CN108412502B - 一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法 - Google Patents

一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，包括以下步骤：明确软硬地层分界线；对地层分区；对中间软弱地层区上方进行拱顶超前加固；开挖中间软弱地层区；对中间软弱地层区开挖后立即在开挖区施作临时支撑，架设拱架；对两侧软弱地层进行横向超前加固；拆除临时支撑，开挖两侧软弱地层区，对开挖处的边墙喷射混凝土，并架设第二环形拱架；开挖两侧硬岩地层区，开挖后对开挖区的边墙喷射混凝土，并设置第三拱架；拆除门式拱架，并破除中间硬岩地层；施作仰拱及二衬；循环以上步骤，直至隧道开挖完成。本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法能够很好的保证围岩稳定，避免拱顶沉降，保证了施工安全，并提高了施工效率。

Description

一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法。
背景技术
在隧道施工过程中，开挖方法是影响围岩稳定，保障安全的重要因素之一，同时也制约着工程的施工进度和工程造价。当前隧道开挖技术主要包含全断面法、中隔壁法(CD法)、交叉中壁法(CRD法)和双侧壁导坑法。全断面法一次开挖成形，开挖跨度较大，高度较高，对隧道周边围岩强度要求高。中隔壁法(CD法)主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道(Ⅳ级围岩)地段。交叉中壁法(CRD法)控制变形能力强，可用于复杂地质条件下隧道施工，但存在临时支护多、工序繁琐、工法转换困难、作业空间狭小、施工速度慢、施工成本高等缺点。双侧壁导坑法又称双侧壁导洞法或眼镜工法，其隔墙采用曲墙，也存在施工难度大、施工速度慢等缺点。因此，现有隧道施工技术，对于深埋隧道穿越上软下硬地层仍然没有安全经济高效的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高深埋隧道穿越上软下硬地层施工的效率、安全性和灵活性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，包括以下步骤：
(1)明确软硬地层分界线；
(2)将上部软弱地层沿水平方向划分为中间软弱地层区和两侧软弱地层区，将下部硬岩地层沿水平方向划分为中间硬岩地层区和两侧硬岩地层区，中间软弱地层区与中间硬岩地层区上下相对应；
(3)对中间软弱地层区上方进行拱顶超前加固；
(4)开挖中间软弱地层区；
(5)对中间软弱地层区开挖后立即在开挖区中竖直架设门式拱架，且对边墙和拱顶喷射混凝土，在中间软弱地层区开挖区的两侧边墙设置临时支撑，并在拱顶架设第一环形拱架；
(6)对两侧软弱地层及两侧软弱地层的围岩进行横向超前加固；
(7)拆除临时支撑，开挖两侧软弱地层区，对两侧软弱地层区的开挖处的边墙喷射混凝土，并架设与第一环形拱架衔接的第二环形拱架；
(8)开挖两侧硬岩地层区，开挖后对两侧硬岩地层区的边墙喷射混凝土，同时在两侧硬岩地层区的边墙设置与第二环形拱架衔接的第三拱架；
(9)拆除门式拱架，并破除中间硬岩地层；
(10)施作仰拱及二衬；
循环以上步骤，直至隧道开挖完成。
优选地，所述拱顶超前加固和横向超前加固的范围均根据隧道断面的实际宽度确定。
优选地，所述拱顶超前加固和横向超前加固均至少加固至开挖轮廓线外2m的范围。
优选地，采用注浆加固、管棚法、超前小导管法或超前锚杆法进行所述拱顶超前加固，采用注浆加固或超前小导管法进行所述横向超前加固。
优选地，所述门式拱架、临时支撑、第一环形拱架、第二环形拱架和第三拱架的材料均为钢。
优选地，所述第二环形拱架底部支撑在拱腰处下部的硬岩上，所述第一环形拱架、第二环形拱架与下部硬岩地层形成闭合的初期支护。
优选地，所述第三拱架竖直设置，所述第三拱架底部支撑在拱脚处下方的硬岩上，所述第一环形拱架、第二环形拱架、第三拱架与拱脚处下方的硬岩形成闭合的初期支护。
优选地，所述中间硬岩地层区支撑所述门式拱架。
优选地，步骤(7)中同时开挖两侧软弱地层区。
优选地，步骤(8)中同时开挖两侧硬岩地层区。
本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法能够很好的保证围岩稳定，避免拱顶沉降，保证了施工安全，并提高了施工效率。其中，将上部软弱地层分为左、中、右三个区域，开挖时先开挖中间区域，随开挖支护，并及时对两侧待挖区域进行超前加固，设立门式钢架，能很好的保证围岩稳定，避免拱顶沉降，保证了施工安全；设置第一环形拱架、第二环形拱架和第三拱架能够及时形成封闭成环的初期支护，有利于围岩稳定，保证施工安全；在下部硬岩的中间硬岩地层区作为预留中间岩柱临时支撑门式钢架，能很好的保证围岩稳定，避免了拱顶沉降，保证了施工安全。另外，中间软弱地层区的掌子面与两侧软弱地层区掌子面步距保持一定距离，两侧软弱地层区掌子面与两侧硬岩地层区掌子面步距保持一定距离，提高了施工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法的流程图；
图2为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的隧道断面分块图；
图3为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的上部软弱地层超前加固图；
图4为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的上部软弱地层中部开挖支护图；
图5为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的上部软弱地层左右部位超前加固图；
图6为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的上部软弱地层左右部位开挖支护图；
图7为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的下部硬质地层左右部位开挖支护图；
图8为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的下部硬质地层中部岩柱破除图；
图9为本发明深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法中的仰拱及二衬示意图；
其中，1-中间软弱地层区；2-左侧软弱地层区；3-右侧软弱地层区；4-左侧硬岩地层区；5-右侧硬岩地层区；6-中间硬岩地层区；7-软硬地层分界线；8-拱顶超前加固；9-门式拱架；10-混凝土；11-第一环形拱架；12-临时支撑；13-横向超前加固；14-第三拱架；15-仰拱；16-二衬，17-第二环形拱架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，以解决现有技术存在的问题，提高深埋隧道穿越上软下硬地层施工的效率、安全性和灵活性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法包括以下步骤：
(1)如图2所示，明确软硬地层分界线7，确认软硬地层分界线7；
(2)参照图2，将上部软弱地层沿水平方向划分为右侧软弱地层区3、中间软弱地层区1和左侧软弱地层区2，将下部硬岩地层沿水平方向划分为右侧硬岩地层区5、中间硬岩地层区6和左侧硬岩地层区4，中间硬岩地层区6呈岩柱状，中间硬岩地层区6的截面积小于中间软弱地层区1的截面积，且中间硬岩地层区6的竖直中心线与中间软弱地层区1的竖直中心线重叠；
(3)如图3所示，对中间软弱地层区1上方进行拱顶超前加固8，加固方式可以采用注浆加固、管棚法、超前小导管法或超前锚杆法，至少加固至开挖轮廓线外2m的范围，具体加固范围需要根据隧道断面实际宽度来确定；
(4)开挖中间软弱地层区1；
(5)如图4所示，对中间软弱地层区1开挖后立即在开挖区中竖直架设门式拱架9，门式拱架9的底部支撑在中间硬岩地层区6上，然后对边墙和拱顶喷射混凝土10进行临时封闭，在中间软弱地层区1开挖区的两侧边墙设置竖直的临时支撑12，并在拱顶架设第一环形拱架11；
(6)如图5所示，对左侧软弱地层区2和右侧软弱地层区3及它们的围岩进行横向超前加固13，加固方式可以采用注浆加固或超前小导管法；横向超前加固13能够很好地保证掌子面及围岩的稳定性，横向超前加固13至少加固至开挖轮廓线外2m的范围，具体加固范围根据隧道断面实际宽度来确定；
(7)如图6所示，待中间软弱地层区1向前开挖一定长度(此长度需要工作人员根据施工现场具体情况进行确定)后，拆除两个临时支撑12，同时开挖左侧软弱地层区2和右侧软弱地层区3，对左侧软弱地层区2左侧的边墙和右侧软弱地层区3右侧的边墙喷射混凝土10进行临时封闭，并架设与第一环形拱架11衔接的第二环形拱架17，第二环形拱架17底部支撑在拱腰处下部的硬岩上，第一环形拱架11、第二环形拱架17与下部硬岩地层形成闭合的初期支护，有利于围岩稳定，保证施工安全；
(8)如图7所示，待左侧软弱地层区2和右侧软弱地层区3向前开挖一定长度(此长度需要工作人员根据施工现场具体情况进行确定)后，同时开挖左侧硬岩地层区4和右侧硬岩地层区5，开挖后对左侧硬岩地层区4左侧的边墙和右侧硬岩地层区5右侧的边墙喷射混凝土10进行临时封闭，并同时在两侧硬岩地层区的边墙设置与第二环形拱架17衔接的第三拱架14；第三拱架14竖直设置，且第三拱架14的底部支撑在拱脚处下方的硬岩上，第一环形拱架11、第二环形拱架17、第三拱架14与拱脚处下方的硬岩形成闭合的初期支护；
(9)如图8所示，拆除门式拱架9，并破除中间硬岩地层区6，即破除预留岩柱，中间硬岩地层区6作为预留岩柱支撑门式钢架，很好地保证了围岩稳定，避免了拱顶沉降，从而保证了施工安全；
(10)如图9所示，施作仰拱15及二衬16；
沿隧道长度方向重复、循环以上步骤，直至隧道达到设计长度，至此，隧道开挖完成。
在本实施例中，门式拱架9、临时支撑12、第一环形拱架11、第二环形拱架17和第三拱架14的材料均为钢。
本实施例中中间软弱地层区1的掌子面与两侧软弱地层区掌子面步距保持一定距离，两侧软弱地层区掌子面与两侧硬岩地层区掌子面步距保持一定距离，施工有序且方便，施工速度快，提高了施工效率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具存特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)明确软硬地层分界线；
(2)将上部软弱地层沿水平方向划分为中间软弱地层区和两侧软弱地层区，将下部硬岩地层沿水平方向划分为中间硬岩地层区和两侧硬岩地层区，中间软弱地层区与中间硬岩地层区上下相对应；
(3)对中间软弱地层区上方进行拱顶超前加固；
(4)开挖中间软弱地层区；
(5)对中间软弱地层区开挖后立即在开挖区中竖直架设门式拱架，且对边墙和拱顶喷射混凝土，在中间软弱地层区开挖区的两侧边墙设置临时支撑，并在拱顶架设第一环形拱架；
(6)对两侧软弱地层及两侧软弱地层的围岩进行横向超前加固；
(7)拆除临时支撑，开挖两侧软弱地层区，对两侧软弱地层区的开挖处的边墙喷射混凝土，并架设与第一环形拱架衔接的第二环形拱架，所述第二环形拱架底部支撑在拱腰处下部的硬岩上，所述第一环形拱架、第二环形拱架与下部硬岩地层形成闭合的初期支护；
(8)开挖两侧硬岩地层区，开挖后对两侧硬岩地层区的边墙喷射混凝土，同时在两侧硬岩地层区的边墙设置与第二环形拱架衔接的第三拱架，所述第三拱架竖直设置，所述第三拱架底部支撑在拱脚处下方的硬岩上，所述第一环形拱架、第二环形拱架、第三拱架与拱脚处下方的硬岩形成闭合的初期支护；
(9)拆除门式拱架，并破除中间硬岩地层；
(10)施作仰拱及二衬；
循环以上步骤，直至隧道开挖完成。
2.根据权利要求1所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：所述拱顶超前加固和横向超前加固的范围均根据隧道断面的实际宽度确定。
3.根据权利要求2所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：所述拱顶超前加固和横向超前加固均至少加固至开挖轮廓线外2m的范围。
4.根据权利要求1所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：采用注浆加固、管棚法、超前小导管法或超前锚杆法进行所述拱顶超前加固，采用注浆加固或超前小导管法进行所述横向超前加固。
5.根据权利要求1所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：所述门式拱架、临时支撑、第一环形拱架、第二环形拱架和第三拱架的材料均为钢。
6.根据权利要求1所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：所述中间硬岩地层区支撑所述门式拱架。
7.根据权利要求1所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：步骤(7)中同时开挖两侧软弱地层区。
8.根据权利要求1所述的深埋隧道穿越上软下硬地层施工方法，其特征在于：步骤(8)中同时开挖两侧硬岩地层区。
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