CN109209391A - 适用于大断面隧道ⅳ-ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法 - Google Patents

适用于大断面隧道ⅳ-ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了适用于大断面隧道Ⅳ‑Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,掌子面分上下台阶,下台阶高5m‑8m,进行超前地质预测;掌子面稳定性评价并分类;决定是否超前支护及掌子面补强,采用处理方法至掌子面稳定;凿岩台车在上下台阶进行炮眼钻进并装药,整体爆破成型,上下台阶纵向长度差3m‑5m;掌子面通风,排险,欠挖处理,出碴;对开挖后掌子面进行地质素描并判定稳定性,湿喷机械手初喷早高强混凝土,封闭掌子面;施做系统锚杆;拱架安装台车架立钢架,进行环向和纵向连接,复喷混凝土至设计厚度;仰拱区域洞碴回填,进行下一循环工序作业;用可移动式仰拱栈桥进行仰拱及边墙基础混凝土浇筑;土工布、防水板铺设和拱墙衬砌钢筋绑扎;拱墙衬砌浇筑及养护。

Description

适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法
技术领域
本发明涉及隧道工程施工技术领域,特别涉及一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法。
背景技术
二十一世纪以来,我国隧道工程技术得到了快速的发展,得益于近年来高速铁路的迅速崛起。隧道工程技术已成为高速铁路技术重要的一部分,尤其在西部修建铁路,隧道占比较大,常控制着整个工程的工期。如在建铁路成兰线全长约457km,其中隧道32座共约332km,隧线比约72.6%;又如郑万高铁湖北段保康至巴东段的130km范围,隧道总长超过120km,隧线比高达90%以上,犹如高速地铁一般。截止2015年底,国内建成通车的高铁隧道超过2200座,总长超3200km,在建和规划的高铁隧道总长超过10000km。
目前,在多年来大规模的高速铁路隧道建设中,初步形成了高速铁路山岭隧道成套的施工方法,即矿山法修建技术,尤其在西部山区。传统的矿山法施工主要采用人工钻爆方式进行开挖掘进,从超前支护钻孔及安装、炮眼钻进及装药、锚杆钻孔及安装、喷射混凝土作业、仰拱施做、防水板铺设、二次衬砌钢筋及混凝土浇筑、沟槽施做等工序,多工序作业投入了大量的人力、物力。同时,由于高速铁路隧道通常为单洞双线隧道,开挖断面面积较大,除了Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法以外,在围岩稳定性较差的Ⅳ、Ⅴ级围岩,考虑到施工安全性,通常采用分部开挖方法,即将整个开挖断面分成多个部分进行开挖,每个开挖部分可以单独形成作业工序进行平行作业,包括台阶法、预留核心土三台阶起步作业法、台阶临时横撑法、台阶临时仰拱法、CD法(即中隔壁法)、CRD法(即交叉中隔壁法)、双侧壁导坑法。采用以上分部开挖方法时,为保证隧道围岩稳定,临时支护具有重要作用,如台阶加临时仰拱方法主要用于Ⅴ级软弱围岩地层,该施工方法需要施做以型钢钢架、钢筋网、喷混凝土为主的临时支护。
但是,现有的隧道施工开挖方法存在以下问题:
1、现有的全断面带仰拱一次性开挖方法的适应能力较差,目前只在Ⅱ、Ⅲ级围岩段应用,且效率低下,Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩段均采用分部开挖方法施工,即将整个隧道断面分成多个区域进行钻爆开挖,每爆破开挖一个区域产生的振动即会对附近未开挖区域扰动一次,多次开挖就会产生多次扰动,严重降低隧道洞身稳定性,使得围岩塑性区和松动圈显著增大,导致围岩作用在初期支护上的荷载增大,引起支护结构变形增大,需要更强的支护才能保持隧道稳定安全;
2、现有分部开挖的方法将隧道断面分成若干个小区域单独开挖,由于空间限制,无法使用大型施工装备,更无法采用大型机械化配套施工,导致可以提高施工效率的各类机械装备无法得到有效的利用;同时,分部开挖方法的作业工序较多,且各工序之间相互关联,一旦某个工序受影响,将会影响其他工序,从而造成施工进度缓慢,施工周期较长;
3、分部开挖方法为了控制各区域的围岩变形,需要施做大量的临时支护,如临时喷混凝土、临时钢架、临时钢筋网、临时锚杆等,待稳定后则要进行拆除,除了部分临时钢架可以重复利用,其余临时支护均不能再次利用,材料及投资浪费较大;
4、采用人工分部开挖方法,受人为主观因素影响,支护结构施做质量离散性较大,且由于人工作业效率较低,每个区域爆破掘进后初期支护施做并不及时,因而使得围岩变形较大;同时,由于分部开挖的限制,最先开挖区域与最后开挖区域沿隧道纵向拉开的距离较大,导致初期支护封闭成环不及时,控制围岩变形不及时,违背新奥法理念关于控制围岩变形的两个要素“及时支护,快速封闭成环”的要求,可能导致围岩收敛变形增大;
5、在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道中采用传统人工开挖方法施工,人工投入较大,同时对每循环掌子面的稳定性并不重视,当围岩条件较差时极易导致掌子面坍方事故而威胁掌子面附近作业人员的人身安全;
6、在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道中采用传统人工分部开挖方法,不重视主动加固围岩、主动控制围岩变形,而是一味地采用被动加强支护结构强度的方法来控制围岩变形,这样容易导致变形过大而致塌方事故时有发生,且容易导致运营期间病害频发。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的传统人工分部开挖方法的弊端的上述不足,从隧道施工整体考虑,提供一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的安全、快速、高质量机械化微小台阶开挖方法。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,包括以下步骤:
步骤一,将断面面积为130m2-170m2的大断面隧道掌子面划分为上下台阶,其中下台阶高度为5m-8m,采用地质素描法、物探法、超前钻探法或者凿岩台车MWD地质钻孔云图预测中的一种或者多种,进行超前地质预测;
凿岩台车MWD(Measure While Drilling,随钻测量)地质钻孔云图预测是运用全电脑多臂凿岩台车,利用每循环台车炮眼钻进时,通过获取钻机在钻进时候的推进速度、推进压力、冲击压力、回转压力等参数,根据设定的程序形成地质云图,该地质云图根据显示的不同颜色可初步判定掌子面前方一定范围内的岩体的软硬程度、完整程度等,对掌子面前方一定范围内的围岩进行地质预测;
步骤二,根据超前地质预测的结果,对隧道全部范围内的掌子面稳定性进行评价,并将掌子面稳定性分为A-E类,其中:
A类为硬质岩,包括了A-1不稳定;
B类为软质岩,包括了B-1较稳定、B-2较稳定、B-3不稳定、B-4不稳定;
C类为顺层偏压不良地质,包括了C-1稳定、C-2较稳定、C-3较稳定至不稳定、C-4较稳定至不稳定;
D类为断层破碎带,包括了D-1不稳定、D-2不稳定;
E类为岩溶强烈发育灰岩,遇溶洞时掌子面不稳定;
上述评价及分类标准,分别根据掌子面围岩分类、代表岩性、工程地质特征、水文地质特征、掌子面变形特征、围岩分级状况等参数工况,进行分类,如表1所示;
表1、掌子面稳定性评价及分类表
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,决定是否需要进行超前支护及掌子面补强,若需要进行超前支护及掌子面补强,则根据掌子面A-E类别采用相应的具体方法,超前支护方法如表2所示,掌子面补强处理方法如表3所示;
表2、超前支护方法分类表
表3、掌子面处理方法分类表
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m;
如此,一方面既可满足各种大型机械的作业空间要求,另一方面下台阶3m-5m范围内的岩体,可以作为整个掌子面的核心土,其可抵抗掌子面的挤出变形,起到稳定掌子面的作用,同时,采用3m-5m的微小台阶几乎不影响掌子面附近初期支护封闭成环的及时性;
步骤五,对掌子面附近区域进行通风,并利用挖掘机对掌子面及刚爆破区域进行危石排险及欠挖处理,利用运碴车出碴;
步骤六,对本开挖循环开挖后的掌子面进行地质素描,并立即判定本开挖循环掌子面的稳定性,施做本开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边的初期支护,初期支护采用湿喷机械手进行初喷混凝土,混凝土标号至少为C30,喷射的混凝土为早期强度较高的混凝土,一天龄期强度至少为15MPa,其目的在于尽早、主动控制围岩变形,同时封闭掌子面,需要注意的是,本开挖循环所进行的掌子面地质素描结果应反向验证步骤三中的超前支护方法及掌子面补强方法;
步骤七,对本开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边进行系统锚杆施做,隧道拱部范围采用带有机械式胀壳头的低预应力中空注浆锚杆,该锚杆在插入锚杆孔后利用机械式胀壳头锚固围岩,并施加数数吨的初始张拉力,第一时间紧固洞周围岩,主动控制围岩变形,同时,其注浆凝结后可提供后期锚固力,控制围岩后期变形,隧道边墙范围内采用砂浆锚杆;
步骤八,预制钢架时每榀钢架沿环向间隔焊接若干个套管,采用拱架安装台车对预制好的钢架进行架立安装,进行环向单元的节点紧固,采用U型钢筋插入相邻两榀钢架上对应的套管,将所有钢架沿隧道纵向连接起来,增强钢架纵向稳定性,然后复喷混凝土至设计厚度;
步骤九,在滞后于本开挖循环下台阶一段距离,采用洞碴回填仰拱区域作为施工平台,并作为下一开挖循环凿岩台车的工作平台,在本开挖循环的本步骤完毕后,进行下一开挖循环工序作业;
步骤十,为了不干涉下一开挖循环的作业,在滞后于所述步骤九中下一开挖循环凿岩台车的工作平台一段距离,清除回填的洞碴,采用可移动式仰拱栈桥进行仰拱基础及边墙基础的混凝土浇筑或钢筋混凝土浇筑,待仰拱基础及边墙基础混凝土初凝后灌注仰拱填充混凝土至设计高度;
步骤十一,利用防水板铺设及钢筋绑扎台车进行土工布、防水板的铺设和拱墙衬砌钢筋的绑扎;
步骤十二,利用衬砌台车进行拱墙衬砌的浇筑及养护。
优选地,实施所述步骤三后,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施所述步骤三,直至掌子面稳定,目的是保证掌子面稳定或者下一开挖循环期限内保持稳定状态,以满足施工需要。
优选地,所述步骤四中,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面。
优选地,所述步骤七中,锚杆施做采用锚杆钻注一体机或者凿岩台车作业,若采用锚杆钻注一体机,则可全自动完成锚杆安装,采用凿岩台车作业时,配备人员辅助作业。
优选地,所述步骤十二中,为了防止衬砌拱顶空洞,衬砌浇筑时采用带压灌注,且分仓进行浇筑。
优选地,每榀钢架沿环向每间隔1m-1.5m焊接一个φ30-φ32的套管。
优选地,所述U型钢筋为U型螺纹钢筋。
优选地,所述U型钢筋的直径为φ20-φ25。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,采用微小台阶一次性爆破掘进的方法,每循环只爆破振动一次,将对围岩的扰动次数减少到一次,显著减小围岩塑性区和松动圈范围,减小围岩作用在初期支护上的荷载,减小支护结构变形,提升隧道安全性,同时,下台阶可作为整个掌子面的待挖核心土,对于控制掌子面挤出变形,防止掌子面塌方具有重要作用,因此,在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩段采用本方法施工,效果极佳;
2、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,为每个施工工序采用机械化作业提供了作业空间,使得各类机械装备可得到有效利用,采用本方法,施工进度可得到较大程度提高,根据现场实际采用后的结果,Ⅳ、Ⅴ级围岩每个月开挖进度达到了110m、75m,相比于传统方法的月进尺80m、55m分别提高了约38%、36%。,工效提升显著;
3、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,全断面一次性向前掘进,无需施做大量的不可重复利用的临时支护方法,如临时的喷混凝土、钢架、钢筋网、锚杆等,可很大程度节约工程材料,可节约大量投资,经济性效果显著;
4、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,采用微小台阶全机械化作业,可避免人为主观因素影响支护结构的施做质量,且支护结构施做及时,初期支护可在最短时间内迅速成环,对围岩的变形控制及时,本方法完全契合了新奥法理念中“及时支护,快速封闭成环”的要求,是未来隧道施工方法发展的趋势;
5、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,采用机械作业,可大量减少掌子面附近作业人员,大大节约人力成本,在人力成本逐渐提高的今天,具有较好的经济性,其次,本方法极为重视下台阶待开挖核心土对于掌子面稳定性的重要作用,下台阶稳定性直接关系到附近作业人员的人身安全,本方法通过对掌子面稳定性进行分类处理,在遇到不同情况时根据其标准直接决定是否需要采取方法,和采取何种方法,均有明确,这是本方法成功与否的关键之处;
6、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,采用两项主动控制围岩变形的方法,一是采用早期强度和终凝强度较高的喷混凝土,二是采用带有机械式胀壳头的低预应力中空注浆锚杆,通过该两项方法,一方面形成围岩加固圈提升围岩强度,另一方面通过及时施做高强度的支护结构,可及时控制围岩变形,大大减少因变形支护不及时引起围岩变形过大导致塌方事故,尤其在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩地层,通过主动控制围岩变形,使其尽早达到稳定状态,而非被动加强支护结构承受荷载,减少因长期运营支护结构劣化导致其开裂破坏威胁行车安全的几率;
7、运用本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,相邻两榀钢架纵向连接采用U型钢筋连接预制钢架时焊接的套管,连接简单,速度快,连接稳定,效果良好,摒弃了传统的洞内焊接,降低了洞内施工安全隐患。
附图说明
图1为本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示,本发明所述的一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,包括以下步骤:
步骤一,将断面面积为150m2的高速铁路大断面隧道掌子面划分为上下台阶,其中上台阶高度6m,下台阶高度为7m,采用地质素描法、物探法、超前钻探法或者凿岩台车MWD地质钻孔云图预测中的一种或者多种,进行超前地质预测;
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为富水、破碎硬质岩,掌子面出现坍塌、掉块,围岩分级为Ⅳ级,无支护掌子面稳定性评价为不稳定,即为A-1类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于5m的φ42小导管进行超前支护,对掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
如此,一方面既可满足各种大型机械的作业空间要求,另一方面下台阶3m-5m范围内的岩体,可以作为整个掌子面的核心土,其可抵抗掌子面的挤出变形,起到稳定掌子面的作用,同时,采用3m-5m的微小台阶几乎不影响掌子面附近初期支护封闭成环的及时性;
步骤五,对掌子面附近区域进行通风,并利用挖掘机对掌子面及刚爆破区域进行危石排险及欠挖处理,利用运碴车出碴;
步骤六,对本开挖循环开挖后的掌子面进行地质素描,并立即判定本开挖循环掌子面的稳定性,施做本开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边的初期支护,初期支护采用湿喷机械手进行初喷混凝土,混凝土标号至少为C30,喷射的混凝土为早期强度较高的混凝土,一天龄期强度至少为15MPa,其目的在于尽早、主动控制围岩变形,同时封闭掌子面,需要注意的是,本开挖循环所进行的掌子面地质素描结果应反向验证步骤三中的超前支护方法及掌子面补强方法;
步骤七,对本开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边进行系统锚杆施做,隧道拱部范围采用带有机械式胀壳头的低预应力中空注浆锚杆,该锚杆在插入锚杆孔后利用机械式胀壳头锚固围岩,并施加数数吨的初始张拉力,第一时间紧固洞周围岩,主动控制围岩变形,同时,其注浆凝结后可提供后期锚固力,控制围岩后期变形,隧道边墙范围内采用砂浆锚杆;
其中,锚杆施做采用锚杆钻注一体机或者凿岩台车作业,若采用锚杆钻注一体机,则可全自动完成锚杆安装,采用凿岩台车作业时,配备人员辅助作业;
步骤八,预制钢架时每榀钢架沿环向每间隔1.2m焊接一个φ32的套管,采用拱架安装台车对预制好的钢架进行架立安装,进行环向单元的节点紧固,采用φ22的U型螺纹钢筋插入相邻两榀钢架上对应的套管,将所有钢架沿隧道纵向连接起来,增强钢架纵向稳定性,然后复喷混凝土至设计厚度;
步骤九,在滞后于本开挖循环下台阶一段距离,采用洞碴回填仰拱区域作为施工平台,并作为下一开挖循环凿岩台车的工作平台,在本开挖循环的本步骤完毕后,进行下一开挖循环工序作业;
步骤十,为了不干涉下一开挖循环的作业,在滞后于所述步骤九中下一开挖循环凿岩台车的工作平台一段距离,清除回填的洞碴,采用可移动式仰拱栈桥进行仰拱基础及边墙基础的混凝土浇筑或钢筋混凝土浇筑,待仰拱基础及边墙基础混凝土初凝后灌注仰拱填充混凝土至设计高度;
步骤十一,利用防水板铺设及钢筋绑扎台车进行土工布、防水板的铺设和拱墙衬砌钢筋的绑扎;
步骤十二,利用衬砌台车进行拱墙衬砌的浇筑及养护,为了防止衬砌拱顶空洞,衬砌浇筑时采用带压灌注,且分仓进行浇筑。
实施例2
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为无水、完整软质岩,掌子面局部掉块,围岩分级为Ⅳ级,无支护掌子面稳定性评价为较稳定,即为B-1类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于5m的φ42小导管进行超前支护,对掌子面进行局部喷混凝土封闭,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例3
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为富水、完整软质岩,掌子面软岩变形、局部掉块,围岩分级为Ⅳ级,无支护掌子面稳定性评价为较稳定,即为B-2类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于5m的φ42小导管进行超前支护,对掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例4
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为无水、破碎软质岩,掌子面出现坍塌、掉块,围岩分级为Ⅳ级,无支护掌子面稳定性评价为不稳定,即为B-3类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于6m的φ42小导管进行超前支护,对掌子面进行喷混凝土封闭以及上断面设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例5
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为富水、破碎软质岩,掌子面出现坍塌、掉块、软岩变形、掌子面突出、突水突泥,围岩分级为Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为不稳定,即为B-4类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度9m-15m的φ60中管棚进行超前支护,对掌子面进行喷混凝土封闭以及注浆固结,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例6
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为顺层偏压硬质岩,掌子面偏压侧易发生坍塌、掉块,围岩分级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为稳定,即为C-1类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果:
对于Ⅲ级围岩,掌子面稳定,无需进行超前支护及掌子面补强;
对于Ⅳ级围岩,采用长度大于6m的φ42小导管进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对掌子面进行局部喷混凝土封闭,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
对于Ⅴ级围岩,采用长度9m-15m的φ60中管棚进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对掌子面进行局部喷混凝土封闭,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例7
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为顺层偏压软质岩,掌子面偏压侧易发生坍塌、掉块,局部变形,围岩分级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为较稳定,即为C-2类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果:
对于Ⅲ级围岩,掌子面稳定,无需进行超前支护及掌子面补强;
对于Ⅳ级围岩,采用长度大于6m的φ42小导管进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
对于Ⅴ级围岩,采用长度9m-15m的φ60中管棚进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例8
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为顺层偏压软质岩,掌子面偏压侧易发生坍塌、掉块、大变,围岩分级为Ⅳ、Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为较稳定至不稳定,即为C-3类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果:
对于Ⅳ级围岩,采用长度大于6m的φ42小导管进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对较稳定掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,对不稳定掌子面进行喷混凝土封闭以及上断面/全断面设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
对于Ⅴ级围岩,采用长度9m-15m的φ76中管棚进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对较稳定掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,对不稳定掌子面进行喷混凝土封闭以及上断面/全断面设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例9
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为顺层偏压软质岩,掌子面偏压侧易发生坍塌、掉块、大变形,围岩分级为Ⅳ、Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为较稳定至不稳定,即为C-4类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果:
对于Ⅳ级围岩,采用长度大于6m的φ42小导管进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对较稳定掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,对不稳定掌子面进行喷混凝土封闭以及上断面/全断面设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
对于Ⅴ级围岩,采用长度9m-15m的φ76中管棚进行超前支护,偏压侧适当加密超前支护环向间距,对较稳定掌子面进行局部喷混凝土封闭以及局部设置纤维锚杆,对不稳定掌子面进行喷混凝土封闭以及上断面/全断面设置纤维锚杆,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例10
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为无水构造破碎带,掌子面出现坍塌、掉块,围岩分级为Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为不稳定,即为D-1类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于20m的φ108大管棚进行超前支护,对掌子面进行喷混凝土封闭以及注浆固结,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例11
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为富水构造破碎带,掌子面出现坍塌、掉块、掌子面突出、突水突泥,围岩分级为Ⅴ级,无支护掌子面稳定性评价为不稳定,即为D-2类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于20m的φ108大管棚进行超前支护,对掌子面进行喷混凝土封闭以及全断面帷幕注浆固结,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
实施例12
一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,与实施例1的不同之处在于,进行第一步后:
步骤二,根据超前地质预测的结果,隧道全断面范围内的掌子面为岩溶强烈发育灰岩,掌子面出现掉块、突水、突泥,围岩分级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级,无支护掌子面遇溶洞时掌子面不稳定,即为E类;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,采用长度大于20m的φ89大管棚进行超前支护,Ⅳ、Ⅴ级围岩对掌子面进行喷混凝土封闭,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施本步骤,直至掌子面稳定;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面;
再进行后序步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,将断面面积为130m2-170m2的大断面隧道掌子面划分为上下台阶,其中下台阶高度为5m-8m,采用地质素描法、物探法、超前钻探法或者凿岩台车MWD地质钻孔云图预测中的一种或者多种,进行超前地质预测;
步骤二,根据超前地质预测的结果,对隧道全部范围内的掌子面稳定性进行评价,并将掌子面稳定性分为A-E类,其中:
A类包括了A-1不稳定;
B类包括了B-1较稳定、B-2较稳定、B-3不稳定、B-4不稳定;
C类包括了C-1稳定、C-2较稳定、C-3较稳定至不稳定、C-4较稳定至不稳定;
D类包括了D-1不稳定、D-2不稳定;
E类,遇溶洞时掌子面不稳定;
步骤三,根据对隧道掌子面稳定性的评价及分类结果,决定是否需要进行超前支护及掌子面补强,若需要进行超前支护及掌子面补强,则根据掌子面A-E类别采用相应的具体处理方法;
步骤四,待所述步骤三中掌子面稳定后,采用凿岩台车在上下台阶范围内进行炮眼钻进并装药,然后上下台阶整体爆破成型,整体向前掘进,上下台阶长度相差3m-5m;
步骤五,对掌子面附近区域进行通风,并利用挖掘机对掌子面及刚爆破区域进行危石排险及欠挖处理,利用运碴车出碴;
步骤六,对本开挖循环开挖后的掌子面进行地质素描,并立即判定本开挖循环掌子面的稳定性,施做本开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边的初期支护,初期支护采用湿喷机械手进行初喷混凝土,混凝土标号至少为C30,喷射的混凝土为早期强度较高的混凝土,一天龄期强度至少为15MPa,同时封闭掌子面;
步骤七,对本开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边进行系统锚杆施做,隧道拱部范围采用带有机械式胀壳头的低预应力中空注浆锚杆,隧道边墙范围内采用砂浆锚杆;
步骤八,预制钢架时每榀钢架沿环向间隔焊接若干个套管,采用拱架安装台车对预制好的钢架进行架立安装,进行环向单元的节点紧固,采用U型钢筋插入相邻两榀钢架上对应的套管,将所有钢架沿隧道纵向连接起来,增强钢架纵向稳定性,然后复喷混凝土至设计厚度;
步骤九,在滞后于本开挖循环下台阶一段距离,采用洞碴回填仰拱区域作为施工平台,并作为下一开挖循环凿岩台车的工作平台,在本开挖循环的本步骤完毕后,进行下一开挖循环工序作业;
步骤十,为了不干涉下一开挖循环的作业,在滞后于所述步骤九中下一开挖循环凿岩台车的工作平台一段距离,清除回填的洞碴,采用可移动式仰拱栈桥进行仰拱基础及边墙基础的混凝土浇筑或钢筋混凝土浇筑,待仰拱基础及边墙基础混凝土初凝后灌注仰拱填充混凝土至设计高度;
步骤十一,利用防水板铺设及钢筋绑扎台车进行土工布、防水板的铺设和拱墙衬砌钢筋的绑扎;
步骤十二,利用衬砌台车进行拱墙衬砌的浇筑及养护。
2.根据权利要求1所述的开挖方法,其特征在于,实施所述步骤三后,再次评价掌子面稳定性,若不满足需要继续实施所述步骤三,直至掌子面稳定。
3.根据权利要求1所述的开挖方法,其特征在于,所述步骤四中,为了进一步增强掌子面的稳定性,每循环开挖时将掌子面上下台阶同时爆破成具有一定坡度的斜面。
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