CN109630138A - 原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法 - Google Patents

原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，包括既有隧道和扩建断面，以及布置于既有隧道底端面至拱脚处的回填土，所述扩建断面包括沿回填土水平面上方布置的上开挖部，以及沿回填土水平面下方布置的下开挖部，在对既有隧道进行扩建时，通过对既有隧道进行回填，有效地控制了围岩应力和围岩扰动范围，并且按照不同的隧道开挖断面面积大小，可以合理的利用开挖面积降低开挖隧道的岩体压力，上开挖部临时钢架竖撑和下部岩墙组合成一个整体支撑结构，同时各开挖部滞后开挖一定距离，充分利用了岩体的承载能力，极大地减少了临时支护的施作和拆除工作，明显加快了施工进度，降低了工程投资。

Description

原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法。
背景技术
当前，中国己成为世界上隧道数目最多、情况最复杂、发展最快的国家。在一些人口稠密的大中型城市里或者车流量巨大的高速公路上，隧道的运输能力己成为制约交通的瓶颈。面对越来越严峻的交通运输问题，既有隧道进行改扩建以满足交通运输的需求，已经成为某些地方基础建设所不得不做的必然选择。
目前，国内外在隧道扩挖领域的研究甚少，针对已建成的扩挖隧道，主要采用全断面法、台阶法、台阶分部法、回填+CD法、注浆加固暗挖法等施工方法，主要的目的是充分利用围岩的自稳能力或通过超前支护以保证隧道施工的稳定性和安全性；全断面法：特点在于施工难度较小，工期短，但其适用范围受到围岩情况和隧道断面的限制，其主要用于I、II级围岩条件中；台阶法和台阶分部法：其特点在于施工设备简单、工序较少、费用较低、工期较短，但由于其开挖跨度大，形成封闭支护时间较长，施工风险较大；回填+CD法：通过对既有隧道进行回填，有效地控制了围岩应力和围岩扰动范围，并以中隔壁来减小隧道大度，达到施工的安全；注浆加固暗挖法：通过注浆加强围岩的承载能力，其最大的优势是在不中断既有隧道交通的情况下进行隧道扩挖施工。
以上方法各有特点，但也存在一定的问题，比如对地质条件、环境要求较为苛刻，施工工序繁杂，尤其不适用于超大断面的隧道扩挖等。
发明内容
本发明提供原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，实现原位隧道的扩建，以原有隧道为第一开挖部，并依次向一侧及底部进行扩建，在保证施工的安全同时，加快施工进度，并且经济效益明显。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
原位扩建超大断面隧道，包括既有隧道和扩建断面，以及布置于既有隧道底端面至拱脚处的回填土，所述扩建断面包括沿回填土水平面上方布置的上开挖部，以及沿回填土水平面下方布置的下开挖部，所述上开挖部包括依次开挖的第一开挖部和第二开挖部，所述下开挖部包括依次开挖的第三开挖部、第四开挖部和布置于第三开挖部、第四开挖部之间的岩墙开挖部。
进一步的，依次开挖的所述第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和岩墙开挖部的开挖断面的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S1：S2满足于1:0.65～1:0.8，S1：S3满足于1:0.65～1:0.8，S1：S4满足于1:0.35～1:0.5，S1：S5满足于1:0.9～1:1。
进一步的，依次开挖的所述第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和岩墙开挖部的开挖断面的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S1：S2满足于1:0.73，S1：S3满足于1:0.73，S1：S4满足于1:0.4，S1：S5满足于1:1。
原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，包括以下步骤：
S1)利用回填土回填既有隧道至拱脚处，并压实，其压实施工措施可选择碾压法、分层夯实法或振动压实法，使回填土达到隧道开挖施工所需密实度和强度，以控制围岩应力和围岩扰动范围；
S2)对第一开挖部开挖，并利用第一支护部对开挖后的仰拱进行初期支护以及临时钢架竖撑；
S3)对第二开挖部进行开挖，并由第二支护部对开挖后的仰拱进行支护；
S4)对第三开挖部进行开挖，并由第三支护部对开挖后的仰拱进行支护；
S5)对第四开挖部进行开挖，并由第四支护部对开挖后的仰拱进行支护，此时，第一支护部的临时钢架竖撑和岩墙组合形成一个整体临时钢架竖撑结构，达到减小隧道跨径的目的，以控制围岩变形，保证施工安全；
S6)对岩墙开挖部进行开挖，由第五支护部进行支护，再拆除第一支护部的竖向钢架支撑；
S7)铺设防水层和隧道二次衬砌的施工，在整个开挖过程中，保持第二开挖部滞后于第一开挖部，第三开挖部滞后于第二开挖部，对第四开挖部滞后于第三开挖部，岩墙开挖部进行开挖滞后于第四开挖部。
进一步的，在步骤S2对第一开挖部开挖之前，对扩建隧道断面进行超前支护，且所述超前支护采用超前注浆小导管进行加固，采用超前锚杆进行支护。
进一步的，所述第二开挖部开挖滞后第一开挖部15～20m，第三开挖部开挖滞后第二开挖部3～5m，第四开挖部开挖滞后第三开挖部3～5m，岩墙开挖部开挖滞后第四开挖部3～5m。
进一步的，该开挖方法适用于IV、V级围岩。
进一步的，扩建隧道断面采用光面爆破、预裂爆破或微震爆破，同时保持各开挖部的开挖断面和各开挖部的纵向间距，开挖轮廓线圆顺，避免应力集中。
由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：实现原位隧道的扩建，以原有隧道为第一开挖部，并依次向一侧及底部进行扩建，通过对既有隧道进行回填，有效地控制了围岩应力和围岩扰动范围，并且按照不同的隧道开挖断面面积大小，可以合理的利用开挖面积降低开挖隧道的岩体压力，同时上开挖部临时钢架竖撑和下部岩墙组合成一个整体支撑结构，同时各开挖部滞后开挖一定距离，充分利用了岩体的承载能力，极大地减少了临时支护的施作和拆除工作，明显加快了施工进度，降低了工程投资，进而使得该方法适用于超大断面的扩建隧道施工。
附图说明
图1为本发明既有隧道及开挖断面图；
图2为开挖施工的侧面图；
图3为开挖施工的平面图；
图4为开挖施工的流程图。
图中：1、第一开挖部，2、第二开挖部，3、第三开挖部，4、第四开挖部，5、岩墙开挖部，I、第一支护部，II、第二支护部，III、第三支护部，IV、第四支护部，V第五支护部，VI、二次衬砌。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法优选实施方式作详细的说明。
如图1-4所示，原位扩建超大断面隧道，包括既有隧道和扩建断面，以及布置于既有隧道底端面至拱脚处的回填土，扩建断面包括沿回填土水平面上方布置的上开挖部，以及沿回填土水平面下方布置的下开挖部，上开挖部包括依次开挖的第一开挖部和第二开挖部，下开挖部包括依次开挖的第三开挖部、第四开挖部和布置于第三开挖部、第四开挖部之间的岩墙开挖部，隧道的断面划分为五个部分，分别描述为第一开挖部1、第二开挖部2、第三开挖部3、第四开挖部4、岩墙开挖部5，相对应开挖的分部划分为五个支护部：第一支护部I、第二支护部II、第三支护部III、第四支护部IV、第五支护部V和二次衬砌VI，以原有隧道为基础进行扩建，先对原有隧道内部进行回填，再依次对开挖端面的第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和中部岩墙开挖，其原有隧道上的开挖部为第一开挖部，在提高施工速度的同时保证施工的安全性；
并且依次开挖的所述第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和岩墙开挖部的开挖断面的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S1：S2满足于1:0.65～1:0.8，S1：S3满足于1:0.65～1:0.8，S1：S4满足于1:0.35～1:0.5，S1：S5满足于1:0.9～1:1，具体的依次开挖的所述第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和岩墙开挖部的开挖断面的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S1：S2满足于1:0.73，S1：S3满足于1:0.73，S1：S4满足于1:0.4，S1：S5满足于1:1，根据相应的断面面积进行开挖，可以有效的保证隧道开挖的稳定性，利用不同的面积分担隧道开挖的支撑压力，进而提高隧道施工的安全性；
原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，包括以下步骤：
S1)利用回填土回填既有隧道至拱脚处，并压实，其压实施工措施可选择碾压法、分层夯实法或振动压实法，使回填土达到隧道开挖施工所需密实度和强度，以控制围岩应力和围岩扰动范围；
S2)对第一开挖部开挖，并利用第一支护部对开挖后的仰拱进行初期支护以及临时钢架竖撑，使第一开挖部仰拱上方的岩壁稳定，避免后期施工过程中产生破损或岩石脱落；
S3)对第二开挖部进行开挖，并由第二支护部对开挖后的仰拱进行支护；
S4)对第三开挖部进行开挖，并由第三支护部对开挖后的仰拱进行支护；
S5)对第四开挖部进行开挖，并由第四支护部对开挖后的仰拱进行支护，此时，第一支护部的临时钢架竖撑和岩墙组合形成一个整体临时钢架竖撑结构，达到减小隧道跨径的目的，以控制围岩变形，保证施工安全；
S6)对岩墙进行开挖，由第五支护部进行支护，再拆除第一支护部的竖向钢架支撑；
S7)铺设防水层和隧道二次衬砌的施工，二次衬砌采用C30模筑钢筋混凝土，在整个开挖过程中，保持第二开挖部滞后于第一开挖部，第三开挖部滞后于第二开挖部，对第四开挖部滞后于第三开挖部，岩墙进行开挖滞后于第四开挖部。
同时在步骤S2对第一开挖部开挖之前，对扩建隧道断面进行超前支护，且超前支护采用超前注浆小导管进行加固，采用超前锚杆进行支护，根据围岩情况，选择超前小导管或超前锚杆进行支护，洞身采用单排φ50×5mm(无缝钢管)超前小导管支护，小导管单根长度4.5m，外插角5～7°；
第一支护部的初期支护采用喷、锚、网、钢支撑支护，喷射混凝土采用早强湿喷C25喷射钢纤维混凝土，厚度为26cm；钢支撑采用工18工字钢，系统锚杆采用φ22水泥砂浆锚杆，长度为4.5m，环向间隔1.0m，纵向间隔1.0m，梅花型布置，临时钢架竖撑采用φ42×4mm小导管、Φ8钢筋网片(20*20)、I18临时型钢拱架，纵向间距同主洞洞身钢架间距，钢架纵向设连接钢筋连接，拱脚处施作φ22锁脚锚杆，以加强钢支撑的稳定；
第二开挖部开挖滞后第一开挖部15～20m，第三开挖部开挖滞后第二开挖部3～5m，第四开挖部开挖滞后第三开挖部3～5m，岩墙开挖滞后第四开挖部3～5m；
其开挖部的面积大小由第一开挖部1、岩墙开挖部5、第二开挖部2、第三开挖部3、第四开挖部4依次排列，进而保证扩挖的安全性，该开挖方法适用于IV、V级围岩，扩建隧道断面采用光面爆破、预裂爆破或微震爆破，同时保持各开挖部的开挖断面和各开挖部的纵向间距，开挖轮廓线圆顺，避免应力集中。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.原位扩建超大断面隧道，其特征在于：包括既有隧道和扩建断面，以及布置于既有隧道底端面至拱脚处的回填土，所述扩建断面包括沿回填土水平面上方布置的上开挖部，以及沿回填土水平面下方布置的下开挖部，所述上开挖部包括依次开挖的第一开挖部和第二开挖部，所述下开挖部包括依次开挖的第三开挖部、第四开挖部和布置于第三开挖部、第四开挖部之间的岩墙开挖部。
2.根据权利要求1所述的原位扩建超大断面隧道，其特征在于：依次开挖的所述第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和岩墙开挖部的开挖断面的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S1：S2满足于1:0.65～1:0.8，S1：S3满足于1:0.65～1:0.8，S1：S4满足于1:0.35～1:0.5，S1：S5满足于1:0.9～1:1。
3.根据权利要求1所述的原位扩建超大断面隧道，其特征在于：依次开挖的所述第一开挖部、第二开挖部、第三开挖部、第四开挖部和岩墙开挖部的开挖断面的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S1：S2满足于1:0.73，S1：S3满足于1:0.73，S1：S4满足于1:0.4，S1：S5满足于1:1。
4.根据权利要求1所述的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，包括以下步骤：
S1)回填土回填既有隧道至拱脚处，并压实；
S2)第一开挖部开挖，并由第一支护部进行初期支护以及临时钢架竖撑；
S3)第二开挖部开挖，并由第二支护部进行支护；
S4)第三开挖部开挖，并由第三支护部进行支护；
S5)第四开挖部开挖，并由第四支护部进行支护；
S6)岩墙开挖部进行开挖，由第五支护部进行支护，并拆除第一支护部的临时钢架竖撑；
S7)铺设防水层和隧道二次衬砌支护的施工。
5.根据权利要求4所述的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，其特征在于：在步骤S2对第一开挖部开挖前，对扩建隧道断面进行超前支护，且超前支护采用超前注浆小导管进行加固，采用超前锚杆进行支护。
6.根据权利要求4所述的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，其特征在于：在步骤S6中，对步骤S1-S6的支护检验、监控量测，检测不满足要求返工重做，满足要求拆除第一支护部的临时钢架竖撑。
7.根据权利要求4所述的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，其特征在于：所述第二开挖部开挖滞后第一开挖部15～20m，第三开挖部开挖滞后第二开挖部3～5m，第四开挖部开挖滞后第三开挖部3～5m，岩墙开挖部开挖滞后第四开挖部3～5m。
8.根据权利要求4所述的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，其特征在于：该开挖方法适用于IV、V级围岩。
9.根据权利要求4所述的原位扩建超大断面隧道的钢架岩墙组合支撑分部开挖方法，其特征在于：扩建隧道断面采用光面爆破、预裂爆破或微震爆破方式开挖。
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