CN109611099A - 一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，包括以下步骤：步骤(1)：施工准备，对施工现场进行清理、测量；步骤(2)：开挖班人员指挥挖掘机开挖上台阶，在上台阶开挖作业过程中将渣土扒至中台阶；步骤(3)：上台阶开挖完成后指挥员指挥挖机将开挖台架放置到上台阶；步骤(4)：中台阶开挖完成后指挥员指挥挖机开挖下台阶及仰拱，步骤(5)：喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始湿喷机喷射混凝土作业。本发明将隧道断面分为上台阶、中台阶、下台阶及仰拱三个部分进行开挖支护施工，提高了械机和劳动力的使用效率、缩短了初期支护封闭成环的时间、提高了施工质量、保证了施工期间安全，综合成本低。

Description

一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法

技术领域

本发明涉及铁路隧道施工技术领域，具体为一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法。

背景技术

大断面黄土隧道施工中，传统的施工方法有双侧壁导坑法、CRD法、CD法、弧形导坑预留核心土法、三台阶七步开挖法、三台阶临时仰拱法等，这些施工方法进度慢、工效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工机械的使用，基本靠人工开挖，工效低、速度慢，难以满足工期要求；拆除临时支护时，正洞初期支护会因突然卸载而出现大的变形，存在安全风险；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分保证；临时支护反复拆除，成本投入大等；不能适应隧道机械化施工采用湿喷机械手、大型挖装运机械设备的工况条件。

黄土隧道由于受地质围岩条件的限制，需在最短的时间内对围岩形成闭合成环，以保证施工安全。现代隧道施工多采用大型机械设备进行机械化施工，因此必须选择一种能够适应地质变化及机械化的新型施工方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，包括以下步骤：

步骤(1)：施工准备，对施工现场进行清理、测量；

步骤(2)：开挖班人员指挥挖掘机开挖上台阶，在上台阶开挖作业过程中将渣土扒至中台阶；

步骤(3)：上台阶开挖完成后指挥员指挥挖机将开挖台架放置到上台阶，为上台阶安装钢架做好准备，之后指挥挖机开挖中台阶，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整上台阶，另一部分人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“L”筋、防虚渣钢隔板及砼垫块运至施工作业现场安全地点存放，上台阶修整完毕且钢架运输到位后在上台阶进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管，在开挖中台阶时，进行出渣作业，将上台阶扒下来的渣土及中台阶渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场；

步骤(4)：中台阶开挖完成后指挥员指挥挖机开挖下台阶及仰拱，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整中台阶，中台阶修整完毕后进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，下台阶及隧底开挖完成后，将简易栈桥沿隧道纵向跨越隧底放置到位，上台阶钢架及中台阶钢架施工完成，之后由上台阶支护班人员及中台阶支护班人员共同完成下台阶及仰拱钢架安装，在开挖下台阶及隧底时，将下台阶对应的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场，隧底渣土在隧道一侧堆存备用；

步骤(5)：喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始湿喷机喷射混凝土作业，按照“仰拱→下台阶→中台阶→上台阶”的顺序进行喷射混凝土作业，喷射混凝土施工作业完成后用临时堆存的渣土将仰拱初支回填，以保证前方掌子面连续作业。

所述初期支护施工方法，包括以下步骤：

步骤(1)：安装格栅钢架：钢架安装要快速；隧道开挖断面成形经断面检查满足要求后立即放线，紧跟着以人工安装钢架，钢架节间用螺栓连接牢固，拱脚置于牢固的基础上；

步骤(2)：挂设钢筋网：钢架安设后及时进行挂网作业，人工铺网片时注意网片搭接宽度，搭接不得小于1个网格，并固定牢固；

步骤(3)：钢架定位系筋：沿钢架环向左右侧间距1m布置Φ16定位系筋，定位系筋长1m，并与钢架焊接牢固；

步骤(4)：纵向连接筋：相邻2榀钢架用纵向连接筋焊接连接，沿钢架环向间距1m布置Φ22连接筋，并与钢架焊接牢固；

步骤(5)：锁脚锚管：在各台阶施工的底脚部位设置锁脚锚管，每处2根，锚管角度斜向下45°，锁脚锚管与格栅钢架通过“L”形连接筋焊接连接成整体；

步骤(6)：喷射C25混凝土：采用湿喷机械手喷射混凝土至设计厚度。

所述施工过程中执行初期支护钢架紧跟掌子面和初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶的“两紧跟”措施，同时严格执行上台阶开挖支护循环进尺1～2榀钢架间距，围岩稳定时2榀、围岩软弱，稳定性差，出理掉块现象时1榀，中台阶及下台阶开挖支护循环进尺2榀钢架间距。

所述中、下台阶施工时，采用左右侧对称开挖支护，即左侧与右侧同步施工，以减少台阶长度。

在实施仰拱及时封闭成环紧跟下台阶时，仰拱初期支护封闭成环距掌子面极限距离按照1.5倍洞径控制。

所述土质隧道三台阶法施工时，上台阶根据掌子面稳定情况预留核心土，台阶长度控制在3～5m。

与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明将隧道断面分为上台阶、中台阶、下台阶及仰拱三个部分进行开挖支护施工，提高了械机和劳动力的使用效率、缩短了初期支护封闭成环的时间、提高了施工质量、保证了施工期间安全，综合成本低。

附图说明

图1为本发明的施工流程图。

图2为本发明的隧道径向截面示意图。

图3为本发明的隧道轴向截面示意图。

图中：1、上台阶；2、上台阶初期支护；3、中台阶；4、中台阶初期支护；5、下台阶及仰拱；6、下台阶及仰拱初期支护；7、仰拱栈桥；8、仰拱二衬及填充混凝土；9、拱墙二衬及填充混凝土。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，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。

一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，包括以下步骤：

步骤(1)：施工准备，对施工现场进行清理、测量；

步骤(2)：开挖班人员指挥挖掘机开挖上台阶1，在上台阶1开挖作业过程中将渣土扒至中台阶3；

步骤(3)：上台阶1开挖完成后指挥员指挥挖机将开挖台架放置到上台阶，为上台阶安装钢架做好准备，之后指挥挖机开挖中台阶3，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整上台阶，另一部分人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“L”筋、防虚渣钢隔板及砼垫块运至施工作业现场安全地点存放，上台阶修整完毕且钢架运输到位后在上台阶进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管，在开挖中台阶时，进行出渣作业，将上台阶扒下来的渣土及中台阶渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场；

步骤(4)：中台阶3开挖完成后指挥员指挥挖机开挖下台阶及仰拱5，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整中台阶，中台阶修整完毕后进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，下台阶及隧底开挖完成后，将简易栈桥沿隧道纵向跨越隧底放置到位，上台阶钢架及中台阶钢架施工完成，之后由上台阶支护班人员及中台阶支护班人员共同完成下台阶及仰拱钢架安装，在开挖下台阶及隧底时，将下台阶对应的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场，隧底渣土在隧道一侧堆存备用；

步骤(5)：喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始湿喷机喷射混凝土作业，按照“仰拱→下台阶→中台阶→上台阶”的顺序进行喷射混凝土作业，喷射混凝土施工作业完成后用临时堆存的渣土将仰拱初支回填，以保证前方掌子面连续作业。

所述初期支护施工方法，包括以下步骤：

步骤(1)：安装格栅钢架：钢架安装要快速；隧道开挖断面成形经断面检查满足要求后立即放线，紧跟着以人工安装钢架，钢架节间用螺栓连接牢固，拱脚置于牢固的基础上；

步骤(2)：挂设钢筋网：钢架安设后及时进行挂网作业，人工铺网片时注意网片搭接宽度，搭接不得小于1个网格，并固定牢固；

步骤(3)：钢架定位系筋：沿钢架环向左右侧间距1m布置Φ16定位系筋，定位系筋长1m，并与钢架焊接牢固；

步骤(4)：纵向连接筋：相邻2榀钢架用纵向连接筋焊接连接，沿钢架环向间距1m布置Φ22连接筋，并与钢架焊接牢固；

步骤(5)：锁脚锚管：在各台阶施工的底脚部位设置锁脚锚管，每处2根，锚管角度斜向下45°，锁脚锚管与格栅钢架通过“L”形连接筋焊接连接成整体；

步骤(6)：喷射C25混凝土：采用湿喷机械手喷射混凝土至设计厚度。

施工过程中执行初期支护钢架紧跟掌子面和初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶的“两紧跟”措施，同时严格执行上台阶开挖支护循环进尺1～2榀钢架间距(围岩稳定时2榀、围岩软弱，稳定性差，出理掉块现象时1榀)，中台阶及下台阶开挖支护循环进尺2榀钢架间距。

中、下台阶施工时，采用左右侧对称开挖支护，即左侧与右侧同步施工，以减少台阶长度。仰拱与下台阶同步开挖支护，一次到位，实现及时封闭成环。

在实施仰拱及时封闭成环紧跟下台阶时，为确保施工期间安全，仰拱初期支护封闭成环距掌子面极限距离按照1.5倍洞径控制。

土质隧道三台阶法施工时，上台阶根据掌子面稳定情况预留核心土。根据投入的挖掘机、湿喷机械手、简易开挖台架等机械设备情况，合理确定台阶长度、台阶高度。一般情况下台阶长度控制在3～5m。

本发明采用511成套化机械设备进行大型机械化施工，相比传统的施工方法具有如下优越性：施工空间大，方便大型机械化施工。大大缩短了仰拱初支成环时间，按照三台阶总长10m计算，成环时间仅为5d，比传统的三台阶七步开挖法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)施工，平均缩短8d，有效的减小了沉降变形，同时减少了复杂工法临时支撑体系拆除工序和对围岩的多次扰动。中、下台阶施工采用左右侧对称开挖支护施工方法(即左侧与右侧同步施工)与传统的两侧交错进行施工方法相比，缩小了台阶长度也减少了对围岩的扰动，加快了封闭成环作业时间。仰拱紧跟下台阶施工方法与传统的先开挖下台阶，之后再开挖仰拱的施工方法相比，极大的缩短了隧道初期支护全断面封闭成环的时间，实现了及时封闭成环，确保施工期间安全的目的。另外在初期支护全断面封闭成环的条件下，仰拱及仰拱填充每循环可施工24m长度，施工进度大大提高。

初期支护钢架紧跟掌子面，根据开挖进尺可适当调整钢架间距。初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶，下台阶与仰拱一次开挖成型，缩短初期支护全环封闭时间。初期支护及时封闭成环，仰拱初支距掌子面极限距离按1.5倍洞径控制。

引进湿喷机械手，每小时喷射量可达30m³/h，是传统人工喷射速度的5倍以上(传统的人工喷射混凝土一般不超过5m3/h)。采用预先搅拌好的混凝土，可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的密实度、匀质性，保证了喷射混凝土施工质量。避免了传统人工喷射空洞、强度不达标的缺点。与传统人工干喷比较，大大减少了粉尘量；同时，施工人员远离喷射面遥控作业，避免了施工环境恶劣对施工人员健康造成的危害。喷射机械手采用遥控控制进行喷射作业，操作手可在已完成支护的安全区域进行作业，保证了操作工人的安全性。采用机械手喷射，虽然前期投入较大，但由于人员需求少，效率高(达30方/小时，喷射速度为人工干喷的5倍以上)，回弹低(10％以下，传统干喷回弹超过40％)，速凝剂添加量跟随混凝土喷射方量电脑自动调节，有效降低了综合成本，同时有效保障混凝土质量和早期强度。采用湿喷机作业，工序衔接紧凑，降低了劳动强度，喷射混凝土表面平整圆顺。

仰拱与下台阶同步开挖支护，一次到位(有水等特殊地质段落除外)。中、下台阶采用左右侧对称开挖，以利于减少台阶长度，及时封闭。综上所述，本施工工法工序简单、初支封闭成环快、工效高、综合成本较低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)：施工准备，对施工现场进行清理、测量；

步骤(2)：开挖班人员指挥挖掘机开挖上台阶，在上台阶开挖作业过程中将渣土扒至中台阶；

步骤(3)：上台阶开挖完成后指挥员指挥挖机将开挖台架放置到上台阶，为上台阶安装钢架做好准备，之后指挥挖机开挖中台阶，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整上台阶，另一部分人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“L”筋、防虚渣钢隔板及砼垫块运至施工作业现场安全地点存放，上台阶修整完毕且钢架运输到位后在上台阶进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管，在开挖中台阶时，进行出渣作业，将上台阶扒下来的渣土及中台阶渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场；

步骤(4)：中台阶开挖完成后指挥员指挥挖机开挖下台阶及仰拱，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整中台阶，中台阶修整完毕后进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，下台阶及隧底开挖完成后，将简易栈桥沿隧道纵向跨越隧底放置到位，上台阶钢架及中台阶钢架施工完成，之后由上台阶支护班人员及中台阶支护班人员共同完成下台阶及仰拱钢架安装，在开挖下台阶及隧底时，将下台阶对应的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场，隧底渣土在隧道一侧堆存备用；

步骤(5)：喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始湿喷机喷射混凝土作业，按照“仰拱→下台阶→中台阶→上台阶”的顺序进行喷射混凝土作业，喷射混凝土施工作业完成后用临时堆存的渣土将仰拱初支回填，以保证前方掌子面连续作业。

2.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，其特征在于：所述初期支护施工方法，包括以下步骤：

步骤(1)：安装格栅钢架：钢架安装要快速；隧道开挖断面成形经断面检查满足要求后立即放线，紧跟着以人工安装钢架，钢架节间用螺栓连接牢固，拱脚置于牢固的基础上；

步骤(2)：挂设钢筋网：钢架安设后及时进行挂网作业，人工铺网片时注意网片搭接宽度，搭接不得小于1个网格，并固定牢固；

步骤(3)：钢架定位系筋：沿钢架环向左右侧间距1m布置Φ16定位系筋，定位系筋长1m，并与钢架焊接牢固；

步骤(4)：纵向连接筋：相邻2榀钢架用纵向连接筋焊接连接，沿钢架环向间距1m布置Φ22连接筋，并与钢架焊接牢固；

步骤(5)：锁脚锚管：在各台阶施工的底脚部位设置锁脚锚管，每处2根，锚管角度斜向下45°，锁脚锚管与格栅钢架通过“L”形连接筋焊接连接成整体；

步骤(6)：喷射C25混凝土：采用湿喷机械手喷射混凝土至设计厚度。

3.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，其特征在于：所述施工过程中执行初期支护钢架紧跟掌子面和初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶的“两紧跟”措施，同时严格执行上台阶开挖支护循环进尺1～2榀钢架间距，围岩稳定时2榀、围岩软弱，稳定性差，出理掉块现象时1榀，中台阶及下台阶开挖支护循环进尺2榀钢架间距。

4.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，其特征在于：所述中、下台阶施工时，采用左右侧对称开挖支护，即左侧与右侧同步施工，以减少台阶长度。

5.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，其特征在于：在实施仰拱及时封闭成环紧跟下台阶时，仰拱初期支护封闭成环距掌子面极限距离按照1.5倍洞径控制。

6.根据权利要求1所述的一种大断面黄土隧道三台阶四步快速开挖支护法施工方法，其特征在于：所述土质隧道三台阶法施工时，上台阶根据掌子面稳定情况预留核心土，台阶长度控制在3～5m。