CN110513113A - 用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法 - Google Patents

用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及隧道施工工程领域,提供了一种用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法。该方法包括如下步骤:A、将隧道分为呈半圆形的上台阶区域,其中上台阶区域中地质等级高的一侧土体设为土体ⅰ、地质等级低的一侧土体设为土体ⅱ;B、首先开挖土体ⅰ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅰ的边墙施作上台阶永久初期支护,对土体ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作中墙临时支护;C、开挖土体ⅰ到达设定距离后形成先行通道,由先行通道间隔对土体ⅱ进行开挖,土体ⅱ间隔被挖空形成多个扩挖段;D、在扩挖段内沿隧道的长度方向向前向后同时开挖土体ⅱ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅱ的边墙施作上台阶永久初期支护。避免隧道左右侧岩层结构收敛变形不均匀。

Description

用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法
技术领域
本发明属于隧道施工工程领域,特别涉及一种用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法。
背景技术
随着我国交通运输行业的进一步发展,大量的大断面隧道工程出现。由于隧道断面较大,在开挖过程中经常会遇到左右侧岩层性质不同的情况,有时候左右侧岩层的地质等级可以相差多个级别。在左右侧围岩不均衡条件下采用大断面开挖很容易造成左右侧岩层结构收敛变形不均匀,进而造成一侧预留变形量较大而另一侧出现围岩变形侵限的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,防止开挖隧道大断面时隧道左右侧岩层结构收敛变形不均匀。
为了实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,包括如下步骤:
A、将隧道分为呈半圆形的上台阶区域,其中上台阶区域中地质等级高的一侧土体设为土体ⅰ、地质等级低的一侧土体设为土体ⅱ;
B、首先开挖土体ⅰ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅰ的边墙施作上台阶永久初期支护,对土体ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作中墙临时支护;
C、开挖土体ⅰ到达设定距离后形成先行通道,由先行通道间隔对土体ⅱ进行开挖,土体ⅱ间隔被挖空形成多个扩挖段;
D、在扩挖段内沿隧道的长度方向向前向后同时开挖土体ⅱ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅱ的边墙施作上台阶永久初期支护。
可选的,还包括顺延上台阶的下端向下向内延伸的下台阶区域以及与下台阶的下端连接的仰拱区域,下台阶区域土体设为土体Ⅴ,仰拱区域土体设为土体Ⅵ,所述步骤D之后还包括如下内容:
E、开挖土体Ⅴ,且在开挖时顺延隧道的长度方向不断拆除中墙临时支护,开挖过程中及时对开挖完的土体Ⅴ的边墙施作下台阶永久初期支护,随后开挖土体Ⅵ,开挖过程中及时对开挖完的土体Ⅵ的底部施作仰拱永久初期支护。
可选的,土体ⅰ的上部和下部设为土体Ⅰ和土体Ⅱ,步骤B包括如下步骤:
B1、首先开挖土体Ⅰ,顺延开挖前进方向对土体Ⅰ的边墙施作上部的上台阶永久初期支护,对土体Ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作上部的中墙临时支护;
B2、随后开挖土体Ⅱ,顺延开挖前进方向对土体Ⅱ的边墙施作下部的上台阶永久初期支护,对土体Ⅱ与土体ⅱ的交接区域间隔施作下部的中墙临时支护。
可选的,土体ⅱ的上部和下部设为土体Ⅲ和土体Ⅳ,步骤D包括如下内容:
D1、首先由扩挖段前后开挖土体Ⅲ,顺延开挖前进方向对土体Ⅲ的边墙施作上部的上台阶永久初期支护;
D2、随后由扩挖段前后开挖土体Ⅵ,顺延开挖前进方向对土体Ⅵ的边墙施作下部的上台阶永久初期支护。
可选的,步骤B2之后还包括如下内容:处于土体ⅰ边墙的上台阶永久初期支护的下端与中墙临时支护的下端之间设置有临时仰拱一,步骤D2还包括如下内容,处于土体ⅱ边墙的上台阶永久初期支护的下端与中墙临时支护的下端之间设置有临时仰拱二,临时仰拱一与临时仰拱二连接。
可选的,步骤C中,在扩挖段的边墙施作上台阶永久初期支护。
可选的,步骤B中,开挖土体ⅰ之前,在土体ⅰ的周圈围岩施作超前小导管并对其进行注浆。
可选的,步骤D中,开挖土体ⅱ之前,在土体ⅱ的周圈围岩施作超前管棚并对其进行注浆。
可选的,在施作上台阶永久初期支护、下台阶永久初期支护及仰拱永久初期支护时采用加固锚杆使其与周圈围岩紧固连接。
可选的,下台阶永久初期支护的上端与上台阶永久初期支护的下端连接,开挖土体Ⅴ时预留有基础平面,并且在基础平面上设置有承台,下台阶永久初期支护的下端与承台连接,仰拱永久初期支护的上端与下台阶永久初期支护的外侧面连接。
与现有技术相比,在开挖完土体ⅰ之后形成先行通道,可以预先释放土体ⅱ的部分地应力,使得土体ⅱ在可控范围内预先变形一部分,同时施作中墙临时支护确保土体ⅱ的稳定性,通过先行通道也可以预先探测地质等级低的土体ⅱ的地质情况,以便于额外做一些支护;随后由先行通道间隔的向土体ⅱ进行开挖,而不是从土体ⅱ的端头部分直接进行开挖,这样可以再进一步的分段释放土体ⅱ的部分地应力,分段由先行通道开挖扩挖段可多段同时施工,随后再由多个扩挖段同时前后施工开挖土体ⅱ,如此可以大大的节省开挖时间,上述内容不仅加快施工进度,同时确保地质等级低的土体ⅱ分段释放地应力,不会出现大变形的情况,从而避免隧道左右侧岩层结构收敛变形不均匀。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明沿隧道的长度方向的剖视图。
附图标记:
1、上台阶初期永久支护;2、下台阶初期永久支护;3、仰拱初期永久支护;4、中墙临时支护;5、临时仰拱一;6、临时仰拱二;7、先行通道;8、扩挖段;9、超前小导管;10、超前管棚;11、固定锚杆;12、承台。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示,一种用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,包括如下步骤:
A、将隧道分为呈半圆形的上台阶区域、顺延上台阶的下端向下向内延伸的下台阶区域以及与下台阶的下端连接的仰拱区域,其中上台阶区域中地质等级高的一侧土体设为土体ⅰ、地质等级低的一侧土体设为土体ⅱ,下台阶区域土体设为土体Ⅴ,仰拱区域土体设为土体Ⅵ;
B、首先开挖土体ⅰ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅰ的边墙施作上台阶永久初期支护1,对土体ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作中墙临时支护5;
C、开挖土体ⅰ到达设定距离后形成先行通道7,由先行通道7间隔对土体ⅱ进行开挖,土体ⅱ间隔被挖空形成多个扩挖段8;
D、在扩挖段8内沿隧道的长度方向向前向后同时开挖土体ⅱ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅱ的边墙施作上台阶永久初期支护1;
E、开挖土体Ⅴ,且在开挖时顺延隧道的长度方向不断拆除中墙临时支护5,开挖过程中及时对开挖完的土体Ⅴ的边墙施作下台阶永久初期支护2,随后开挖土体Ⅵ,开挖过程中及时对开挖完的土体Ⅵ的底部施作仰拱永久初期支护3。
与现有技术相比,本申请先开挖上台阶区域地质等级高的土体ⅰ,因为其结构能承受较大的地应力,所以前期施工进度快,并且开挖时不用因要预留过大的变形量而开挖过多的土体,在开挖完土体ⅰ之后形成先行通道7,可以预先释放土体ⅱ的部分地应力,使得土体ⅱ在可控范围内预先变形一部分,同时施作中墙临时支护5确保土体ⅱ的稳定性,通过先行通道7也可以预先探测地质等级低的土体ⅱ的地质情况,以便于额外做一些支护;随后由先行通道7间隔的向土体ⅱ进行开挖,而不是从土体ⅱ的端头部分直接进行开挖,这样可以再进一步的分段释放土体ⅱ的部分地应力,分段由先行通道7开挖扩挖段8可多段同时施工,随后再由多个扩挖段8同时前后施工开挖土体ⅱ,如此可以大大的节省开挖时间,上述内容不仅加快了施工进度,同时确保地质等级低的土体ⅱ分段释放地应力,不会出现大变形的情况,从而避免隧道左右侧岩层结构收敛变形不均匀。
在一些实施例中,土体ⅰ的上部和下部设为土体Ⅰ和土体Ⅱ,步骤B包括如下步骤:B1、首先开挖土体Ⅰ,顺延开挖前进方向对土体Ⅰ的边墙施作上部的上台阶永久初期支护1,对土体Ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作上部的中墙临时支护4;B2、随后开挖土体Ⅱ,顺延开挖前进方向对土体Ⅱ的边墙施作下部的上台阶永久初期支护1,对土体Ⅱ与土体ⅱ的交接区域间隔施作下部的中墙临时支护4。
土体ⅱ的上部和下部设为土体Ⅲ和土体Ⅳ,步骤D包括如下内容:D1、首先由扩挖段8前后开挖土体Ⅲ,顺延开挖前进方向对土体Ⅲ的边墙施作上部的上台阶永久初期支护1;D2、随后由扩挖段8前后开挖土体Ⅵ,顺延开挖前进方向对土体Ⅵ的边墙施作下部的上台阶永久初期支护1。
因为左右侧岩层性质不同,所以要尽量确保开挖过程中隧道不会发生过分的变形,将土体ⅰ上部下部分为土体Ⅰ、土体Ⅱ,土体ⅱ上部下部分为土体Ⅲ、土体Ⅳ,当然根据根据实际工况将土体ⅰ、土体ⅱ分为多个部分,如此可以进行分段开挖,每次开挖之后及时做好初期支护,避免隧道大变形,当然在开挖土体Ⅰ完成后也可以先进行开挖上部的扩挖段8,在开挖土体Ⅱ完成后再接着开挖下部的扩挖段8。
在一些实施例中,步骤B2之后还包括如下内容:处于土体ⅰ边墙的上台阶永久初期支护1的下端与中墙临时支护4的下端之间设置有临时仰拱一5,步骤D2还包括如下内容,处于土体ⅱ边墙的上台阶永久初期支护1的下端与中墙临时支护4的下端之间设置有临时仰拱二6,临时仰拱一5与临时仰拱二6连接。设置临时仰拱一5、临时仰拱二6增加了上台阶永久初期支护1的结构稳定性,避免上台阶的周圈围岩对初期支护施加地应力导致其变形过度。此时临时仰拱与中墙临时支护4连接在一起,其可在开挖土体Ⅴ时随着开挖前进方向分段拆除,也可以在整体开挖完土体Ⅴ之后整体拆除。
在一些实施例中,步骤C中,在扩挖段8的边墙施作上台阶永久初期支护1,这样可以预先分段对土体ⅱ的边墙做好上台阶永久初期支护1,进一步减小土体ⅱ的周圈围岩发生变形的可能。
在一些实施例中,步骤B中,开挖土体ⅰ之前,在土体ⅰ的周圈围岩施作超前小导管9并对其进行注浆。超前注浆改善围岩结构,提高围岩整体性和自承能力、降低支护成本、提高支护效果,利用浆液把围岩周围的各种弱面充实、重新胶结起来,改善围岩的物理力学性能,从而提高围岩的整体稳定性和抗渗性。
在一些实施例中,步骤D中,开挖土体ⅱ之前,在土体ⅱ的周圈围岩施作超前管棚10并对其进行注浆。土体ⅱ地质等级低,所以要采用超前管棚10,进一步改善周圈围岩结构性能,此内容也可在开挖土体ⅰ之前实施,具体操作根据实际施工可做适应性调整。
在一些实施例中,在施作上台阶永久初期支护1、下台阶永久初期支护2及仰拱永久初期支护3时采用加固锚杆11使其与周圈围岩紧固连接。
在一些实施例中,下台阶永久初期支护2的上端与上台阶永久初期支护1的下端连接,开挖土体Ⅴ时预留有基础平面,并且在基础平面上设置有承台12,下台阶永久初期支护2的下端与承台12连接,仰拱永久初期支护3的上端与下台阶永久初期支护2的外侧面连接。其具有如下好处:如果不设置基础平面,在隧道上台阶区域、下台阶区域的周圈围岩所施加的地应力的作用下上台阶永久初期支护1及下台阶永久初期支护2可能会发生一定的变形,此时仰拱永久初期支护3与下台阶永久初期支护2对接时可能会出现对接不齐的情况,但是设置基础平面及承台12后,这样一部分地应力可由基础平面承担,减小上台阶永久初期支护1及下台阶永久初期支护2的形变,即使发生形变仰拱永久初期支护3与下台阶永久初期支护2的下端的外侧面连接时也有相对较大的安装面供选择调整。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:包括如下步骤:
A、将隧道分为呈半圆形的上台阶区域,其中上台阶区域中地质等级高的一侧土体设为土体ⅰ、地质等级低的一侧土体设为土体ⅱ;
B、首先开挖土体ⅰ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅰ的边墙施作上台阶永久初期支护(1),对土体ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作中墙临时支护(5);
C、开挖土体ⅰ到达设定距离后形成先行通道(7),由先行通道(7)间隔对土体ⅱ进行开挖,土体ⅱ间隔被挖空形成多个扩挖段(8);
D、在扩挖段(8)内沿隧道的长度方向向前向后同时开挖土体ⅱ,开挖过程中及时对开挖完的土体ⅱ的边墙施作上台阶永久初期支护(1)。
2.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:还包括顺延上台阶的下端向下向内延伸的下台阶区域以及与下台阶的下端连接的仰拱区域,下台阶区域土体设为土体Ⅴ,仰拱区域土体设为土体Ⅵ,所述步骤D之后还包括如下内容:
E、开挖土体Ⅴ,且在开挖时顺延隧道的长度方向不断拆除中墙临时支护(5),开挖过程中及时对开挖完的土体Ⅴ的边墙施作下台阶永久初期支护(2),随后开挖土体Ⅵ,开挖过程中及时对开挖完的土体Ⅵ的底部施作仰拱永久初期支护(3)。
3.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:土体ⅰ的上部和下部设为土体Ⅰ和土体Ⅱ,步骤B包括如下步骤:
B1、首先开挖土体Ⅰ,顺延开挖前进方向对土体Ⅰ的边墙施作上部的上台阶永久初期支护(1),对土体Ⅰ与土体ⅱ的交接区域间隔施作上部的中墙临时支护(4);
B2、随后开挖土体Ⅱ,顺延开挖前进方向对土体Ⅱ的边墙施作下部的上台阶永久初期支护(1),对土体Ⅱ与土体ⅱ的交接区域间隔施作下部的中墙临时支护(4)。
4.根据权利要求3所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:土体ⅱ的上部和下部设为土体Ⅲ和土体Ⅳ,步骤D包括如下内容:
D1、首先由扩挖段(8)前后开挖土体Ⅲ,顺延开挖前进方向对土体Ⅲ的边墙施作上部的上台阶永久初期支护(1);
D2、随后由扩挖段(8)前后开挖土体Ⅵ,顺延开挖前进方向对土体Ⅵ的边墙施作下部的上台阶永久初期支护(1)。
5.根据权利要求4所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:步骤B2之后还包括如下内容:处于土体ⅰ边墙的上台阶永久初期支护(1)的下端与中墙临时支护(4)的下端之间设置有临时仰拱一(5),步骤D2还包括如下内容,处于土体ⅱ边墙的上台阶永久初期支护(1)的下端与中墙临时支护(4)的下端之间设置有临时仰拱二(6),临时仰拱一(5)与临时仰拱二(6)连接。
6.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:步骤C中,在扩挖段(8)的边墙施作上台阶永久初期支护(1)。
7.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:步骤B中,开挖土体ⅰ之前,在土体ⅰ的周圈围岩施作超前小导管(9)并对其进行注浆。
8.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:步骤D中,开挖土体ⅱ之前,在土体ⅱ的周圈围岩施作超前管棚(10)并对其进行注浆。
9.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:在施作上台阶永久初期支护(1)、下台阶永久初期支护(2)及仰拱永久初期支护(3)时采用加固锚杆(11)使其与周圈围岩紧固连接。
10.根据权利要求1所述的用于隧道左右岩层不均衡的开挖方法,其特征在于:下台阶永久初期支护(2)的上端与上台阶永久初期支护(1)的下端连接,开挖土体Ⅴ时预留有基础平面,并且在基础平面上设置有承台(12),下台阶永久初期支护(2)的下端与承台(12)连接,仰拱永久初期支护(3)的上端与下台阶永久初期支护(2)的外侧面连接。
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