CN108266193A - Ⅳ、ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，包括前期准备阶段、掘进阶段和后期施工阶段，前期准备阶段包括施工准备步骤、测量放样步骤、超前地质钻探预报步骤、信息采集步骤、建模及模拟步骤、以及管棚超前支护步骤，掘进阶段包括挖掘步骤、初期支护步骤、仰拱施工步骤和加固步骤，后期施工阶段包括隧道养护步骤，通过测量放样步骤所得的测量放样参数、信息采集步骤所得的围岩地质信息及隧道施工参数，采用建筑信息模型方法进行隧道施工整体模型搭建，基于所搭建的隧道施工整体模型模拟所述掘进阶段的施工参数，并对施工参数进行优化，以得到优化模拟施工参数；挖掘步骤、初期支护步骤、仰拱施工步骤和所述加固步骤基于优化模拟施工参数执行。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体地，涉及一种Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法。
背景技术
在隧道施工过程中，以往只有硬岩(Ⅱ、Ⅲ级)围岩隧道才能使用全断面隧道施工方法进行施工，软弱围岩(Ⅳ级、Ⅴ级)目前还没有采取全断面隧道施工方法。软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩。软弱围岩岩体破碎松散、粘结力差，一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩，由于结构破碎松散，岩体间的粘结力差，开挖洞室后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，这类岩体极不稳定，尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶；围岩强度低、遇水易软化(一般以页岩、泥岩、片岩、炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化)，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形，造成洞室内挤；岩体结构面软弱、易滑塌(主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结强度较低，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象)。基于软弱围岩的地质特点，目前，在进行软弱围岩的隧道挖掘过程中一般采取三台阶七步流水作业法、两台阶法、CD法(中隔壁法，Center Diaphragm)、 CRD法(交叉中隔壁法，Cross Diaphragm)、环形开挖预留核心土法等施工方法来完成，上述的几种隧道施工方法，均是采用分断面或分工序作业完成施工的过程，而且在施工过程中，很多的施工工序都没有进行优化管理，造成施工环节混乱，很难提高施工效率，因此急需一种结合了信息化、机械化的科学有效的施工方法来提高软弱围岩隧道的施工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，该施工方法能够提高Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的施工效率、节省管理成本。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，该施工方法包括前期准备阶段、掘进阶段和后期施工阶段，所述前期准备阶段包括施工准备步骤、测量放样步骤、超前地质钻探预报步骤、信息采集步骤、建模及模拟步骤、以及管棚超前支护步骤，所述掘进阶段包括挖掘步骤、初期支护步骤、仰拱施工步骤和加固步骤，所述后期施工阶段包括隧道养护步骤，其特征在于，所述测量放样步骤包括：根据隧道施工参数采用摄影全站仪进行实地测量放样，获得测量放样参数；所述信息采集步骤包括：采用全电脑三臂凿岩台车执行围岩地质信息采集，获得围岩地质信息；所述建模及模拟步骤包括：根据所述测量放样参数、所述围岩地质信息以及所述隧道施工参数采用建筑信息模型方法进行隧道施工整体模型搭建，基于所搭建的隧道施工整体模型模拟所述掘进阶段的施工参数，并对所述施工参数进行优化，以得到优化模拟施工参数；所述挖掘步骤、所述初期支护步骤、所述仰拱施工步骤和所述加固步骤基于所述优化模拟施工参数执行。
优选地，所述挖掘步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，在实际施工面上使用全电脑三臂凿岩台车根据全断面开挖法挖掘形成第一隧道段；所述初期支护步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，使用湿喷机械手对所述第一隧道段的洞壁初喷混凝土，在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构，并在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土以形成初期支护；所述仰拱施工步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，在所述第一隧道段内通过搭建可移动仰拱栈桥完成仰拱施工，并使所述仰供与所述初期支护封闭成环；以及所述加固步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，使用液压二衬台车在所述第一隧道段内进行二衬施工，以对所述第一隧道段进行加固。
优选地，所述第一隧道段的每个挖掘循环的挖掘深度为1.1-2.2米。
优选地，所述全断面开挖法包括以下步骤：根据所述优化模拟施工参数在所述施工面上钻孔；以及向钻出的孔内填装炸药后引爆炸药，以形成所述第一隧道段。
优选地，所述支护结构包括：锚杆；钢筋网；以及钢拱架或钢格栅。
优选地，在所述初期支护步骤中，所述在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构包括：在所述第一隧道段的洞壁上按照指定间隙垂直所述洞壁打入多个锚杆；在所述第一隧道段的洞壁上铺设多段钢筋网；以及在所述多段钢筋网之间按照指定距离设置钢拱架或钢格栅，使得所述钢拱架或钢格栅与所述锚杆以及所述钢筋网固定连接。
优选地，在所述初期支护步骤中，所述在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土包括：在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土，直至混凝土喷射厚度达到第一预设厚度，所述第一预设厚度为15-20厘米。
优选地，在所述仰拱施工步骤中，所述在所述第一隧道段内完成仰拱施工包括：根据所述优化模拟施工参数进行所述第一隧道段的仰拱基底开挖，以形成弧形基底面；清除所述弧形基底面上的杂物，并在所述弧形基底面上喷射混凝土；沿所述第一隧道段的挖掘方向在所述弧形基底面的两端架设栈桥；在所述弧形基底面上铺设与所述弧形基底面形状相契合的仰拱钢筋网；在所述仰拱钢筋网上拼接铺设仰拱弧模，使得所述仰拱弧模与所述仰拱钢筋网形状契合；以及在所述仰拱弧模上进行混凝土浇筑以完成仰拱填充。
优选地，在所述加固步骤中，所述在所述第一隧道段内进行二衬施工包括：清理仰拱施工后的第一隧道段的洞壁；在所述第一隧道段的洞壁上铺设与所述洞壁形状契合的多段二衬钢筋网片，并在所述多段二衬钢筋网片之间搭建二衬钢拱架将所述多段二衬钢筋网片进行连接；使用模筑台车对所述第一隧道段的洞壁浇注混凝土以形成二衬洞壁；在所述二衬洞壁凝固之后撤出所述模筑台车；以及采用全封闭免洒水或喷淋保湿养护对所述二衬洞壁进行养护操作。
优选地，所述施工方法还包括：第一隧道段侧沟施工步骤；中心水沟施工步骤；防水盲管、排水软管和防水板的预埋安装步骤；电路布置步骤；以及照明布置步骤。
本发明提供的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法在实际应用中，首先采用摄影全站仪和全电脑三臂凿岩台车完成前期的信息采集，根据所述摄影全站仪、所述全电脑三臂凿岩台车和隧道施工参数采用建筑信息模型方法进行隧道施工整体模型搭建，然后在所述隧道施工整体模型上模拟所述掘进阶段的施工参数，并对所述施工参数进行优化，以得到优化模拟施工参数，为后续实际施工提供理想的施工参数，与现有技术相比，本发明提供的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法在施工开始之前，采用建筑信息模型方法完成隧道施工整体模型搭建并通过先期在已经搭建的隧道施工整体模型上模拟整个隧道的施工工序，这样能够更好的预判实际施工中遇到的问题并为后续实际施工提供充足的技术资料，使得工作人员能够提前了解到实际施工中可能遇到问题，促使工作人员在实际施工开始前找到解决问题的方案，从而提高整个Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的施工效率和施工安全性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供一种Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，该施工方法包括前期准备阶段、掘进阶段和后期施工阶段，所述前期准备阶段包括施工准备步骤、测量放样步骤、超前地质钻探预报步骤、信息采集步骤、建模及模拟步骤、以及管棚超前支护步骤，所述掘进阶段包括挖掘步骤、初期支护步骤、仰拱施工步骤和加固步骤，所述后期施工阶段包括隧道养护步骤，其特征在于，所述测量放样步骤包括：根据隧道施工参数采用摄影全站仪进行实地测量放样，获得测量放样参数；所述信息采集步骤包括：采用全电脑三臂凿岩台车执行围岩地质信息采集，获得围岩地质信息；所述建模及模拟步骤包括：根据所述测量放样参数、所述围岩地质信息以及所述隧道施工参数采用建筑信息模型方法进行隧道施工整体模型搭建，基于所搭建的隧道施工整体模型模拟所述掘进阶段的施工参数，并对所述施工参数进行优化，以得到优化模拟施工参数；所述挖掘步骤、所述初期支护步骤、所述仰拱施工步骤和所述加固步骤基于所述优化模拟施工参数执行。
在一种实施方式中，在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩的前期准备阶段，使用 BTS-9402C摄影全站仪完成测量放样步骤得到测量放样参数。在进行超前地质钻探预报步骤的钻探孔打孔时，优选地，使用全电脑三臂凿岩台车进行钻探孔加工，再使用全电脑三臂凿岩台车在施工面上完成钻探孔。在使用全电脑三臂凿岩台车进行快速超前地质钻探预报步骤后，不仅获得了掌子面前方及其周边的围岩地质信息，并能够超前预报生成WMD(加权均数差，Weighted Mean Difference)地质云图，通过WMD地质云图可以更加直观的了解到隧道施工过程中的围岩地质信息。在完成测量放样步骤和超前地质钻探预报步骤后，结合测量放样步骤所得的测量放样参数、超前地质钻探预报步骤获得围岩地质信息、以及隧道施工参数，采用BIM(建筑信息模型， Building Information Modeling)技术进行隧道施工整体模型的搭建和模拟，可以搭建施工隧道整体模型，也可以对施工中各工序或步骤分别进行模型搭建和模拟，例如，施工场地及布置模型搭建、地形(地质)模型搭建、隧道整体模型搭建、各种衬砌类型不同断面三维信息模型搭建、以及隧道排水工程、通信管线工程、电力管线工程、接地工程、轨道铺设等模型的搭建。采用搭建模型的方法，在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的挖掘施工之前，通过测量放样参数、围岩地质信息和隧道施工参数，将Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的设计图纸由平面的内容转化为立体直观的模型，通过模型搭建，能够构建起更为直观的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道立体模型结构，通过可视化的技术交底让现场技术人员、施工人员将以往线条式构件形成三维立体实物图形，在查看具体工序或步骤时可以立体动态展现Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道施工中的每一个施工步骤的进度，施工任务也能第一时间传达到终端。BIM技术最大的益处就是将工程建设的全过程进行预演，其进度、质量、安全、成本、能耗等一览无余，所有可能出现的风险都能提前预控、提前解决，大幅提高工程质量和效率、提升施工安全、减低成本和能耗，更加直观的指导施工。
通过BIM技术可提前预估出在规定时间内完成施工所需的设备的数量、各个工序中所需要的备件数量等等，以在24个月之内挖掘10km隧道为例，经过BIM技术可提前预估，需配置12台混凝土湿喷机械手、2台三臂三框拱架安装台车、3台防水板自动铺设及钢筋自动上料布筋一体机、3台全电脑三臂凿岩台车和与之相配套的设备，还需要建3个以上钢结构加工厂，生产隧道施工中所需的钢拱架、小导管、钢筋网片等钢构件，实现隧道施工中的钢构件全部生产“定型产品”化。
在完成隧道整体模型搭建和模拟后，根据优化模拟施工参数进行后续施工。在隧道正式进入挖掘阶段之前，必须进行管棚超前支护步骤，根据优化模拟施工参数在施工面上再次使用全电脑三臂凿岩台车打出支护孔，向支护孔内打入管棚中的钢管以完成管棚超前支护步骤，为后续Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的全断面掘进创造条件。
在完成管棚超前支护步骤后，整个施工进入挖掘阶段，采用全断面开挖法进行挖掘。优选地，所述挖掘步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，在实际施工面上使用全电脑三臂凿岩台车根据全断面开挖法挖掘形成第一隧道段；所述初期支护步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，使用湿喷机械手对所述第一隧道段的洞壁初喷混凝土，在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构，并在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土以形成初期支护；所述仰拱施工步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，在所述第一隧道段内通过搭建可移动仰拱栈桥完成仰拱施工，并使所述仰供与所述初期支护封闭成环；以及所述加固步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，使用液压二衬台车在所述第一隧道段内进行二衬施工，以对所述第一隧道段进行加固。
具体地，执行所述挖掘步骤时采用全电脑三臂凿岩台车在施工面上钻孔，形成引爆孔，在本发明中，全电脑三臂凿岩台可以一机多用，而现有技术中采用人工打风枪则需配置地质钻机等设备。举例来说，使用全电脑三臂凿岩台完成面积为140平米的掌子面的一个挖掘循环，总共只需4人操作约2.5 小时，而采用人工打风枪则至少需28人操作约4小时。更重要的是，人工打风枪紧贴掌子面，落石或坍塌都会危及众多作业人员的安全，凿岩台车的操作手远离掌子面，又有驾驶室保护，施工风险大大降低。引爆孔形成后，向引爆孔内填装炸药，引爆炸药炸出第一隧道段之后，向第一隧道段内通风并用挖掘机配合装载机和出渣汽车清理第一隧道段内的渣土，在清理完第一隧道段后，必须立即对第一隧道段进行初期支护。鉴于Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的地质特性，在进行Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的挖掘时，每次的挖掘深度不宜太深以防止隧道坍塌。优选地，所述第一隧道段的每个挖掘循环的挖掘深度为1.1-2.2米。
其中，初期支护步骤中采用混凝土湿喷机械手对所述第一隧道段的洞壁初喷混凝土，与现有技术采用人工初喷混凝土的方式，采用混凝土湿喷机械手可提高工作效率降低人工劳动强度。优选地，初喷混凝土的厚度小于等于 4厘米。通过向第一隧道段的洞壁喷射混凝土完成初期支护，当初喷混凝土凝固到完全凝固强度的75％后，在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构。优选地，所述支护结构包括：锚杆；钢筋网；以及钢拱架或钢格栅。在实际操作中，主要根据围岩地质状况来选择使用钢拱架还是钢格栅，例如当围岩为IV级软弱围岩时可以采用钢格栅，当围岩为Ⅴ级软弱围岩时可以采用钢拱架。
优选地，所述全断面开挖法包括以下步骤：根据所述优化模拟施工参数在所述施工面上钻孔；以及向钻出的孔内填装炸药后引爆炸药，以形成所述第一隧道段。全断面开挖法是一种在隧道施工中将掌子面一次开挖成型的隧道挖掘方法，一般全断面开挖法仅用于硬岩围岩隧道，但是使用本发明所提供的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，在隧道正式挖掘的前期阶段，使用精密的测量仪器可以精确的获取Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩的地质信息，并根据施工过程中Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩的地质信息的不同给予不同的管棚超前支护方案，通过采取完善的管棚超前支护，在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩的挖掘过程中能够使用到全断面开挖法。
在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩的挖掘过程中，初期支护步骤尤其重要，如果初期支护步骤没有达到施工标准，有可能造成挖掘步骤中形成的第一隧道段坍塌，进而影响后续施工。优选地，在所述初期支护步骤中，所述在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构包括：在所述第一隧道段的洞壁上按照指定间隙垂直所述洞壁打入多个锚杆；在所述第一隧道段的洞壁上铺设多段钢筋网；以及在所述多段钢筋网之间按照指定距离设置钢拱架或钢格栅，使得所述钢拱架或钢格栅与所述锚杆以及所述钢筋网固定连接。
具体地，在完成初喷混凝土后，向初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上按照指定间隙打入多个锚杆，再在所述第一隧道段的洞壁上铺设多段钢筋网，钢筋网铺设完成后，使用三臂拱架机械安装台车在多段钢筋网之间按照指定距离设置钢拱架。现有技术中通常采用人工完成钢拱架的安装，本发明的实施方式采用三臂拱架机械安装台车完成钢拱架的安装，可以轻松安装重约 1.4吨的钢拱架，大大的减轻了人工作业强度。并且采用三臂拱架机械安装台车，每个大臂上坐着1名操作手，地面只需2人配合，5人只需10分钟左右就能完成一榀成环钢拱架的安装，比人工安装少用至少一半劳力，效率可以高出1倍以上。当钢拱架安装完成后，将锚杆、钢筋网和钢拱架分别固定，再次在固定一体的锚杆、钢筋网和钢拱架上喷射混凝土。优选地，在所述初期支护步骤中，所述在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土包括：在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土，直至混凝土喷射厚度达到第一预设厚度，优选地，所述第一预设厚度为15-20厘米。
优选地，在所述仰拱施工步骤中，所述在所述第一隧道段内完成仰拱施工包括：根据所述优化模拟施工参数进行所述第一隧道段的仰拱基底开挖，以形成弧形基底面；清除所述弧形基底面上的杂物，并在所述弧形基底面上喷射混凝土；沿所述第一隧道段的挖掘方向在所述弧形基底面的两端架设栈桥；在所述弧形基底面上铺设与所述弧形基底面形状相契合的仰拱钢筋网；在所述仰拱钢筋网上拼接铺设仰拱弧模，使得所述仰拱弧模与所述仰拱钢筋网形状契合；在所述仰拱弧模上进行混凝土浇筑以完成仰拱填充。
其中，在仰拱施工过程中，采用可移动仰拱栈桥，这样在施工过程中隧道施工机械设备和作业人员在可移动仰拱栈桥上正常通行，在可移动仰拱栈桥下可以同时进行仰拱施工中的工序作业，使隧道仰拱施工与隧道其它工序作业同步进行，可大大缩短仰拱作业时间，减少仰拱施工与二衬施工相接处形成的施工缝(仰拱衬砌混凝土浇筑与二衬施工混凝土浇筑之间的时间差越小，仰拱施工与二衬施工相接处就更易于融合，形成的施工缝也会越少)，降低仰拱施工缝对二衬施工缝不均匀沉降的影响，从而实现隧道施工快速安全、隧道衬砌混凝土快速成环闭合。
可移动仰拱栈桥主要由钢桥、行走装置、液压系统、限位装置等组成。在一个实施例中，可移动仰拱栈桥为全液压自行式仰拱栈桥，长度46米，行车轨道中心距为5.5米，栈桥净宽为3.8米，总长度46.5米，主栈桥主梁长度为29米，仰拱单次有效施工长度24米，前引栈桥为18.9米，后引栈桥为10.8米。为使可移动仰拱栈桥移动方便，在可移动仰拱栈桥前后端设置移动行走设备，并配备限位装置。行走时，可移动仰拱栈桥抬起、放下由液压系统执行机构完成，可移动仰拱栈桥行走设备由两台250型涡杆减速机和两台11kw电动机带动行走，可移动仰拱栈桥液压部分由十二只油缸和一台液压站组成，由液压站控制每只油缸升降。将可移动仰拱栈桥的一端搭建在掌子面附近，完成仰拱衬砌混凝土快速浇筑，使坚实的仰拱巩固了隧道的后方屏障，通过使用可移动仰拱栈桥可一次浇筑约300立方米仰拱混凝土，以最短时间稳固已开挖地段，实现隧道施工快速推进，有效缩短初期支护闭合时间，减少了仰拱施工缝，降低地层沉降对仰拱的影响。
优选地，在所述加固步骤中，所述在所述第一隧道段内进行二衬施工包括：清理仰拱施工后的第一隧道段的洞壁；在所述第一隧道段的洞壁上铺设与所述洞壁形状契合的多段二衬钢筋网片，并在所述多段二衬钢筋网片之间搭建二衬钢拱架将所述多段二衬钢筋网片进行连接；使用模筑台车对所述第一隧道段的洞壁浇注混凝土以形成二衬洞壁；在所述二衬洞壁凝固之后撤出所述模筑台车；采用全封闭免洒水或喷淋保湿养护对所述二衬洞壁进行养护操作，在一个实施例中，使用全自动12m液压二衬台车进行二衬混凝土浇注并利用该台车完成带模注浆作业。
在一种实施方式中，采用“机械化+”的理念执行Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，即采用信息化的数据采集、机械化的施工设备以及科学化的施工管理执行本发明Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，前期准备阶段使用信息化的数据采集、挖掘阶段使用的机械化的施工设备以及整个施工中使用科学化的施工管理，例如，在科学化的施工管理中，优化了在施工中使用到的多段钢筋网、仰拱钢筋网、二衬钢筋网片、钢拱架和管棚等同类配件的生产，将上述配件统一在工地搭建的标准化钢结构作业加工厂生产完成后，再运输到施工现场使用，这样既节省了材料成本又保证了产品质量，实现了Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法的“机械化+”的理念，使整个隧道施工工地像工厂一样，使得隧道施工的整个工序逐一有序地进行施工作业，针对隧道掌子面的开挖形成多条生产线，就像多个工厂，加工隧道结构中的不同产品。
优选地，所述施工方法还包括：第一隧道段侧沟施工步骤；中心水沟施工步骤；防水盲管、排水软管和防水板的预埋安装步骤；电路布置步骤；以及照明布置步骤。针对上述的防水盲管、排水软管及防水板的预埋安装步骤，在二衬混凝土浇注之前完成防水盲管、排水软管及防水板的安装，安装防水盲管、排水软管及防水板时可使用隧道防水板铺设台车，同时还可投入例如水沟电缆槽一体机等先进工装设备，组成机械化的强大阵容。
本发明提供的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法在实际应用中，首先采用摄影全站仪和全电脑三臂凿岩台车完成前期的信息采集，根据所述摄影全站仪、所述全电脑三臂凿岩台车和隧道施工参数采用建筑信息模型方法进行隧道施工整体模型搭建，然后在所述隧道施工整体模型上模拟所述掘进阶段的施工参数，并对所述施工参数进行优化，以得到优化模拟施工参数，为后续实际施工提供理想的施工参数，与现有技术相比，本发明提供的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法在施工开始之前，采用建筑信息模型方法完成隧道施工整体模型搭建并通过先期在已经搭建的隧道施工整体模型上模拟整个隧道的施工工序，这样能够更好的预判实际施工中遇到的问题并为后续实际施工提供充足的技术资料，使得工作人员能够提前了解到实际施工中可能遇到问题，促使工作人员在实际施工开始前找到解决问题的方案，从而提高整个Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道的施工效率和施工安全性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩全断面隧道的施工方法，该施工方法包括前期准备阶段、掘进阶段和后期施工阶段，所述前期准备阶段包括施工准备步骤、测量放样步骤、超前地质钻探预报步骤、信息采集步骤、建模及模拟步骤、以及管棚超前支护步骤，所述掘进阶段包括挖掘步骤、初期支护步骤、仰拱施工步骤和加固步骤，所述后期施工阶段包括隧道养护步骤，其特征在于，所述测量放样步骤包括：根据隧道施工参数采用摄影全站仪进行实地测量放样，获得测量放样参数；
所述信息采集步骤包括：采用全电脑三臂凿岩台车执行围岩地质信息采集，获得围岩地质信息；
所述建模及模拟步骤包括：根据所述测量放样参数、所述围岩地质信息以及所述隧道施工参数采用建筑信息模型方法进行隧道施工整体模型搭建，基于所搭建的隧道施工整体模型模拟所述掘进阶段的施工参数，并对所述施工参数进行优化，以得到优化模拟施工参数；
所述挖掘步骤、所述初期支护步骤、所述仰拱施工步骤和所述加固步骤基于所述优化模拟施工参数执行。
2.根据权利要求1所述施工方法，其特征在于，所述挖掘步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，在实际施工面上使用全电脑三臂凿岩台车根据全断面开挖法挖掘形成第一隧道段；
所述初期支护步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，使用湿喷机械手对所述第一隧道段的洞壁初喷混凝土，在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构，并在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土以形成初期支护；
所述仰拱施工步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，在所述第一隧道段内通过搭建可移动仰拱栈桥完成仰拱施工，并使所述仰供与所述初期支护封闭成环；以及
所述加固步骤包括：采用所述优化模拟施工参数，使用液压二衬台车在所述第一隧道段内进行二衬施工，以对所述第一隧道段进行加固。
3.根据权利要求2所述施工方法，其特征在于，所述第一隧道段的每个挖掘循环的挖掘深度为1.1-2.2米。
4.根据权利要求2所述施工方法，其特征在于，所述全断面开挖法包括以下步骤：
根据所述优化模拟施工参数在所述施工面上钻孔；以及
向钻出的孔内填装炸药后引爆炸药，以形成所述第一隧道段。
5.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述支护结构包括：锚杆；钢筋网；以及钢拱架或钢格栅。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，在所述初期支护步骤中，所述在初喷混凝土后的第一隧道段的洞壁上安装支护结构包括：
在所述第一隧道段的洞壁上按照指定间隙垂直所述洞壁打入多个锚杆；
在所述第一隧道段的洞壁上铺设多段钢筋网；以及
在所述多段钢筋网之间按照指定距离设置钢拱架或钢格栅，使得所述钢拱架或钢格栅与所述锚杆以及所述钢筋网固定连接。
7.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，在所述初期支护步骤中，所述在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土包括：
在安装支护结构后的第一隧道段的洞壁内再次喷射混凝土，直至混凝土喷射厚度达到第一预设厚度，所述第一预设厚度为15-20厘米。
8.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，在所述仰拱施工步骤中，所述在所述第一隧道段内完成仰拱施工包括：
根据所述优化模拟施工参数进行所述第一隧道段的仰拱基底开挖，以形成弧形基底面；
清除所述弧形基底面上的杂物，并在所述弧形基底面上喷射混凝土；
沿所述第一隧道段的挖掘方向在所述弧形基底面的两端架设栈桥；
在所述弧形基底面上铺设与所述弧形基底面形状相契合的仰拱钢筋网；
在所述仰拱钢筋网上拼接铺设仰拱弧模，使得所述仰拱弧模与所述仰拱钢筋网形状契合；以及
在所述仰拱弧模上进行混凝土浇筑以完成仰拱填充。
9.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，在所述加固步骤中，所述在所述第一隧道段内进行二衬施工包括：
清理仰拱施工后的第一隧道段的洞壁；
在所述第一隧道段的洞壁上铺设与所述洞壁形状契合的多段二衬钢筋网片，并在所述多段二衬钢筋网片之间搭建二衬钢拱架将所述多段二衬钢筋网片进行连接；
使用模筑台车对所述第一隧道段的洞壁浇注混凝土以形成二衬洞壁；
在所述二衬洞壁凝固之后撤出所述模筑台车；以及
采用全封闭免洒水或喷淋保湿养护对所述二衬洞壁进行养护操作。
10.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括：第一隧道段侧沟施工步骤；中心水沟施工步骤；防水盲管、排水软管和防水板的预埋安装步骤；电路布置步骤；以及照明布置步骤。
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