CN107905814B - 大跨度黄土隧道上台阶cd施工方法 - Google Patents

大跨度黄土隧道上台阶cd施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及隧道施工领域，具体是涉及一种大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法。本方法能保证施工安全，工程质量，且各步序施工相互干扰小，施工进度快。本发明采用的施工方法步骤为1）先行导左侧洞拱部开挖；2）先导核心土开挖；3）后行导右侧洞拱部开挖；4）后行导洞核心土开挖；5）先行导洞边墙开挖；6）后行导洞边墙开挖；7）仰拱开挖。

Description

大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体是涉及一种大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，公路交通流量的增长速度越来越快，国内修建的大跨度黄土隧道越来越多。由于大跨度黄土隧道的施工方法以及支护技术研究还不完善，也没有统一的标准可供参考。
目前，大跨度黄土隧道的施工方法主要借鉴大跨度石质隧道、大断面铁路黄土隧道、双车道黄土隧道的施工经验，采用双侧壁导坑法、交叉中隔壁法、单侧壁导坑法、弧形导坑预留核心土法、三台阶七步开挖法等施工方法进行施工。然而，由于黄土结构特殊，不同地区黄土的物理力学特性、强度特性、变形特性、构造特征差别较大，在黄土地区修建大跨度隧道过程中，以上施工方法因其施工造价、施工进度和施工安全相互制约，很难同时满足施工进度和施工安全的要求，实际施工过程中往往是以牺牲施工进度来保证施工安全，严重影响了工程进度，同时也造成了巨大的经济损失，如何采取恰当的施工方法和支护技术，安全、经济、快速地完成大跨度黄土隧道的开挖与支护，将成为隧道界研究的热点和难点问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法，本方法能保证施工安全，工程质量，且各步序施工相互干扰小，施工进度快。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法，其特征在于：所述的方法步骤为：
1)先行导左侧洞拱部开挖：利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50超前小导管，再人力配合挖掘机开挖左侧导洞拱部，开挖高度2.0m左右，满足施工空间，核心土长宽高为2.5×3.5×4.0m，接着施作先行导洞拱部的初期支护和中隔壁临时支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架和I20b临时钢架，在先行导洞拱脚处打设两根Ф50锁脚锚管，安设钢筋网片和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
2)先导核心土开挖：待左侧导洞拱部支护及喷射混凝土完成后，挖掘机开挖左侧导洞核心土，同时进行下一循环左侧导洞拱部开挖；
3)后行导右侧洞拱部开挖：滞后左侧导洞拱部20～25m后，挖掘机开挖右侧导洞拱部，随后人工手持风镐整修表面，施作导洞周边初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在后行导洞拱脚处打设两根Ф50锁脚锚管，安设钢筋网片，喷射C20混凝土至设计厚度；
4)后行导洞核心土开挖：待右侧导洞拱部支护及喷混完成后，挖掘机开挖右侧导洞核心土，同时进行下一循环右侧导洞拱部开挖；
5)先行导洞边墙开挖：滞后左侧导洞拱部35～40m后，挖掘机开挖左侧导洞边墙，随后人工手持风镐整修表面，施作边墙马口初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在先行导洞边墙底部打设两根Ф50锁脚锚管，安设双层钢筋网片和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
6)后行导洞边墙开挖：滞后左侧导洞拱部50～55m后，挖掘机开挖右侧导洞边墙，随后人工手持风镐整修表面，施作边墙马口初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在后行导洞边墙底部打设两根Ф50锁脚锚管，安设双层钢筋网片和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
7)仰拱开挖：根据现场监控量测初期支护变形基本稳定后，人力配合机械拆除中隔壁临时支护，挖掘机开挖仰拱，随后施作仰拱初期支护，然后利用仰拱栈桥灌筑仰拱与边墙基础即可。
所述的钢筋网片为双层。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)隧道施工工作面多，不同开挖面可同时开挖施工、平行作业，能有效缩短开挖循环时间，大大加快了施工速度；
(2)采用超前小导管进行预支护，能够有效控制掌子面前方的先行位移，保证了隧道施工安全；
(3)先行导洞和后行导洞预留小核心土开挖(开挖至隧道最大开挖线)，能够有效控制掌子面挤出位移，确保掌子面稳定；
(4)仅在上台阶分部施工时施作中隔壁临时支护，优化了初期支护结构，减少了施工工序，降低了工程造价，提高了施工效率，缩短了施工工期；
(5)边墙开挖支护回填后，下台阶整体开挖，减少了施工工序，保证了施工质量，提高了施工效率，缩短了工期。
附图说明：
图1为上台阶CD法施工正面二维图；
图2为上台阶CD法施工三维透视图；
图3为上台阶CD法施工工艺图；
图4为上台阶CD法施工工序横断面示意图；
图5上台阶CD法施工工序纵断面示意图；
图6上台阶CD法施工工序平面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明大跨度黄土隧道上台阶CD法将隧道分为先行导洞拱部、先行导洞核心土、后行导洞拱部、后行导洞核心土、先行导洞边墙、后行导洞边墙、仰拱七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开(图1、图2)，平行推进的隧道施工方法。上台阶CD法施工工序主要包含超前支护(超前小导管)、开挖、出渣、支护、变形监测、施作仰拱、仰拱填充等(图3-图6)。
本发明的方法步骤为(参见图3)：
第1步，先行导洞(左侧)拱部开挖：利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50超前小导管，再人力配合挖掘机开挖左侧导洞拱部①部(拱部开挖高度2.0m左右，满足施工空间，核心土长宽高为2.5×3.5×4.0m)，接着施作先行导洞拱部的初期支护和中隔壁临时支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架和I20b临时钢架，在先导拱脚处打设两根Ф50锁脚锚管，安设钢筋网片(双层)和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
第2步，先导核心土开挖：待左侧导洞拱部①部支护及喷混完成后，挖掘机开挖左侧导洞核心土②部，同时进行下一循环左侧导洞拱部①部开挖；
第3步，后行导洞(右侧)拱部开挖：滞后左侧导洞拱部①部20～25m后，挖掘机开挖右侧导洞拱部③部，随后人工手持风镐整修表面，施作导坑周边初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在后行导洞拱脚处打设两根Ф50锁脚锚管，安设钢筋网片(双层)，喷射C20混凝土至设计的厚度；
第4步，后行导洞核心土开挖：待右侧导洞拱部③部支护及喷混完成后，挖掘机开挖右侧导洞核心土④部，同时进行下一循环右侧导洞拱部③部开挖；
第5步，先行导洞边墙开挖：滞后左侧导洞拱部①部35～40m后，挖掘机开挖左侧导洞边墙⑤部，随后人工手持风镐整修表面，施作边墙马口初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在先行导洞边墙底部打设两根Ф50锁脚锚管，安设钢筋网片(双层)和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
第6步，后行导洞边墙开挖：滞后左侧导洞拱部①部50～55m后，挖掘机开挖右侧导洞边墙⑥部，随后人工手持风镐整修表面，施作边墙马口初期支护，即初喷3～4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在后行导洞边墙底部打设两根Ф50锁脚锚管，安设钢筋网片(双层)和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
第7步，仰拱开挖：根据现场监控量测初期支护变形基本稳定后，人力配合机械拆除中隔壁临时支护，挖掘机开挖仰拱，随后施作仰拱初期支护，然后利用仰拱栈桥灌筑仰拱与边墙基础即可。
2施工控制要点：
(1)超前支护
利用上一循环架立的钢架施作隧道超前小导管预支护。超前小导管外插脚及每循环进尺应符合设计要求，小导管尾部必须置于钢架之上，共同构成支护系统。小导管超前支护的施工严格按照小导管施工工艺要求进行。
(2)开挖与支护
①先行导洞、后行导洞上台阶预留核心土环形开挖与支护
开挖严格控制进尺，每循环进尺不得大于1.5m(2榀钢拱架间距)，施工中注意开挖接近轮廓线30cm部位土体采用人工开挖。其中先行导洞上台阶支护钢架连接板应进行包裹，并将螺栓、螺母安放好，螺母放在靠近未开挖土体一侧，人工掏一凹槽，将钢架安放好后，复喷混凝土。
②先行导洞、后行导洞上台阶核心土开挖
采用挖掘机开挖，辅以人工修整，防止挖掘机接触初期支护及临时支护，同时根据现场监控量测结果适当调整核心土尺寸。
③先行导洞、后行导洞下台阶边墙开挖与支护
在上台阶初期支护稳定的条件下，开始交错开挖左右边墙(错开距离15m左右)，施工中注意开挖接近轮廓线30cm部位土体采用人工开挖，左右边墙开挖进尺以能支立三榀钢拱架为准。边墙的钢拱架应与拱部钢拱架上下对正，并用螺栓连接牢固。待边墙初期支护完成后，应及时回填边墙土体确保施工机械正常通行。
④临时支护(中隔壁)拆除
人工配合机械拆除中隔壁临时支护，临时支护一次拆除长度原则上不应超过6m，具体拆除长度根据隧道现场实际施工情况确定。临时支护拆除时，尽量避免扰动隧道拱部围岩，临时支护拆除后，拱顶必须进行补喷或凿除平整，防止刺破防水卷材。
⑤仰拱开挖与支护
待临时支护拆除完成后及时开挖仰拱，仰拱开挖采用全幅施工，开挖完成后及时安装仰拱钢拱架并喷射混凝土达到设计厚度，使初期支护及时封闭成环。
3施工注意事项：
(1)严格控制施工步距，循环流水作业。
(2)钢拱架分段连接处经螺栓拼接后，骑缝处应进行焊接。
(3)I20b钢拱架与I25a钢拱架连接处型钢钢架直接与钢垫板焊接。
(4)钢拱架两榀之间用Φ22钢筋连接。除一般情况下按图布设外，可视拱架的稳定情况加设交叉连接筋。
(5)拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，安装后提高整体受力，槽钢安装时进行人工夯实和加垫块进行补强措施。
(6)上台阶中隔壁基础必须进行反压回填，或进行掏槽安装中隔壁拱架，确保临时支护稳定。
(7)所有焊缝都应焊接饱满，不得有虚焊、砂眼。
(8)钢拱架与开挖轮廓间所有间隙必须喷混凝土充填密实，先喷拱架与轮廓之间隙，再喷拱架周围，然后喷拱架之间。
(9)在拱脚增设两个锁脚Ф50注浆小导管，每根长5m和水平成30度夹角，导管尾端和工字钢腹板焊接牢固。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法，其特征在于：所述的方法步骤为：
1）先行导洞拱部开挖：利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50mm超前小导管，再人力配合挖掘机开挖先行导洞拱部，开挖高度2.0m左右，满足施工空间，核心土长宽高为2.5×3.5×4.0m，接着施作先行导洞拱部的初期支护和中隔壁临时支护，即初喷3~4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架和I20b临时钢架，在先行导洞拱脚处打设两根Ф50mm锁脚锚管，安设钢筋网片和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
2）先行导洞核心土开挖：待先行导洞拱部支护及喷射混凝土完成后，挖掘机开挖先行导洞核心土，同时进行下一循环先行导洞拱部开挖；
3）后行导洞拱部开挖：滞后先行导洞拱部20~25m后，挖掘机开挖后行导洞拱部，随后人工手持风镐整修表面，施作后行导洞周边初期支护，即初喷3~4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在后行导洞拱脚处打设两根Ф50mm锁脚锚管，安设钢筋网片，喷射C20混凝土至设计厚度；
4）后行导洞核心土开挖：待后行导洞拱部支护及喷射混凝土完成后，挖掘机开挖后行导洞核心土，同时进行下一循环后行导洞拱部开挖；
5）先行导洞边墙开挖：滞后先行导洞拱部35~40m后，挖掘机开挖先行导洞边墙，随后人工手持风镐整修表面，施作边墙马口初期支护，即初喷3~4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在先行导洞边墙底部打设两根Ф50mm锁脚锚管，安设双层钢筋网片和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
6）后行导洞边墙开挖：滞后先行导洞拱部50~55m后，挖掘机开挖后行导洞边墙，随后人工手持风镐整修表面，施作边墙马口初期支护，即初喷3~4cm厚混凝土，拱脚处设置纵向U30a槽钢托梁，架立I25a型钢钢架，在后行导洞边墙底部打设两根Ф50mm锁脚锚管，安设双层钢筋网片和纵向连接钢筋，喷射C20混凝土至设计的厚度；
7）仰拱开挖：根据现场监控量测初期支护变形基本稳定后，人力配合机械拆除中隔壁临时支护，挖掘机开挖仰拱，随后施作仰拱初期支护，然后利用仰拱栈桥灌筑仰拱与边墙基础即可。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度黄土隧道上台阶CD施工方法，其特征在于：步骤1）和步骤3）中的钢筋网片为双层。
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