掌子面进行变形监测; 523, 右侧中台阶开挖,并及时施做右侧中台阶初期支护,对掌子面进行变形监测; 524, 左侧下台阶开挖,并及时施做左侧下台阶初期支护,对掌子面进行变形监测; 525, 右侧下台阶开挖,并及时施做右侧下台阶初期支护,对掌子面进行变形监测。
4. 根据权利要求1所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于: 在所述S3中,进行浇注二衬仰拱的具体步骤为: S31,浇筑左侧二衬仰拱; S32,浇筑右侧二衬仰拱。
5. 根据权利要求1所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于: 在所述S4中,进行浇注二次衬砌其他部分的具体步骤为: S41,使二次衬砌其他部分和二衬仰拱闭合。
6. 根据权利要求1所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于:在 所述S2的爆破开挖过程中,掏槽为楔形掏槽方式,炮孔采用小直径药卷不耦合装药结构。
7. 根据权利要求1所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于:采 用移动支护装置(1)对掌子面进行临时加固。
8. 根据权利要求6所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于:所 述移动支护装置(1)包括底座(11)和液压输出组件(12),所述液压输出组件(12)安装在所 述底座(11)上; 所述液压输出组件(12)有多个; 每个所述液压输出组件(12)的输出端均设有承压板(121),所述液压输出组件(12)的 输出端垂直于所述承压板(121)。
9. 根据权利要求8所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于: 所述液压输出组件(12)包括支撑液压缸(122)和调向液压缸(123),所述调向液压缸 (123)控制所述支撑液压缸(122)摆动; 所述支撑液压缸(122) —端和所述底座(11)铰接,所述支撑液压缸(122)另一端和所述 承压板(121)的板面铰接,所述调向液压缸(123) —端铰接在所述支撑液压缸(122)上,所述 调向液压缸(123)另一端和所述底座(11)铰接。
10.根据权利要求9所述的一种IV级围岩超大断面三台阶五步施工方法,其特征在于: 所述底座(11)上设有转动底板(111),所述转动底板(111)的转动轴垂直于所述转动底板 (111)的板面,所述支撑液压缸(122)和所述调向液压缸(123)均铰接安装在所述转动底板 (111)的板面上。
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