CN109630140B - 大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，属于隧道施工技术领域，将隧道横断面分为左右相邻的固定分区部和动态分区部，分别采用CRD法和台阶法进行开挖施工，每个分区的工作台阶的尺寸比较小，同时具备CRD法和台阶法的优点，能够快速实现开挖和初支封闭，有效提高了施工效率，而且动态分区部的台阶法施工能够有效适应隧道渐变段，保证整个渐变隧道沿长度方向保持圆顺，从而提高隧道稳定性，同时降低了防水难度，提高了防水效果，从整体上缩短了工期，降低了施工成本，能带来巨大的经济效益，具有广阔推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法。
背景技术
近些年来，我国城市地铁快速发展，建设数量和建设里程逐年增加，并取得巨大成就。但是城市地铁浅埋暗挖大断面渐变隧道，因其跨度大，施工工序复杂，渐变段初支难以批量化生产，施工效率低，严重影响施工进度，尤其是在软弱围岩中，地表沉降和渐变段的水平位移难以控制，施工难度极大。城市地铁浅埋暗挖大断面渐变隧道，在Ⅳ-Ⅵ级围岩中通常采用双侧壁导坑法、中洞法、PBA等工法，但是以上工法也存在一定局限性，比如：施工速度慢、防水问题难处理、不能适应渐变、对地层多次扰动等，这将增加成本和管理难度。因此选择合理的开挖方式，可以减小施工工作量、提高效率，节约成本，具有重大显示意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，以解决上述现有技术存在的问题，提高了大断面渐变隧道穿越软弱围岩底层施工的施工效率和安全性，节约成本，提高隧道稳定性，防水效果好。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，包括：
步骤一：将隧道横断面分为左右相邻的固定分区部和动态分区部，所述固定分区部的最大跨度不大于施工隧道的最小横断面的跨度；
步骤二：所述固定分区部采用CRD法施工：所述固定分区部的掌子面依次推进第一距离，施作固定分区部初支、临时竖撑以及临时横撑，且所述固定分区部初支封闭成环；
步骤三：所述动态分区部采用台阶法施工：所述动态分区部的掌子面依次推进第一距离，施作动态分区部初支，所述固定分区部初支和所述动态分区部初支相连接，整体封闭成环；
步骤四：拆除临时竖撑和临时横撑，施作二次衬砌和仰拱；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至隧道贯通。
可选地，步骤一中，整个隧道横截面沿竖向分为2部分，沿横向分为3部分，共6个区域，横向上半部分从左至右分别为固定三区、固定一区和动态五区，横向下半部分从左至右分别为固定四区、固定二区和动态六区，所述固定一区、所述固定二区、所述固定三区和所述固定四区组成所述固定分区部，所述动态五区和动态六区组成所述动态分区部。
可选地，步骤一中，隧道开挖前，对隧道全断面注浆超前加固，形成超前加固层，所述超前加固层厚度为1.5-2m。
可选地，所述第一距离为2m。
可选地，步骤三中，所述动态分区部开挖前，对所述动态分区部掌子面进行超前加固，从而分别在所述动态五区、所述动态六区形成五区超前加固掌子面和六区超前加固掌子面。
可选地，步骤二中所述固定分区部掌子面每推进10-15m后，进行步骤三中动态分区部的开挖施工。
可选地，步骤二和步骤三中，施作固定分区部初支和动态分区部初支时，及时施作锁脚锚杆并注浆。
可选地，所述动态五区、所述动态六区的最大跨度不大于所述固定一区、所述固定二区、所述固定三区或所述固定四区的最大跨度。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过对隧道划分成固定分区部和动态分区部，从左至右分别通过CRD法和台阶法进行施工，每个分区的工作台阶的尺寸比较小，同时具备CRD法和台阶法的优点，能够快速实现开挖和初支封闭，有效提高了施工效率，而且动态分区部的台阶法施工能够有效适应隧道渐变段，保证整个渐变隧道沿长度方向保持圆顺，从而提高隧道稳定性，同时降低了防水难度，提高了防水效果，从整体上缩短了工期，降低了施工成本，能带来巨大的经济效益，具有广阔推广应用前景。
进一步地，固定分区部分成四区，应用标准CRD法进行施工，动态分区部分成上下两区，应用上下台阶法进行施工，六个区域不间断相邻分布，初喷混凝土以及钢架支撑能快速衔接并整体成环，保证隧道断面轮廓圆顺、受力均匀，施工速度快。
进一步地，动态五区、动态六区的最大跨度不大于固定一区、固定二区、固定三区或固定四区的最大跨度，尽量减小渐变隧道的偏压影响，进而减小衬砌结构发生剪切破坏而产生裂缝的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中固定分区部和动态分区部的相对位置关系图；
图2为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中固定一区、固定二区、固定三区、固定四区、动态五区和动态六区的相对位置关系图；
图3为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中固定分区部的施工图；
图4为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中动态五区掌子面超前加固的施工图；
图5为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中动态六区掌子面超前加固的施工图；
图6为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中动态分区部初支施工图；
图7为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中拆除临时竖撑和临时横撑以及施作二次衬砌和仰拱的施工图；
图8为本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法中渐变段动态五区和动态六区的立体图。
图中：1：固定分区部；1-1：固定一区；1-2固定二区；1-3：固定三区；1-4：固定四区；2：动态分区部；2-1动态五区；2-2：动态六区；3：固定分区部初支；4：临时竖撑；5：临时横撑；6：动态分区部初支；7：超前加固层；8：锁脚锚杆；9：五区超前加固掌子面；10：六区超前加固掌子面；11：二次衬砌12：仰拱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的目的是提供一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，以解决上述现有技术存在的问题，提高了大断面渐变隧道穿越软弱围岩底层施工的施工效率和安全性，节约成本，提高隧道稳定性，防水效果好。
本发明提供一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，包括：
步骤一：将隧道横断面分为左右相邻的固定分区部和动态分区部，所述固定分区部的最大跨度不大于施工隧道的最小横断面的跨度；
步骤二：所述固定分区部采用CRD法施工：所述固定分区部的掌子面依次推进第一距离，施作固定分区部初支、临时竖撑以及临时横撑，且所述固定分区部初支封闭成环；
步骤三：所述动态分区部采用台阶法施工：所述动态分区部的掌子面依次推进第一距离，施作动态分区部初支，所述固定分区部初支和所述动态分区部初支相连接，整体封闭成环；
步骤四：拆除临时竖撑和临时横撑，施作二次衬砌和仰拱；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至隧道贯通。
本发明提供的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，通过对隧道划分成固定分区部和动态分区部，从左至右分别通过CRD法和台阶法进行施工，每个分区的工作台阶的尺寸比较小，同时具备CRD法和台阶法的优点，能够快速实现开挖和初支封闭，有效提高了施工效率，而且动态分区部的台阶法施工能够有效适应隧道渐变段，保证整个渐变隧道沿长度方向保持圆顺，从而提高隧道稳定性，同时降低了防水难度，提高了防水效果，从整体上缩短了工期，降低了施工成本，能带来巨大的经济效益，具有广阔推广应用前景。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-8所示，本发明提供一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，包括：
步骤一：将隧道横断面分为左右相邻的固定分区部1和动态分区部2，固定分区部1的最大跨度不大于施工隧道的最小横断面的跨度；
步骤二：固定分区部1采用CRD法施工：固定分区部1的掌子面依次推进第一距离，施作固定分区部初支3、临时竖撑4以及临时横撑5，且固定分区部初支3封闭成环；
步骤三：动态分区部2采用台阶法施工：动态分区部2的掌子面依次推进第一距离，施作动态分区部初支6，固定分区部初支3和动态分区部初支6相连接，整体封闭成环；
步骤四：拆除临时竖撑4和临时横撑5，施作二次衬砌和仰拱12，并形成二次衬砌11；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至隧道贯通。
进一步地，步骤一中，整个隧道横截面沿竖向分为2部分，沿横向分为3部分，共6个区域，横向上半部分从左至右分别为固定三区1-3、固定一区1-1和动态五区2-1，横向下半部分从左至右分别为固定四区1-4、固定二区1-2和动态六区2-2，固定一区1-1、固定二区1-2、固定三区1-3和固定四区1-4组成固定分区部1，动态五区2-1和动态六区2-2组成动态分区部2。
进一步地，步骤一中，隧道开挖前，对隧道全断面注浆超前加固，形成超前加固层7，超前加固层7厚度为1.5-2m。采用隧道超前支护控制围岩的变形，有效防止初期支护施作不及时等因素引起的围岩变形过大，严重时引起掌子面失稳、隧道塌方等实际问题，从而达到保证隧道施工安全的目的。
进一步地，第一距离为2m。
步骤二中固定分区部1具体施工流程为：首先对隧道全断面注浆超前加固，机械开挖固定一区1-1，施作固定分区部初支3，固定一区1-1掌子面推进2m后，机械开挖固定二区1-2至与固定一区1-1掌子面平齐，并施作固定分区部初支3和锁脚锚杆8；然后机械开挖固定三区1-3至与固定一区1-1、固定二区1-2掌子面平齐，并施作固定分区部初支3和锁脚锚杆8，最后机械开挖固定四区1-4至与固定一区1-1、固定二区1-2和固定三区1-3掌子面平齐，并施作固定分区部初支3；将固定一区1-1、固定二区1-2、固定三区1-3和固定四区1-4初支封闭成环，及时将固定分区部初支3喷射混凝土至设计厚度。
进一步地，步骤三中，动态分区部2开挖前，对动态分区部2掌子面进行超前加固，从而分别在动态五区2-1、动态六区2-2形成五区超前加固掌子面9和六区超前加固掌子面10。可采用掌子面注浆加固、掌子面喷混凝土、掌子面锚杆加固、冻结法等工法进行掌子面的超前加固，掌子面进行超前加固后，有效提高了超前核心土的物理参数，使其具有更高的自稳能力，从而有效避免掌子面失稳、围岩塌陷、冒顶等事故的发生。
进一步地，步骤二中固定分区部1掌子面每推进10-15m后，进行步骤三中动态分区部2的开挖施工。
步骤三中动态分区部2具体施工流程为：先对动态五区2-1掌子面进行注浆超前加固，再机械开挖动态五区2-1，并施作动态分区部初支6和锁脚锚杆8；动态五区2-1与动态六区2-2掌子面保持2m，然后对动态六区2-2掌子面进行注浆超前加固，再机械开挖动态六区2-2至与动态五区掌子面平齐，并施作动态分区部初支6，最后将动态分区部初支6与固定分区部初支3整体封闭成环，并将整体初支喷射混凝土至设计厚度。
进一步地，步骤二和步骤三中，施作固定分区部初支3和动态分区部初支6时，及时施作锁脚锚杆8并注浆。
进一步地，动态五区2-1、动态六区2-2的最大跨度不大于固定一区1-1、固定二区1-2、固定三区1-3或固定四区1-4的最大跨度，以减小渐变隧道的偏压影响，进而减小衬砌结构发生剪切破坏而产生裂缝的风险。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：包括：
步骤一：将隧道横断面分为左右相邻的固定分区部和动态分区部，所述固定分区部的最大跨度不大于施工隧道的最小横断面的跨度；
步骤二：所述固定分区部采用CRD法施工：所述固定分区部的掌子面依次推进第一距离，施作固定分区部初支、临时竖撑以及临时横撑，且所述固定分区部初支封闭成环；
步骤三：所述动态分区部采用台阶法施工：所述动态分区部的掌子面依次推进第一距离，施作动态分区部初支，所述固定分区部初支和所述动态分区部初支相连接，整体封闭成环；
步骤四：拆除临时竖撑和临时横撑，施作二次衬砌和仰拱；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至隧道贯通。
2.根据权利要求1所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：步骤一中，整个隧道横截面沿竖向分为2部分，沿横向分为3部分，共6个区域，横向上半部分从左至右分别为固定三区、固定一区和动态五区，横向下半部分从左至右分别为固定四区、固定二区和动态六区，所述固定一区、所述固定二区、所述固定三区和所述固定四区组成所述固定分区部，所述动态五区和动态六区组成所述动态分区部。
3.根据权利要求1所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：步骤一中，隧道开挖前，对隧道全断面注浆超前加固，形成超前加固层，所述超前加固层厚度为1.5-2m。
4.根据权利要求1所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：所述第一距离为2m。
5.根据权利要求2所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：步骤三中，所述动态分区部开挖前，对所述动态分区部掌子面进行超前加固，从而分别在所述动态五区、所述动态六区形成五区超前加固掌子面和六区超前加固掌子面。
6.根据权利要求1所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：步骤二中所述固定分区部掌子面每推进10-15m后，进行步骤三中动态分区部的开挖施工。
7.根据权利要求1所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：步骤二和步骤三中，施作固定分区部初支和动态分区部初支时，及时施作锁脚锚杆并注浆。
8.根据权利要求2所述的大断面渐变隧道穿越软弱围岩地层的动态分区导坑法，其特征在于：所述动态五区、所述动态六区的最大跨度不大于所述固定一区、所述固定二区、所述固定三区或所述固定四区的最大跨度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100000 Beijing City Lucheng town Tongzhou District Tong Hu Street 8 No. 1 room 001 Applicant after: ROAD & BRIDGE INTERNATIONAL Co.,Ltd. Applicant after: GUANGXI University Address before: 530000 the Guangxi Zhuang Autonomous Region XiXiangTang Nanning University Road No. 100 Applicant before: GUANGXI University Applicant before: ROAD & BRIDGE INTERNATIONAL Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lei Ling Inventor after: Hu Richeng Inventor after: Tang Xinghua Inventor after: Wang Jianfeng Inventor after: Wang Shengyang Inventor after: Wu Bo Inventor after: Lu Ming Inventor after: Liu Ning Inventor after: Tian Qingbiao Inventor after: Huang Wei Inventor after: Yao Huishan Inventor before: Wu Bo Inventor before: Hu Richeng Inventor before: Tang Xinghua Inventor before: Lei Ling Inventor before: Lu Ming Inventor before: Wang Jianfeng Inventor before: Liu Ning Inventor before: Tian Qingbiao Inventor before: Huang Wei Inventor before: Yao Huishan Inventor before: Wang Shengyang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |