CN108843332B - 穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，隧道洞初期支护结构包括全断面支护体系和隧道锚网喷支护结构，左侧导洞与右侧导洞之间设置有中隔墙临时支护结构；实际施工时，包括步骤：一、隧道上部洞体开挖；二、隧道拱墙初期支护变形侵限判断及换拱施工；三、隧道下部洞体开挖。本发明设计合理且施工简便、使用效果好，仅隧道上半断面采用中隔壁法开挖，缩小了开挖断面，保证了拱顶的稳定性，全断面支护体系和中隔墙临时支护结构均通过下垫梁支撑并连接为一体形成结构稳固的整体性支护体系，能避免初期支护拱架下沉并有效保证初期支护的稳定性；并且换拱施工只在隧道上半断面进行，在节约施工成本的同时，能进一步确保施工安全。

Description

穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法。

背景技术

随着公路运输量加大以及基建工程的发展，单洞双线多车道公路大断面隧道越来越常见。大断面隧道施工相较于单线小断面隧道施工，在开挖过程中更容易引起拱顶大面积下沉。尤其大断面隧道在穿越断层破碎带施工过程中，往往具有开挖后拱顶变形速率快，短时间内下沉量过大、边墙片帮、拱架扭曲变形侵限，严重情况下导致隧洞垮塌等特点，此种情况下，若采用常规施工方法及支护体系，如台阶法、三台阶法、双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，一方面很控制变形，另一方面施工过程复杂，复杂的工法导致工序施工时间过长，围岩长期暴露，容易造成围岩大面积侵限、喷射混凝土剥落掉块、钢架扭曲变形等情形，进一步增加坍塌风险，安全质量无法保证得同时，也严重制约工期。断层破碎带是指断层两盘相对运动，相互挤压，使附近的岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，简称断裂带。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，仅隧道上半断面采用中隔壁法开挖，缩小了开挖断面，保证了拱顶的稳定性，全断面支护体系和中隔墙临时支护结构均通过下垫梁进行支撑并连接为一体形成结构稳固的整体性支护体系，能避免初期支护拱架下沉并有效保证初期支护的稳定性；并且换拱施工只在隧道上半断面进行，在节约施工成本的同时，能进一步确保施工安全。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：所施工大断面隧道的隧道洞包括隧道上部洞体和位于隧道上部洞体下方的隧道下部洞体，所述隧道上部洞体包括左侧导洞和位于左侧导洞右侧的右侧导洞；

所述隧道洞的初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支护体系和对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的隧道锚网喷支护结构，所述左侧导洞与右侧导洞之间设置有中隔墙临时支护结构，所述中隔墙临时支护结构位于隧道上部洞体内且其位于所述全断面支护体系内侧，所述全断面支护体系和所述中隔墙临时支护结构均沿隧道纵向延伸方向进行布设；

所述全断面支护体系包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设且对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构和将多榀所述全断面支撑结构紧固连接为一体的全断面支撑连接结构，多榀所述全断面支撑结构的结构均相同且其形状与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述全断面支撑结构均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于隧道上部洞体内的上部钢拱架和两个对称布设于上部钢拱架左右两侧底部下方的侧部支架，两个所述侧部支架均位于所述隧道下部洞体内；

所述隧道上部洞体的左右两侧底部分别设置有一道侧部下垫梁，两道所述侧部下垫梁呈对称布设且二者均沿隧道纵向延伸方向布设；每榀所述全断面支撑结构中所述上部钢拱架的左右两侧底部分别支撑于两道所述侧部下垫梁上，两个所述侧部支架分别固定于两道所述侧部下垫梁底部；每榀所述全断面支撑结构中所述上部钢拱架与两个所述侧部支架之间均通过一道侧部下垫梁进行紧固连接；

所述全断面支撑连接结构包括多道第一纵向连接件，多道所述第一纵向连接件均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体内，多道所述第一纵向连接件沿隧道上部洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设；每榀所述全断面支撑结构的上部钢拱架均与多道所述第一纵向连接件紧固连接；

所述中隔墙临时支护结构包括一道中部下垫梁、多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的中隔墙和将多个所述中隔墙连接为一体的中隔墙纵向连接结构，每个所述中隔墙均位于左侧导洞与右侧导洞之间，所述中隔墙的形状与左侧导洞的右侧开挖轮廓线形状相同；所述中隔墙纵向连接结构包括多道由上至下布设的第二纵向连接件，多道所述第二纵向连接件均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体内，每个所述中隔墙均与多道所述第二纵向连接件紧固连接；所述中隔墙的数量与所述全断面支撑连接结构的数量相同，每榀所述全断面支撑连接结构内侧均设置有一个所述中隔墙，每榀所述全断面支撑连接结构均与其内侧所设置的中隔墙布设于同一隧道横断面上；所述中隔墙为顶部与上部钢拱架紧固连接的拱形支架，所述中部下垫梁沿隧道纵向延伸方向进行布设，多个所述中隔墙底部均支撑于中部下垫梁上，所述中部下垫梁位于隧道上部洞体底部；

两道所述侧部下垫梁分别为位于左侧导洞左侧底部的左侧下垫梁和位于右侧导洞右侧底部的右侧下垫梁，所述上部钢拱架由位于左侧导洞内的左侧拱架和位于右侧导洞内的右侧拱架连接而成，所述左侧拱架的外端支撑于所述左侧下垫梁上且其内端支撑于中隔墙上，所述右侧拱架的外端支撑于所述右侧下垫梁上且其内端与所述左侧拱架的内端连接；所述左侧拱架和位于左侧导洞内的第一纵向连接件组成左侧刚性支护结构，所述右侧拱架和位于右侧导洞内的第一纵向连接件组成右侧刚性支护结构；

所述隧道锚网喷支护结构包括对隧道上部洞体的拱墙进行初期支护的拱墙锚网喷支护结构和两个分别对所述隧道下部洞体的左右两侧边墙进行初期支护的边墙锚网喷支护结构，两个所述边墙锚网喷支护结构对称布设于所述拱墙锚网喷支护结构的左右两侧下方，两个所述边墙锚网喷支护结构均与所述拱墙锚网喷支护结构连接为一体；

所述拱墙锚网喷支护结构与所述左侧刚性支护结构和所述右侧刚性支护结构组成隧道上部洞体的隧道初期支护结构；

对所施工大断面隧道进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、隧道上部洞体开挖：对隧道上部洞体进行开挖，过程如下：

步骤101、左侧导洞开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧导洞进行开挖；

所述左侧导洞开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法由后向前对开挖成型的左侧导洞进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的左侧导洞内对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构紧固连接为一体；

步骤102、右侧导洞开挖：步骤101中所述左侧导洞开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对右侧导洞进行开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体；

所述右侧导洞开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法由后向前对开挖成型的右侧导洞进行初期支护，由后向前在开挖成型的右侧导洞内对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述右侧刚性支护结构与所述右侧下垫梁和步骤101中所述左侧刚性支护结构均紧固连接为一体，所述右侧刚性支护结构中的所述右侧拱架与步骤101中所述左侧刚性支护结构中的所述左侧拱架连接组成上部钢拱架，获得施工成型的所述隧道上部洞体内的隧道初期支护结构；

对右侧导洞进行开挖时，所述右侧导洞的掌子面位于左侧导洞的掌子面后侧；

步骤二、隧道拱墙初期支护变形侵限判断及换拱施工：步骤102中所述右侧导洞开挖过程中，同步对所述隧道上部洞体内的所述隧道初期支护结构进行变形监测，并根据变形监测结果对所述隧道初期支护结构是否发生变形侵限进行判断：当判断得出所述隧道上部洞体内的所述隧道初期支护结构存在变形侵限时，还需对隧道上部洞体中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行换拱施工，换拱施工完成后进入步骤三；否则，进入步骤三；

步骤三、隧道下部洞体开挖：步骤三、隧道下部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述隧道下部洞体进行开挖，开挖过程中由后向前对步骤101中所述中隔墙临时支护结构进行拆除，并采用锚网喷联合支护方法同步由后向前对开挖成型的所述隧道下部洞体进行初期支护，同时由后向前在所述左侧下垫梁和所述右侧下垫梁底部分别安装侧部支架。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：步骤102中对右侧导洞进行开挖时，所述右侧导洞的掌子面与左侧导洞的掌子面之间的间距不小于20m。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：所述隧道洞还包括位于所述隧道下部洞体下方的隧道底部洞体，所述隧道底部洞体的开挖宽度由上至下逐渐缩小且其上部开挖宽度小于所述隧道洞左右两侧边墙底部的间距；所述隧道下部洞体由左至右分为左侧洞体、左中洞体、右中洞体和右侧洞体，所述左侧洞体和右侧洞体呈左右对称布设，所述左中洞体和右中洞体的横断面均为矩形且二者呈左右对称布设；

步骤三中进行隧道下部洞体开挖时，过程如下：

步骤301、左右侧洞体先行开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧洞体和右侧洞体分别进行开挖；开挖过程中，所述左侧洞体和右侧洞体的掌子面均位于步骤102中所述右侧导洞的掌子面后侧；

所述左侧洞体开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧洞体内安装侧部支架，并使所安装侧部支架顶部固定在步骤101中所述左侧下垫梁底部；

所述右侧洞体开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧洞体内安装侧部支架，并使所安装侧部支架顶部固定在步骤102中所述右侧下垫梁底部；

本步骤中所述左侧洞体和右侧洞体内所安装的侧部支架与步骤102中所述上部钢拱架连接组成所述拱墙钢拱架；

步骤302、左右中洞体跟进开挖：对左中洞体和右中洞体分别进行开挖，获得开挖成型的所述隧道下部洞体；

所述左中洞体和右中洞体开挖过程中，由后向前对步骤101中所述中隔墙临时支护结构进行拆除；

步骤302中进行左右中洞体跟进开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道底部洞体进行开挖，获得开挖成型的所述隧道洞；开挖过程中，所述左侧洞体和右侧洞体的掌子面均位于隧道底部洞体的掌子面前侧；

所述隧道底部洞体开挖过程中，由后向前在开挖成型的隧道底部洞体底部安装隧道仰拱支架，并使所安装隧道仰拱支架与步骤301中所述拱墙钢拱架连接形成所述全断面支撑结构，获得施工成型的所述全断面支护体系。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：步骤301中对左侧洞体和右侧洞体进行开挖时，所述左侧洞体的掌子面位于右侧洞体的掌子面前侧，所述左侧洞体的掌子面与右侧洞体的掌子面之间的间距为3m～5m，所述左侧洞体的掌子面与右侧导洞的掌子面之间的间距不小于10m；

步骤302中对左中洞体和右中洞体进行开挖时，所述左中洞体的掌子面位于右中洞体的掌子面前侧，所述左中洞体的掌子面与右中洞体的掌子面之间的间距为3m～5m。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：步骤101中所述左侧刚性支护结构、步骤102中所述右侧刚性支护结构与步骤301中所述左侧洞体和右侧洞体内所安装的侧部支架组成对所述隧道洞的拱墙进行支护的隧道拱墙刚性支护结构；所述隧道锚网喷支护结构与所述隧道拱墙刚性支护结构紧固连接为一体且二者组成所述隧道洞的拱墙初期支护结构；

步骤301中进行左右侧洞体先行开挖过程中，同步对已施工成型的所述拱墙初期支护结构进行变形监测；

步骤302中进行左右中洞体跟进开挖时，根据所述拱墙初期支护结构的变形监测结果，由后向前对位于已变形稳定的所述拱墙初期支护结构下方的左中洞体和右中洞体分别进行开挖。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：步骤101中进行左侧导洞开挖之前，先对左侧导洞进行超前小导管注浆加固；

步骤102中进行右侧导洞开挖之前，先对右侧导洞进行超前小导管注浆加固。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：所述中部下垫梁的顶部位于所述隧道洞的中心轴线左侧，所述中部下垫梁的底部位于所述隧道洞的中心轴线右侧；

所述侧部下垫梁和中部下垫梁的结构相同且二者均为纵向下垫梁，所述纵向下垫梁由多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的下垫梁节段拼接而成，前后相邻两个所述下垫梁节段之间均通过纵向连接螺栓进行连接；所述下垫梁节段的长度与相邻两榀所述全断面支撑结构之间的间距相同，前后相邻两个所述下垫梁节段之间的连接位置位于相邻两榀所述全断面支撑结构之间。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：所述隧道锚网喷支护结构包括喷射在所述隧道洞的内壁上的初喷混凝土喷射层、一层挂装在所述隧道洞内壁上的钢筋网和喷射在所述初喷混凝土喷射层上的后喷混凝土喷射层，所述钢筋网位于所述全断面支护体系外侧，所述隧道拱墙刚性支护结构和所述钢筋网均固定于所述初喷混凝土喷射层与所述后喷混凝土喷射层之间。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：步骤二中对隧道上部洞体中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行换拱施工时，对需进行换拱的需换拱段进行换拱施工；

所述需换拱段为隧道上部洞体内的所述隧道初期支护结构已施工完成且所述隧道下部洞体未开挖的隧道段；

所述需换拱段由侵限段和两个分别位于侵限段前后两侧的延伸段连接而成，所述侵限段为隧道上部洞体中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段，两个所述延伸段均为隧道上部洞体中与所述侵限段相邻且相互连通的隧道段，两个所述延伸段内需更换拱架的数量均不少于3榀；所述需更换拱架为所述隧道初期支护结构中的上部钢拱架，所述需换拱段内所述隧道初期支护结构中的所有上部钢拱架均为所述需更换拱架；

对所述需换拱段进行换拱施工时，包括以下步骤：

步骤A、临时仰拱施工：在所述需换拱段内施工临时仰拱；

所述临时仰拱沿隧道纵向延伸方向布设，所述临时仰拱位于隧道上部洞体内侧底部；所述临时仰拱包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的临时仰拱支架、将多个所述临时仰拱支架紧固连接为一体的纵向连接结构和在所述需换拱段内的隧道下部未开挖岩体上浇筑成型的仰拱混凝土浇筑结构，所述临时仰拱支架和所述纵向连接结构均浇筑于仰拱混凝土浇筑结构内；所述纵向连接结构包括多道沿临时仰拱支架的长度方向由左至右布设的第三纵向连接件，所述第三纵向连接件沿隧道纵向延伸方向布设，每道所述第三纵向连接件均与多个所述临时仰拱支架紧固连接；所述临时仰拱支架为布设于隧道上部洞体内侧底部的拱形支架，所述临时仰拱支架支撑于隧道下部未开挖岩体上，每榀所述需更换拱架的正下方均设置有一个所述临时仰拱支架，每榀所述需更换拱架均与位于其正下方的临时仰拱支架布设于同一隧道横断面上且二者组成一个封闭式支撑架，每个所述临时仰拱支架的左右两端分别与位于其正上方的需更换拱架的左右两侧下部紧固连接；

步骤B、门架式支撑结构架立：在步骤A中所述临时仰拱上架立多个对需更换拱架进行支撑的门架式支撑结构，多个所述需更换拱架沿隧道纵向延伸方向由前至后布设；所述门架式支撑结构位于仰拱混凝土浇筑结构上方；

所述需换拱段的一端为起始换拱端，所述需换拱段内最靠近所述起始换拱端的一榀所述需更换拱架为起始更换拱架，所述需换拱段内除所述起始更换拱架之外的所有需更换拱架均为需支撑钢拱架；每榀所述需支撑钢拱架均通过一个所述门架式支撑结构进行支撑，每榀所述需支撑钢拱架均与对其进行支撑的所述门架式支撑结构布设于同一隧道横断面上；每个所述封闭式支撑架内均设置有一个所述门架式支撑结构，每个所述封闭式支撑架中的需更换拱架与临时仰拱支架均通过所述门架式支撑结构紧固连接为一体；

每个所述门架式支撑结构均包括一个固定于临时仰拱支架上且对需更换拱架进行支撑的门式支撑架和与门式支撑架布设于同一隧道横断面上的支撑组件，所述支撑组件布设于门式支撑架上；所述门式支撑架位于同一个所述封闭式支撑架中的临时仰拱支架与需更换拱架之间，所述门式支撑架与需更换拱架之间通过所述支撑组件紧固连接为一体，所述支撑组件包括支撑于门式支撑架左侧与需更换拱架左侧下部之间的左侧支撑件、支撑于门式支撑架右侧与需更换拱架右侧下部之间的右侧支撑件和多根由左至右支撑于门式支撑架顶部与需更换拱架之间的顶部支撑件，所述左侧支撑件、右侧支撑件和顶部支撑件均布设于同一平面上；

步骤C、换拱施工：从所述起始换拱端开始，对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对所述需换拱段进行初期支护施工，获得更换后隧道初期支护结构。

上述穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征是：步骤C中对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除时，先对所述起始更换拱架进行更换，再沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述需支撑钢拱架进行逐榀更换；

对所述起始更换拱架进行更换时，将所述起始更换拱架拆除，并在所述起始更换拱架所处位置处重新架立钢拱架，重新架立的钢拱架为已更换钢拱架；

对所述需支撑钢拱架进行更换时，先断开该需支撑钢拱架与所述门架式支撑结构之间的连接，再对该所述需支撑钢拱架进行拆除，并在该需支撑钢拱架所处位置处重新架立钢拱架，重新架立的钢拱架为已更换钢拱架；对该需支撑钢拱架进行拆除过程中，将对该需支撑钢拱架进行支撑的所述门架式支撑结构向后移动并对该需支撑钢拱架后侧相邻的已更换钢拱架进行支撑。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且施工简便，投入施工成本较低。

2、所采用的全断面支护体系设计合理且使用效果好，多榀全断面支撑结构通过全断面支撑连接结构紧固连接为一体，全断面支撑结构中拱墙钢拱架通过两道侧部下垫梁分为位于隧道上部洞体内的上部钢拱架和位于隧道下部洞体内的侧部支架，使隧道上部洞体的初期支护不受隧道下部洞体内初期支护施工的影响，并且隧道上部洞体的初期支护过程在隧道下部洞体开挖之前进行，此时隧道洞尚未全面开挖，因而隧道上部洞体内初期支护结构的支撑稳固性能进一步得到保证，并且隧道上部洞体的初期支护过程更易于进行，同时支护更有力，更有利于隧道施工安全。

3、隧道上半断面采用中隔壁法，仅将上半断面分成两部分，使得左右侧导洞内有足够空间，便于施工；同时只在上半断面施做中隔墙支撑，减少下半断面安装、拆除中隔墙的工作量。

4、上部钢拱架与中隔墙底部均支撑于纵向下垫梁上，隧道上部洞体开挖过程中同步布设纵向下垫梁，避免了在破碎围岩中由于基底软弱引起的拱架下沉，保证了初期支护的稳定性；同时，在隧道上下断面拱脚均打设锁脚锚管并注浆，能进一步减少由于基底软弱引起的拱架下沉。并且，纵向下垫梁本身也能增强隧道上部洞体基坑的抗变形能力。

5、所采用的临时仰拱结构设计合理、施工简便且能提供一个坚实、稳固的支撑基础，临时仰拱包括与上部钢拱架对应设置的临时仰拱支架、将所有临时仰拱支架连接为一体的第三纵向连接结构和支撑于隧道下部未开挖岩体上的仰拱混凝土浇筑结构，临时仰拱支架与上部钢拱架组成封闭式支护结构使隧道上部洞体的隧道初期支护结构简便、快速封闭成环，第三纵向连接结构和临时仰拱支架均浇筑于仰拱混凝土浇筑结构内，结构整体性强，支撑牢靠。

6、换拱施工只在隧道上半断面进行，在节约施工成本的同时，能进一步确保施工安全；由门式支撑架和支撑组件组成的门架式支撑结构与需更换拱架对应设置，以临时仰拱为基础并采用门架式支撑结构进行支撑，彻底解决了隧道换拱钢架倾斜垮塌等安全隐患。门架式支撑结构可作为施工平台，便利作业人员进行逐榀换拱。换拱施工过程中洞内交通不受影响，掌子面各工序可正常作业，不影响隧道施工进度。

7、换拱施工简便、使用效果好且实用价值高，换拱前采用临时仰拱与门架式支撑结构连接对隧道进行支撑加固，支撑稳固，能有效保证施工安全；并且，换拱作业过程基本不影响掌子面正常施工，具有施工简便、不影响隧道正常施工进度、安全可靠等显著特点。本发明提出一种全新的大断面隧道换拱施工方法，采用临时仰拱与门架式支撑结构组成的换拱支撑结构，具有安全系数高、操作方便、前方掌子面能够正常开挖施工、不影响工期等显著特点；另外，由于隧道拱墙初期支护侵限通常是隧道上部洞体内初期支护侵限严重，所采用的换拱支撑结构为隧道上部洞体内的支撑结构，隧道换拱施工过程仅在隧道上部洞体内进行，能大幅度节约换拱施工成本，简化换拱施工过程，节约工期，并且隧道换拱施工过程在隧道下部洞体开挖之前进行，此时隧道洞尚未全面开挖，因而换拱支撑结构的支撑稳固性能进一步得到保证，并且换拱施工过程更易于进行，同时隧道拱墙支护更有力，更有力于隧道施工安全，尤其适用于大断面隧道换拱施工。同时，换拱施工过程安全、可靠，钢拱架更换过程中，各门架式支撑结构逐个后移并对后侧相邻的已更换钢拱架进行持续支撑，能有效保证换拱期间所有门架式支撑结构均处于有效支撑状态，最大程度上确保隧道支护效果，有效克服了传统换拱施工方法的缺陷。

并且，隧道上部洞体内的隧道初期支护结构变形稳定后或者对隧道上部洞体内的隧道初期支护结构进行换拱施工后，再对隧道下部洞体进行开挖，减小开挖面，并能进一步确保隧道下部洞体的施工安全。

8、全断面支护体系和中隔墙临时支护结构均通过纵向连接结构连接形成结构稳固的整体性支护体系，能有效保证钢架支撑纵向的稳定性，进一步增强了初期支护的整体稳固性。

9、施工方法简单、设计合理且施工简便、使用效果好，上半断面(即隧道上部洞体)采用中隔壁法开挖，下半断面(即隧道下部洞体)分为四部分进行开挖，减小了周边围岩应力一次释放，降低了安全风险，同时采用纵向下垫梁以及全断面支护体系和中隔墙临时支护结构等措施，有效避免了断层破碎带围岩松散堆积压力所造成的初期支护开裂下沉并侵入二次衬砌净空、钢架扭曲变形、喷射混凝土掉块等严重安全质量隐患，保障了施工安全。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，仅隧道上半断面采用中隔壁法开挖，缩小了开挖断面，保证了拱顶的稳定性，全断面支护体系和中隔墙临时支护结构均通过下垫梁进行支撑并连接为一体形成结构稳固的整体性支护体系，能避免初期支护拱架下沉并有效保证初期支护的稳定性；并且换拱施工只在隧道上半断面进行，在节约施工成本的同时，能进一步确保施工安全。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的施工方法流程框图。

图2为本发明所施工大断面隧道的开挖断面示意图。

图3为本发明全断面支护体系、中隔墙临时支护结构与临时仰拱的支护位置示意图。

图4为本发明隧道上部洞体开挖并支护完成后的施工状态示意图。

图5为本发明隧道洞开挖并支护完成后的施工状态示意图。

图6为本发明的开挖及支护状态示意图。

图7为本发明侧部下垫梁的纵向连接示意图。

图8为本发明临时仰拱的平面结构示意图。

图9为本发明进行换拱施工时的施工状态示意图。

附图标记说明:

1—隧道上部洞体； 1-1—左侧导洞； 1-2—右侧导洞；

2—隧道仰拱支架； 3—大断面隧道洞； 4—上部钢拱架；

5—侧部支架； 6—侧部下垫梁； 7—第一纵向连接件；

8—中隔墙； 9—第二纵向连接件； 10—中部下垫梁；

11—下垫梁节段； 12—纵向连接螺栓； 13—连接垫板；

14—上锁脚锚固件； 15—下锁脚锚固件； 16—隧道底部洞体；

17—左侧洞体； 18—左中洞体； 19—右中洞体；

20—右侧洞体； 21—隧道二次衬砌； 22—临时仰拱支架；

23—门式支撑架； 23-1—下横梁； 23-2—上横梁；

23-3—竖向支架； 23-4—竖向支杆； 24—超前小导管；

25—左侧支撑件； 26—右侧支撑件； 27—顶部支撑件；

28—隧道下部未开挖岩体； 29—钢垫板；

30—仰拱混凝土浇筑结构； 31—隧道仰拱； 32—纵向连接型钢；

33—纵向连接钢筋。

具体实施方式

如图1所示的一种穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，所施工大断面隧道的隧道洞包括隧道上部洞体1和位于隧道上部洞体1下方的隧道下部洞体，所述隧道上部洞体1包括左侧导洞1-1和位于左侧导洞1-1右侧的右侧导洞1-2，详见图2；

所述隧道洞的初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支护体系和对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的隧道锚网喷支护结构，所述左侧导洞1-1与右侧导洞1-2之间设置有中隔墙临时支护结构，所述中隔墙临时支护结构位于隧道上部洞体1内且其位于所述全断面支护体系内侧，所述全断面支护体系和所述中隔墙临时支护结构均沿隧道纵向延伸方向进行布设；

如图3、图4所示，所述全断面支护体系包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设且对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构和将多榀所述全断面支撑结构紧固连接为一体的全断面支撑连接结构，多榀所述全断面支撑结构的结构均相同且其形状与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述全断面支撑结构均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架2，所述隧道仰拱支架2位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架2的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架2的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架2与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于隧道上部洞体1内的上部钢拱架4和两个对称布设于上部钢拱架4左右两侧底部下方的侧部支架5，两个所述侧部支架5均位于所述隧道下部洞体内；

所述隧道上部洞体1的左右两侧底部分别设置有一道侧部下垫梁6，两道所述侧部下垫梁6呈对称布设且二者均沿隧道纵向延伸方向布设；每榀所述全断面支撑结构中所述上部钢拱架4的左右两侧底部分别支撑于两道所述侧部下垫梁6上，两个所述侧部支架5分别固定于两道所述侧部下垫梁6底部；每榀所述全断面支撑结构中所述上部钢拱架4与两个所述侧部支架5之间均通过一道侧部下垫梁6进行紧固连接；

所述全断面支撑连接结构包括多道第一纵向连接件7，多道所述第一纵向连接件7均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体1内，多道所述第一纵向连接件7沿隧道上部洞体1的开挖轮廓线由左至右进行布设；每榀所述全断面支撑结构的上部钢拱架4均与多道所述第一纵向连接件7紧固连接；

所述中隔墙临时支护结构包括一道中部下垫梁10、多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的中隔墙8和将多个所述中隔墙8连接为一体的中隔墙纵向连接结构，每个所述中隔墙8均位于左侧导洞1-1与右侧导洞1-2之间，所述中隔墙8的形状与左侧导洞1-1的右侧开挖轮廓线形状相同；所述中隔墙纵向连接结构包括多道由上至下布设的第二纵向连接件9，多道所述第二纵向连接件9均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体1内，每个所述中隔墙8均与多道所述第二纵向连接件9紧固连接；所述中隔墙8的数量与所述全断面支撑连接结构的数量相同，每榀所述全断面支撑连接结构内侧均设置有一个所述中隔墙8，每榀所述全断面支撑连接结构均与其内侧所设置的中隔墙8布设于同一隧道横断面上；所述中隔墙8为顶部与上部钢拱架4紧固连接的拱形支架，所述中部下垫梁10沿隧道纵向延伸方向进行布设，多个所述中隔墙8底部均支撑于中部下垫梁10上，所述中部下垫梁10位于隧道上部洞体1底部；

两道所述侧部下垫梁6分别为位于左侧导洞1-1左侧底部的左侧下垫梁和位于右侧导洞1-2右侧底部的右侧下垫梁，所述上部钢拱架4由位于左侧导洞1-1内的左侧拱架和位于右侧导洞1-2内的右侧拱架连接而成，所述左侧拱架的外端支撑于所述左侧下垫梁上且其内端支撑于中隔墙8上，所述右侧拱架的外端支撑于所述右侧下垫梁上且其内端与所述左侧拱架的内端连接；所述左侧拱架和位于左侧导洞1-1内的第一纵向连接件7组成左侧刚性支护结构，所述右侧拱架和位于右侧导洞1-2内的第一纵向连接件7组成右侧刚性支护结构；

所述隧道锚网喷支护结构包括对隧道上部洞体1的拱墙进行初期支护的拱墙锚网喷支护结构和两个分别对所述隧道下部洞体的左右两侧边墙进行初期支护的边墙锚网喷支护结构，两个所述边墙锚网喷支护结构对称布设于所述拱墙锚网喷支护结构的左右两侧下方，两个所述边墙锚网喷支护结构均与所述拱墙锚网喷支护结构连接为一体；

所述拱墙锚网喷支护结构与所述左侧刚性支护结构和所述右侧刚性支护结构组成隧道上部洞体1的隧道初期支护结构；

对所施工大断面隧道进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、隧道上部洞体开挖：对隧道上部洞体1进行开挖，过程如下：

步骤101、左侧导洞开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧导洞1-1进行开挖；

所述左侧导洞1-1开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法由后向前对开挖成型的左侧导洞1-1进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的左侧导洞1-1内对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构紧固连接为一体；

步骤102、右侧导洞开挖：步骤101中所述左侧导洞1-1开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对右侧导洞1-2进行开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体1；

所述右侧导洞1-2开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法由后向前对开挖成型的右侧导洞1-2进行初期支护，由后向前在开挖成型的右侧导洞1-2内对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述右侧刚性支护结构与所述右侧下垫梁和步骤101中所述左侧刚性支护结构均紧固连接为一体，所述右侧刚性支护结构中的所述右侧拱架与步骤101中所述左侧刚性支护结构中的所述左侧拱架连接组成上部钢拱架4，获得施工成型的所述隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构；

对右侧导洞1-2进行开挖时，所述右侧导洞1-2的掌子面位于左侧导洞1-1的掌子面后侧；

步骤二、隧道拱墙初期支护变形侵限判断及换拱施工：步骤102中所述右侧导洞1-2开挖过程中，同步对所述隧道上部洞体1内的所述隧道初期支护结构进行变形监测，并根据变形监测结果对所述隧道初期支护结构是否发生变形侵限进行判断：当判断得出所述隧道上部洞体1内的所述隧道初期支护结构存在变形侵限时，还需对隧道上部洞体1中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行换拱施工，换拱施工完成后进入步骤三；否则，进入步骤三；

步骤三、隧道下部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述隧道下部洞体进行开挖，开挖过程中由后向前对步骤101中所述中隔墙临时支护结构进行拆除，并采用锚网喷联合支护方法同步由后向前对开挖成型的所述隧道下部洞体进行初期支护，同时由后向前在所述左侧下垫梁和所述右侧下垫梁底部分别安装侧部支架5。

步骤三中隧道下部洞体开挖过程中，获得施工成型的所述全断面支护体系，详见图5。

本实施例中，所述隧道洞还包括位于所述隧道下部洞体下方的隧道底部洞体16，所述隧道底部洞体16的开挖宽度由上至下逐渐缩小且其上部开挖宽度小于所述隧道洞左右两侧边墙底部的间距；所述隧道下部洞体由左至右分为左侧洞体17、左中洞体18、右中洞体19和右侧洞体20，所述左侧洞体17和右侧洞体20呈左右对称布设，所述左中洞体18和右中洞体19的横断面均为矩形且二者呈左右对称布设；

步骤三中进行隧道下部洞体开挖时，过程如下：

步骤301、左右侧洞体先行开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧洞体17和右侧洞体20分别进行开挖；开挖过程中，所述左侧洞体17和右侧洞体20的掌子面均位于步骤102中所述右侧导洞1-2的掌子面后侧；

所述左侧洞体17开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧洞体17内安装侧部支架5，并使所安装侧部支架5顶部固定在步骤101中所述左侧下垫梁底部；

所述右侧洞体20开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧洞体20内安装侧部支架5，并使所安装侧部支架5顶部固定在步骤102中所述右侧下垫梁底部；

本步骤中所述左侧洞体17和右侧洞体20内所安装的侧部支架5与步骤102中所述上部钢拱架4连接组成所述拱墙钢拱架；

步骤302、左右中洞体跟进开挖：对左中洞体18和右中洞体19分别进行开挖，获得开挖成型的所述隧道下部洞体；

所述左中洞体18和右中洞体19开挖过程中，由后向前对步骤101中所述中隔墙临时支护结构进行拆除；

步骤302中进行左右中洞体跟进开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道底部洞体16进行开挖，获得开挖成型的所述隧道洞；开挖过程中，所述左侧洞体17和右侧洞体20的掌子面均位于隧道底部洞体16的掌子面前侧；

所述隧道底部洞体16开挖过程中，由后向前在开挖成型的隧道底部洞体16底部安装隧道仰拱支架2，并使所安装隧道仰拱支架2与步骤301中所述拱墙钢拱架连接形成所述全断面支撑结构，获得施工成型的所述全断面支护体系，详见图5。

所施工大断面隧道的支护结构为复合式衬砌结构，所述复合式衬砌结构包括隧道初支结构和位于所述隧道初支结构内侧的隧道二次衬砌21。所施工隧道的围岩为Ⅳ级围岩或Ⅴ级围岩，围岩稳定性较差。本实施例中，所述隧道洞为大断面隧道洞3。

所述大断面隧道是指隧道横断面积＞50m²的隧道。本实施例中，所述大断面隧道的开挖宽度不小于10m且其隧道高度不小于8m。其中，开挖宽度是指考虑了二次衬砌、隧道初期支护结构和预留变形量后开挖轮廓的最大开挖宽度，因而开挖宽度为隧道开挖轮廓线的最大宽度。隧道高度为隧道开挖轮廓线的最大高度，即隧道开挖轮廓线中部的高度。

所述隧道上部洞体1开挖过程中，为避免在破碎围岩中由于隧道上部洞体1内的基底软弱引起的拱架(即上部钢拱架4)下沉，并保证隧道上部洞体1内隧道初期支护结构的稳定性，每榀所述上部钢拱架4的左右两侧底部均设置有一个上锁脚锚固件14，两个所述上锁脚锚固件14均位于所述隧道洞外侧岩体内且二者对称布设于隧道上部洞体1底部左右两侧。

相应地，对所述隧道下部洞体进行开挖过程中，为避免在破碎围岩中由于基底软弱引起的拱架(即拱墙钢拱架)下沉，每榀所述拱墙钢拱架的左右两侧底部均设置有一个下锁脚锚固件15，两个所述下锁脚锚固件15均位于所述隧道洞外侧岩体内且二者对称布设于所述隧道下部洞体底部左右两侧。

本实施例中，每榀所述拱墙钢拱架均与其外侧所设置的两个所述下锁脚锚固件15和两个所述上锁脚锚固件14布设于同一隧道横断面上，因而锚固更为直接、有力。

另外，由于所述上部钢拱架4的左右两端均支撑于侧部下垫梁6上，这样能进一步增强拱架的抗下沉能力，能有效避免在破碎围岩中由于基底软弱引起的上部钢拱架4下沉，能有效增强隧道上部洞体1内所述隧道初期支护结构的稳定性。

本实施例中，步骤102中对右侧导洞1-2进行开挖过程中，还需由后向前在开挖成型的隧道上部洞体1的左右两侧底部分打设上锁脚锚固件14；

步骤301中进行左右侧洞体先行开挖过程中，还需由后向前在开挖成型的左侧洞体17左侧底部和右侧洞体20的右侧底部分别打设下锁脚锚固件15。

本实施例中，所述上锁脚锚固件14和下锁脚锚固件15均为锁脚锚管，上锁脚锚固件14打设在隧道上部洞体1的拱脚上，下锁脚锚固件15打设在所述隧道洞的拱脚上。

所述隧道上部洞体1内上部钢拱架4的左右两端均支撑于侧部下垫梁6上，所述中隔墙8底部支撑于中部下垫梁10上，同时在隧道上下断面的拱脚上均采用打设锁脚锚管进行注浆加固的措施，因而能有效保证隧道初期支护的稳固性。本实施例中，所述锁脚锚管的直径为φ50mm且其长度5m。实际施工时，可根据具体需要，对所述锁脚锚管的尺寸进行相应调整。

为确保所述全断面支护体系纵向连接的稳固性，所述全断面支撑连接结构中位于所述中隔墙临时支护结构左侧的第一纵向连接件7和位于所述中隔墙临时支护结构右侧的第一纵向连接件7的数量均不少于三道。并且，所述第二纵向连接件9的数量不小于两道。

为加强型钢钢架纵向连接，本实施例中，所述上部钢拱架4拱顶靠近中隔墙8支点处的左右两侧环向至少设置3道所述第一纵向连接件7，所述第一纵向连接件7的环向间距为0.5m；支点下方所述中隔墙8上至少设置两道所述第二纵向连接件9，所述第二纵向连接件9的环向间距为1m。多榀所述上部钢拱架4的其余部位之间以及多个所述中隔墙8的其余部位之间也可以采用纵向钢筋进行连接。

本实施例中，所述隧道仰拱支架2的左端伸入至左侧洞体17内，所述隧道仰拱支架2的右端伸入至右侧洞体20内；

所述隧道上部洞体1的开挖宽度由上至下逐渐增大，所述隧道下洞体的开挖宽度由上至下逐渐缩小。因而，所述隧道上部洞体1底部为所述隧道洞的最大开挖宽度位置。

为确保开挖施工安全，有效减小左右侧洞体的开挖断面，所述左侧洞体17的上部开挖宽度不大于3m。本实施例中，所述左侧洞体17的上部开挖宽度为2.5m。实际施工时，可根据具体需要，对左侧洞体17的上部开挖宽度进行相应调整。

为增强支护稳固性，所述拱墙钢拱架、隧道仰拱支架2和中隔墙8均为型钢支架均为型钢支架。并且，所述拱墙钢拱架、隧道仰拱支架2和中隔墙8均由一根工字钢弯曲而成。

实际施工时，多道所述中隔墙8沿的开挖轮廓线由左至右进行布设。两个所述侧部支架5分别位于左侧洞体17和右侧洞体20内。

本实施例中，多榀所述全断面支撑结构呈均匀布设。

实际施工时，相邻两榀所述全断面支撑结构之间的间距为0.6m～1.2m。

本实施例中，相邻两榀所述全断面支撑结构之间的间距与所施工大断面隧道的开挖循坏进尺相同。相邻两榀所述全断面支撑结构之间的间距为0.6m或1.2m。

如图4所示，所述中部下垫梁10的顶部位于所述隧道洞的中心轴线左侧，所述中部下垫梁10的底部位于所述隧道洞的中心轴线右侧；

所述侧部下垫梁6和中部下垫梁10的结构相同且二者均为纵向下垫梁，所述纵向下垫梁由多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的下垫梁节段11拼接而成，前后相邻两个所述下垫梁节段11之间均通过纵向连接螺栓12进行连接；所述下垫梁节段11的长度与相邻两榀所述全断面支撑结构之间的间距相同，前后相邻两个所述下垫梁节段11之间的连接位置位于相邻两榀所述全断面支撑结构之间。

本实施例中，所述拱墙钢拱架、隧道仰拱支架2和中隔墙8均由Ⅰ25型钢弯曲而成，因而能有效提高支撑强度。并且，所述上部钢拱架4和中隔墙8底部均支撑于所述纵向下垫梁上。

为提高支撑强度，所述侧部下垫梁6和中部下垫梁10均为一根沿隧道纵向延伸方向布设的工字钢。

本实施例中，所述侧部下垫梁6和中部下垫梁10均为一根Ⅰ20型钢。

实际施工时，可根据具体需要，对所述拱墙钢拱架、隧道仰拱支架2和中隔墙8以及侧部下垫梁6和中部下垫梁10所采用的型钢类型和尺寸分别进行相应调整。

本实施例中，前后相邻两个所述下垫梁节段11之间的连接位置位于相邻两榀所述全断面支撑结构之间中部。

如图7所示，每个所述下垫梁节段11的前后两端均设置有连接垫板13，所述连接垫板13上开有多个供纵向连接螺栓12安装的螺栓安装孔，所述连接垫板13与下垫梁节段11呈垂直布设，所述纵向下垫梁中前后相邻两个所述下垫梁节段11之间的两个所述连接垫板13呈平行布设且二者通过纵向连接螺栓12紧固连接为一体，实际安装及拆除均非常简便。

本实施例中，所述连接垫板13为第一钢垫板。并且，所述第一钢垫板的厚度为16mm。

为便于后期工序拆除，对侧部下垫梁6中前后相邻两个所述下垫梁节段11进行连接的纵向连接螺栓12均位于侧部下垫梁6的内侧。因而，对侧部下垫梁6进行固定时，仅在连接垫板13内侧上下各设置纵向连接螺栓12。

而为增强连接可靠性，对中部下垫梁10中前后相邻两个所述下垫梁节段11进行连接的纵向连接螺栓12包括位于中部下垫梁10左侧的左侧连接螺栓和位于中部下垫梁10右侧的右侧连接螺栓。

本实施例中，所述中隔墙8顶部与上部钢拱架4之间通过支架连接螺栓紧固连接，因而后期拆除非常简便。同时，为确保连接可靠性和支撑稳固性，所述中隔墙8顶部与上部钢拱架4之间垫装有第二钢垫板，所述第二钢垫板上开有供所述支架连接螺栓安装的螺栓安装孔。

为确保后期拆除简便，所述支架连接螺栓和纵向连接螺栓12外侧均通过土工布或编织布进行包裹。

同时，为确保连接可靠性，所述上部钢拱架4与第一纵向连接件7之间以及中隔墙8与第二纵向连接件9之间均采用焊接方式进行紧固连接，焊缝饱满，保证连接牢固。

实际施工时，步骤102中对右侧导洞1-2进行开挖时，所述右侧导洞1-2的掌子面与左侧导洞1-1的掌子面之间的间距不小于20m；

步骤301中对左侧洞体17和右侧洞体20进行开挖时，所述左侧洞体17的掌子面位于右侧洞体20的掌子面前侧，所述左侧洞体17的掌子面与右侧洞体20的掌子面之间的间距为3m～5m，所述左侧洞体17的掌子面与右侧导洞1-2的掌子面之间的间距不小于10m；

步骤302中对左中洞体18和右中洞体19进行开挖时，所述左中洞体18的掌子面位于右中洞体19的掌子面前侧，所述左中洞体18的掌子面与右中洞体19的掌子面之间的间距为3m～5m。

本实施例中，右侧导洞1-2的掌子面与左侧导洞1-1的掌子面之间的间距为25m；所述左侧洞体17的掌子面与右侧导洞1-2的掌子面之间的间距为15m。实际施工时，可根据具体需要，对右侧导洞1-2的掌子面与左侧导洞1-1的掌子面之间的间距以及左侧洞体17的掌子面与右侧导洞1-2的掌子面之间的间距分别进行相应调整。

由上述内容可知，所述隧道洞的上半断面采用中隔壁法，左侧导洞1-1和右侧导洞1-2均采用全断面开挖方法，左侧导洞1-1先行开挖，右侧导洞1-2滞后左侧导洞1-1开挖且滞后25m开挖，即左侧导洞1-1开挖25m后再对右侧导洞1-2进行开挖；所述隧道下部洞体由左至右分4部分进行开挖施工，最后开挖隧道底部洞体16，获得开挖成型的所述隧道洞。所述隧道洞开挖施工过程中，同步完成所述隧道洞的初期支护施工，获得所述隧道洞的初期支护结构，同时由后向前对隧道初支仰拱进行施工，并使隧道初支仰拱与所述隧道洞的初期支护结构及时闭合形成所述隧道初支结构；与此同时，由后向前对隧道二次衬砌21进行施工，这样能有效确保隧道洞身稳定，详见图6。

对所述隧道下部洞体进行开挖时，左侧洞体17和右侧洞体20错开3m～5m先行开挖，之后左中洞体18和右中洞体19错开3m～5m开挖，右侧导洞1-2的掌子面与所述隧道下部洞体中最前端开挖面(即掌子面)需错开15m，便于出砟。

本实施例中，所述隧道洞的初期支护结构还包括对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的隧道锚网喷支护结构。

步骤101中所述左侧刚性支护结构、步骤102中所述右侧刚性支护结构与步骤301中所述左侧洞体17和右侧洞体20内所安装的侧部支架5组成对所述隧道洞的拱墙进行支护的隧道拱墙刚性支护结构；所述隧道锚网喷支护结构与所述隧道拱墙刚性支护结构紧固连接为一体且二者组成所述隧道洞的拱墙初期支护结构。

步骤301中进行左右侧洞体先行开挖过程中，同步对已施工成型的所述拱墙初期支护结构进行变形监测。

步骤302中进行左右中洞体跟进开挖时，根据所述拱墙初期支护结构的变形监测结果，由后向前对位于已变形稳定的所述拱墙初期支护结构下方的左中洞体18和右中洞体19分别进行开挖。

因而，步骤302中对所述中隔墙临时支护结构进行拆除时，需根据所述拱墙初期支护结构的变形监测结果；待所述拱墙初期支护结构变形稳定后，在左中洞体18和右中洞体19开挖过程中，逐榀拆除临时钢架(即中隔墙8)，同时由后向前对中部下垫梁10进行拆除，拆除过程中需避免循环进尺过大，导致一次拆除多榀中隔墙8。因此，步骤302中所述左中洞体18和右中洞体19开挖过程中，需加强所述拱墙初期支护结构的变形监测，逐榀拆除中隔壁钢支撑(即中隔墙8)，确保拆除安全。

本实施例中，对隧道底部洞体16进行开挖时，每次开挖不超过3m，开挖后及时闭合仰拱初支(即及时安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与所述拱墙钢拱架连接形成所述全断面支撑结构)，并灌注仰拱混凝土，保证隧道仰拱31施工紧跟，避免安全步距超标过大。

由上述内容可知，由于断层破碎带地质隧道开挖后基底软弱，承载力低，为抑制大跨度开挖引起拱顶下沉，本发明采用上半断面中隔壁法进行开挖，在隧道上部洞体1中部设置圆弧状的中隔墙8；并且，对隧道上部洞体1的左右侧导洞进行开挖过程中，在开挖基底两侧纵向敷设侧部下垫梁6，并在开挖基底中部纵向敷设中部下垫梁10，以将上部钢拱架4和中隔墙8均落在所述纵向下垫梁上，并且在隧道洞的上、下断面两侧拱脚处分别打设锁脚锚管并注浆；同时，隧道上部洞体1内的所有上部钢拱架4均纵向连接为一体，且隧道上部洞体1内的所有中隔墙8均纵向连接为一体，形成稳固支护体系，尤其适用于穿越地层断裂带的大断面隧道施工。

本实施例中，所述隧道锚网喷支护结构包括对隧道上部洞体1的拱墙进行初期支护的拱墙锚网喷支护结构和两个分别对所述隧道下部洞体的左右两侧边墙进行初期支护的边墙锚网喷支护结构，两个所述边墙锚网喷支护结构对称布设于所述拱墙锚网喷支护结构的左右两侧下方，两个所述边墙锚网喷支护结构均与所述拱墙锚网喷支护结构连接为一体；

所述拱墙锚网喷支护结构与步骤101中所述左侧刚性支护结构和步骤102中所述右侧刚性支护结构组成隧道上部洞体1的隧道初期支护结构。所述隧道上部洞体1的隧道初期支护结构的稳定性至关重要。

为确保施工安全，待所述隧道上部洞体1的隧道初期支护结构施工完成后，还需对隧道上部洞体1的隧道初期支护结构进行变形监测，待隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构变形稳定后，再对所述隧道下部洞体进行开挖。

实际施工时，如地质差导致隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构变形量加大且未发生变形侵限时，需在隧道上部洞体1内侧底部设置临时仰拱；当隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构发生变形侵限时，则需要对隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构进行换拱。

为安全起见，本实施例中，如图3、图4和图8所示，步骤102中对右侧导洞1-2进行开挖过程中，还需由后向前在开挖成型的隧道上部洞体1内侧底部施工临时仰拱；

所述临时仰拱沿隧道纵向延伸方向布设；所述临时仰拱包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的临时仰拱支架22和将多个所述临时仰拱支架22紧固连接为一体的仰拱纵向连接结构，所述仰拱纵向连接结构包括多道沿临时仰拱支架22的长度方向由左至右布设的第三纵向连接件，所述第三纵向连接件沿隧道纵向延伸方向布设，每道所述第三纵向连接件均与多个所述临时仰拱支架22紧固连接；所述临时仰拱支架22为布设于隧道上部洞体1内侧底部的拱形支架，每榀所述上部钢拱架4的正下方均设置有一个所述临时仰拱支架22，每榀所述上部钢拱架4均与位于其正下方的临时仰拱支架22布设于同一隧道横断面上且二者组成一个封闭式支撑架，每个所述临时仰拱支架22的左右两端分别与位于其正上方的上部钢拱架4的左右两侧下部紧固连接；每个所述中隔墙8底部均支撑于一个所述临时仰拱支架22上。

本实施例中，多个所述临时仰拱支架22均支撑于位于隧道上部洞体1下方的隧道下部未开挖岩体28上；所述临时仰拱还包括在隧道下部未开挖岩体28上浇筑成型的仰拱混凝土浇筑结构30，所述临时仰拱支架22和所述第三纵向连接结构均浇筑于仰拱混凝土浇筑结构30内。因而，所述临时仰拱的整体性强，结构稳固，能对临时仰拱支架22提供稳固基础，以对上部钢拱架4进行稳固支撑。

本实施例中，所述临时仰拱支架22为左右两侧逐渐向上弯曲的拱形支架。因而，所述临时仰拱支架22为反拱形。相比直线形支架，反拱形的临时仰拱支架22通过底部收拢与支撑能有效提高上部钢拱架4对外侧围岩的支护力，并能对上部钢拱架4进行稳固支撑，同时所形成的封闭式支撑架整体性更强，并且更便于与上部钢拱架4下部可靠连接。

为支撑牢靠，所述隧道上部洞体1的底部形状与临时仰拱支架22的形状相同，因而隧道上部洞体1的底部为反拱形，这样所成型隧道上部洞体1的结构更稳固。实际施工，所述隧道上部洞体1的底部也可以为平面。

本实施例中，所述仰拱混凝土浇筑结构30的横断面形状与临时仰拱支架22的形状相同。所述仰拱混凝土浇筑结构30的横断面为反拱形。

为加工简便及支撑牢靠，所述临时仰拱支架22为型钢支架。本实施例中，为进一步增强临时仰拱支架22与仰拱混凝土浇筑结构30的连接可靠性，并且更便于临时仰拱支架22的简便、平稳安装，所述临时仰拱支架22由一根工字钢弯曲而成。

本实施例中，为确保临时仰拱支架22与上部钢拱架4之间的连接可靠性，所述临时仰拱支架22的两端与上部钢拱架4之间均塞填有钢垫板，所述钢垫板与临时仰拱支架22和上部钢拱架4均焊接固定为一体。

本实施例中，所述仰拱混凝土浇筑结构30的上表面与临时仰拱支架22的上表面相平齐，所述门式支撑架23底部与临时仰拱支架22焊接固定。

如图8所示，所述第三纵向连接件为纵向连接型钢32。为进一步增强纵向连接型钢32与仰拱混凝土浇筑结构30的连接可靠性，进一步提高所述临时仰拱的整体性，并且更便于纵向连接型钢32的简便、平稳安装，所述纵向连接型钢32为槽钢且其槽口朝上。

为后期拆除简便，并且减少用钢量，节约施工成本，所述纵向连接结构还包括多组纵向连接钢筋33，相邻两道所述纵向连接型钢32之间均布设有一组所述纵向连接钢筋33，每组所述纵向连接钢筋33均包括多道由左至右布设的纵向连接钢筋33，所述纵向连接钢筋33沿隧道纵向延伸方向布设，每道所述纵向连接钢筋33均与多个所述临时仰拱支架22紧固连接。

本实施例中，所述临时仰拱支架22为I22型钢支架或I20型钢支架，所述临时仰拱支架22与上部钢拱架4对应设置，并且临时仰拱支架22与上部钢拱架4紧固连接为一体并形成封闭式支撑架，施工成型的临时仰拱使所述需换拱段的拱墙闭合成环，能有效减少隧道上部洞体1进行进一步收敛和下沉。

相邻两道所述纵向连接型钢32之间的间距为140cm～160cm，每组所述纵向连接钢筋33中相邻两道所述纵向连接钢筋33之间的间距为40cm～60cm。本实施例中，所述纵向连接型钢32为[100mm槽钢且其与临时仰拱支架22焊接为一体，纵向连接钢筋33为φ22mm钢筋，相邻两道所述纵向连接型钢32之间的间距为150cm，每组所述纵向连接钢筋33中相邻两道所述纵向连接钢筋33之间的间距为50cm。实际施工时，可根据具体需要，对纵向连接型钢32所采用槽钢的尺寸、纵向连接钢筋33的直径、相邻两道所述纵向连接型钢32之间的间距以及每组所述纵向连接钢筋33中相邻两道所述纵向连接钢筋33之间的间距分别进行相应调整。

实际施工时，根据隧道横断面大小及围岩地质条件，所述临时仰拱支架22采用I22型钢或I20型钢钢架；所述临时仰拱支架22与上部钢拱架4之间采用钢垫板塞紧焊牢，塞钢垫板前，需将上部钢拱架4的表层混凝土凿除。

本实施例中，对临时仰拱进行施工时，过程如下：

步骤A1、临时仰拱支架施工：在每榀所述上部钢拱架4的正下方均设置一个所述临时仰拱支架22，并使每个所述临时仰拱支架22均与位于其正上方的上部钢拱架4紧固连接为一体；

步骤A2、第三纵向连接结构施工：待所述需换拱段所有上部钢拱架4的正下方均设置临时仰拱支架22后，对所述第三纵向连接结构进行施工，并通过所述第三纵向连接结构将多个所述临时仰拱支架22紧固连接为一体；

步骤A3、仰拱混凝土浇筑：对仰拱混凝土浇筑结构30进行混凝土浇筑，所浇筑混凝土的强度等级不高于C25。

为便于后期对所述临时仰拱进行拆除，所述仰拱混凝土浇筑结构30的混凝土强度等级为C15或C10，并且对仰拱混凝土浇筑结构30进行浇筑时，混凝土需灌满捣固密实。

本实施例中，步骤101中进行左侧导洞开挖之前，先对左侧导洞1-1进行超前小导管注浆加固；

步骤102中进行右侧导洞开挖之前，先对右侧导洞1-2进行超前小导管注浆加固。

对所述左侧导洞1-1和右侧导洞1-2分别进行超前小导管注浆加固后，形成对所述隧道上部洞体1拱部进行加固的超前小导管注浆加固结构。

所述超前小导管注浆加固结构沿所述隧道洞的纵向延伸方向由后向前分为多个加固节段，前后相邻两个所述加固节段之间相互搭接，每个所述加固节段的长度均为3m；每个所述加固节段均包括多根由左至右布设在所述隧道上部洞体1拱部上方的超前小导管24，所述超前小导管24的长度为3m～5m且其直径为Φ40mm～Φ45mm。

本实施例中，多根所述超前小导管24呈均匀布设相邻两根所述超前小导管24的环向间距为0.5m，超前小导管24的外插角为10°～15°，所述超前小导管24的后端与上部钢拱架4焊接。

所述超前小导管24为热轧无缝钢管，外径为Φ42mm，壁厚4mm，长度为4m，管身设孔径Φ8mm且间距为15cm的梅花型钻孔，超前小导管24的尾部(即前端)50cm长度范围内不开设钻孔，超前小导管24的尾部制作成尖椎状。采用超前小导管24进行注浆加固时，注入水灰比为1：1的单液水泥浆。

实际进行超前小导管施工时，需预先在上部钢拱架4上环向开设多个供超前小导管24穿过的通孔，将上部钢拱架4作为导向架。

本实施例中，所述隧道锚网喷支护结构包括喷射在所述隧道洞的内壁上的初喷混凝土喷射层、一层挂装在所述隧道洞内壁上的钢筋网和喷射在所述初喷混凝土喷射层上的后喷混凝土喷射层，所述钢筋网位于所述全断面支护体系外侧，所述隧道拱墙刚性支护结构和所述钢筋网均固定于所述初喷混凝土喷射层与所述后喷混凝土喷射层之间。

本实施例中，步骤101中进行左侧导洞开挖时，由后向前对开挖成型的左侧导洞1-1进行初期支护；

对左侧导洞1-1进行初期支护时，先在开挖成型的左侧导洞1-1内壁上喷射混凝土形成左侧导洞1-1的初喷混凝土喷射层，并在所述初喷混凝土喷射层内侧挂装钢筋网，同时在左侧导洞1-1底部喷射一层混凝土并形成左侧混凝土封闭层；之后，对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并在左侧导洞1-1的所述初喷混凝土喷射层上喷射混凝土形成后喷混凝土喷射层，完成左侧导洞1-1的初期支护过程；

步骤102中进行右侧导洞开挖时，由后向前对开挖成型的右侧导洞1-2进行初期支护；

对右侧导洞1-2进行初期支护时，先在开挖成型的右侧导洞1-2内壁上喷射混凝土形成右侧导洞1-2的所述初喷混凝土喷射层，并在所述初喷混凝土喷射层内侧挂装钢筋网，同时在右侧导洞1-2底部喷射一层混凝土并形成右侧混凝土封闭层；之后，对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并在右侧导洞1-2的所述初喷混凝土喷射层上喷射混凝土形成后喷混凝土喷射层，完成右侧导洞1-2的初期支护过程；

步骤301中对左侧洞体17和右侧洞体20分别进行开挖时，由后向前对开挖成型的左侧洞体17和右侧洞体20分别进行初期支护；

对左侧洞体17进行初期支护时，先在开挖成型的左侧洞体17左侧内壁上喷射混凝土形成左侧洞体17的初喷混凝土喷射层，并在所述初喷混凝土喷射层内侧挂装钢筋网；之后，在所述左侧下垫梁底部安装侧部支架5，并在左侧洞体17的所述初喷混凝土喷射层上喷射混凝土形成后喷混凝土喷射层，完成左侧洞体17的初期支护过程；

对右侧洞体20进行初期支护时，先在开挖成型的右侧洞体20右侧内壁上喷射混凝土形成初喷混凝土喷射层，并在所述初喷混凝土喷射层内侧挂装钢筋网；之后，在所述右侧下垫梁底部安装侧部支架5，并在右侧洞体20的所述初喷混凝土喷射层上喷射混凝土形成后喷混凝土喷射层，完成右侧洞体20的初期支护过程。

在开挖成型的左侧导洞1-1内壁上喷射混凝土并形成左侧导洞1-1的初喷混凝土喷射层时，在左侧导洞1-1顶部和左右两侧内壁上均喷射混凝土，这样在开挖后能对左侧导洞1-1进行快速封闭，增大施工安全性和洞体稳定性；相应地，在开挖成型的右侧导洞1-2内壁上喷射混凝土并形成右侧导洞1-2的初喷混凝土喷射层时，在右侧导洞1-2顶部和左右两侧内壁上均喷射混凝土，这样在开挖后能对右侧导洞1-2进行快速封闭，增大施工安全性和洞体稳定性。

本实施例中，所述左侧混凝土封闭层和所述右侧混凝土封闭层的层厚均为10cm，因而能有效确保洞体基底的稳固性。

本实施例中，所述左侧导洞1-1和右侧导洞1-2开挖过程中，所述隧道上部洞体周侧的主体结构随开挖同步施做。

本实施例中，所述隧道锚网喷支护结构还包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚杆支护结构，每个所述锚杆支护结构均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在隧道上部洞体1拱墙上的初期支护锚杆，多个所述初期支护锚杆均布设在同一个隧道横断面上；前后相邻两个所述初期支护锚杆支护结构中的所述初期支护锚杆呈交错布设。

步骤102中对右侧导洞1-2进行开挖过程中，还需由后向前在开挖成型的隧道上部洞体1拱墙上施工所述锚杆支护结构。

本实施例中，待所述上部钢拱架4和中隔墙8均安装完成后，再由后向前在开挖成型的隧道上部洞体1拱墙上施工所述锚杆支护结构。

位于昌平区南口镇羊台子村的兴延高速石峡隧道，左线全长5746米(右线5879米)，沿线分布的侵入岩体(脉)的侵入活动主要集中在中生代燕山运动时期，具有多期次的特点。主要表现为沿本区域不同级别断裂构造、破碎带及次级结构面(小断层、长大裂隙)或沿岩体薄弱带侵入。在地表表现为侵入岩体对围岩的挤压及对上覆岩体的顶托，造成侵入岩体周边围岩体的挤压破坏及上覆岩体的产状错乱、骤变与结构破碎，并导致差异性风化，影响隧道工程岩体质量和工程性质。隧道主要发育有32条具有一定规模的断层构造，隧道开挖断面宽17.6米，高8.3米，矢跨比大，拱顶扁平，在断层破碎带软弱围岩地段，对初支整体压力极大。

采用如图1所示的施工方法对穿越地层断裂带的兴延高速石峡隧道进行施工时，隧道施工过程安全、可靠。

本实施例中，对所述隧道上部洞体1内的所述隧道初期支护结构进行变形监测时，采用常规的变形监测系统进行监测。

本实施例中，步骤二中对隧道上部洞体1中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行换拱施工时，对需进行换拱的需换拱段进行换拱施工；

所述需换拱段为隧道上部洞体1内的所述隧道初期支护结构已施工完成且所述隧道下部洞体未开挖的隧道段；

所述需换拱段由侵限段和两个分别位于侵限段前后两侧的延伸段连接而成，所述侵限段为隧道上部洞体1中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段，两个所述延伸段均为隧道上部洞体1中与所述侵限段相邻且相互连通的隧道段，两个所述延伸段内需更换拱架的数量均不少于3榀；所述需更换拱架为所述隧道初期支护结构中的上部钢拱架4，所述需换拱段内所述隧道初期支护结构中的所有上部钢拱架4均为所述需更换拱架；

对所述需换拱段进行换拱施工时，包括以下步骤：

步骤A、临时仰拱施工：在所述需换拱段内施工临时仰拱；

所述临时仰拱沿隧道纵向延伸方向布设，所述临时仰拱位于隧道上部洞体1内侧底部；所述临时仰拱包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的临时仰拱支架22、将多个所述临时仰拱支架22紧固连接为一体的纵向连接结构和在所述需换拱段内的隧道下部未开挖岩体28上浇筑成型的仰拱混凝土浇筑结构30，所述临时仰拱支架22和所述纵向连接结构均浇筑于仰拱混凝土浇筑结构30内；所述纵向连接结构包括多道沿临时仰拱支架22的长度方向由左至右布设的第三纵向连接件，所述第三纵向连接件沿隧道纵向延伸方向布设，每道所述第三纵向连接件均与多个所述临时仰拱支架22紧固连接；所述临时仰拱支架22为布设于隧道上部洞体1内侧底部的拱形支架，所述临时仰拱支架22支撑于隧道下部未开挖岩体28上，每榀所述需更换拱架的正下方均设置有一个所述临时仰拱支架22，每榀所述需更换拱架均与位于其正下方的临时仰拱支架22布设于同一隧道横断面上且二者组成一个封闭式支撑架，每个所述临时仰拱支架22的左右两端分别与位于其正上方的需更换拱架的左右两侧下部紧固连接；

步骤B、门架式支撑结构架立：在步骤A中所述临时仰拱上架立多个对需更换拱架进行支撑的门架式支撑结构，多个所述需更换拱架沿隧道纵向延伸方向由前至后布设；所述门架式支撑结构位于仰拱混凝土浇筑结构30上方；

所述需换拱段的一端为起始换拱端，所述需换拱段内最靠近所述起始换拱端的一榀所述需更换拱架为起始更换拱架，所述需换拱段内除所述起始更换拱架之外的所有需更换拱架均为需支撑钢拱架；每榀所述需支撑钢拱架均通过一个所述门架式支撑结构进行支撑，每榀所述需支撑钢拱架均与对其进行支撑的所述门架式支撑结构布设于同一隧道横断面上；每个所述封闭式支撑架内均设置有一个所述门架式支撑结构，每个所述封闭式支撑架中的需更换拱架与临时仰拱支架22均通过所述门架式支撑结构紧固连接为一体；

如图8所示，每个所述门架式支撑结构均包括一个固定于临时仰拱支架22上且对需更换拱架进行支撑的门式支撑架23和与门式支撑架23布设于同一隧道横断面上的支撑组件，所述支撑组件布设于门式支撑架23上；所述门式支撑架23位于同一个所述封闭式支撑架中的临时仰拱支架22与需更换拱架之间，所述门式支撑架23与需更换拱架之间通过所述支撑组件紧固连接为一体，所述支撑组件包括支撑于门式支撑架23左侧与需更换拱架左侧下部之间的左侧支撑件25、支撑于门式支撑架23右侧与需更换拱架右侧下部之间的右侧支撑件26和多根由左至右支撑于门式支撑架23顶部与需更换拱架之间的顶部支撑件27，所述左侧支撑件25、右侧支撑件26和顶部支撑件27均布设于同一平面上；

步骤C、换拱施工：从所述起始换拱端开始，对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对所述需换拱段进行初期支护施工，获得更换后隧道初期支护结构。

本实施例中，步骤B中进行门架式支撑结构架立时，沿隧道纵向延伸方向由后向前在所述临时仰拱上架立所述门架式支撑结构；对任一个所述门架式支撑结构进行架立前，先将该所述门架式支撑结构架立位置处的中隔墙8拆除。

实际施工时，还需对更换后隧道初期支护结构进行变形监测，且待更换后隧道初期支护结构变形稳定后，再对位于更换后隧道初期支护结构下方的所述隧道下部洞体进行开挖。

本实施例中，由于所述临时仰拱在隧道上部洞体1开挖过程中已施工完成，因而步骤A中无需再对所述临时仰拱进行施工。

本实施例中，步骤A中两个所述延伸段内所述需更换拱架的数量均为3榀。

实际施工时，可根据具体需要，对两个所述延伸段内所述需更换拱架的数量进行相应调整。其中，所述延伸段内需更换拱架的数量越多，所述延伸段的长度越长。通过在所述侵限段前后两侧分别设置延伸段，能有效确保施工安全，使换拱施工后隧道结构更稳固。

所述侵限段为隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段，实际施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前隧道上部洞体1进行初期支护过程中，采用隧道变形监测系统对施工成型的所述隧道初期支护结构进行变形监测，并根据监测结果判断隧道初期支护结构是否发生变形侵限，并对隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行确定，具体是对隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段的前后端位置分别进行确定。

本实施例中，所述仰拱混凝土浇筑结构30的上表面与临时仰拱支架22的上表面相平齐，所述门式支撑架23底部与临时仰拱支架22焊接固定。

如图9所示，为拼接方便且支撑稳固，所述门式支撑架23为由多根型钢杆件拼装成型的支撑架，所述左侧支撑件25、右侧支撑件26和顶部支撑件27均为型钢杆件，所述左侧支撑件25、右侧支撑件26和顶部支撑件27与门式支撑架23和需更换拱架之间均以焊接方式进行固定连接。

本实施例中，为进一步增强支撑稳固性，所述型钢杆件为工字钢。

本实施例中，所述左侧支撑件25与右侧支撑件26呈对称布设。因而，所述支撑组件采用辐射状支撑方式，对需更换拱架进行对称、多点位、全方位支撑，能有效减少需更换拱架进一步下沉。

如图9所示，步骤B中所述门式支撑架23呈竖直向布设，所述需更换拱架、门式支撑架23和临时仰拱支架22均布设于同一竖直面上；所述门式支撑架23包括下横梁23-1、位于下横梁23-1正上方的上横梁23-2、多根由左至右支撑于下横梁23-1与上横梁23-2之间的竖向支杆23-4和两个对称支撑于下横梁23-1左右两侧下方的竖向支架23-3，所述下横梁23-1的长度大于上横梁23-2的长度，所述上横梁23-2和下横梁23-1均位于临时仰拱支架22的正上方；两个所述竖向支架23-3之间的净距不小于4.5m，所述下横梁23-1与临时仰拱支架22中部之间的净距不小于4.5m。这样，使门式支撑架23能有效保障掌子面开挖施工机械通行，并且支撑牢靠、稳定。

本实施例中，所述顶部支撑件27的数量为三根，所述下横梁23-1和上横梁23-2的左右两侧上方均对称设置有一个所述顶部支撑件27，所述顶部支撑件27为竖向支撑杆；所述左侧支撑件25和右侧支撑件26的数量均为一根且二者均为由外至内逐渐向下倾斜的倾斜支撑杆，所述左侧支撑件25和右侧支撑件26均连接于竖向支架23-3与需更换拱架之间。

实际施工时，可根据具体需要，对顶部支撑件27、左侧支撑件25和右侧支撑件26的数量以及布设位置分别进行相应调整。

本实施例中，所述螺纹钢筋与临时仰拱支架22与需更换拱架之间均以焊接方式紧固连接，因而连接可靠。

实际进行换拱作业前，先在所施工隧道中需进行换拱的需换拱段内施工临时仰拱，再在施工成型的所述临时仰拱上架立多个对需更换拱架进行支撑的门架式支撑结构。采用所述临时仰拱与所述门架式支撑结构，能使所述需换拱段内环向快速闭合，有利于控制进一步沉降、收敛。

实际进行换拱施工时，从所述起始换拱端开始，对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对所述需换拱段进行初期支护施工，获得更换后隧道初期支护结构。

为进一步确保支撑稳固性，所述需换拱段内所有门式支撑架23通过多道纵向连接构件紧固连接为一体，所述纵向连接构件沿隧道纵向延伸方向布设。本实施例中，所述纵向连接构件由多个从后向前布设的型钢节段拼接而成，每个所述型钢节段均连接于相邻两个所述门式支撑架23之间。所述型钢节段为I20型钢。

由于所述门式支撑架23的净空不小于4.5m×4.5m，条件允许时，净宽设置为5m，因而能确保掌子面开挖施工机械能顺利通行，所述临时仰拱与所述门架式支撑结构不影响掌子面正常施工。

实际施工时，可以在门式支撑架23上搭设网片，所述门式支撑架23一方面可作为换拱、喷混凝土作业平台，安全系数高；另一方面，所述门式支撑架23对下部过往车辆、人员通行起到有效的防护作用。

本实施例中，步骤A中所述换拱端为所述需换拱段的后端；

步骤C中进行换拱施工时，从所述起始换拱端开始，由后向前对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除。

本实施例中，步骤A中所述隧道上部洞体1内的隧道初期支护结构和步骤C中所述更换后隧道初期支护结构均为采用钢拱架与锚网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与锚网喷联合支护结构且二者的结构均相同，所述钢拱架与锚网喷联合支护结构为对隧道上部洞体1的隧道拱墙进行支护的拱墙初支结构。

步骤C中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，沿隧道纵向延伸方向由后向前进行拆除。

本实施例中，所述隧道初期支护结构中的多榀所述钢拱架呈均匀布设，相邻两榀所述钢拱架之间的间距为d，因而所述延伸段的长度为3d。

本实施例中，步骤C中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，根据预先设计的所述需换拱段的开挖轮廓线，沿隧道纵向延伸方向由后向前凿除所述混凝土喷射层，并对所述需换拱段进行二次开挖；

对所述混凝土喷射层进行凿除过程中，由后向前对所述混凝土喷射层凿除后外露的所述钢拱架进行逐一更换。

对所述混凝土喷射层进行凿除过程中，由后向前同步对仰拱混凝土浇筑结构30的左右两侧分别进行凿除，所述仰拱混凝土浇筑结构30左右两侧的凿除进度与所述混凝土喷射层的凿除进度相同。

本实施例中，步骤C中进行换拱施工之前，还需对所述需换拱段的拱墙进行注浆加固。

本实施例中，步骤C中对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除时，先对所述起始更换拱架进行更换，再沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述需支撑钢拱架进行逐榀更换；

对所述起始更换拱架进行更换时，将所述起始更换拱架拆除，并在所述起始更换拱架所处位置处重新架立钢拱架，重新架立的钢拱架为已更换钢拱架；

对所述需支撑钢拱架进行更换时，先断开该需支撑钢拱架与所述门架式支撑结构之间的连接，再对该所述需支撑钢拱架进行拆除，并在该需支撑钢拱架所处位置处重新架立钢拱架，重新架立的钢拱架为已更换钢拱架；对该需支撑钢拱架进行拆除过程中，将对该需支撑钢拱架进行支撑的所述门架式支撑结构向后移动并对该需支撑钢拱架后侧相邻的已更换钢拱架进行支撑。

由上述内容可知，从拟拆除换拱的首榀钢钢架(即所述起始更换拱架)开始拆除原钢拱架，重新施作钢拱架，并进行锚网喷等初期支护施工；根据现场具体情况，拆除前一榀所述门架式支撑结构移位到已换拱钢拱架(即已更换钢拱架)上。因而，钢拱架拆除，重新施作钢拱架，锚网喷初期支护与前榀门架门架式支撑结构后移至已换拱钢拱架上为一榀所述钢拱架的换拱施工工序，多次循环进行，直至完成所述需换拱段内所有钢拱架的全部换拱施工过程。由于拆除前一榀所述门架式支撑结构均移位到已换拱钢拱架(即已更换钢拱架)上，因而能有效保证换拱施工期间多个所述门架式支撑结构与临时仰拱对所述需换拱段的整体、联合支撑，确保施工过程安全、可靠。

换拱施工过程中以及换拱施工完成后，均采用隧道变形监测系统对更换后隧道初期支护结构进行变形监测，待所述更换后隧道初期支护结构变形稳定后，再沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述隧道下部洞体进行开挖；对所述隧道下部洞体进行开挖过程中，由后向前对所述临时仰拱和所述门架式支撑结构进行拆除，同时由后向前对所述隧道下部洞体进行初期支护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：所施工大断面隧道的隧道洞包括隧道上部洞体(1)和位于隧道上部洞体(1)下方的隧道下部洞体，所述隧道上部洞体(1)包括左侧导洞(1-1)和位于左侧导洞(1-1)右侧的右侧导洞(1-2)；

所述隧道洞的初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支护体系和对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的隧道锚网喷支护结构，所述左侧导洞(1-1)与右侧导洞(1-2)之间设置有中隔墙临时支护结构，所述中隔墙临时支护结构位于隧道上部洞体(1)内且其位于所述全断面支护体系内侧，所述全断面支护体系和所述中隔墙临时支护结构均沿隧道纵向延伸方向进行布设；

所述全断面支护体系包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设且对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构和将多榀所述全断面支撑结构紧固连接为一体的全断面支撑连接结构，多榀所述全断面支撑结构的结构均相同且其形状与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述全断面支撑结构均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架(2)，所述隧道仰拱支架(2)位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(2)的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于隧道上部洞体(1)内的上部钢拱架(4)和两个对称布设于上部钢拱架(4)左右两侧底部下方的侧部支架(5)，两个所述侧部支架(5)均位于所述隧道下部洞体内；

所述隧道上部洞体(1)的左右两侧底部分别设置有一道侧部下垫梁(6)，两道所述侧部下垫梁(6)呈对称布设且二者均沿隧道纵向延伸方向布设；每榀所述全断面支撑结构中所述上部钢拱架(4)的左右两侧底部分别支撑于两道所述侧部下垫梁(6)上，两个所述侧部支架(5)分别固定于两道所述侧部下垫梁(6)底部；每榀所述全断面支撑结构中所述上部钢拱架(4)与两个所述侧部支架(5)之间均通过一道侧部下垫梁(6)进行紧固连接；

所述全断面支撑连接结构包括多道第一纵向连接件(7)，多道所述第一纵向连接件(7)均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体(1)内，多道所述第一纵向连接件(7)沿隧道上部洞体(1)的开挖轮廓线由左至右进行布设；每榀所述全断面支撑结构的上部钢拱架(4)均与多道所述第一纵向连接件(7)紧固连接；

所述中隔墙临时支护结构包括一道中部下垫梁(10)、多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的中隔墙(8)和将多个所述中隔墙(8)连接为一体的中隔墙纵向连接结构，每个所述中隔墙(8)均位于左侧导洞(1-1)与右侧导洞(1-2)之间，所述中隔墙(8)的形状与左侧导洞(1-1)的右侧开挖轮廓线形状相同；所述中隔墙纵向连接结构包括多道由上至下布设的第二纵向连接件(9)，多道所述第二纵向连接件(9)均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体(1)内，每个所述中隔墙(8)均与多道所述第二纵向连接件(9)紧固连接；所述中隔墙(8)的数量与所述全断面支撑连接结构的数量相同，每榀所述全断面支撑连接结构内侧均设置有一个所述中隔墙(8)，每榀所述全断面支撑连接结构均与其内侧所设置的中隔墙(8)布设于同一隧道横断面上；所述中隔墙(8)为顶部与上部钢拱架(4)紧固连接的拱形支架，所述中部下垫梁(10)沿隧道纵向延伸方向进行布设，多个所述中隔墙(8)底部均支撑于中部下垫梁(10)上，所述中部下垫梁(10)位于隧道上部洞体(1)底部；

两道所述侧部下垫梁(6)分别为位于左侧导洞(1-1)左侧底部的左侧下垫梁和位于右侧导洞(1-2)右侧底部的右侧下垫梁，所述上部钢拱架(4)由位于左侧导洞(1-1)内的左侧拱架和位于右侧导洞(1-2)内的右侧拱架连接而成，所述左侧拱架的外端支撑于所述左侧下垫梁上且其内端支撑于中隔墙(8)上，所述右侧拱架的外端支撑于所述右侧下垫梁上且其内端与所述左侧拱架的内端连接；所述左侧拱架和位于左侧导洞(1-1)内的第一纵向连接件(7)组成左侧刚性支护结构，所述右侧拱架和位于右侧导洞(1-2)内的第一纵向连接件(7)组成右侧刚性支护结构；

所述隧道锚网喷支护结构包括对隧道上部洞体(1)的拱墙进行初期支护的拱墙锚网喷支护结构和两个分别对所述隧道下部洞体的左右两侧边墙进行初期支护的边墙锚网喷支护结构，两个所述边墙锚网喷支护结构对称布设于所述拱墙锚网喷支护结构的左右两侧下方，两个所述边墙锚网喷支护结构均与所述拱墙锚网喷支护结构连接为一体；

所述拱墙锚网喷支护结构与所述左侧刚性支护结构和所述右侧刚性支护结构组成隧道上部洞体(1)的隧道初期支护结构；

对所施工大断面隧道进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、隧道上部洞体开挖：对隧道上部洞体(1)进行开挖，过程如下：

步骤101、左侧导洞开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧导洞(1-1)进行开挖；

所述左侧导洞(1-1)开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法由后向前对开挖成型的左侧导洞(1-1)进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-1)内对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构紧固连接为一体；

步骤102、右侧导洞开挖：步骤101中所述左侧导洞(1-1)开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对右侧导洞(1-2)进行开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体(1)；

所述右侧导洞(1-2)开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法由后向前对开挖成型的右侧导洞(1-2)进行初期支护，由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-2)内对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述右侧刚性支护结构与所述右侧下垫梁和步骤101中所述左侧刚性支护结构均紧固连接为一体，所述右侧刚性支护结构中的所述右侧拱架与步骤101中所述左侧刚性支护结构中的所述左侧拱架连接组成上部钢拱架(4)，获得施工成型的所述隧道上部洞体(1)内的隧道初期支护结构；

对右侧导洞(1-2)进行开挖时，所述右侧导洞(1-2)的掌子面位于左侧导洞(1-1)的掌子面后侧；

步骤二、隧道拱墙初期支护变形侵限判断及换拱施工：步骤102中所述右侧导洞(1-2)开挖过程中，同步对所述隧道上部洞体(1)内的所述隧道初期支护结构进行变形监测，并根据变形监测结果对所述隧道初期支护结构是否发生变形侵限进行判断：当判断得出所述隧道上部洞体(1)内的所述隧道初期支护结构存在变形侵限时，还需对隧道上部洞体(1)中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行换拱施工，换拱施工完成后进入步骤三；否则，进入步骤三；

步骤三、隧道下部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述隧道下部洞体进行开挖，开挖过程中由后向前对步骤101中所述中隔墙临时支护结构进行拆除，并采用锚网喷联合支护方法同步由后向前对开挖成型的所述隧道下部洞体进行初期支护，同时由后向前在所述左侧下垫梁和所述右侧下垫梁底部分别安装侧部支架(5)。

2.按照权利要求1所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：步骤102中对右侧导洞(1-2)进行开挖时，所述右侧导洞(1-2)的掌子面与左侧导洞(1-1)的掌子面之间的间距不小于20m。

3.按照权利要求1或2所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：所述隧道洞还包括位于所述隧道下部洞体下方的隧道底部洞体(16)，所述隧道底部洞体(16)的开挖宽度由上至下逐渐缩小且其上部开挖宽度小于所述隧道洞左右两侧边墙底部的间距；所述隧道下部洞体由左至右分为左侧洞体(17)、左中洞体(18)、右中洞体(19)和右侧洞体(20)，所述左侧洞体(17)和右侧洞体(20)呈左右对称布设，所述左中洞体(18)和右中洞体(19)的横断面均为矩形且二者呈左右对称布设；

步骤三中进行隧道下部洞体开挖时，过程如下：

步骤301、左右侧洞体先行开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧洞体(17)和右侧洞体(20)分别进行开挖；开挖过程中，所述左侧洞体(17)和右侧洞体(20)的掌子面均位于步骤102中所述右侧导洞(1-2)的掌子面后侧；

所述左侧洞体(17)开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧洞体(17)内安装侧部支架(5)，并使所安装侧部支架(5)顶部固定在步骤101中所述左侧下垫梁底部；

所述右侧洞体(20)开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧洞体(20)内安装侧部支架(5)，并使所安装侧部支架(5)顶部固定在步骤102中所述右侧下垫梁底部；

本步骤中所述左侧洞体(17)和右侧洞体(20)内所安装的侧部支架(5)与步骤102中所述上部钢拱架(4)连接组成所述拱墙钢拱架；

步骤302、左右中洞体跟进开挖：对左中洞体(18)和右中洞体(19)分别进行开挖，获得开挖成型的所述隧道下部洞体；

所述左中洞体(18)和右中洞体(19)开挖过程中，由后向前对步骤101中所述中隔墙临时支护结构进行拆除；

步骤302中进行左右中洞体跟进开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道底部洞体(16)进行开挖，获得开挖成型的所述隧道洞；开挖过程中，所述左侧洞体(17)和右侧洞体(20)的掌子面均位于隧道底部洞体(16)的掌子面前侧；

所述隧道底部洞体(16)开挖过程中，由后向前在开挖成型的隧道底部洞体(16)底部安装隧道仰拱支架(2)，并使所安装隧道仰拱支架(2)与步骤301中所述拱墙钢拱架连接形成所述全断面支撑结构，获得施工成型的所述全断面支护体系。

4.按照权利要求3所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：步骤301中对左侧洞体(17)和右侧洞体(20)进行开挖时，所述左侧洞体(17)的掌子面位于右侧洞体(20)的掌子面前侧，所述左侧洞体(17)的掌子面与右侧洞体(20)的掌子面之间的间距为3m～5m，所述左侧洞体(17)的掌子面与右侧导洞(1-2)的掌子面之间的间距不小于10m；

步骤302中对左中洞体(18)和右中洞体(19)进行开挖时，所述左中洞体(18)的掌子面位于右中洞体(19)的掌子面前侧，所述左中洞体(18)的掌子面与右中洞体(19)的掌子面之间的间距为3m～5m。

5.按照权利要求3所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：步骤101中所述左侧刚性支护结构、步骤102中所述右侧刚性支护结构与步骤301中所述左侧洞体(17)和右侧洞体(20)内所安装的侧部支架(5)组成对所述隧道洞的拱墙进行支护的隧道拱墙刚性支护结构；所述隧道锚网喷支护结构与所述隧道拱墙刚性支护结构紧固连接为一体且二者组成所述隧道洞的拱墙初期支护结构；

步骤301中进行左右侧洞体先行开挖过程中，同步对已施工成型的所述拱墙初期支护结构进行变形监测；

步骤302中进行左右中洞体跟进开挖时，根据所述拱墙初期支护结构的变形监测结果，由后向前对位于已变形稳定的所述拱墙初期支护结构下方的左中洞体(18)和右中洞体(19)分别进行开挖。

6.按照权利要求1或2所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：步骤101中进行左侧导洞开挖之前，先对左侧导洞(1-1)进行超前小导管注浆加固；

步骤102中进行右侧导洞开挖之前，先对右侧导洞(1-2)进行超前小导管注浆加固。

7.按照权利要求1或2所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：所述中部下垫梁(10)的顶部位于所述隧道洞的中心轴线左侧，所述中部下垫梁(10)的底部位于所述隧道洞的中心轴线右侧；

所述侧部下垫梁(6)和中部下垫梁(10)的结构相同且二者均为纵向下垫梁，所述纵向下垫梁由多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的下垫梁节段(11)拼接而成，前后相邻两个所述下垫梁节段(11)之间均通过纵向连接螺栓(12)进行连接；所述下垫梁节段(11)的长度与相邻两榀所述全断面支撑结构之间的间距相同，前后相邻两个所述下垫梁节段(11)之间的连接位置位于相邻两榀所述全断面支撑结构之间。

8.按照权利要求5所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：所述隧道锚网喷支护结构包括喷射在所述隧道洞的内壁上的初喷混凝土喷射层、一层挂装在所述隧道洞内壁上的钢筋网和喷射在所述初喷混凝土喷射层上的后喷混凝土喷射层，所述钢筋网位于所述全断面支护体系外侧，所述隧道拱墙刚性支护结构和所述钢筋网均固定于所述初喷混凝土喷射层与所述后喷混凝土喷射层之间。

9.按照权利要求1或2所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：步骤二中对隧道上部洞体(1)中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段进行换拱施工时，对需进行换拱的需换拱段进行换拱施工；

所述需换拱段为隧道上部洞体(1)内的所述隧道初期支护结构已施工完成且所述隧道下部洞体未开挖的隧道段；

所述需换拱段由侵限段和两个分别位于侵限段前后两侧的延伸段连接而成，所述侵限段为隧道上部洞体(1)中所述隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段，两个所述延伸段均为隧道上部洞体(1)中与所述侵限段相邻且相互连通的隧道段，两个所述延伸段内需更换拱架的数量均不少于3榀；所述需更换拱架为所述隧道初期支护结构中的上部钢拱架(4)，所述需换拱段内所述隧道初期支护结构中的所有上部钢拱架(4)均为所述需更换拱架；

对所述需换拱段进行换拱施工时，包括以下步骤：

步骤A、临时仰拱施工：在所述需换拱段内施工临时仰拱；

所述临时仰拱沿隧道纵向延伸方向布设，所述临时仰拱位于隧道上部洞体(1)内侧底部；所述临时仰拱包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的临时仰拱支架(22)、将多个所述临时仰拱支架(22)紧固连接为一体的纵向连接结构和在所述需换拱段内的隧道下部未开挖岩体(28)上浇筑成型的仰拱混凝土浇筑结构(30)，所述临时仰拱支架(22)和所述纵向连接结构均浇筑于仰拱混凝土浇筑结构(30)内；所述纵向连接结构包括多道沿临时仰拱支架(22)的长度方向由左至右布设的第三纵向连接件，所述第三纵向连接件沿隧道纵向延伸方向布设，每道所述第三纵向连接件均与多个所述临时仰拱支架(22)紧固连接；所述临时仰拱支架(22)为布设于隧道上部洞体(1)内侧底部的拱形支架，所述临时仰拱支架(22)支撑于隧道下部未开挖岩体(28)上，每榀所述需更换拱架的正下方均设置有一个所述临时仰拱支架(22)，每榀所述需更换拱架均与位于其正下方的临时仰拱支架(22)布设于同一隧道横断面上且二者组成一个封闭式支撑架，每个所述临时仰拱支架(22)的左右两端分别与位于其正上方的需更换拱架的左右两侧下部紧固连接；

步骤B、门架式支撑结构架立：在步骤A中所述临时仰拱上架立多个对需更换拱架进行支撑的门架式支撑结构，多个所述需更换拱架沿隧道纵向延伸方向由前至后布设；所述门架式支撑结构位于仰拱混凝土浇筑结构(30)上方；

所述需换拱段的一端为起始换拱端，所述需换拱段内最靠近所述起始换拱端的一榀所述需更换拱架为起始更换拱架，所述需换拱段内除所述起始更换拱架之外的所有需更换拱架均为需支撑钢拱架；每榀所述需支撑钢拱架均通过一个所述门架式支撑结构进行支撑，每榀所述需支撑钢拱架均与对其进行支撑的所述门架式支撑结构布设于同一隧道横断面上；每个所述封闭式支撑架内均设置有一个所述门架式支撑结构，每个所述封闭式支撑架中的需更换拱架与临时仰拱支架(22)均通过所述门架式支撑结构紧固连接为一体；

每个所述门架式支撑结构均包括一个固定于临时仰拱支架(22)上且对需更换拱架进行支撑的门式支撑架(23)和与门式支撑架(23)布设于同一隧道横断面上的支撑组件，所述支撑组件布设于门式支撑架(23)上；所述门式支撑架(23)位于同一个所述封闭式支撑架中的临时仰拱支架(22)与需更换拱架之间，所述门式支撑架(23)与需更换拱架之间通过所述支撑组件紧固连接为一体，所述支撑组件包括支撑于门式支撑架(23)左侧与需更换拱架左侧下部之间的左侧支撑件(25)、支撑于门式支撑架(23)右侧与需更换拱架右侧下部之间的右侧支撑件(26)和多根由左至右支撑于门式支撑架(23)顶部与需更换拱架之间的顶部支撑件(27)，所述左侧支撑件(25)、右侧支撑件(26)和顶部支撑件(27)均布设于同一平面上；

步骤C、换拱施工：从所述起始换拱端开始，对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除，拆除过程中同步对所述需换拱段进行初期支护施工，获得更换后隧道初期支护结构。

10.按照权利要求9所述的穿越断层破碎带大断面隧道开挖及支护方法，其特征在于：步骤C中对所述需换拱段内的所述隧道初期支护结构进行拆除时，先对所述起始更换拱架进行更换，再沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述需支撑钢拱架进行逐榀更换；

对所述起始更换拱架进行更换时，将所述起始更换拱架拆除，并在所述起始更换拱架所处位置处重新架立钢拱架，重新架立的钢拱架为已更换钢拱架；

对所述需支撑钢拱架进行更换时，先断开该需支撑钢拱架与所述门架式支撑结构之间的连接，再对该所述需支撑钢拱架进行拆除，并在该需支撑钢拱架所处位置处重新架立钢拱架，重新架立的钢拱架为已更换钢拱架；对该需支撑钢拱架进行拆除过程中，将对该需支撑钢拱架进行支撑的所述门架式支撑结构向后移动并对该需支撑钢拱架后侧相邻的已更换钢拱架进行支撑。