CN109026029A - 一种适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,包括以下步骤:S1、施工准备;S2、超前地质预报;S3、超前支护;S4、上断面导坑分部开挖及支护;S5、拆除导坑隔壁及核心土开挖;S6、下台阶分幅开挖及支护;S7、仰拱开挖、支护及仰拱回填;S8、二次衬砌。本发明提供的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,适用于土质或破碎的岩质围岩开挖,预留核心土作为初支施工工作面,无需设台车。设刚性临时支撑,与核心土共同作用,支撑掌子面。导坑开挖断面小,稳定性易控制,安全有保障。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域,具体涉及一种适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法。
背景技术
隧道掘进施工过程中,由于地质不良导致施工区域内降低掌子面中、小型塌方及局部掉块的发生频率大幅度增加,约占各类一般工程事故出现概率的65%以上。事故一旦发生,一方面会造成工期延误,机械损坏,给经济造成不可避免的损失;另一方面会对一线施工人员的生命安全存在潜在威胁。
合理的选用隧道开挖、支护方法与工艺是保证隧道安全施工安全的关键。隧道掌子面的稳定性尤其受到开挖的影响。隧道新进尺段围岩的不稳定状态按部位主要分为拱顶塌方和背向开挖面塌方。为了防止以上两种塌方的发生,现有施工方法主要有台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。台阶法和环形开挖预留核心土法对于掌子面的稳定性起到了很好的效果,待拱顶支护完成后,再开挖下台阶或核心土来保证施工安全。但这两种方法的缺点在于,一次性揭露拱顶围岩面积大,若清危不彻底、支护不及时,易产生拱顶围岩的掉块,甚至塌方。单侧壁导坑法和双侧壁导坑法都使用了临时支护,对拱顶确实起到了临时支撑的作用,但是对于掌子面围岩的支顶作用微乎其微。隧道开挖后,易出现松散体背向掌子面崩塌或者岩层沿软弱结构面错动。而且临时支护用量大,安拆时间久,施工速度和工程造价方面处于劣势。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有隧道开挖支护方法施工速度慢、临时支护耗材大、初期支护封闭前安全性能低等问题,提供一种适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,包括以下步骤:
S1、施工准备;
S2、超前地质预报;
S3、超前支护;
S4、上断面导坑分部开挖及支护:
S41、先行侧导坑开挖:采用上下导坑法进行一侧导坑开挖并施作初期支护,上、下导坑的交界面设置为水平,同时核心土在上断面导坑开挖过程中预留成形;
S42、设置导坑隔壁:在先行侧导坑的上导坑开挖后,于核心土与拱顶初期支护之间设置导坑隔壁,且随先行侧导坑和后行侧导坑掘进,逐段设置导坑隔壁;
S43、后行侧导坑开挖:先行侧导坑开挖设定距离后且先行侧导坑喷射混凝土强度达到设计要求后,采用上下导坑法进行另一侧导坑开挖并施作初期支护,上、下导坑界面设置为水平;
S5、拆除导坑隔壁及核心土开挖:
待上断面导坑的初期支护施作完成且喷射混凝土强度达到设计强度、监控量测数据稳定后,逐段拆除导坑隔壁,导坑隔壁拆除后,进行核心土开挖;
S6、下台阶分幅开挖及支护:
下台阶于核心土开挖后分幅错开设定具体开挖,并施作初期支护;
S7、仰拱开挖、支护及仰拱回填:
在下台阶开挖并施作初期支护后,随即进行仰拱开挖并施作初期支护,再进行仰拱回填;
S8、二次衬砌:
前述初期支护变形趋于稳定后,及时施作二次衬砌。
优选地,所述导坑隔壁顶端通过焊接与拱顶初期支护连接,其底端通过钢垫板设置于核心土之上。
优选地,所述导坑隔壁采用工字钢作为临时支撑骨架,骨架之间设置钢筋网并喷射混凝土。
优选地,所述步骤S4中,导坑循环进尺为0.5~1m。
优选地,所述步骤S43中,先行侧导坑开挖2m以上后进行另一侧导坑开挖。
优选地,所述步骤S6中,下台阶于核心土开挖后分幅错开8~10m开挖,下台阶循环进尺为1.5m。
优选地,核心土顶面距离拱顶高度为1.5m,两侧距离边墙为2.5m,核心土沿纵向预留长度为3~5m。
本发明提供的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法具有以下有益效果:
(1)加强施工安全:该施工方法在导坑开挖时充分利用预留核心土,在初期支护施作或初期支护变形稳定之前,核心土既起到支顶掌子面的作用,又与导坑隔壁形成整体发挥竖向支撑功效,减小了大变形、塌方的风险;
(2)提高施工进度:导坑隔壁用料少,因而拆除导坑隔壁的时间短,有利于加快施工进度;
(3)减少施工成本:导坑隔壁较单侧壁导坑、双侧壁导坑、CRD等工法材料用量少,可节省钢拱架和喷射混凝土,省工省料。
(4)工法可灵活应用:导坑开挖分部情况、错开距离以及核心土预留长度可根据围岩地质条件、机械设备条件,在不影响施工安全的情况下灵活调整。
附图说明
图1是本发明适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法工艺流程图;
图2是本发明适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法横向施工顺序图;
图3是本发明适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法纵向施工顺序图;
图4是本发明适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法中导坑隔壁与初期支护拱架连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法的工艺流程图,该施工方法包括以下步骤:
S1、施工准备;
S2、超前地质预报;
S3、超前支护;
S4、上断面导坑分部开挖及支护:
S41、先行侧导坑开挖:采用上下导坑法进行一侧导坑开挖并施作初期支护,上、下导坑的交界面设置为水平,同时核心土在上断面导坑开挖过程中预留成形;
S42、设置导坑隔壁:在先行侧导坑的上导坑开挖后,于核心土与拱顶初期支护之间设置导坑隔壁,且随先行侧导坑和后行侧导坑掘进,逐段设置导坑隔壁;
S43、后行侧导坑开挖:先行侧导坑开挖设定距离后且先行侧导坑喷射混凝土强度达到设计要求后,采用上下导坑法进行另一侧导坑开挖并施作初期支护,上、下导坑界面设置为水平;
S5、拆除导坑隔壁及核心土开挖:
待上断面导坑的初期支护施作完成且喷射混凝土强度达到设计强度、监控量测数据稳定后,逐段拆除导坑隔壁,导坑隔壁拆除后,进行核心土开挖;
S6、下台阶分幅开挖及支护:
下台阶于核心土开挖后分幅错开设定距离开挖,并施作初期支护;
S7、仰拱开挖、支护及仰拱回填:
在下台阶开挖并施作初期支护后,随即进行仰拱开挖并施作初期支护,再进行仰拱回填;
S8、二次衬砌:
前述初期支护变形趋于稳定后,及时施作二次衬砌。
上述施工准备,为本领域技术人员所常规熟知,施工准备包括但不限于对设计所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解,深入细致地作施工调查,制订相应的施工方案和措施,备足有关机具及材料,认真编制和实施施工组织设计,使工程达到安全、优质、高效的目的。
上述超前地质预报,是指是在隧道开挖时,对掌子面前方及其周边(主要是铁路隧道)的围岩与地层情况做出超前预报。超前地质预报可采用本领域常用方法。
上述超前支护,其是保证隧道工程开挖工作面稳定而采取的超前于掌子面开挖的辅助措施的一种。方式主要有管棚、小导管、水平旋喷桩等。可根据具体施工状况进行合理选择。
具体的,如图1-3所示,该隧道施工工艺,主要包括导坑Ⅰ至Ⅳ、核心土Ⅴ、下台阶Ⅵ、仰拱开挖Ⅶ、导坑隔壁②、初期支护①③④⑤⑥⑦、仰拱回填⑧、二次衬砌⑨。
导坑Ⅰ至Ⅳ先开挖先行侧导坑Ⅰ和Ⅱ,再开挖后行侧导坑Ⅲ和Ⅳ。遵循新奥法“短进尺”的原则,导坑Ⅰ至Ⅳ循环进尺控制在0.5~1m。先行侧导坑和后行侧导坑错开2m以上。先行侧导坑Ⅰ和Ⅱ交界面设置为水平。后行侧导坑Ⅲ和Ⅳ交界面设置为水平。上下导坑的交界面设置为水平,为隧道初期支护提供工作平台并保证分部处钢拱架连接钢板水平,螺栓受力环境好,安装方便。初期支护①、③、④、⑤分别在导坑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ开挖后及时施作。
核心土Ⅴ在导坑Ⅰ至Ⅳ开挖过程中预留成形,核心土Ⅴ长度、高度、宽度根据围岩地质条件、机械设备条件、施工作业条件确定。核心土的预留宽度和高度需满足初期支护作业空间的要求;核心土沿隧道轴向的预留长度要满足挖掘机的纵向挖掘范围。为施工安全与方便,优选核心土顶面距离拱顶高度为1.5m,两侧距离边墙为2.5m,核心土沿纵向预留长度为3~5m。
导坑隔壁②在先行侧导坑Ⅰ开挖后,设置于核心土Ⅴ与拱顶之间,连接示意如图4所示,顶部与初期支护①通过焊缝连接,底部通过钢垫板支撑于核心土Ⅴ之上。导坑隔壁②采用工字钢作为临时支撑骨架,骨架之间设置钢筋网并喷射混凝土。导坑隔壁②与初期支护①③④⑤⑥⑦型式相同;导坑隔壁②在初期支护①、③、④、⑤支护完成,喷射混凝土强度达到设计强度、监控量测数据稳定后逐段拆除;
核心土Ⅴ在导坑隔壁②拆除后方可开挖。下台阶Ⅵ在核心土Ⅴ开挖后分幅错开8~10m开挖,并施作初期支护⑥。下台阶Ⅵ开挖进尺控制在1.5m左右。仰拱开挖Ⅶ和仰拱回填⑧紧跟在隧道开挖并初期支护后施工。初期支护①③④⑤⑥⑦变形趋于稳定后,及时施作二次衬砌⑨。
简易而言,工艺流程为:导坑Ⅰ开挖、施作初期支护①及导坑隔壁②→导坑Ⅱ开挖、施作初期支护③→导坑Ⅲ开挖、施作初期支护④→导坑Ⅳ开挖、施作初期支护⑤→拆除导坑隔壁②、开挖核心土Ⅴ→下台阶Ⅵ分幅开挖、施作初期支护⑥→仰拱Ⅶ开挖→施作初期支护⑦→仰拱回填⑧→整体模筑二次衬砌⑨。
整体而言,本发明提供的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,适用于土质或破碎的岩质围岩开挖,开挖以人工风镐、挖掘机为主,辅以弱爆破。预留核心土作为初支施工工作面,无需设台车。设刚性临时支撑,与核心土共同作用,支撑掌子面。导坑开挖断面小,稳定性易控制,安全有保障。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、施工准备;
S2、超前地质预报;
S3、超前支护;
S4、上断面导坑分部开挖及支护:
S41、先行侧导坑开挖:采用上下导坑法进行一侧导坑开挖并施作初期支护,上、下导坑的交界面设置为水平,同时核心土在上断面导坑开挖过程中预留成形;
S42、设置导坑隔壁:在先行侧导坑的上导坑开挖后,于核心土与拱顶初期支护之间设置导坑隔壁,且随先行侧导坑和后行侧导坑掘进,逐段设置导坑隔壁;
S43、后行侧导坑开挖:先行侧导坑开挖设定距离后且先行侧导坑喷射混凝土强度达到设计要求后,采用上下导坑法进行另一侧导坑开挖并施作初期支护,上、下导坑界面设置为水平;
S5、拆除导坑隔壁及核心土开挖:
待上断面导坑的初期支护施作完成且喷射混凝土强度达到设计强度、监控量测数据稳定后,逐段拆除导坑隔壁,导坑隔壁拆除后,进行核心土开挖;
S6、下台阶分幅开挖及支护:
下台阶于核心土开挖后分幅错开设定距离开挖,并施作初期支护;
S7、仰拱开挖、支护及仰拱回填:
在下台阶开挖并施作初期支护后,随即进行仰拱开挖并施作初期支护,再进行仰拱回填;
S8、二次衬砌:
前述初期支护变形趋于稳定后,及时施作二次衬砌。
2.根据权利要求1所述的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:所述导坑隔壁顶端通过焊接与拱顶初期支护连接,其底端通过钢垫板设置于核心土之上。
3.根据权利要求1所述的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:所述导坑隔壁采用工字钢作为临时支撑骨架,骨架之间设置钢筋网并喷射混凝土。
4.根据权利要求1所述的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S4中,导坑循环进尺为0.5~1m。
5.根据权利要求1所述的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S43中,先行侧导坑开挖2m以上后进行另一侧导坑开挖。
6.根据权利要求1所述的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S6中,下台阶于核心土开挖后分幅错开8~10m开挖,下台阶循环进尺为1.5m。
7.根据权利要求1-6任一所述的适用于破碎围岩隧道开挖支护的施工方法,其特征在于:核心土顶面距离拱顶高度为1.5m,两侧距离边墙为2.5m,核心土沿纵向预留长度为3~5m。
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张华双;: "象山铁路隧道全风化花岗斑岩地层施工方案优化", 隧道建设, no. 2 * |
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