CN108150176A - 一种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法 - Google Patents

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陈建勋
陈丽俊
罗彦斌
李博
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    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries

Abstract

本发明属于隧道工程技术领域,具体涉及一种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法。所述方法分别指定相应的隧道开挖方法,具体为:当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为Ⅰ级围岩和/或Ⅱ级围岩时,采用全断面法开挖;当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为Ⅲ级围岩时,采用两台阶法或三台阶法开挖;当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为Ⅳ级围岩时,Ⅳ级围岩深埋段采用上台阶CD法开挖;Ⅳ级围岩浅埋段采用CD法开挖;当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为Ⅴ级围岩时,浅埋段和深埋段均采用CRD法开挖,且Ⅴ级围岩浅埋洞口段采用双侧壁导坑法开挖。本发明所述方法能够确保超大跨度公路隧道的施工进度、施工安全性和经济性。

Description

一种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法
技术领域
[0001] 本发明属于隧道工程技术领域,具体涉及一种不同围岩级别超大跨度公路隧道的 开挖方法。
背景技术
[0002] 超大跨度公路隧道通常指单洞四车道公路隧道或开挖跨度不小于18m的公路隧 道。相比单洞两车道和三车道公路隧道,超大跨度公路隧道具有扁平、大跨和薄拱等特点, 开挖时极易发生围岩失稳和隧道衬砌开裂与破坏等问题,严重影响施工安全和进度,而且 工程造价也大大增加。因此,选择合理的开挖方法对于确保超大跨度公路隧道的施工进度、 施工安全性和经济性极为重要。
[0003] 据不完全统计,目前国内外在建和已建成的超大跨度隧道仅有49座。而现行公路 隧道施工技术规范也尚无超大跨度隧道的开挖方法可供参考。随着我国超大跨度公路隧道 建设需求量的不断增加,急需制定出一套针对不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方 法,以供设计和施工参考。
发明内容
[0004] 针对上述技术问题,本发明提供针对不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方 法,确保超大跨度公路隧道的施工进度、施工安全性和经济性。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006] —种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法,所述方法用于超大跨度公路隧 道的开挖,针对超大跨度公路隧道不同围岩级别,分别指定相应的隧道开挖方法,具体为:
[0007] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为I级围岩或Π级围岩时,采用全断面法开 挖;围岩级别为I级围岩或Π级围岩时,围岩具有足够的自稳能力,采用全断面法开挖即可 保证隧道安全,而且施工进度最快。
[0008] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为m级围岩时,采用两台阶法或三台阶法开 挖;围岩级别为m级围岩时,一定围岩自稳性较好,但采用全断面法开挖过于冒险,此时采 用两台阶法和三台阶法有利于开挖面的稳定性,尤其是上部开挖支护后,下部作业则较为 安全。
[0009] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为IV级围岩时,IV级围岩深埋段采用上台阶 CD法开挖;IV级围岩浅埋段采用CD法开挖;当超大跨度隧道位于IV级围岩浅埋段时,围岩自 稳性较差,采用两台阶法或三台阶法难以有效控制隧道沉降,此时采用CD法可将大跨度变 为小跨度,有效控制隧道沉降。当超大跨度隧道位于IV级围岩深埋段时,围岩条件较浅埋段 要好,此时采用上台阶CD法开挖,可在有效控制隧道沉降的同时,提高施工进度。
[0010] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为V级围岩时,V级围岩浅埋段和V级围岩 深埋段均采用CRD法开挖,V级围岩洞口浅埋段采用双侧壁导坑法开挖。当超大跨度隧道位 于V级围岩浅埋段和V级围岩深埋段时,围岩条件较IV级围岩要差,此时可在CD法开挖方 法的基础上加设临时仰拱,即所谓的CRD法,确保隧道施工过程中围岩的稳定性。当超大跨 度隧道位于V级围岩洞口浅埋段时,围岩条件往往最差,CD法或CRD法无法满足隧道变形控 制要求,此时需采用双侧壁导坑法开挖,即将大跨度分成3个小块进行隧道开挖。
[0011] 进一步地,所述超大跨度公路隧道为单洞四车道公路隧道或开挖跨度不小于18m 的公路隧道。
[0012] 进一步地,所述I级围岩、Π级围岩、ΙΠ级围岩、IV级围岩和V级围岩按照《公路隧 道设计规范》(JTG_D70-2004)的围岩级别划分标准进行划分。
[0013] 本发明的有益技术效果:
[0014] 本发明所述方法提供了针对不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法,避免了 现行隧道施工技术规范尚无超大跨度公路隧道相应的开挖方法给隧道施工带来的困扰;可 为我国超大跨度公路隧道施工规范和标准的制定提供依据;可以确保超大跨度公路隧道的 施工进度、施工安全性和经济性。
附图说明
[0015] 图1为全断面施工工序示意图;
[0016] 图2为三台阶法施工工序示意图;
[0017] 图3为上台阶⑶法施工工序示意图;
[0018] 图4为⑶法施工工序示意图;
[0019] 图5为CRD法施工工序示意图;
[0020] 图6为双侧壁导坑法施工工序示意图;
[0021] 附图标记:
[0022] 1.全断面开挖;2.初期支护;3.二次衬砌;2-1.上台阶;2-2.上台阶初期支护;2-3. 中台阶;2-4.中台阶初期支护;2-5.下台阶;2-6.下台阶初期支护;2-7.隧道铺底混凝土; 2-8.拱墙二次衬砌;3_1.先行导坑;3_2.先行导坑初期支护;3_3.中隔壁临时支护;3_4.后行 导坑;3-5.后行导坑初期支护;3-6.侧壁下台阶;3-7.侧壁下台阶初期支护;3-8.下台阶核 心土; 3-9.下台阶核心土初期支护;3-10.仰拱及拱墙二次衬砌;4-1.先行导坑上台阶;4-2. 先行导坑上台阶初期支护;4-3.上台阶中隔壁临时支护;4-4.先行导坑下台阶;4-5.先行导 坑下台阶初期支护;4-6.下台阶中隔壁临时支护;4-7.后行导坑上台阶;4-8.后行导坑上台 阶初期支护;4-9.后行导坑下台阶;4-10.后行导坑下台阶初期支护;5-1.先行导坑上台阶 临时仰拱;5-2.后行导坑下台阶临时仰拱。
具体实施方式
[0023] 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描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0024] 相反,本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法以及方案。进一步,为了使公众对本发明有更好的了解,在下文对本发明的细 节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的 描述也可以完全理解本发明。
[0025] 实施例I
[0026] —种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法,所述方法用于超大跨度公路隧 道的开挖,针对超大跨度公路隧道不同围岩级别,分别指定相应的隧道开挖方法,具体为:
[0027] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为I级围岩或Π级围岩时,采用全断面法开 挖;
[0028] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为m级围岩时,采用两台阶法或三台阶法开 挖;
[0029] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为IV级围岩时,IV级围岩深埋段采用上台阶 ⑶法开挖;IV级围岩浅埋段采用⑶法开挖;
[0030] 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为V级围岩时,V级围岩浅埋段和V级围岩 深埋段均采用CRD法开挖,V级围岩洞口浅埋段采用双侧壁导坑法开挖。
[0031] 其中,上台阶CD法兼具传统CD法与台阶法各自的优点:一方面能够减小隧道跨度, 有效控制拱部沉降,另一方面能够减少对围岩的扰动,加快成环施工的速度,适用于IV级围 岩深埋段超大跨度隧道的开挖。
[0032] 所述超大跨度公路隧道为单洞四车道公路隧道或开挖跨度不小于18m的公路隧 道。
[0033] 所述I级围岩、π级围岩、m级围岩、IV级围岩和V级围岩按照《公路隧道设计规 范》(JTG_D70-2004)的围岩级别划分标准进行划分。
[0034] 下面结合附图,分别对不同围岩级别超大跨度隧道的开挖方法进行说明。
[0035] 当隧道围岩级别为I级或Π级时,围岩具有足够的自稳能力,采用全断面法进行开 挖,全断面法工序示意如图1所示,首先全断面一次钻孔,并进行装药连线,使一次爆破成 形,实现全断面开挖1,然后开始下一个钻爆作业循环,同时施作初期支护2,在敷设防水隔 离层后,进行二次衬砌3的施作。对于I级或Π级围岩,采用全断面法开挖,可减少开挖对围 岩的扰动次数,同时具有较大的作业空间,有利于大型配套机械化作业,施工进度最快。
[0036] 当围岩级别为m级时,围岩较好,采用两台阶法或三台阶法开挖,将开挖断面分成 两步或三步开挖。以三台阶法施工为例,如图2所示,具体施工顺序如下:①开挖上台阶2-1; ②施工上台阶初期支护2-2;③开挖中台阶2-3;④施工中台阶初期支护2-4;⑤开挖下台阶 2-5;⑥施工下台阶初期支护2-6;⑦隧道铺底混凝土 2-7;⑧施作拱墙二次衬砌2-8。
[0037] 当围岩级别为IV级,且为深埋时,采用上台阶CD法进行开挖,如图3所示,先施作超 前支护,然后将开挖围岩分为上下两部分,上台阶采用CD法开挖,开挖完一侧应及时施作锚 喷支护、安设钢架,施作中隔壁,之后再开挖中隔墙的另一侧,施作锚喷支护、安装钢架。上 半部分初支完成后,将下半部分围岩分为左、中、右三部分采用环形开挖,左右两侧开挖完 成且施作初期支护后,拆除临时支护,开挖中间部分核心土,待围岩变形稳定后立即施作二 次衬砌。具体施工顺序如下:①开挖先行导坑3-1;②施工先行导坑初期支护3-2,施作中隔 壁临时支护3-3;③开挖后行导坑3-4;④施工后行导坑初期支护3-5;⑤开挖侧壁下台阶3-6;⑥施工侧壁下台阶初期支护3-7;⑦拆除中隔壁临时支护3-3;⑧开挖下台阶核心土 3-8; ⑨施工下台阶核心土初期支护3-9;⑩施作仰拱及拱墙二次衬砌3-10。上台阶CD法具有传统 CD法与台阶法各自的优点,一方面能够减小隧道跨度,有效控制拱部沉降,另一方面能够减 少对围岩的扰动,加快成环施工的速度。
[0038] 当围岩级别为IV级,且为浅埋时,采用CD法进行开挖,如图4所示。CD法以台阶法为 基础,先施作超前支护,然后沿中隔壁一侧自上而下分为2〜3个台阶,每开挖一步均及时施 作锚喷支护、安设钢架,施作中隔壁,中隔壁墙依次分步联结而成;下台阶底部施作初期支 护仰拱,之后再开挖中隔墙的另一侧,其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。待整个 开挖面支护成环且围岩变形稳定后拆除临时支护,立即施作二次衬砌。具体施工顺序如下: ①开挖先行导坑上台阶4-1;②施工先行导坑上台阶初期支护4-2,施作上台阶中隔壁临时 支护4-3;③开挖先行导坑下台阶4-4;④施工先行导坑下台阶初期支护4-5,施作下台阶中 隔壁临时支护4-6;⑤开挖后行导坑上台阶4-7;⑥施工后行导坑上台阶初期支护4-8;⑦开 挖后行导坑下台阶4-9;⑧施工后行导坑下台阶初期支护4-10;⑨拆除上台阶中隔壁临时支 护4-3和下台阶中隔壁临时支护4-6;⑩施作仰拱及拱墙二次衬砌3-10。
[0039] 当围岩级别为V级、位于一般浅埋或深埋段,S卩非浅埋洞口段时,采用CRD法开挖, 如图5所示。CRD法以CD法为基础,先施作超前支护,然后将隧道分侧分层进行开挖,分部封 闭成环。每开挖一部均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱;待整 个开挖面支护成环且围岩变形稳定后拆除临时支护,立即施作二次衬砌。具体施工顺序如 下:①开挖先行导坑上台阶4-1;②施工先行导坑上台阶初期支护4-2,施作上台阶中隔壁临 时支护4-3和先行导坑上台阶临时仰拱5-1;③开挖先行导坑下台阶4-4;④施工先行导坑下 台阶初期支护4-5;施作下台阶中隔壁临时支护4-6;⑤开挖后行导坑上台阶4-7;⑥施工后 行导坑上台阶初期支护4-8,施作后行导坑下台阶临时仰拱5-2;⑦开挖后行导坑下台阶4-9;⑧施工后行导坑下台阶初期支护4-10;⑨拆除上台阶中隔壁临时支护4-3和下台阶中隔 壁临时支护4-6;⑩施作仰拱及拱墙二次衬砌3-10。
[0040] 当围岩级别为V级、且位于浅埋洞口段时,采用双侧壁导坑法开挖,如图6所示。该 方法将大跨度隧道分成小跨度隧道,先开挖隧道两侧的导坑,并及时施作初期支护,再分部 开挖剩余部分,待整个开挖面支护成环且围岩变形稳定后拆除临时支护,立即施作二次衬 砌。具体施工顺序如下:①开挖先行导坑上台阶;②施工先行导坑上台阶初期支护,施作先 行导坑上台阶侧壁临时支护,必要时设先行导坑上台阶临时仰拱;③开挖先行导坑下台阶; ④施工先行导坑下台阶初期支护,施作先行导坑下台阶侧壁临时支护;⑤开挖后行导坑上 台阶;⑥施工后行导坑上台阶初期支护,施作后行导坑上台阶侧壁临时支护,必要时设后行 导坑上台阶临时仰拱;⑦开挖后行导坑下台阶;⑧施工后行导坑下台阶初期支护,施作后行 导坑下台阶侧壁临时支护;⑨开挖中洞上台阶拱部预留核心土;⑩施工中洞拱部预留核心 土初期支护;@开挖中洞中台阶预留核心土和中洞下台阶预留核心土; @施工中洞仰拱初 期支护;⑬拆除所有临时支护;⑭施作仰拱及拱墙二次衬砌。

Claims (2)

1. 一种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法,其特征在于,所述方法用于超大 跨度公路隧道的开挖,针对超大跨度公路隧道不同围岩级别,分别指定相应的隧道开挖方 法,具体为: 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为I级围岩或Π级围岩时,采用全断面法开挖; 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为m级围岩时,采用两台阶法或三台阶法开挖; 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为IV级围岩时,IV级围岩深埋段采用上台阶CD法 开挖;IV级围岩浅埋段采用CD法开挖; 当所述超大跨度公路隧道的围岩级别为V级围岩时,V级围岩浅埋段和V级围岩深埋 段均采用CRD法开挖,V级围岩洞口浅埋段采用双侧壁导坑法开挖。
2. 根据权利要求1所述一种不同围岩级别超大跨度公路隧道的开挖方法,其特征在于, 所述超大跨度公路隧道为单洞四车道公路隧道或开挖跨度不小于18m的公路隧道。
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