CN109209398A - 穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，所施工隧道洞由上至下分为上部洞体、中部洞体和下部洞体，上部洞体分为左侧导洞和右侧导洞；隧道洞的初期支护结构为双层初期支护结构；对所施工隧道进行开挖时，由后向前分多个隧道节段进行开挖；对任一个隧道节段进行开挖时，包括步骤：一、上部洞体开挖及初期支护；二、中部洞体开挖及外层初期支护；三、下部洞体开挖及外层初期支护；四、内层初期支护；五、多次重复步骤一至四，完成隧道开挖过程。本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用三台阶法对隧道洞进行开挖，并且开挖后采用双层初期支护结构对隧道洞进行全断面支护，能确保后期隧道结构安全。

Description

穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法
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高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法。
背景技术
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。在国内，断面倾角大于45°或30°的高角度逆断层称为逆冲断层，穿越高角度逆冲断层的隧道施工难度非常大，上述高角度逆冲断层指断面倾角大于60°的逆冲断层。尤其是当所处地层为富水富砂地层时，施工难度更大。富水富砂地层也称为富水砂地层，是指地层中富含地下水且含有砂层，该地层既为富水地层，也为富砂地层。在富水富砂地层中，岩体破碎为地下水的赋存与富集提供了更有利条件，施工难度非常大，加上地层中含有砂层，施工中极易发生涌水涌砂，再加上断层断面倾角大于60°，易造成灾难性后果，严重影响到施工安全与效益。因而，当隧道穿越断层内富含地下水，岩体多为碎屑岩，并且富含沙土、砂石的高角度逆冲富水富砂断层时，所存在的施工风险非常大，待开挖至高角度富水逆冲断层时，在高水压作用下，掌子面极易突发涌水、涌砂等地质灾害，施工风险高，施工难度大且施工进度慢。
对穿越高角度逆冲富水富砂断层的隧道进行开挖时，需采用台阶法进行开挖。台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶，也称隧道上部洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。其中，三台阶开挖法(也称为三台阶法)是指将所开挖隧道分为上、中、下三个台阶进行开挖。采用三台阶法对穿越高角度富水逆冲断层的隧道进行开挖时，由于开挖断面分块多，施工难度大且施工风险高，必须采用合理的开挖和支护方法，才能确保施工安全，并保证施工工期。
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，提供一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用三台阶法对隧道洞进行开挖，并且开挖后采用双层初期支护结构对隧道洞进行全断面支护，能确保后期隧道结构安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：所施工隧道的隧道洞由上至下分为上部洞体、中部洞体和下部洞体，所述上部洞体分为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为双层初期支护结构，所述双层初期支护结构包括由一层喷射于隧道洞内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层、多榀对隧道洞进行支护且支立于混凝土初喷层内侧的型钢拱架、由一层喷射于混凝土初喷层上的混凝土形成的混凝土复喷层、多榀对隧道洞进行支护且支立于混凝土复喷层内侧的格栅钢架和由一层喷射于混凝土复喷层上的混凝土形成的混凝土内喷层，所述型钢拱架和格栅钢架均为对隧道洞进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道洞的横断面形状相同；所述混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层的横断面形状均与隧道洞的横断面形状相同；多榀所述型钢拱架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢拱架通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架的结构均相同，所述格栅钢架的数量与型钢拱架的数量相同，每榀所述型钢拱架内侧均布设有一榀所述格栅钢架，每榀所述型钢拱架与布设于其内侧的格栅钢架均布设于隧道洞的同一隧道断面上；多榀所述型钢拱架均埋设于混凝土复喷层内，所述混凝土复喷层的层厚大于型钢拱架的厚度；多榀所述格栅钢架均埋设于混凝土内喷层内，所述混凝土内喷层的厚度大于格栅钢架的厚度；多榀所述型钢拱架呈均匀布设，相邻两榀所述型钢拱架之间的间距为d且d的取值范围为0.8m～1.2m；
所述双层初期支护结构中所述混凝土初喷层、多榀所述型钢拱架和混凝土复喷层组成外层初支结构，所述混凝土内喷层和多榀所述格栅钢架组成位于外层初支结构内侧的内层初支结构；
每榀所述型钢拱架均由一个对隧道洞拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞底部进行支护的隧道仰拱支架拼接而成，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙支撑拱架由一个对位于所述上部洞体内的上部拱架和两个对称布设于上部拱架左右两侧下方的侧部支架拼接而成，两个所述侧部支架均位于中部洞体内；所述隧道仰拱支架位于下部洞体内，所述隧道仰拱支架的左端与一个所述侧部支架底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与另一个所述侧部支架底部紧固连接；所述上部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拼接而成；
对所施工隧道进行开挖时，由后向前分多个隧道节段进行开挖，多个所述隧道节段的开挖方法均相同；对任一个所述隧道节段进行开挖时，包括以下步骤：
步骤一、上部洞体开挖及初期支护，过程如下：
步骤101、左侧导洞开挖及外层初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所开挖隧道节段的左侧导洞进行开挖；
所述左侧导洞开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞内壁上喷射一层混凝土获得左侧导洞内的混凝土初喷层，并由后向前在开挖成型的左侧导洞内安装左侧拱架，且使左侧拱架支立于混凝土初喷层内侧；同时在内侧支立有左侧拱架的混凝土初喷层上喷射一层混凝土获得左侧导洞内的混凝土复喷层，并使左侧拱架埋设于混凝土复喷层内，完成左侧导洞内外层初支结构的施工过程；
步骤102、右侧导洞开挖及外层初期支护：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对当前所开挖隧道节段的右侧导洞进行开挖，获得开挖成型的所述上部洞体；
所述右侧导洞开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧导洞内壁上喷射一层混凝土获得右侧导洞内的混凝土初喷层，并由后向前在开挖成型的右侧导洞内安装右侧拱架，使右侧拱架支立于混凝土初喷层内侧且使右侧拱架与左侧拱架紧固连接为一体，获得施工成型的所述上部拱架；同时在内侧支立有右侧拱架的混凝土初喷层上喷射一层混凝土获得右侧导洞内的混凝土复喷层，并使右侧拱架埋设于混凝土复喷层内，完成所述上部洞体内外层初支结构的施工过程；
本步骤中开挖过程中，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、中部洞体开挖及外层初期支护：步骤一中进行上部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体进行开挖；
所述中部洞体开挖过程中，由后向前在开挖成型的中部洞体内壁上喷射一层混凝土获得中部洞体内的混凝土初喷层，并由后向前在开挖成型的中部洞体左右两侧分别安装侧部支架，使侧部支架支立于混凝土初喷层内侧且使每个所述侧部支架均与步骤102中所述上部拱架紧固连接为一体；同时在内侧支立有侧部支架的混凝土初喷层上喷射一层混凝土获得中部洞体内的混凝土复喷层，并使侧部支架埋设于混凝土复喷层内，完成中部洞体内外层初支结构的施工过程；
所述中部洞体内左右两个所述侧部支架与步骤102中所述上部拱架连接组成拱墙拱架；
本步骤中开挖过程中，所述中部洞体的掌子面位于步骤102中所述右侧导洞的掌子面后侧；
步骤三、下部洞体开挖及外层初期支护：步骤二中进行中部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体下方对当前所开挖隧道节段的下部洞体进行开挖，获得开挖成型的隧道洞；
所述下部洞体开挖过程中，由后向前在开挖成型的下部洞体内壁上喷射一层混凝土获得下部洞体内的混凝土初喷层，并由后向前在开挖成型的下部洞体内安装隧道仰拱支架，使隧道仰拱支架支立于混凝土初喷层内侧且使隧道仰拱支架与步骤二中所述拱墙拱架连接形成型钢拱架；同时在内侧支立有隧道仰拱支架的混凝土初喷层上喷射一层混凝土获得下部洞体内的混凝土复喷层，并使隧道仰拱支架埋设于混凝土复喷层内，完成隧道洞内外层初支结构的施工过程；
本步骤中开挖过程中，所述下部洞体的掌子面位于步骤二中所述中部洞体的掌子面后侧；
步骤四、内层初期支护：步骤三中开挖过程中，还需由后向前在已施工成型的外层初支结构内侧支立格栅钢架，同时由后向前在内侧支立有格栅钢架的外层初支结构上喷射一层混凝土获得混凝土内喷层，并使格栅钢架埋设于混凝土内喷层内，完成内层初支结构的施工过程，获得施工成型的所述双层初期支护结构；
步骤五、多次重复步骤一至步骤四，完成所施工隧道的开挖过程。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：每个所述隧道节段的长度为20m。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：每榀所述型钢拱架内侧设置有临时支撑结构，所述临时支撑结构与布设于外侧的型钢拱架布设于隧道洞的同一个横断面上；所述临时支撑结构包括支撑于左侧拱架右端下方的临时竖向支撑柱和连接于左侧拱架底部与临时竖向支撑柱底部之间的临时仰拱支架，所述临时竖向支撑柱和临时仰拱支架均位于所述上部洞体内；
步骤101中进行左侧导洞开挖及外层初期支护过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞内安装左侧拱架时，还需在左侧拱架右端下方安装临时竖向支撑柱，并通过临时仰拱支架将左侧拱架与临时竖向支撑柱紧固连接为一体；所述左侧拱架和临时竖向支撑柱的底部均支撑于开挖成型的左侧导洞底部，所述临时仰拱支架水平支撑于左侧导洞底部；
步骤二中进行中部洞体开挖过程中，由后向前对所述临时支撑结构进行拆除。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：每榀所述型钢拱架外侧均设置有对隧道洞进行支护的锚固体系，所述锚固体系与位于其内侧的型钢拱架布设于同一隧道横断面上；
所述锚固体系包括位于左侧拱架与右侧拱架之间连接处外侧的拱部锁脚锚管和两个对称布设于上部拱架左右两侧底部外侧的上锁脚锚管，两个所述侧部支架的中部外侧均设置有一个所述中锁脚锚管，两个所述侧部支架的底部外侧均设置有一个所述下锁脚锚管，两个所述中锁脚锚管呈对称布设，两个所述下锁脚锚管呈对称布设；所述拱部锁脚锚管、上锁脚锚管、中锁脚锚管和下锁脚锚管均为由内至外进入所述隧道洞周侧岩层内的锁脚锚管；
步骤101中进行右侧导洞开挖及外层初期支护过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的左侧导洞内对拱部锁脚锚管进行施工；
步骤102中进行右侧导洞开挖及外层初期支护过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的所述上部洞体内对两个所述上锁脚锚管分别进行施工；
步骤二中进行中部洞体开挖过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的中部洞体内对两个所述中锁脚锚管分别进行施工；
步骤三中进行下部洞体开挖过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的下部洞体内对两个所述下锁脚锚管分别进行施工。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：步骤四中进行内层初期支护过程中，还需由后向前在已施工成型的所述双层初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：步骤一中进行上部洞体开挖及初期支护之前，需先对当前所施工隧道节段进行超前支护，并获得当前所施工节段的隧道节段超前支护结构；所述隧道洞的边墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体；
所述隧道节段超前支护结构包括对同一个所述隧道节段进行支护的超前管棚支护结构和超前小导管注浆支护结构，所述超前管棚支护结构的纵向长度大于所述隧道节段的长度；
所述超前管棚支护结构包括多根由后向前钻进至隧道洞掌子面前方岩层内的管棚管和一个对多根所述管棚管进行导向的管棚导向架，多根所述管棚管沿隧道洞的拱部轮廓线由左至右进行布设；所述管棚导向架上开有多个供管棚管安装的管棚管安装孔，多根所述管棚管的后端均安装于所述管棚导向架上；
所述超前小导管注浆支护结构包括多个对同一个所述隧道节段的拱墙进行超前支护的拱墙超前小导管注浆支护结构，多个所述拱墙超前小导管注浆支护结构呈均匀布设且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构的搭接长度不大于3m；前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L＝n×d，其中n为正整数且n的取值范围为3～6；所述隧道洞的边墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体；
每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构均包括一个小导管导向架、一个对所述隧道节段的拱部进行超前支护的拱部超前小导管注浆支护结构和左右两个分别对所述隧道节段左右两侧边墙的下部墙体进行超前支护的边墙超前小导管注浆支护结构，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构呈对称布设，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构与所述拱部超前小导管注浆支护结构均布设于同一个隧道横断面上且三者的纵向长度均相同；每个所述拱部超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞掌子面前方岩层内的拱部注浆小导管，多根所述拱部注浆小导管沿隧道洞的拱部轮廓线由左至右进行布设；每个所述边墙超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞掌子面前方岩层内的边墙注浆小导管，多根所述边墙注浆小导管沿隧道洞的所述下部墙体轮廓线由上至下进行布设；每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构中所有边墙注浆小导管和所有拱部注浆小导管的结构和尺寸均相同且其均布设于隧道洞的同一个隧道横断面上；
所述小导管导向架为对一个所述拱墙超前小导管注浆支护结构中的所有边墙注浆小导管和所有拱部注浆小导管分别进行导向的导向架，所述小导管导向架为初期支护拱架；所述小导管导向架的拱部由左至右开有多个供拱部注浆小导管安装的拱部安装孔，所述小导管导向架的左右两侧下部均开有多个供边墙注浆小导管安装的侧部安装孔，所述拱墙超前小导管注浆支护结构中边墙注浆小导管和拱部注浆小导管的后端均安装于同一个所述小导管导向架上。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：步骤一中进行上部洞体开挖及初期支护之前，先对当前所施工隧道节段进行超前管棚支护，获得该隧道节段的超前管棚支护结构；
所述上部洞体与中部洞体组成中上部洞体，所述上部洞体和下部洞体的高度均大于4m，所述中部洞体的高度不大于10m；
步骤二中由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体进行开挖时，由后向前分多个开挖节段对该隧道节段的中部洞体进行开挖；
对任一个所述开挖节段进行开挖之前，先对该开挖节段的拱墙进行超前小导管注浆加固，并获得一个所述超前小导管注浆支护结构；
每个所述开挖节段的长度均与前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L相同。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：所述隧道洞分为隧道上洞体和位于所述隧道上洞体正下方的隧道下洞体，所述隧道上洞体的横截面为半圆形；所述边墙的上部墙体位于所述隧道上洞体内且其下部墙体位于所述隧道下洞体内；两个所述边墙超前小导管注浆支护结构均位于所述隧道下洞体外侧；
所述小导管导向架上开设所述拱部安装孔的区域为拱部开孔区，所述拱部开孔区的形状为弧形且其圆心角为120°；
所述管棚导向架上开设管棚管安装孔的区域为上部开孔区，所述上部开孔区的形状为弧形且其圆心角为180°。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构还包括一个对该拱墙超前小导管注浆支护结构中的所有边墙注浆小导管和所有拱部注浆小导管分别进行支撑的小导管支撑架；
所述小导管支撑架为型钢拱架，每个所述小导管支撑架均为位于一个所述小导管导向架前方且与该小导管导向架相邻的型钢拱架。
上述穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征是：所述型钢拱架为第一钢架或第二钢架，所述第一钢架与所述第二钢架交错布设且二者的数量相同，前后相邻两榀所述第一钢架之间均设置有一榀所述第二钢架；所述纵向连接结构包括第一纵向钢筋连接结构和第二纵向钢筋连接结构；
多榀所述第一钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，且多榀所述第二钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设；多榀所述第一钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第一纵向钢筋连接结构紧固连接为一体，多榀所述第二钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第二纵向钢筋连接结构紧固连接为一体；
所述第一纵向钢筋连接结构和第二纵向钢筋连接结构均为折线形钢筋连接结构；所述第一纵向钢筋连接结构由多根第一纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第一纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第一钢架支架之间；所述第二纵向钢筋连接结构由多根第二纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第二纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第二钢架支架之间。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且投入施工成本较低。
2、所采用的隧道超前支护结构结构设计合理、施工简便、使用效果好且实用价值高，将管棚超前支护与超前小导管注浆支护相结合对隧道的拱部与边墙整体进行支护，能有效提高隧道洞整体稳固性、可靠性，确保施工安全，因而能达到全断面帷幕注浆相同的加固效果，但与全断面帷幕注浆加固相比，能大幅度提高施工效率，减少施工工期，降低施工成本。
3、所采用超前管棚支护结构能对整个隧道节段拱部和边墙的上部墙体进行整体加固，并且在隧道节段后端设置有对边墙下部墙体进行加固的边墙超前小导管注浆支护结构，使隧道节段后端的拱部和边墙均能进行稳固支护，能有效解决受隧道开挖后所产生的水平压力影响隧道节段后端左右两侧边墙下部容易出现受压变形、沉降等问题，能对隧道拱墙进行稳固支护。
4、所采用的超前小导管注浆支护结构设计合理、施工简便且使用效果好，对隧道洞拱部和左右两侧边墙下部分别进行超前小导管注浆加固并形成一个稳固的拱墙承载环，能有效提高洞体周侧岩层的自稳能力，能有效节省施工成本、节约工期，同时施工设备简单，并且隧道进洞施工后及时进行初期支护施工，工序衔接紧密。并且，支护过程中对周侧岩层的扰动小，施工成本较低，能有效解决受隧道开挖后所产生的水平压力影响隧道左右两侧边墙下部容易出现受压变形、沉降等问题，能对隧道拱墙进行稳固支护。
5、所采用的型钢拱架结构简单、设计合理且架设简便，施工效率高，能对隧道洞进行全断面支护，支护稳固、可靠，实际进行隧道开挖时能简便进行组装，满足隧道洞断面分块支撑需求，使上部洞体的初期支护不受中部洞体和下部洞体内初期支护施工的影响，中部洞体的初期支护也不受下部洞体初期支护施工的影响，并且上部洞体和中部洞体的初期支护均在开挖完成后立即进行施工，因而支护及时、稳固，再加上此时隧道洞尚未全面开挖，因而隧道上部洞体和中部洞体内初期支护结构的支撑稳固性能进一步得到保证，并且隧道上部洞体和中部洞体内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。
6、采用锚固体系对隧道洞围岩进行全断面固定，进一步提高初期支护稳定性。并且，锚固体系与型钢拱架连接为一体，进一步提高整体稳固性，同时，施工简便。因而，采用组装式支护架(即型钢拱架)与拆装简便的临时支撑结构相配合对台阶法开挖成型的隧道洞进行分层支护，并采用锚固体系对隧道洞外侧进行整体加固，能对大断面隧道洞进行稳固，确保施工安全。
7、所采用的双层初期支护结构设计合理且加工制作及安装布设方便，投入施工成本较低。
8、所采用的双层初期支护结构施工简便、施工效率较高且使用效果好、实用价值高，能满足穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道的初期支护需求，与型钢拱架支护体系与格栅钢架支护体系相比，具有明显优势。采用型钢拱架与格栅钢架相结合组成刚性支撑结构对隧道洞进行初期支护，型钢拱架与格栅钢架相结合组成刚性支撑结构，同时结合混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层，型钢拱架埋设于混凝土复喷层内且其支立于混凝土初喷层内侧，格栅钢架埋设于混凝土内喷层内且支立于混凝土复喷层内侧，通过混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层相结合对刚性支撑结构进行有效防护的同时，能有效提高刚性支撑结构的支护强度，并将刚性支撑结构转换成纵向全断面连续支撑结构，确保后期隧道结构安全。同时，外侧初支结构与内层初支结构既相互独立，互不影响，各自充分发挥自身的支撑作用；同时，外层初支结构与内层初支结构又互为补充，能共同受力变形为隧道洞提供稳固支撑，二者相互制约，外层初支结构起到开挖后及时支撑，并与锚固体系一道共同受力，确保开挖后隧道洞提供强有力的全断面支护，而内层初支结构对外层初支结构的支护作用进行补充，确保后期隧道洞结构的整体稳固性。
9、开挖方法设计合理、施工简便且使用效果好，三台阶四步开挖法进行开挖，配合特定结构的双层初期支护结构便能确保开挖后的隧道结构稳固，开挖断面分块较少，能有效降低施工难度，并减少施工风险。同时，所采用的超前支护方法设计合理，无需对隧道进行全断面帷幕注浆，从而能大幅度降低施工成本，节约施工工期，并能确保施工安全。
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，采用三台阶法对隧道洞进行开挖，并且开挖后采用双层初期支护结构对隧道洞进行全断面支护，能确保后期隧道结构安全。
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为本发明的方法流程框图。
图2为本发明的横断面结构示意图。
图3为本发明的纵断面结构示意图。
图4为本发明管棚导向架上管棚管安装孔与侧部安装孔的布设位置示意图。
图5为本发明小导管导向架上拱部安装孔与侧部安装孔的布设位置示意图。
图6为本发明隧道初期结构上管棚管和边墙注浆小导管的后端布设位置示意图。
图7为本发明隧道初期结构上拱部注浆小导管和所述边墙注浆小导管的后端布设位置示意图。
图8为本发明型钢拱架与锚固体系的结构示意图。
图9为本发明初期支护结构中型钢拱架与格栅拱架的结构示意图。
图10为本发明初期支护结构与隧道二次衬砌的结构示意图。
图11为本发明格栅拱架的布设位置示意图。
图12为本发明第一纵向钢筋连接结构和第二纵向钢筋连接结构的结构示意图。
附图标记说明:
1—隧道洞； 1-11—左侧导洞； 1-12—右侧导洞；
1-2—中部洞体； 1-3—下部洞体； 2—拱部注浆小导管；
3—边墙注浆小导管； 4-1—临时竖向支撑柱； 4-2—临时仰拱支架；
5—型钢拱架； 5-1—混凝土复喷层；
5-2—混凝土初喷层； 5-3—格栅钢架；
5-4—上部拱架； 5-41—左侧拱架； 5-42—右侧拱架；
5-5—隧道仰拱支架； 5-6—第一纵向钢筋连接结构；
5-7—第二纵向钢筋连接结构； 5-8—混凝土内喷层；
5-9—侧部支架； 6—小导管安装孔；
8—管棚管； 9—管棚管安装孔； 10—混凝土封堵墙；
11—岩层节段； 12—拱部锁脚锚管； 13—上锁脚锚管；
14—中锁脚锚管； 15—下锁脚锚管； 16—隧道二次衬砌；
17—内层初支结构； 18—外层初支结构； 19—防水层。
具体实施方式
如图1所示的一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，所施工隧道的隧道洞1由上至下分为上部洞体、中部洞体1-2和下部洞体1-3，所述上部洞体分为左侧导洞1-11和位于左侧导洞1-11右侧的右侧导洞1-12，详见图2和图8；
如图9、图10和图11所示，所述隧道洞1的初期支护结构为双层初期支护结构，所述双层初期支护结构包括由一层喷射于隧道洞1内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层5-2、多榀对隧道洞1进行支护且支立于混凝土初喷层5-2内侧的型钢拱架5、由一层喷射于混凝土初喷层5-2上的混凝土形成的混凝土复喷层5-1、多榀对隧道洞1进行支护且支立于混凝土复喷层5-1内侧的格栅钢架5-3和由一层喷射于混凝土复喷层5-1上的混凝土形成的混凝土内喷层5-8，所述型钢拱架5和格栅钢架5-3均为对隧道洞1进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道洞1的横断面形状相同；所述混凝土初喷层5-2、混凝土复喷层5-1和混凝土内喷层5-8的横断面形状均与隧道洞1的横断面形状相同；多榀所述型钢拱架5的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢拱架5通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架5-3的结构均相同，所述格栅钢架5-3的数量与型钢拱架5的数量相同，每榀所述型钢拱架5内侧均布设有一榀所述格栅钢架5-3，每榀所述型钢拱架5与布设于其内侧的格栅钢架5-3均布设于隧道洞1的同一隧道断面上；多榀所述型钢拱架5均埋设于混凝土复喷层5-1内，所述混凝土复喷层5-1的层厚大于型钢拱架5的厚度；多榀所述格栅钢架5-3均埋设于混凝土内喷层5-8内，所述混凝土内喷层5-8的厚度大于格栅钢架5-3的厚度；多榀所述型钢拱架5呈均匀布设，相邻两榀所述型钢拱架5之间的间距为d且d的取值范围为0.8m～1.2m；
所述双层初期支护结构中所述混凝土初喷层5-2、多榀所述型钢拱架5和混凝土复喷层5-1组成外层初支结构18，所述混凝土内喷层5-8和多榀所述格栅钢架5-3组成位于外层初支结构18内侧的内层初支结构17；
结合图8，每榀所述型钢拱架5均由一个对隧道洞1拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞1底部进行支护的隧道仰拱支架5-5拼接而成，所述隧道仰拱支架5-5位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架5-5与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙支撑拱架由一个对位于所述上部洞体内的上部拱架5-4和两个对称布设于上部拱架5-4左右两侧下方的侧部支架5-9拼接而成，两个所述侧部支架5-9均位于中部洞体1-2内；所述隧道仰拱支架5-5位于下部洞体1-3内，所述隧道仰拱支架5-5的左端与一个所述侧部支架5-9底部紧固连接，所述隧道仰拱支架5-5的右端与另一个所述侧部支架5-9底部紧固连接；所述上部拱架5-4由位于左侧导洞1-11内的左侧拱架5-41和位于右侧导洞1-12内的右侧拱架5-42拼接而成；
对所施工隧道进行开挖时，由后向前分多个隧道节段进行开挖，多个所述隧道节段的开挖方法均相同；对任一个所述隧道节段进行开挖时，包括以下步骤：
步骤一、上部洞体开挖及初期支护，过程如下：
步骤101、左侧导洞开挖及外层初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所开挖隧道节段的左侧导洞1-11进行开挖；
所述左侧导洞1-11开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞1-11内壁上喷射一层混凝土获得左侧导洞1-11内的混凝土初喷层5-2，并由后向前在开挖成型的左侧导洞1-11内安装左侧拱架5-41，且使左侧拱架5-41支立于混凝土初喷层5-2内侧；同时在内侧支立有左侧拱架5-41的混凝土初喷层5-2上喷射一层混凝土获得左侧导洞1-11内的混凝土复喷层5-1，并使左侧拱架5-41埋设于混凝土复喷层5-1内，完成左侧导洞1-11内外层初支结构18的施工过程；
步骤102、右侧导洞开挖及外层初期支护：步骤101中所述左侧导洞1-11开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对对当前所开挖隧道节段的右侧导洞1-12进行开挖，获得开挖成型的所述上部洞体；
所述右侧导洞1-12开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧导洞1-12内壁上喷射一层混凝土获得右侧导洞1-12内的混凝土初喷层5-2，并由后向前在开挖成型的右侧导洞1-12内安装右侧拱架5-42，使右侧拱架5-42支立于混凝土初喷层5-2内侧且使右侧拱架5-42与左侧拱架5-41紧固连接为一体，获得施工成型的所述上部拱架5-4；同时在内侧支立有右侧拱架5-42的混凝土初喷层5-2上喷射一层混凝土获得右侧导洞1-12内的混凝土复喷层5-1，并使右侧拱架5-42埋设于混凝土复喷层5-1内，完成所述上部洞体内外层初支结构18的施工过程；
本步骤中开挖过程中，所述右侧导洞1-12的掌子面位于左侧导洞1-11的掌子面后侧；
步骤二、中部洞体开挖及外层初期支护：步骤一中进行上部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体1-2进行开挖；
所述中部洞体1-2开挖过程中，由后向前在开挖成型的中部洞体1-2内壁上喷射一层混凝土获得中部洞体1-2内的混凝土初喷层5-2，并由后向前在开挖成型的中部洞体1-2左右两侧分别安装侧部支架5-9，使侧部支架5-9支立于混凝土初喷层5-2内侧且使每个所述侧部支架5-9均与步骤102中所述上部拱架5-4紧固连接为一体；同时在内侧支立有侧部支架5-9的混凝土初喷层5-2上喷射一层混凝土获得中部洞体1-2内的混凝土复喷层5-1，并使侧部支架5-9埋设于混凝土复喷层5-1内，完成中部洞体1-2内外层初支结构18的施工过程；
所述中部洞体1-2内左右两个所述侧部支架5-9与步骤102中所述上部拱架5-4连接组成拱墙拱架；
本步骤中开挖过程中，所述中部洞体1-2的掌子面位于步骤102中所述右侧导洞1-12的掌子面后侧；
步骤三、下部洞体开挖及外层初期支护：步骤二中进行中部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体1-2下方对当前所开挖隧道节段的下部洞体1-3进行开挖，获得开挖成型的隧道洞1；
所述下部洞体1-3开挖过程中，由后向前在开挖成型的下部洞体1-3内壁上喷射一层混凝土获得下部洞体1-3内的混凝土初喷层5-2，并由后向前在开挖成型的下部洞体1-3内安装隧道仰拱支架5-5，使隧道仰拱支架5-5支立于混凝土初喷层5-2内侧且使隧道仰拱支架5-5与步骤二中所述拱墙拱架连接形成型钢拱架5；同时在内侧支立有隧道仰拱支架5-5的混凝土初喷层5-2上喷射一层混凝土获得下部洞体1-3内的混凝土复喷层5-1，并使隧道仰拱支架5-5埋设于混凝土复喷层5-1内，完成隧道洞1内外层初支结构18的施工过程；
本步骤中开挖过程中，所述下部洞体1-3的掌子面位于步骤二中所述中部洞体1-2的掌子面后侧；
步骤四、内层初期支护：步骤三中开挖过程中，还需由后向前在已施工成型的外层初支结构18内侧支立格栅钢架5-3，同时由后向前在内侧支立有格栅钢架5-3的外层初支结构18上喷射一层混凝土获得混凝土内喷层5-8，并使格栅钢架5-3埋设于混凝土内喷层5-8内，完成内层初支结构17的施工过程，获得施工成型的所述双层初期支护结构；
步骤五、多次重复步骤一至步骤四，完成所施工隧道的开挖过程。
本实施例中，每个所述隧道节段的长度为20m。
如图3所示，所述隧道节段的长度记作L1，L1＝20m。
实际施工时，可根据具体需要，对所述隧道节段的长度进行相应调整。
本实施例中，步骤四中进行内层初期支护过程中，还需由后向前在已施工成型的所述双层初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌16，详见图3。
所述外层初支结构18和内层初支结构17组成所述双层初期支护结构。本实施例中，每榀所述型钢拱架5与位于其内侧的格栅钢架5-3之间的净距不小于5cm。因而，每榀所述型钢拱架5与位于其内侧的格栅钢架5-3之间的混凝土复喷层5-1的层厚不小于5cm，也就是说，所述混凝土复喷层5-1在型钢拱架5上的覆盖厚度不小于5cm。
本实施例中，所述混凝土内喷层5-8包括外侧混凝土层和位于所述外侧混凝土层内侧的内侧混凝土层，多榀所述格栅钢架5-3均固定于所述外侧混凝土层内；所述内侧混凝土层的层厚不小于5cm。
所述混凝土初喷层5-2的层厚为3cm～5cm。本实施例中，混凝土初喷层5-2的层厚为4cm。
实际施工时，可根据具体需要，对混凝土初喷层5-2、混凝土复喷层5-1和混凝土内喷层5-8的层厚分别进行相应调整。
结合图12，本实施例中，所述型钢拱架5为第一钢架或第二钢架，所述第一钢架与所述第二钢架交错布设且二者的数量相同，前后相邻两榀所述第一钢架之间均设置有一榀所述第二钢架；所述纵向连接结构包括第一纵向钢筋连接结构5-6和第二纵向钢筋连接结构5-7；
多榀所述第一钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，且多榀所述第二钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设；多榀所述第一钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第一纵向钢筋连接结构5-6紧固连接为一体，多榀所述第二钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第二纵向钢筋连接结构5-7紧固连接为一体；
所述第一纵向钢筋连接结构5-6和第二纵向钢筋连接结构5-7均为折线形钢筋连接结构；所述第一纵向钢筋连接结构5-6由多根第一纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第一纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第一钢架支架之间；所述第二纵向钢筋连接结构5-7由多根第二纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第二纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第二钢架支架之间。
本实施例中，前后相邻两榀所述格栅钢架5-3之间通过多道纵向连接钢筋紧固连接，多道所述纵向连接钢筋沿格栅钢架5-3的外轮廓线布设，多道所述纵向连接钢筋均呈平行布设且其均沿隧道纵向延伸方向布设。
如图8所示，每榀所述型钢拱架5内侧设置有临时支撑结构，所述临时支撑结构与布设于外侧的型钢拱架5布设于隧道洞1的同一个横断面上；所述临时支撑结构包括支撑于左侧拱架5-41右端下方的临时竖向支撑柱5-41和连接于左侧拱架5-41底部与临时竖向支撑柱4-1底部之间的临时仰拱支架4-2，所述临时竖向支撑柱4-1和临时仰拱支架4-2均位于所述上部洞体内；
步骤101中进行左侧导洞开挖及外层初期支护过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞1-11内安装左侧拱架5-41时，还需在左侧拱架5-41右端下方安装临时竖向支撑柱4-1，并通过临时仰拱支架4-2将左侧拱架5-41与临时竖向支撑柱4-1紧固连接为一体；所述左侧拱架5-41和临时竖向支撑柱4-1的底部均支撑于开挖成型的左侧导洞1-11底部，所述临时仰拱支架4-2水平支撑于左侧导洞1-11底部；
步骤二中进行中部洞体开挖过程中，由后向前对所述临时支撑结构进行拆除。
步骤101中进行左侧导洞开挖及外层初期支护过程中，通过所述临时支撑结构能有效确保左侧导洞1-11以及所述上部洞体的稳固性。
为增强支护效果，每榀所述型钢拱架5外侧均设置有对隧道洞1进行支护的锚固体系，所述锚固体系与位于其内侧的型钢拱架5布设于同一隧道横断面上；
所述锚固体系包括位于左侧拱架5-41与右侧拱架5-42之间连接处外侧的拱部锁脚锚管12和两个对称布设于上部拱架5-4左右两侧底部外侧的上锁脚锚管13，两个所述侧部支架5-9的中部外侧均设置有一个所述中锁脚锚管14，两个所述侧部支架5-9的底部外侧均设置有一个所述下锁脚锚管15，两个所述中锁脚锚管14呈对称布设，两个所述下锁脚锚管15呈对称布设；所述拱部锁脚锚管12、上锁脚锚管13、中锁脚锚管14和下锁脚锚管15均为由内至外进入所述隧道洞1周侧岩层内的锁脚锚管；
步骤101中进行右侧导洞开挖及外层初期支护过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的左侧导洞1-11内对拱部锁脚锚管12进行施工；
步骤102中进行右侧导洞开挖及外层初期支护过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的所述上部洞体内对两个所述上锁脚锚管13分别进行施工；
步骤二中进行中部洞体开挖过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的中部洞体1-2内对两个所述中锁脚锚管14分别进行施工；
步骤三中进行下部洞体开挖过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的下部洞体1-3内对两个所述下锁脚锚管15分别进行施工。
本实施例中，所述隧道洞1的横断面积大于100m2。所述上部洞体、中部洞体1-2和下部洞体1-3的高度均大于3m。所述隧道洞1位于高角度逆冲富水富砂断层内。
为提高锚固稳固性，所述拱部锁脚锚管12、每个所述上锁脚锚管13、每个所述中锁脚锚管14和每个所述下锁脚锚管15均包括两根呈平行布设的锁脚锚管。
实际安装时，所述拱部锁脚锚管12、上锁脚锚管13、中锁脚锚管14和下锁脚锚管15的内端均通过锚管连接板固定在所述组装式支护架上，所述锚管连接板固定于所述组装式支护架上，因而连接简便、可靠；所述拱部锁脚锚管12、上锁脚锚管13、中锁脚锚管14和下锁脚锚管15的长度均不小于5m。
本实施例中，所述锁脚锚管的长度为5m、外径为φ50mm且其壁厚为6mm。同时，在所述锁脚锚管内注入砂浆，能有效保证隧道初期支护的稳固性。
实际施工时，可根据具体需要，所述锁脚锚管的长度、外径和壁厚分别进行相应调整。
本实施例中，所述拱部锁脚锚管12由内至外逐渐向右倾斜，所述上锁脚锚管13、中锁脚锚管14和下锁脚锚管15均由内至外逐渐向下倾斜。
本实施例中，步骤一中进行上部洞体开挖及初期支护之前，需先对当前所施工隧道节段进行超前支护，并获得当前所施工节段的隧道节段超前支护结构；所述隧道洞1的边墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体；
如图3、图6及图7所示，所述隧道节段超前支护结构包括对同一个所述隧道节段进行支护的超前管棚支护结构和超前小导管注浆支护结构，所述超前管棚支护结构的纵向长度大于所述隧道节段的长度；
结合图4，所述超前管棚支护结构包括多根由后向前钻进至隧道洞1掌子面前方岩层内的管棚管8和一个对多根所述管棚管8进行导向的管棚导向架，多根所述管棚管8沿隧道洞1的拱部轮廓线由左至右进行布设；所述管棚导向架上开有多个供管棚管8安装的管棚管安装孔9，多根所述管棚管8的后端均安装于所述管棚导向架上；
结合图5，所述超前小导管注浆支护结构包括多个对同一个所述隧道节段的拱墙进行超前支护的拱墙超前小导管注浆支护结构，多个所述拱墙超前小导管注浆支护结构呈均匀布设且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构的搭接长度不大于3m；前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L＝n×d，其中n为正整数且n的取值范围为3～6；所述隧道洞1的边墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体；
每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构均包括一个小导管导向架、一个对所述隧道节段的拱部进行超前支护的拱部超前小导管注浆支护结构和左右两个分别对所述隧道节段左右两侧边墙的下部墙体进行超前支护的边墙超前小导管注浆支护结构，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构呈对称布设，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构与所述拱部超前小导管注浆支护结构均布设于同一个隧道横断面上且三者的纵向长度均相同；每个所述拱部超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞1掌子面前方岩层内的拱部注浆小导管2，多根所述拱部注浆小导管2沿隧道洞1的拱部轮廓线由左至右进行布设；每个所述边墙超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞1掌子面前方岩层内的边墙注浆小导管3，多根所述边墙注浆小导管3沿隧道洞1的所述下部墙体轮廓线由上至下进行布设；每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构中所有边墙注浆小导管3和所有拱部注浆小导管2的结构和尺寸均相同且其均布设于隧道洞1的同一个隧道横断面上；
所述小导管导向架为对一个所述拱墙超前小导管注浆支护结构中的所有边墙注浆小导管3和所有拱部注浆小导管2分别进行导向的导向架，所述小导管导向架为初期支护拱架5；所述小导管导向架的拱部由左至右开有多个供拱部注浆小导管2安装的拱部安装孔，所述小导管导向架的左右两侧下部均开有多个供边墙注浆小导管3安装的侧部安装孔，所述拱墙超前小导管注浆支护结构中边墙注浆小导管3和拱部注浆小导管2的后端均安装于同一个所述小导管导向架上。
本实施例中，步骤一中进行上部洞体开挖及初期支护之前，先对当前所施工隧道节段进行超前管棚支护，获得该隧道节段的超前管棚支护结构；
所述上部洞体与中部洞体1-2组成中上部洞体，所述上部洞体和下部洞体3的高度均大于4m，所述中部洞体1-2的高度不大于10m；
步骤二中由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体1-2进行开挖时，由后向前分多个开挖节段对该隧道节段的中部洞体1-2进行开挖；
对任一个所述开挖节段进行开挖之前，先对该开挖节段的拱墙进行超前小导管注浆加固，并获得一个所述超前小导管注浆支护结构；
每个所述开挖节段的长度均与前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L相同。
本实施例中，所述中部洞体1-2的高度不小于8m，因而中部洞体1-2的高度较大。因而，将中部洞体1-2分上下两个台阶进行开挖。并且，中部洞体1-2开挖完成后立即进行超前小导管注浆加固，此时隧道拱墙的支护结构非常稳固，因而中部洞体1-2开挖过程中对所述临时支撑结构进行拆除不会对隧道结构造成影响。
每个所述超前管棚支护结构均为对一个所述隧道节段进行超前支护的支护结构。本实施例中，多榀所述型钢拱架5呈均匀布设，相邻两榀所述型钢拱架5之间的间距为d且d的取值范围为0.8m～1.2m，前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L＝n×d，其中n为正整数且n＝3～6。
本实施例中，n＝5。
实际施工时，可根据具体需要，对n的取值大小进行相应调整。
本实施例中，前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的搭接长度不大于3m且二者之间的搭接长度不小于0.5m。
本实施例中，d＝1m。实际施工时，可根据具体需要，对d的取值大小进行相应调整。
本实施例中，所述管棚导向架为型钢拱架5。并且，所述管棚导向架为支撑于所述隧道节段后端的一个所述型钢拱架5。
本实施例中，每个所述隧道节段后端还设置有两个分别对所述隧道节段后端的左右两侧下部墙体进行支护的后端超前小导管注浆支护结构，两个所述后端超前小导管注浆支护结构呈对称布设，
本实施例中，所述管棚管8的外径为φ108mm且其壁厚为6mm。
并且，所述管棚导向架上相邻两个所述管棚管安装孔9之间的环向间距为18cm～22cm；所述管棚管8的外插角不小于11°。
本实施例中，所述管棚导向架上相邻两个所述管棚管安装孔9之间的环向间距为20cm；所述管棚管8的外插角为8°。
实际施工时，可根据具体需要，对所述管棚导向架上相邻两个所述管棚管安装孔9之间的环向间距以及管棚管8的外插角进行相应调整。
所述管棚管8为钢花管，所述钢花管上开有多个圆形注浆孔且其孔径为φ10mm～φ16mm，多个所述圆形注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设，相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距为12cm～18cm。本实施例中，相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距为15cm。实际施工时，可根据具体需要，对相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距进行相应调整。
本实施例中，每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构的纵向长度均为3m。实际施工时，可根据具体需要，对每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构的纵向长度进行相应调整。
每个所述拱部超前小导管注浆支护结构中相邻两根所述拱部注浆小导管2之间的环向间距为28cm～32cm，每个所述边墙超前小导管注浆支护结构中相邻两根所述边墙注浆小导管3之间的环向间距为18cm～22cm。本实施例中，每个所述拱部超前小导管注浆支护结构中相邻两根所述拱部注浆小导管2之间的环向间距为30cm，每个所述边墙超前小导管注浆支护结构中相邻两根所述边墙注浆小导管3之间的环向间距为20cm。实际施工时，可根据具体需要，对相邻两根所述拱部注浆小导管2之间的环向间距以及相邻两根所述边墙注浆小导管3之间的环向间距进行相应调整。
实际施工时，所述拱部注浆小导管2和所述边墙注浆小导管3均为超前注浆小导管，所述超前注浆小导管的外插角为5°～10°；所述超前注浆小导管的长度为4.5m～5.5m、外径为φ45mm～φ55mm且其壁厚为5mm～7mm；
所述超前注浆小导管包括管体和同轴安装在所述管体前端的钻头，所述钻头为圆锥形钻头，所述管体为无缝钢管且其内外侧壁均为光滑侧壁，所述管体上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔均与所述管体内部相通；多个所述注浆孔的孔径均相同且其孔径为φ8mm～φ12mm，多个所述注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设，相邻两个所述注浆孔之间的间距为12cm～18cm。
本实施例中，所述超前注浆小导管的长度为5m、外径为φ50mm且其壁厚为6mm；所述注浆孔的孔径为φ10mm，相邻两个所述注浆孔之间的间距为10cm。实际施工时，可根据具体需要，对所述超前注浆小导管的尺寸以及所述注浆孔的孔径和布设间距分别进行相应调整。
其中，环向间距是指在呈圆形或椭圆形截面上的两点间的弧线距离。根据本领域公知常识，所述管棚导向架上相邻两个所述管棚管安装孔9之间的环向间距为所述管棚导向架上相邻两个所述管棚管安装孔9之间的弧形距离，相邻两根所述拱部注浆小导管2之间的环向间距指的是所述小导管导向架上相邻两根所述拱部注浆小导管2之间的弧线距离，相邻两根所述边墙注浆小导管3之间的环向间距指的是所述小导管导向架上相邻两根所述边墙注浆小导管3之间的弧线距离。
本实施例中，每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构还包括一个对该拱墙超前小导管注浆支护结构中的所有边墙注浆小导管3和所有拱部注浆小导管2分别进行支撑的小导管支撑架；
所述小导管支撑架为型钢拱架5，每个所述小导管支撑架均为位于一个所述小导管导向架前方且与该小导管导向架相邻的型钢拱架5；
所述拱墙超前小导管注浆支护结构中所有边墙注浆小导管3和所有拱部注浆小导管2的后部均支撑于所述小导管支撑架上。
实际使用时，通过所述小导管导向架和所述小导管支撑架能对边墙注浆小导管3和拱部注浆小导管2进行有效导向，并能为边墙注浆小导管3和拱部注浆小导管2提供稳固支撑，同时能大幅度提高施工效率，确保施工质量。
结合图6、图7，所述隧道洞1分为隧道上洞体和位于所述隧道上洞体正下方的隧道下洞体，所述隧道上洞体的横截面为半圆形；所述边墙的上部墙体位于所述隧道上洞体内且其下部墙体位于所述隧道下洞体内；两个所述边墙超前小导管注浆支护结构均位于所述隧道下洞体外侧。
本实施例中，如图5、图7所示，所述小导管导向架上开设所述拱部安装孔的区域为拱部开孔区，所述拱部开孔区的形状为弧形且其圆心角为120°。
因而，每个所述拱部超前小导管注浆支护结构的施作范围为隧道洞拱部120°范围内，能对隧道洞1进行有效支护。
本实施例中，所述拱部注浆小导管2和所述边墙注浆小导管3均为超前注浆小导管，所述小导管导向架开有多个供所述超前注浆小导管安装的小导管安装孔6。
本实施例中，如图4、图6所示，所述管棚导向架上开设管棚管安装孔9的区域为上部开孔区，所述上部开孔区的形状为弧形且其圆心角为180°。
如图4、图6所示，为确保每个所述隧道节段后端的支护稳固性，每个所述隧道节段超前支护结构还包括左右两个对对所述隧道节段后端左右两侧边墙的下部墙体进行超前支护的所述边墙超前小导管注浆支护结构，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构呈对称布设且二者布设于同一个隧道横断面上。相应地，所述管棚导向架的下部左右两侧分别开有多个供所述边墙超前小导管注浆支护结构中边墙注浆小导管3安装的侧部安装孔。此时，所述边墙超前小导管注浆支护结构的结构和尺寸均与所述拱墙超前小导管注浆支护结构中所述边墙超前小导管注浆支护结构的结构和尺寸相同。
本实施例中，每榀所述型钢拱架5均由一个对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞1底部进行支护的隧道仰拱支架拼接而成，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述隧道仰拱支架的左端固定在所述拱墙支撑拱架的左侧底部内侧壁上，所述隧道仰拱支架的右端固定在所述拱墙支撑拱架的右侧底部内侧壁上，所述隧道仰拱支架的左右两端在所述拱墙支撑拱架上的固定位置均为仰拱支架固定位置。所述边墙超前小导管注浆支护结构位于所述仰拱支架固定位置上方。
由于所述隧道洞1的侧墙底部设置有锁脚锚管，同时所述隧道洞1侧墙底部为所述拱墙支撑拱架的仰拱支架固定位置，此时的支撑强度能得到有效保证，因而所述边墙超前小导管注浆支护结构位于所述仰拱支架固定位置上方即可，既能节省施工成本，也能确保支护效果。
本实施例中，所述型钢拱架5为由一根工字钢弯曲形成的拱形支架，所述边墙注浆小导管3和拱部注浆小导管2的后部均支撑于所述小导管支撑架的上翼板上；所述拱部安装孔和所述侧部安装孔均位于所述小导管导向架的腹板上。
本实施例中，所述拱部安装孔和所述侧部安装孔均为小导管安装孔6。
并且，所述管棚管安装孔9为所述管棚导向架的腹板上，同时所述管棚导向架的腹板上还开有小导管安装孔6。
为施工简便，所述小导管导向架上每个所述小导管安装孔6上均安装有一个对超前注浆小导管进行导向的孔口管，每根所述超前注浆小导管均同轴安装于对其进行导向的所述孔口管内。本实施例中，所述孔口管的长度不小于0.5m。
并且，所述管棚导向架上每个所述管棚管安装孔9上均安装有一个对管棚管8进行导向的孔口管，并且所述管棚导向架上每个所述小导管安装孔6上均安装有一个对超前注浆小导管进行导向的孔口管。
所述超前管棚支护结构的纵向长度为25m～26m。本实施例中，所述超前管棚支护结构的纵向长度为25m，所述超前管棚支护结构的纵向长度记作L2，L2＝25m。实际施工时，可根据具体需要，对L1和L2的取值大小分别进行相应调整。
本实施例中，如图3所示，对任一个所述隧道节段进行超前管棚支护之前，先在该隧道节段后侧设置止浆墙。其中，对位于最后侧的一个所述隧道节段进行施工之前，先在该隧道节段的后侧施工一个混凝土封堵墙10作为止浆墙；待一个所述隧道节段开挖完成后，下一个所述隧道节段后端位于上一个所述隧道节段的超前管棚支护结构内侧的岩层节段11为预留的止浆墙。同时，所述双层初期支护结构与隧道二次衬砌16之间布设防水层19。
实际施工时，根据公式计算得出所述双层初期支护结构的中性轴到外层初支结构18与内层初支结构17之间接触面的竖向间距h0，式中b代表单位长度且b＝1m，y为积分变量且y表示所述双层初期支护结构中部在竖直方向的位移，h1为外层初支结构18的厚度且其单位为m，h2为内层初支结构17的厚度且其单位为m，E1为外层初支结构18的弹性模量且其单位为Pa，E2为内层初支结构17的弹性模量且其单位为Pa，ρ为所述双层初期支护结构的厚度。根据预先设计的外层初支结构18的最大允许变形量ε1，并结合所确定的h0，得出内层初支结构17的最大允许变形量ε2≥(h0-ε1)。
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)

1.一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：所施工隧道的隧道洞(1)由上至下分为上部洞体、中部洞体(1-2)和下部洞体(1-3)，所述上部洞体分为左侧导洞(1-11)和位于左侧导洞(1-11)右侧的右侧导洞(1-12)；
所述隧道洞(1)的初期支护结构为双层初期支护结构，所述双层初期支护结构包括由一层喷射于隧道洞(1)内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层(5-2)、多榀对隧道洞(1)进行支护且支立于混凝土初喷层(5-2)内侧的型钢拱架(5)、由一层喷射于混凝土初喷层(5-2)上的混凝土形成的混凝土复喷层(5-1)、多榀对隧道洞(1)进行支护且支立于混凝土复喷层(5-1)内侧的格栅钢架(5-3)和由一层喷射于混凝土复喷层(5-1)上的混凝土形成的混凝土内喷层(5-8)，所述型钢拱架(5)和格栅钢架(5-3)均为对隧道洞(1)进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道洞(1)的横断面形状相同；所述混凝土初喷层(5-2)、混凝土复喷层(5-1)和混凝土内喷层(5-8)的横断面形状均与隧道洞(1)的横断面形状相同；多榀所述型钢拱架(5)的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢拱架(5)通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架(5-3)的结构均相同，所述格栅钢架(5-3)的数量与型钢拱架(5)的数量相同，每榀所述型钢拱架(5)内侧均布设有一榀所述格栅钢架(5-3)，每榀所述型钢拱架(5)与布设于其内侧的格栅钢架(5-3)均布设于隧道洞(1)的同一隧道断面上；多榀所述型钢拱架(5)均埋设于混凝土复喷层(5-1)内，所述混凝土复喷层(5-1)的层厚大于型钢拱架(5)的厚度；多榀所述格栅钢架(5-3)均埋设于混凝土内喷层(5-8)内，所述混凝土内喷层(5-8)的厚度大于格栅钢架(5-3)的厚度；多榀所述型钢拱架(5)呈均匀布设，相邻两榀所述型钢拱架(5)之间的间距为d且d的取值范围为0.8m～1.2m；
所述双层初期支护结构中所述混凝土初喷层(5-2)、多榀所述型钢拱架(5)和混凝土复喷层(5-1)组成外层初支结构(18)，所述混凝土内喷层(5-8)和多榀所述格栅钢架(5-3)组成位于外层初支结构(18)内侧的内层初支结构(17)；
每榀所述型钢拱架(5)均由一个对隧道洞(1)拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞(1)底部进行支护的隧道仰拱支架(5-5)拼接而成，所述隧道仰拱支架(5-5)位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(5-5)与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙支撑拱架由一个对位于所述上部洞体内的上部拱架(5-4)和两个对称布设于上部拱架(5-4)左右两侧下方的侧部支架(5-9)拼接而成，两个所述侧部支架(5-9)均位于中部洞体(1-2)内；所述隧道仰拱支架(5-5)位于下部洞体(1-3)内，所述隧道仰拱支架(5-5)的左端与一个所述侧部支架(5-9)底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(5-5)的右端与另一个所述侧部支架(5-9)底部紧固连接；所述上部拱架(5-4)由位于左侧导洞(1-11)内的左侧拱架(5-41)和位于右侧导洞(1-12)内的右侧拱架(5-42)拼接而成；
对所施工隧道进行开挖时，由后向前分多个隧道节段进行开挖，多个所述隧道节段的开挖方法均相同；对任一个所述隧道节段进行开挖时，包括以下步骤：
步骤一、上部洞体开挖及初期支护，过程如下：
步骤101、左侧导洞开挖及外层初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所开挖隧道节段的左侧导洞(1-11)进行开挖；
所述左侧导洞(1-11)开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内壁上喷射一层混凝土获得左侧导洞(1-11)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内安装左侧拱架(5-41)，且使左侧拱架(5-41)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧；同时在内侧支立有左侧拱架(5-41)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得左侧导洞(1-11)内的混凝土复喷层(5-1)，并使左侧拱架(5-41)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成左侧导洞(1-11)内外层初支结构(18)的施工过程；
步骤102、右侧导洞开挖及外层初期支护：步骤101中所述左侧导洞(1-11)开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对对当前所开挖隧道节段的右侧导洞(1-12)进行开挖，获得开挖成型的所述上部洞体；
所述右侧导洞(1-12)开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-12)内壁上喷射一层混凝土获得右侧导洞(1-12)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-12)内安装右侧拱架(5-42)，使右侧拱架(5-42)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧且使右侧拱架(5-42)与左侧拱架(5-41)紧固连接为一体，获得施工成型的所述上部拱架(5-4)；同时在内侧支立有右侧拱架(5-42)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得右侧导洞(1-12)内的混凝土复喷层(5-1)，并使右侧拱架(5-42)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成所述上部洞体内外层初支结构(18)的施工过程；
本步骤中开挖过程中，所述右侧导洞(1-12)的掌子面位于左侧导洞(1-11)的掌子面后侧；
步骤二、中部洞体开挖及外层初期支护：步骤一中进行上部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体(1-2)进行开挖；
所述中部洞体(1-2)开挖过程中，由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)内壁上喷射一层混凝土获得中部洞体(1-2)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)左右两侧分别安装侧部支架(5-9)，使侧部支架(5-9)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧且使每个所述侧部支架(5-9)均与步骤102中所述上部拱架(5-4)紧固连接为一体；同时在内侧支立有侧部支架(5-9)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得中部洞体(1-2)内的混凝土复喷层(5-1)，并使侧部支架(5-9)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成中部洞体(1-2)内外层初支结构(18)的施工过程；
所述中部洞体(1-2)内左右两个所述侧部支架(5-9)与步骤102中所述上部拱架(5-4)连接组成拱墙拱架；
本步骤中开挖过程中，所述中部洞体(1-2)的掌子面位于步骤102中所述右侧导洞(1-12)的掌子面后侧；
步骤三、下部洞体开挖及外层初期支护：步骤二中进行中部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体(1-2)下方对当前所开挖隧道节段的下部洞体(1-3)进行开挖，获得开挖成型的隧道洞(1)；
所述下部洞体(1-3)开挖过程中，由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内壁上喷射一层混凝土获得下部洞体(1-3)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内安装隧道仰拱支架(5-5)，使隧道仰拱支架(5-5)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧且使隧道仰拱支架(5-5)与步骤二中所述拱墙拱架连接形成型钢拱架(5)；同时在内侧支立有隧道仰拱支架(5-5)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得下部洞体(1-3)内的混凝土复喷层(5-1)，并使隧道仰拱支架(5-5)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成隧道洞(1)内外层初支结构(18)的施工过程；
本步骤中开挖过程中，所述下部洞体(1-3)的掌子面位于步骤二中所述中部洞体(1-2)的掌子面后侧；
步骤四、内层初期支护：步骤三中开挖过程中，还需由后向前在已施工成型的外层初支结构(18)内侧支立格栅钢架(5-3)，同时由后向前在内侧支立有格栅钢架(5-3)的外层初支结构(18)上喷射一层混凝土获得混凝土内喷层(5-8)，并使格栅钢架(5-3)埋设于混凝土内喷层(5-8)内，完成内层初支结构(17)的施工过程，获得施工成型的所述双层初期支护结构；
步骤五、多次重复步骤一至步骤四，完成所施工隧道的开挖过程。
2.按照权利要求1所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：每个所述隧道节段的长度为20m。
3.按照权利要求1或2所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：每榀所述型钢拱架(5)内侧设置有临时支撑结构，所述临时支撑结构与布设于外侧的型钢拱架(5)布设于隧道洞(1)的同一个横断面上；所述临时支撑结构包括支撑于左侧拱架(5-41)右端下方的临时竖向支撑柱(5-41)和连接于左侧拱架(5-41)底部与临时竖向支撑柱(4-1)底部之间的临时仰拱支架(4-2)，所述临时竖向支撑柱(4-1)和临时仰拱支架(4-2)均位于所述上部洞体内；
步骤101中进行左侧导洞开挖及外层初期支护过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内安装左侧拱架(5-41)时，还需在左侧拱架(5-41)右端下方安装临时竖向支撑柱(4-1)，并通过临时仰拱支架(4-2)将左侧拱架(5-41)与临时竖向支撑柱(4-1)紧固连接为一体；所述左侧拱架(5-41)和临时竖向支撑柱(4-1)的底部均支撑于开挖成型的左侧导洞(1-11)底部，所述临时仰拱支架(4-2)水平支撑于左侧导洞(1-11)底部；
步骤二中进行中部洞体开挖过程中，由后向前对所述临时支撑结构进行拆除。
4.按照权利要求1或2所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：每榀所述型钢拱架(5)外侧均设置有对隧道洞(1)进行支护的锚固体系，所述锚固体系与位于其内侧的型钢拱架(5)布设于同一隧道横断面上；
所述锚固体系包括位于左侧拱架(5-41)与右侧拱架(5-42)之间连接处外侧的拱部锁脚锚管(12)和两个对称布设于上部拱架(5-4)左右两侧底部外侧的上锁脚锚管(13)，两个所述侧部支架(5-9)的中部外侧均设置有一个所述中锁脚锚管(14)，两个所述侧部支架(5-9)的底部外侧均设置有一个所述下锁脚锚管(15)，两个所述中锁脚锚管(14)呈对称布设，两个所述下锁脚锚管(15)呈对称布设；所述拱部锁脚锚管(12)、上锁脚锚管(13)、中锁脚锚管(14)和下锁脚锚管(15)均为由内至外进入所述隧道洞(1)周侧岩层内的锁脚锚管；
步骤101中进行右侧导洞开挖及外层初期支护过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内对拱部锁脚锚管(12)进行施工；
步骤102中进行右侧导洞开挖及外层初期支护过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的所述上部洞体内对两个所述上锁脚锚管(13)分别进行施工；
步骤二中进行中部洞体开挖过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)内对两个所述中锁脚锚管(14)分别进行施工；
步骤三中进行下部洞体开挖过程中，还需沿隧道纵向延伸方向由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内对两个所述下锁脚锚管(15)分别进行施工。
5.按照权利要求1或2所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：步骤四中进行内层初期支护过程中，还需由后向前在已施工成型的所述双层初期支护结构内侧施工隧道二次衬砌(16)。
6.按照权利要求1或2所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：步骤一中进行上部洞体开挖及初期支护之前，需先对当前所施工隧道节段进行超前支护，并获得当前所施工节段的隧道节段超前支护结构；所述隧道洞(1)的边墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体；
所述隧道节段超前支护结构包括对同一个所述隧道节段进行支护的超前管棚支护结构和超前小导管注浆支护结构，所述超前管棚支护结构的纵向长度大于所述隧道节段的长度；
所述超前管棚支护结构包括多根由后向前钻进至隧道洞(1)掌子面前方岩层内的管棚管(8)和一个对多根所述管棚管(8)进行导向的管棚导向架，多根所述管棚管(8)沿隧道洞(1)的拱部轮廓线由左至右进行布设；所述管棚导向架上开有多个供管棚管(8)安装的管棚管安装孔(9)，多根所述管棚管(8)的后端均安装于所述管棚导向架上；
所述超前小导管注浆支护结构包括多个对同一个所述隧道节段的拱墙进行超前支护的拱墙超前小导管注浆支护结构，多个所述拱墙超前小导管注浆支护结构呈均匀布设且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构的搭接长度不大于3m；前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L＝n×d，其中n为正整数且n的取值范围为3～6；所述隧道洞(1)的边墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体；
每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构均包括一个小导管导向架、一个对所述隧道节段的拱部进行超前支护的拱部超前小导管注浆支护结构和左右两个分别对所述隧道节段左右两侧边墙的下部墙体进行超前支护的边墙超前小导管注浆支护结构，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构呈对称布设，两个所述边墙超前小导管注浆支护结构与所述拱部超前小导管注浆支护结构均布设于同一个隧道横断面上且三者的纵向长度均相同；每个所述拱部超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞(1)掌子面前方岩层内的拱部注浆小导管(2)，多根所述拱部注浆小导管(2)沿隧道洞(1)的拱部轮廓线由左至右进行布设；每个所述边墙超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞(1)掌子面前方岩层内的边墙注浆小导管(3)，多根所述边墙注浆小导管(3)沿隧道洞(1)的所述下部墙体轮廓线由上至下进行布设；每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构中所有边墙注浆小导管(3)和所有拱部注浆小导管(2)的结构和尺寸均相同且其均布设于隧道洞(1)的同一个隧道横断面上；
所述小导管导向架为对一个所述拱墙超前小导管注浆支护结构中的所有边墙注浆小导管(3)和所有拱部注浆小导管(2)分别进行导向的导向架，所述小导管导向架为初期支护拱架(5)；所述小导管导向架的拱部由左至右开有多个供拱部注浆小导管(2)安装的拱部安装孔，所述小导管导向架的左右两侧下部均开有多个供边墙注浆小导管(3)安装的侧部安装孔，所述拱墙超前小导管注浆支护结构中边墙注浆小导管(3)和拱部注浆小导管(2)的后端均安装于同一个所述小导管导向架上。
7.按照权利要求6所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：步骤一中进行上部洞体开挖及初期支护之前，先对当前所施工隧道节段进行超前管棚支护，获得该隧道节段的超前管棚支护结构；
所述上部洞体与中部洞体(1-2)组成中上部洞体，所述上部洞体和下部洞体(3)的高度均大于4m，所述中部洞体(1-2)的高度不大于10m；
步骤二中由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体(1-2)进行开挖时，由后向前分多个开挖节段对该隧道节段的中部洞体(1-2)进行开挖；
对任一个所述开挖节段进行开挖之前，先对该开挖节段的拱墙进行超前小导管注浆加固，并获得一个所述超前小导管注浆支护结构；
每个所述开挖节段的长度均与前后相邻两个所述拱墙超前小导管注浆支护结构之间的间距L相同。
8.按照权利要求6所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：所述隧道洞(1)分为隧道上洞体和位于所述隧道上洞体正下方的隧道下洞体，所述隧道上洞体的横截面为半圆形；所述边墙的上部墙体位于所述隧道上洞体内且其下部墙体位于所述隧道下洞体内；两个所述边墙超前小导管注浆支护结构均位于所述隧道下洞体外侧；
所述小导管导向架上开设所述拱部安装孔的区域为拱部开孔区，所述拱部开孔区的形状为弧形且其圆心角为120°；
所述管棚导向架上开设管棚管安装孔(9)的区域为上部开孔区，所述上部开孔区的形状为弧形且其圆心角为180°。
9.按照权利要求6所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道支护体系，其特征在于：每个所述拱墙超前小导管注浆支护结构还包括一个对该拱墙超前小导管注浆支护结构中的所有边墙注浆小导管(3)和所有拱部注浆小导管(2)分别进行支撑的小导管支撑架；
所述小导管支撑架为型钢拱架(5)，每个所述小导管支撑架均为位于一个所述小导管导向架前方且与该小导管导向架相邻的型钢拱架(5)。
10.按照权利要求1或2所述的穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：所述型钢拱架(5)为第一钢架或第二钢架，所述第一钢架与所述第二钢架交错布设且二者的数量相同，前后相邻两榀所述第一钢架之间均设置有一榀所述第二钢架；所述纵向连接结构包括第一纵向钢筋连接结构(5-6)和第二纵向钢筋连接结构(5-7)；
多榀所述第一钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，且多榀所述第二钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设；多榀所述第一钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第一纵向钢筋连接结构(5-6)紧固连接为一体，多榀所述第二钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第二纵向钢筋连接结构(5-7)紧固连接为一体；
所述第一纵向钢筋连接结构(5-6)和第二纵向钢筋连接结构(5-7)均为折线形钢筋连接结构；所述第一纵向钢筋连接结构(5-6)由多根第一纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第一纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第一钢架支架之间；所述第二纵向钢筋连接结构(5-7)由多根第二纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第二纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第二钢架支架之间。
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