CN110230496A - 一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，主要包括以下步骤：步骤1：对第一工作平面和第二工作平面交错施工，且采用渐进式施工；每对第一工作平面和第二工作平面施工一次作为一个周期；所述第一工作平面和第二工作平面中分别采用同步施工；步骤2：每隔第一工作平面和第二工作平面施工两个周期，对第三工作平面进行施工一次；步骤3：每当上台阶开挖进尺3m时，则对隧底进行施工；所述隧底每次施工的开挖长度为3m，并将开挖的隧底清底后进行仰拱和二次衬砌的施工。本发明通过对三个台阶上的第一工作平面、第二工作平面、核心土以及隧底的施工面进行四步交替施工，简化了传统施工的繁复工序，提高了工作效率。

Description

一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工的技术领域，具体涉及一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法。

背景技术

大断面软弱围岩的岩质较软，抗压强度不高，节理裂隙较发育，岩体较破碎，围岩稳定性差，易出现塌方现象。传统的“三台阶七步开挖法”由于台阶过短，中台阶左右错开距离较短，因岩体产状的不确定性，易造成开挖后多榀钢架左右同时悬空暴露，影响施工安全。其次施工工序繁琐，各工序之间的流水作业效率较低，且台阶长度较短不利于机械化作业，初期支护封闭成环的时间较长，沉降及收敛变形量较大。

“三台阶临时仰拱法”虽对初期支护变形控制较好，但增加了临时支护降低了施工效率，而且临时仰拱上方因大型机械行走，往往对初期支护的影响更大；拆卸临时仰拱时，多采用爆破作业，对于软弱围岩相当于增加了对围岩的扰动次数，且设置临时支护增加了施工成本。因此，采用“三台阶四步交错法”对大断面软弱地层隧道进行施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，通过对三个台阶上的第一工作平面、第二工作平面、核心土以及隧底的施工面进行四步交替施工，简化了传统施工的繁复工序，同时每个施工面的施工工序紧凑有序，提高了工作效率，具有较好的实用性。

本发明主要通过以下技术方案来实现的：一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，包括依次设置的上台阶、中台阶、下台阶，所述上台阶、中台阶的右侧、下台阶的左侧构成第一工作平面；所述上台阶、中台阶的左侧、下台阶的右侧构成第二工作平面；所述上台阶和中台阶的中部同侧分别设置有核心土；主要包括以下步骤：

步骤1：对第一工作平面和第二工作平面交错施工，且采用渐进式施工；每对第一工作平面和第二工作平面施工一次作为一个周期；所述第一工作平面和第二工作平面中分别采用同步施工；

步骤2：每隔第一工作平面和第二工作平面施工两个周期，对核心土平面进行施工一次；

步骤3：每当上台阶开挖进尺3m时，则对隧底进行施工；所述隧底每次施工的开挖长度为3m，并将开挖的隧底清底后进行仰拱和二次衬砌的施工。

本发明通过四步交错法减少大断面隧道施工工序，所述第一工作平面和第二工作平面交错施工，且作为一个施工周期；每经过两个施工周期，则对核心土进行施工一次；当上台阶开挖进尺3m的时候，则开始对隧底进行施工。本发明通过对三个台阶上的第一工作平面、第二工作平面、核心土以及隧底的施工面进行四步交替施工，简化了传统施工的繁复工序，同时每个施工面的施工工序紧凑有序，保证了隧道施工安全掘进，缩短了从掌子面开挖至初期支护封闭成环的时间，减少了初期支护拱顶下沉和收敛量，增加了施工安全系数。

本发明通过对隧道断面受力情况的分析，对掌子面开挖断面进行合理分布，减少掌子面围岩裸露时间，保证施工安全。本发明施工简便、灵活，在没有增加临时支护的前提下，通过调整施工工艺，控制初期支护的变形量，保证了施工安全。

本发明的上台阶与中台阶、中台阶与下台阶的基庄之间预留有核心土，通过核心土的设置，便于机械进行施工，减少台阶之间的相互影响。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤2中所述第一工作平面和第二工作平面施工两个周期后，此时上台阶进尺1.2~1.6m，中台阶和下台阶分别进尺2.4~3.2m。本发明通过对核心土施工的条件进行设定，确保核心土对施工机械的承接，提高隧道的施工进度。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述第一工作平面和第二工作平面中均采用同步施工，所述上台阶、中台阶的右侧、下台阶的左侧均同步施工；所述上台阶、中台阶的左侧、下台阶的右侧均同步施工。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤1中第一工作平面和第二工作平面的施工分别包括以下步骤：

步骤01：对上台阶、中台阶、下台阶的对应施工面进行钻孔、爆破作业；

步骤02：然后，对上台阶的施工面进行扒渣；

步骤03：对上台阶进行支护，对中台阶、下台阶的对应施工面出渣；

步骤04：最后，对上台阶喷锚，对中台阶、下台阶的对应施工面分别进行支护及喷锚。

本发明的步骤1中的第一工作平面和第二工作平面分别通过步骤01-04的方法交错对施工面进行施工，缩短了循环时间，加快了初期支护施工进度，保证施工安全。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤02中通过挖掘机对爆破断面的残渣进行处理，先将上台阶的残渣扒至中台阶、下台阶的对应施工面，使上台阶、中台阶、下台阶的对应施工面分别呈缓坡状。本发明通过扒渣呈现缓坡状，为装载机运送钢架留下便道，便于后续施工的方便。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤03中将钢架输送至上台阶上，并在上台阶上进行立架作业，在上台阶立架的同时采用挖掘机依次对中台阶和下台阶的缓坡处进行出渣。本发明通过挖掘机将作业台架移至掌子面，通过运载机运送钢架至上台阶的作业台架上，在上台阶上完成立架作业。此时挖掘机在中台阶、下台阶的缓坡处进行出渣，上台阶的立架作业与中台阶和下台阶的出渣作业同步进行，同步完成。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤04中，在上台阶立架结束后，接入风管、水管，并进行系统锚杆、锁脚锚杆、超前小导管施工，并在中台阶上进行立架作业；然后通过放置在下台阶的喷锚机械手对上台阶的施工面进行喷锚作业，对中台阶的施工面同步进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工，同步对下台阶的施工面进行立架作业；然后对中台阶的施工面进行喷锚作业，同步对下台阶的施工面进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工；最后对下台阶的施工面进行喷锚施工作业。

本发明在上台阶立架结束后接入风管、水管，所述风管、水管合理布置在中台阶初期支护的边墙上，进行系统锚杆、锁脚锚杆及超前小导管施工，同时上台阶的立架人员开始进行中台阶的立架工作。上台阶系统锚杆、锁脚锚杆及超前小导管完成后，使用喷锚机械手对上台阶的施工面进行喷锚作业，所述喷锚机械手停放在下台阶上，对上台阶喷射混凝土，此时中台阶立架作业已经完成，上台阶的支护人员对中台阶进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工，中台阶的立架人员开始对下台阶进行立架作业。

上台阶的施工面喷锚完成后，中台阶同时完成系统锚杆及锁脚锚杆的施工，继续对中台阶的施工面进行喷锚作业，此时下台阶开始进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工。中台阶的施工面喷锚完成后，下台阶的施工面同时完成系统锚杆及锁脚锚杆的施工，开始对下台阶的施工面进行喷锚施工作业。

隧道初期支护喷锚的混凝土采用湿喷工艺，并采用大型湿喷机械手。湿喷具有回弹量小、粉尘小、作用时间快的优点，使得喷射混凝土施工作业时间与支护作业时间相匹配。

本发明通过上台阶、中台阶、下台阶的施工面同步施工，第一工作平面和第二工作平面施工周期安排紧密，加大了机械、人员的工作效率，通过个台阶同步施工，缩短每个周期时间，加快了初期支护施工进度，减少掌子面围岩裸露时间，保证围岩的稳定性，保证施工安全。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述立架由型钢钢架或格栅钢架组成，所述型钢钢架由工字钢弯制而成，所述格栅钢由四根φ22mm主筋和普通钢筋制成。本发明通过将预制拱架一字排布单侧安装，每榀拱架分三部分，从左至右依次安装，固定连接螺母，钢筋网片焊接牢固，进而提高了立架的稳定性，提高喷锚施工的精度。

为了更好的实现发明，进一步的，上台阶的高度为3.99m，中台阶的高度为3.2m，下台阶的高度为3.36m；上台阶的长度为5m，中台阶的长度为8m，下台阶的长度为18m。

本发明根据隧道断面受力情况，确定合理的横断面的分部开挖，从而确定上台阶、中台阶、下台阶的高度。隧道开挖纵断面形状的变化的稳定性和开挖的纵断面的结构形式决定上台阶、中台阶、下台阶的长度。本发明通过上台阶、中台阶、下台阶的高度和长度的设置，方便了大型机械施工，同时增加了中台阶、下台阶左右错开距离，即避免了钢架两侧拱脚同时悬空，又避免了围岩还未稳定就开始施工下一级台阶，将隧道开挖影响控制在最小限度，保证掌子面稳定性机周边围岩的应力状态，确保初期支护的稳定性和施工安全。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述中台阶的基庄固定设置在隧道的圆心轴线上。本发明根据隧道断面受力分析，圆心以上部分受力情况最好，因此将中台阶平面固定在圆心轴线上，能最大程度保证初期支护各台阶的稳定。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过四步交错法减少大断面隧道施工工序，所述第一工作平面和第二工作平面交错施工，且作为一个施工周期；每经过两个施工周期，则对核心土进行施工一次；当上台阶开挖进尺3m的时候，则开始对隧底进行施工。本发明通过对三个台阶上的第一工作平面、第二工作平面、核心土以及隧底的施工面进行四步交替施工，简化了传统施工的繁复工序，同时每个施工面的施工工序紧凑有序，保证了隧道施工安全掘进，缩短了从掌子面开挖至初期支护封闭成环的时间，减少了初期支护拱顶下沉和收敛量，增加了施工安全系数。

（2）本发明通过扒渣形成缓坡，为装载机运送钢架留下便道，便于后续施工的方便。

（3）本发明通过上台阶、中台阶、下台阶的施工面同步施工，第一工作平面和第二工作平面施工周期安排紧密，加大了机械、人员的工作效率，通过个台阶同步施工，缩短每个周期时间，加快了初期支护施工进度，减少掌子面围岩裸露时间，保证围岩的稳定性，保证施工安全。

（4）本发明根据隧道断面受力分析，圆心以上部分受力情况最好，因此将中台阶的平面固定在圆心轴线上，能最大程度保证初期支护各台阶的稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明施工工艺流程图；

图3为隧道开挖横断面结构示意图；

图4为隧道开挖纵断面结构示意图。

其中：1-上台阶、2-中台阶、3-下台阶、4-核心土、5-隧底。

具体实施方式

实施例1：

一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，如图1所示，包括依次设置的上台阶1、中台阶2、下台阶3，所述上台阶1、中台阶2的右侧、下台阶3的左侧构成第一工作平面；所述上台阶1、中台阶2的左侧、下台阶3的右侧构成第二工作平面；所述上台阶1和中台阶2的中部同侧分别设置有核心土4；主要包括以下步骤：

步骤1：对第一工作平面和第二工作平面交错施工，且采用渐进式施工；每对第一工作平面和第二工作平面施工一次作为一个周期；所述第一工作平面和第二工作平面中分别采用同步施工；

步骤2：每隔第一工作平面和第二工作平面施工两个周期，对核心土4平面进行施工一次；

步骤3：每当上台阶1开挖进尺3m时，则对隧底5进行施工；所述隧底5每次施工的开挖长度为3m，并将开挖的隧底5清底后进行仰拱和二次衬砌的施工。

本发明通过四步交错法减少大断面隧道施工工序，所述第一工作平面和第二工作平面交错施工，且作为一个施工周期；每经过两个施工周期，则对核心土4进行施工一次；当上台阶1开挖进尺3m的时候，则开始对隧底5进行施工。本发明通过对三个台阶上的第一工作平面、第二工作平面、核心土4以及隧底5的施工面进行四步交替施工，简化了传统施工的繁复工序，同时每个施工面的施工工序紧凑有序，保证了隧道施工安全掘进，缩短了从掌子面开挖至初期支护封闭成环的时间，减少了初期支护拱顶下沉和收敛量，增加了施工安全系数。

本发明通过对隧道断面受力情况的分析，对掌子面开挖断面进行合理分布，减少掌子面围岩裸露时间，保证施工安全。本发明施工简便、灵活，在没有增加临时支护的前提下，通过调整施工工艺，控制初期支护的变形量，保证了施工安全。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步的优化，所述步骤1中第一工作平面和第二工作平面的施工分别包括以下步骤：

步骤01：对上台阶1、中台阶2、下台阶3的对应施工面进行钻孔、爆破作业；

步骤02：然后，对上台阶1的施工面进行扒渣；

步骤03：对上台阶1进行支护，对中台阶2、下台阶3的对应施工面出渣；

步骤04：最后，对上台阶1喷锚，对中台阶2、下台阶3的对应施工面分别进行支护及喷锚。

本发明的步骤1中的第一工作平面和第二工作平面分别通过步骤01-04的方法交错对施工面进行施工，缩短了循环时间，加快了初期支护施工进度，保证施工安全。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上进一步优化，如图2所示，通过挖掘机对爆破断面的残渣进行处理，先将上台阶1的残渣扒至中台阶2、下台阶3的对应施工面，使上台阶1、中台阶2、下台阶3的对应施工面分别呈缓坡状。将钢架输送至上台阶1上，并在上台阶1上进行立架作业，在上台阶1立架的同时采用挖掘机依次对中台阶2和下台阶3的缓坡处进行出渣。在上台阶1立架结束后，接入风管、水管，并进行系统锚杆、锁脚锚杆、超前小导管施工，并在中台阶2上进行立架作业；然后通过放置在下台阶3的喷锚机械手对上台阶1的施工面进行喷锚作业，对中台阶2的施工面同步进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工，同步对下台阶3的施工面进行立架作业；然后对中台阶2的施工面进行喷锚作业，同步对下台阶3的施工面进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工；最后对下台阶3的施工面进行喷锚施工作业。

本发明通过扒渣呈现缓坡状，为装载机运送钢架留下便道，便于后续施工的方便。通过挖掘机将作业台架移至掌子面，通过运载机运送钢架至上台阶1的作业台架上，在上台阶1上完成立架作业。此时挖掘机在中台阶2、下台阶3的缓坡处进行出渣，上台阶1的立架作业与中台阶2和下台阶3的出渣作业同步进行，同步完成。

本发明在上台阶1立架结束后接入风管、水管，所述风管、水管合理布置在中台阶2初期支护的边墙上，进行系统锚杆、锁脚锚杆及超前小导管施工，同时上台阶1的立架人员开始进行中台阶2的立架工作。上台阶1系统锚杆、锁脚锚杆及超前小导管完成后，使用喷锚机械手对上台阶1的施工面进行喷锚作业，所述喷锚机械手停放在下台阶3上，对上台阶1喷射混凝土，此时中台阶2立架作业已经完成，上台阶1的支护人员对中台阶2进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工，中台阶2的立架人员开始对下台阶3进行立架作业。

上台阶1的施工面喷锚完成后，中台阶2同时完成系统锚杆及锁脚锚杆的施工，继续对中台阶2的施工面进行喷锚作业，此时下台阶3开始进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工。中台阶2的施工面喷锚完成后，下台阶3的施工面同时完成系统锚杆及锁脚锚杆的施工，开始对下台阶3的施工面进行喷锚施工作业。

隧道初期支护喷锚的混凝土采用湿喷工艺，并采用大型湿喷机械手。湿喷具有回弹量小、粉尘小、作用时间快的优点，使得喷射混凝土施工作业时间与支护作业时间相匹配。

本发明通过上台阶1、中台阶2、下台阶3同步施工，第一工作平面和第二工作平面施工周期安排紧密，加大了机械、人员的工作效率，通过个台阶同步施工，缩短每个周期时间，加快了初期支护施工进度，减少掌子面围岩裸露时间，保证围岩的稳定性，保证施工安全。

本实施例的其他部分与上述实施例2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在和实施例1的基础上进一步优化，如图3所示，上台阶1的高度为3.99m，中台阶2的高度为3.2m，下台阶3的高度为3.36m；上台阶1的长度为5m，中台阶2的长度为8m，下台阶3的长度为18m。

本发明根据隧道断面受力情况，确定合理的横断面的分部开挖，从而确定上台阶1、中台阶2、下台阶3的高度。隧道开挖纵断面形状的变化的稳定性和开挖的纵断面的结构形式决定上台阶1、中台阶2、下台阶3的长度。本发明通过上台阶1、中台阶2、下台阶3的高度和长度的设置，方便了大型机械施工，同时增加了中台阶2、下台阶3左右错开距离，即避免了钢架两侧拱脚同时悬空，又避免了围岩还未稳定就开始施工下一级台阶，将隧道开挖影响控制在最小限度，保证掌子面稳定性机周边围岩的应力状态，确保初期支护的稳定性和施工安全。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在实施例4的基础上进一步优化，如图4所示，所述中台阶2的基庄固定设置在隧道的圆心轴线上。本发明根据隧道断面受力分析，圆心以上部分受力情况最好，因此将中台阶2平面固定在圆心轴线上，能最大程度保证初期支护各台阶的稳定。

本实施例的其他部分与实施例4相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，包括依次设置的上台阶（1）、中台阶（2）、下台阶（3），所述上台阶（1）、中台阶（2）的右侧、下台阶（3）的左侧构成第一工作平面；所述上台阶（1）、中台阶（2）的左侧、下台阶（3）的右侧构成第二工作平面；所述上台阶（1）和中台阶（2）的中部同侧分别设置有核心土（4）；主要包括以下步骤：

步骤1：对第一工作平面和第二工作平面交错施工，且采用渐进式施工；每对第一工作平面和第二工作平面施工一次作为一个周期；所述第一工作平面和第二工作平面中分别采用同步施工；

步骤2：每隔第一工作平面和第二工作平面施工两个周期，对核心土平面进行施工一次；

步骤3：每当上台阶（1）开挖进尺3m时，则对隧底（5）进行施工；所述隧底（5）每次施工的开挖长度为3m，并将开挖的隧底（5）清底后进行仰拱和二次衬砌的施工。

2.根据权利要求1所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述步骤2中所述第一工作平面和第二工作平面施工两个周期后，此时上台阶（1）进尺1.2~1.6m，中台阶（2）和下台阶（3）分别进尺2.4~3.2m。

3.根据权利要求1或2所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述第一工作平面和第二工作平面中均采用同步施工，所述上台阶（1）、中台阶（2）的右侧、下台阶（3）的左侧均同步施工；所述上台阶（1）、中台阶（2）的左侧、下台阶（3）的右侧均同步施工。

4.根据权利要求3所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述步骤1中第一工作平面和第二工作平面的施工分别包括以下步骤：

步骤01：对上台阶（1）、中台阶（2）、下台阶（3）的对应施工面进行钻孔、爆破作业；

步骤02：然后，对上台阶（1）的施工面进行扒渣；

步骤03：对上台阶（1）进行支护，对中台阶（2）、下台阶（3）的对应施工面出渣；

步骤04：最后，对上台阶（1）喷锚，对中台阶（2）、下台阶（3）的对应施工面分别进行支护及喷锚。

5.根据权利要求4所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述步骤02中通过挖掘机对爆破断面的残渣进行处理，先将上台阶（1）的残渣扒至中台阶（2）、下台阶（3）的对应施工面，使上台阶（1）、中台阶（2）、下台阶（3）的对应施工面分别呈缓坡状。

6.根据权利要求5所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述步骤03中将钢架输送至上台阶（1）上，并在上台阶（1）上进行立架作业，在上台阶（1）立架的同时采用挖掘机依次对中台阶（2）和下台阶（3）的缓坡处进行出渣。

7.根据权利要求6所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述步骤04中，在上台阶（1）立架结束后，接入风管、水管，并进行系统锚杆、锁脚锚杆、超前小导管施工，并在中台阶（2）上进行立架作业；然后通过放置在下台阶（3）的喷锚机械手对上台阶（1）的施工面进行喷锚作业，对中台阶（2）的施工面同步进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工，同步对下台阶（3）的施工面进行立架作业；然后对中台阶（2）的施工面进行喷锚作业，同步对下台阶（3）的施工面进行系统锚杆及锁脚锚杆的施工；最后对下台阶（3）的施工面进行喷锚施工作业。

8.根据权利要求6或7所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述立架由型钢钢架或格栅钢架组成，所述型钢钢架由工字钢弯制而成，所述格栅钢由四根φ22mm主筋和普通钢筋制成。

9.根据权利要求1所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述上台阶（1）的高度为3.99m，中台阶（2）的高度为3.2m，下台阶（3）的高度为3.36m；上台阶（1）的长度为5m，中台阶（2）的长度为8m，下台阶（3）的长度为18m。

10.根据权利要求1所述的一种大断面软弱地层隧道三台阶四步交错施工方法，其特征在于，所述中台阶（2）的基庄固定设置在隧道的圆心轴线上。