CN110700843B - 基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，由后向前分多个开挖节段对所施工隧道进行开挖施工，包括以下步骤：一、测量放线；二、钻爆施工；三、上部洞体开挖；四、中部洞体开挖；五、下部洞体开挖；六、下一个开挖节段开挖施工；七、多次重复步骤六，直至完成所施工隧道的全部开挖施工过程。本发明设计合理、施工简便且使用效果好，对上爆破区与中爆破区分别进行爆区划分，并对各爆区内各炮眼的布设位置进行限定，能有效防止大断面一次装药量过多时因爆破产生较大震动造成掌子面坍塌或拱顶坍塌，确保隧道开挖过程安全、可靠，并能确保隧道结构稳定；并且，采用三台阶同步开挖方式，能安全顺利完成穿越软弱围岩隧道开挖过程。

Description

基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法。

背景技术

铁路、公路隧道工程施工过程中，受地质条件限制及影响，在施工过程中给施工造成较大影响和困难。在隧道施工过程中经常会遇到各种不同岩层组合出现，例如围岩软弱不匀、浅埋偏压地貌、土石混合地质等情况层出不穷。对于穿越土石混合地层（也称为土石界面地质或土石分界地层）的隧道进行开挖及支护时，目前国内主要采取超前管棚注浆支护、超前水平旋喷桩加固、控制开挖进尺等方法进行处理，以防止隧道施工过程中出现坍塌或变形。

黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物。黄土湿陷系数（也称湿陷系数）是评价黄土湿陷性的力学参数，指在一定压力下，黄土湿陷系数是指土样浸水前后高度之差与土样原始高度之比。黄土湿陷系数是评价黄土湿陷性的一个重要指标，可由试验直接测出。根据黄土湿陷系数不同，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。通过地质勘察发现，黄土地层中黄土的类型较多，根据材质划分为砂质黄土（也称为砂黄土）、黏性黄土（也称为粘性黄土或粘黄土）等，其中砂黄土是指含有细砂颗粒量较高一般大于30%的黄土且其实质是黄土状土，粘黄土是指细砂含量小于15%、粘土含量大于25%的黄土且其实质是黄土状土；根据所处地质年代分为新黄土和老黄土，老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土且其一般不具有湿陷性，新黄土指比老黄土年代晚的黄土，新黄土结构疏松且一般具有湿陷性，新黄土多分布于老黄土之上。

在我国西北地区大量建设交通基础设施，使穿越黄土地层的隧道工程越来越多。黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性。位于黄土地区的土石分界地层中，隧道开挖断面的上部为黄土且其下部为岩石，土石界面（也称土石分界面）高低起伏呈线形变化，上部土体主要以粉质黏土或黏质老黄土为主，下部为强风化或弱风化的泥岩砂岩互层；地下水以空隙水、裂隙水形式在存在岩土中，水量分布不均，并且隧道所处施工区域内可能存在泥岩高岭土化膨胀性土。实际进行隧道施工时，土石分界地层内隧道开挖施工主要存在以下问题：第一、岩土软硬不均，下部风化岩层爆破易造成上部土层坍塌，对施工人员形成危害；第二、地下水富集区对土石分界地层进行进一步软化，造成围岩变形严重；第三、膨胀土遇水膨胀造成初支变形开裂，严重情况下会造成初支拱架的变形结构破坏失去支护能力。尤其是对处于土石分界地层内且隧道上部覆盖层大于隧道洞跨（即隧道开挖宽度）2.5倍的深埋隧道进行施工时，由于深埋隧道的埋深大，并且当隧道开挖断面大于100m²时，洞体周侧岩土层变形大，开挖施工难度非常大。由于土石界面（即土石分界面）高底起伏变化，存在于上台阶、中台阶或下台阶上，最不利情况为土石界面位于上台阶上，爆破时爆破区距拱顶及掌子面最近，最容易造成拱顶及掌子面坍塌。

由上述内容可知，土石分界地层是一种上土下岩、软硬不均的特殊地质情况，有着较为特殊的形成机理。在土石分界的地质条件中进行隧道施工时，除了土石分界处地层的岩性与分布各不相同外，往往还存在地下水富集区对于土石分界地层的进一步软化作用以及隧道的浅埋与偏压等因素，围岩会出现变形，应力也会不均衡。一旦实际施工中没有采用与之对应的合理支护措施或是开挖方法不当，就很有可能造成掌子面前方支护变形，甚至塌陷的严重后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其设计合理、施工简便且使用效果好，对上台阶内的上爆破区与中台阶上的中爆破区分别进行爆区划分，并对各爆区内各炮眼的布设位置进行限定，能有效防止大断面一次装药量过多时因爆破产生较大震动造成掌子面坍塌或拱顶坍塌，确保隧道开挖过程安全、可靠，并能确保隧道结构稳定；并且，采用三台阶同步开挖方式，能安全、顺利完成穿越Ⅴ级与Ⅵ级围岩的软弱围岩隧道开挖过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：所施工隧道的横断面大于100m²且其位于土石分界地层内，所述土石分界地层包括黄土地层和位于黄土地层下方的岩层，所述黄土地层与岩层之间的分界面为土石分界面；所施工隧道的隧道洞由上至下分为上部洞体、中部洞体和下部洞体，所述上部洞体为由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体为由后向前对所施工隧道进行中台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体为由后向前对所施工隧道进行下台阶开挖后形成的洞体，所述土石分界面位于上部洞体内，所述上部洞体和中部洞体组成上洞体；

对所施工隧道进行开挖施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个开挖节段对所施工隧道进行开挖施工，各开挖节段的开挖施工方法均相同；对所施工隧道的任一个开挖节段进行开挖施工时，包括以下步骤：

步骤一、测量放线：在当前所施工开挖面上对上部洞体、中部洞体和下部洞体的开挖轮廓线分别进行测量放线，同时对当前所施工开挖节段中上部洞体、中部洞体和下部洞体的开挖面上需开设炮眼的数量和各炮眼的布设位置分别进行测量放线；所述当前所施工开挖面为当前所施工开挖节段的开挖面；

所述上部洞体的爆破开挖面分为左上爆区和位于左上爆区右侧的右上爆区，所述上部洞体的爆破开挖面位于所述土石分界面下方；所述中部洞体的爆破开挖面由左至右分为左爆区、中爆区和右爆区，所述左爆区和右爆区对称布设于中爆区的左右两侧；

所述中爆区为掏槽区且其上开有四组掏槽眼，每组所述掏槽眼均包括多个由上至下布设于同一竖直面上的掏槽眼；四组所述掏槽眼包括左右两组对称布设的内侧掏槽眼和左右两组对称布设的外侧掏槽眼，两组所述内侧掏槽眼均位于两组所述外侧掏槽眼之间；所述内侧掏槽眼与所述外侧掏槽眼呈交错布设；

所述左上爆区左侧、右上爆区右侧、左爆区左侧和右爆区右侧均由上至下设置有多个周边眼；

所述左爆区和右爆区上由左至右布设有三列辅助眼，所述左爆区和右爆区上每列所述辅助眼均包括多个由上至下布设于同一竖直面上的辅助眼；所述左上爆区和右上爆区上均布设有上下两排辅助眼，所述左上爆区和右上爆区上每排所述辅助眼均包括多个由左至右布设的辅助眼；

所述上洞体的爆破开挖面分为5个爆区，5个所述爆区分别为左上爆区、右上爆区、左爆区、中爆区和右爆区；5个所述爆区中左爆区和右爆区同时起爆，左上爆区和右上爆区同时起爆，所述中爆区、右爆区和右上爆区按由先至后的顺序进行起爆；

所述掏槽眼、周边眼和辅助眼均为炮眼；

步骤二、钻爆施工：根据步骤一中测量放线得出的各炮眼的布设位置，采用钻孔设备对当前所施工开挖面上的所有炮眼分别进行钻孔，再在钻孔成型的各炮眼内分别装药，装药完成后起爆进行爆破；

步骤三、上部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的上部洞体进行开挖；

由后向前对当前所施工开挖节段的上部洞体进行开挖时，由后向前对上部洞体内的黄土地层进行开挖；由后向前对上部洞体内的黄土地层进行开挖过程中，采用运碴车由后向前将上部洞体内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成上部洞体的开挖施工过程；

步骤四、中部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体进行开挖；

由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体进行开挖时，采用运碴车由后向前将中部洞体内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成中部洞体的开挖施工过程；

步骤五、下部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体进行开挖，完成一个所述开挖节段的开挖施工过程；

由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体进行开挖时，采用运碴车由后向前将下部洞体内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成下部洞体的开挖施工过程；

步骤六、下一个开挖节段开挖施工：按照步骤一至步骤五中所述的方法，对所施工隧道的下一个开挖节段进行开挖施工；

步骤七、多次重复步骤六，直至完成所施工隧道的全部开挖施工过程。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：步骤一中每组所述内侧掏槽眼均包括两个所述掏槽眼，每组所述外侧掏槽眼均包括三个所述掏槽眼；

所述左爆区和右爆区上每列所述辅助眼中均包括3个或4个所述辅助眼；

所述左上爆区和右上爆区上每排所述辅助眼均包括4个所述辅助眼。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：步骤一中两组所述内侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为1段，靠近右爆区的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为3段，靠近左爆区的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为5段；

所述左爆区上三列所述辅助眼爆破用雷管的段位由右向左分别为3段、5段和7段，所述右爆区上三列所述辅助眼爆破用雷管的段位由左向右分别为3段、5段和7段；

所述左爆区和右爆区上所有周边眼爆破用雷管的段位均为9段；

所述中爆区上段位为5段的雷管与所述左爆区上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接，所述中爆区上段位为3段的雷管与所述右爆区上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接；

所述左爆区上段位为5段的雷管与左上爆区上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接，所述右爆区上段位为5段的雷管与右上爆区上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：步骤三中由后向前对上部洞体内的黄土地层进行开挖时，采用挖机进行开挖；

采用挖机进行开挖之前，先在所述挖机的抓斗上安装一个松土器并通过所述松土器对上部洞体内的黄土地层进行松土，再将所述松土器拆除并采用所述挖机对上部洞体内的黄土地层进行开挖。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：所述隧道洞的隧道初期支护结构分为对隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构和对隧道洞底部进行初期支护的初期支护仰拱；

所述隧道初期支护结构包括对隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞底部进行初期支护的仰拱初期支护结构；所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架，前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体，所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设；所述全断面支撑结构中多榀所述全断面支撑架呈均匀布设，前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.5m～0.8m；

所述全断面支撑架的形状与隧道洞的横断面形状相同，每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞底部进行支护的隧道仰拱支架拼接而成，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞底部的仰拱混凝土喷射层，所述隧道仰拱支架固定于仰拱混凝土喷射层内；

所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所有拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构，所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的所有隧道仰拱支架组成初期支护仰拱；

所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体内的上部拱架、两个对称布设于上部拱架左右两侧下方且均位于中部洞体内的中部侧支架、两个对称布设于上部拱架左右两侧下方且均位于下部洞体内的下部侧支架构成，所述隧道仰拱支架位于下部洞体内；每个所述中部侧支架均连接于一个所述下部侧支架上端与上部拱架的一端之间；所述隧道仰拱支架的左端与一个所述下部侧支架底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与另一个所述下部侧支架底部紧固连接；

步骤三中当前所施工开挖节段的上部洞体开挖完成后，由后向前在开挖成型的上部洞体内安装上部拱架；同时进入步骤四，由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体进行开挖；

步骤四中当前所施工开挖节段的中部洞体开挖完成后，由后向前在开挖成型的中部洞体左右两侧分别安装中部侧支架，并使每个所述中部侧支架均与位于其上方的上部拱架紧固连接为一体；同时进入步骤五，由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体进行开挖；

步骤五中当前所施工开挖节段的下部洞体开挖完成后，由后向前在开挖成型的下部洞体左右两侧分别安装下部侧支架，并使每个所述下部侧支架均与位于其上方的中部侧支架紧固连接为一体；同时，由后向前在下部洞体底部安装隧道仰拱支架并使所安装隧道仰拱支架与下部洞体左右两侧所安装的下部侧支架紧固连接为一体，获得支立完成的所述全断面支撑架，并通过多道所述纵向连接钢筋将前后相邻两个所述全断面支撑架紧固连接为一体。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：所述拱墙网喷支护结构包括挂装在隧道洞拱墙上的拱墙钢筋网片和一层喷射于隧道洞拱墙上的拱墙混凝土喷射层，所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上，所述拱墙钢筋网片与所述拱墙钢拱架均固定于拱墙混凝土喷射层内；

步骤三中当前所施工开挖节段的上部洞体开挖完成后，先由后向前在上部洞体拱部挂装拱部钢筋网片，同时由后向前在上部洞体内安装上部拱架，并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架紧固连接；

步骤四中当前所施工开挖节段的中部洞体开挖完成后，先由后向前在中部洞体左右两侧分别挂装中部钢筋网片，同时由后向前在中部洞体左右两侧分别安装中部侧支架，并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架紧固连接，同时使所挂装的中部钢筋网片与位于其上方的所述拱部钢筋网片紧固连接；

步骤五中当前所施工开挖节段的下部洞体开挖完成后，先由后向前在下部洞体左右两侧分别挂装下部钢筋网片，同时由后向前在下部洞体左右两侧分别安装下部侧支架，并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架紧固连接，同时使所挂装的下部钢筋网片与位于其上方所述中部钢筋网片紧固连接；

由后向前在下部洞体左右两侧分别安装下部侧支架过程中，由后向前在下部洞体底部安装隧道仰拱支架并使所安装隧道仰拱支架与下部洞体左右两侧所安装的下部侧支架紧固连接为一体，获得支立完成的所述全断面支撑架；

待当前所施工开挖节段内所有全断面支撑架均支立完成且前后相邻两个所述全断面支撑架之间均通过多道所述纵向连接钢筋进行连接后，由上至下对当前所施工开挖节段的上部洞体、中部洞体和下部洞体分别进行混凝土喷射施工；

其中，对当前所施工开挖节段的上部洞体进行混凝土喷射施工时，由后向前在开挖成型的上部洞体内壁上喷射一层混凝土，形成拱部混凝土喷射层，并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架均固定于所述拱部混凝土喷射层内，完成上部洞体的开挖及初期支护施工过程；

对当前所施工开挖节段的中部洞体进行混凝土喷射施工时，由后向前在中部洞体的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土，形成中部混凝土喷射层，使所述中部混凝土喷射层与位于其上方的所述拱部混凝土喷射层连接，并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架均固定于所述中部混凝土喷射层内，完成中部洞体的开挖及初期支护施工过程；

对当前所施工开挖节段的下部洞体进行混凝土喷射施工时，由后向前在下部洞体的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土，形成下部混凝土喷射层，使所述下部混凝土喷射层与位于其上方的所述中部混凝土喷射层连接，并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架均固定于所述下部混凝土喷射层内，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；同时，由后向前在下部洞体底部喷射一层混凝土，形成仰拱混凝土喷射层，使仰拱混凝土喷射层与位于其上方的所述下部混凝土喷射层连接，并使隧道仰拱支架固定于仰拱混凝土喷射层内；

所述拱部钢筋网片、所述中部钢筋网片与所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片，所述拱部混凝土喷射层、所述中部混凝土喷射层与所述下部混凝土喷射层由上至下连接组成拱墙混凝土喷射层。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：所述隧道初期支护结构内侧布设有增强套拱；

所述隧道初期支护结构和所述增强套拱均为对隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道初期支护结构与位于其内侧的所述增强套拱组成增强后初支结构；

所述增强套拱包括多个套拱单元，多个所述套拱单元的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每个所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间均设置有一层隔离层，所述隔离层为由铺装在所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间的无纺布形成的全断面隔层，所述隔离层的横断面形状与隧道洞的横断面形状相同；

每个所述套拱单元均包括M榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的型钢拱架和一层由喷射于隔离层上的混凝土形成的内侧混凝土喷射层，所述内侧混凝土喷射层的层厚不小于25cm，M榀所述钢拱架呈均匀布设且前后相邻两榀所述钢拱架之间的间距为0.8m～1.2m；每榀所述型钢拱架均为对隧道洞进行全断面支护的全断面支架，M榀所述型钢拱架均固定于内侧混凝土喷射层内，所述型钢拱架的形状与隧道洞的横断面形状相同，其中M为正整数且M≥4；每个所述套拱单元中M榀所述型钢拱架通过多道纵向钢筋紧固连接为一体，所述纵向钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向钢筋沿所述型钢拱架的轮廓线进行布设；每榀所述型钢拱架均包括一个对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙型钢支架和一个对隧道洞底部进行支撑的仰拱型钢支架，所述仰拱型钢支架位于拱墙型钢支架的正下方且二者均为拱形支架，所述仰拱型钢支架的左端与拱墙型钢支架的左端底部紧固连接，所述仰拱型钢支架的右端与拱墙型钢支架的右端底部紧固连接；

步骤四中由后向前对下部洞体进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述增强套拱进行施工，获得施工成型的所述增强后初支结构；

由后向前对所述增强套拱进行施工时，由后向前对所述增强套拱中的多个所述套拱单元分别进行施工，多个所述套拱单元的施工方法均相同；所述隧道初期支护结构中内侧布设有所述套拱单元的隧道初期支护结构节段为待增强初支节段；

对所述增强套拱中的任一个所述套拱单元进行施工时，过程如下：

步骤D1、隔离层铺设：由后向前在当前所施工套拱单元外侧的所述待增强初支节段内壁上铺设一层隔离层；

步骤D2、型钢拱架安装：步骤D1中由后向前铺设隔离层过程中，由后向前在步骤D1中所述待增强初支节段内对当前所施工套拱单元的M榀所述型钢拱架分别进行安装，并使每榀所述型钢拱架均支立于步骤D1中所述隔离层内侧，同时使步骤D1中所述隔离层垫装于所安装的M榀所述型钢拱架与所述待增强初支节段的内壁之间；

步骤D3、纵向钢筋安装：步骤D2中M榀所述型钢拱架均安装完成后，将M榀所述型钢拱架通过多道所述纵向钢筋紧固连接为一体；

步骤D4、混凝土喷射：由后向前在步骤D1中所述隔离层上喷射混凝土并形成内侧混凝土喷射层，并使步骤D2中M榀所述型钢拱架和步骤D3中多道所述纵向钢筋均固定于内侧混凝土喷射层内，同时使步骤D1中所述隔离层垫装于所述待增强初支节段与内侧混凝土喷射层之间。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：步骤D1中所述待增强初支节段由大变形段和两个分别位于所述大变形段前后两侧的变形过渡段连接而成，所述大变形段为所述隧道初期支护结构施工完成后24小时内所述隧道洞的拱顶下沉值超过10mm和/或水平收敛值超过5mm的隧道节段，所述隧道洞的拱顶下沉值为所述隧道初期支护结构拱顶内壁的绝对下沉值，所述隧道洞的水平收敛值为隧道洞最大开挖位置处所述隧道初期支护结构内壁的水平收敛值；两个所述变形过渡段均为所施工黄土隧道中与所述大变形段相邻且相互连通的隧道段，两个所述变形过渡段的长度均不小于3L。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：步骤D4中进行混凝土喷射后，还需对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固，并获得径向注浆加固结构；

所述上部洞体与中部洞体组成上洞体，所述径向注浆加固结构位于所述上洞体外侧；

所述径向注浆加固结构为通过多排径向注浆孔向所述上洞体外侧土体内注浆加固后形成的加固结构，多排所述径向注浆孔沿隧道延伸方向由后向前布设，每排所述径向注浆孔均包括多个沿所述上洞体的开挖轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上的径向注浆孔，每个所述径向注浆孔均为一个从所述上洞体内部由内向外钻进至土体内的钻孔，每排所述径向注浆孔中多个所述径向注浆孔呈均匀布设，前后相邻两排所述径向注浆孔中的径向注浆孔呈交错布设；所述径向注浆孔的长度不小于3m；

每排所述径向注浆孔均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间，并且每排所述径向注浆孔均位于前后相邻两榀所述型钢拱架之间；

对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固时，由后向前通过多排所述径向注浆孔分别进行注浆加固。

上述基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征是：所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级或Ⅵ级，每个所述开挖节段的长度为2L。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且施工简便，投入成本较低。

2、由于土石分界面位于上台阶内时爆破区距拱顶及上部洞体的掌子面最近，最容易造成拱顶及掌子面坍塌，本发明采用分区爆破方式，对上台阶内的上爆破区与中台阶上的中爆破区分别进行爆区划分，并对各爆区内各炮眼的布设位置进行限定，能有效防止大断面一次装药量过多时因爆破产生较大震动造成掌子面坍塌或拱顶坍塌，确保隧道开挖过程安全、可靠。

3、上中台阶爆破开挖采用分区爆破，爆破区划分合理且炮眼数量和位置设计合理、施工简便，通过对各炮孔内爆破用雷管的段位和起爆网络进行限定实现分区延时爆破，位于上台阶内的上爆破区为中爆破区内炮眼起爆后延时起爆的爆区，因而上台阶内的上爆破区为压爆区，对中爆破区爆破过程中产生的震动进行压制和约束，进一步减小爆破过程中所产生震动对掌子面和拱顶的危害；并且，中爆破区由左至右分为左爆区、中爆区和右爆区，中爆区为掏槽区，中爆区内将掏槽孔由传统的8孔变为10孔，并将传统掏槽孔的总装药量进一步减少和分解，从而能有效减小爆破过程中所产生的震动；同时，中爆区内左右两侧的外侧掏槽眼一先一后进行起爆，左爆区和右爆区均为辅助区且二者一先一后进行起爆，因而中爆区内以及左爆区和右爆区均采用非对称起爆方式，从而能进一步减小爆破过程中所产生的震动。

4、下爆破区由于距离拱顶及上部洞体的掌子面最远，因而爆破震动影响最小，并且上爆破区和中爆破内爆破后的岩土均能对下爆破区爆破过程中产生的震动进行压制和约束，因而能有效减小爆破过程中所产生的震动。

5、所采用的增强后初支结构设计合理、施工简便且使用效果好，采用增强套拱对隧道初期支护结构进行加固并形成增强后初支结构，能有效隧道初期支护效果，并对深埋黄土隧道初期支护变形进行有效控制；同时，在增强套拱与隧道初期支护结构之间设置隔离层，能进一步对增强套拱外侧土体变形进行控制；并且增强套拱采用多个套拱单元对隧道初期支护结构分段式进行加固，不仅施工简便，并且使施工成型的增强后初支结构具有一定的自适应能力，能有效适应隧道周侧土体变形情况，从而有效减轻增强后初支结构的抗变形能力。

6、所采用的全断面支撑架能对隧道洞进行全断面支护，支护稳固、可靠，并且全断面支撑架由拱墙支撑拱架和隧道仰拱支架拼装而成，拱墙支撑拱架由上部拱架、两个中部侧部支架和两个下部侧部支架拼装而成，实际进行隧道开挖时能简便进行组装，满足隧道洞断面分块支撑需求，使上部洞体的初期支护不受中部洞体和下部洞体内初期支护施工的影响，中部洞体的初期支护也不受下部洞体初期支护施工的影响，并且上部洞体和中部洞体的初期支护均在开挖完成后立即进行施工，因而支护及时、稳固，再加上此时隧道洞尚未全面开挖，因而隧道上部洞体和中部洞体内初期支护结构的支撑稳固性能进一步得到保证，并且隧道上部洞体和中部洞体内的初期支护过程更易于进行，同时支护更有力，更有利于隧道施工安全。

7、采用锚固体系对隧道洞围岩进行全断面固定，进一步提高初期支护稳定性。并且，锚固体系与全断面支撑架连接为一体，进一步提高整体稳固性，同时，施工简便。

8、超前支护采用超前小导管注浆支护结构，施工简便且施工效率高，能有效确保大断面隧道的超前支护强度和支护效果，能对黄土隧道拱部变形进行有效限制。所采用的超前小导管注浆支护结构设计合理、施工简便且使用效果好，对隧道洞拱部进行有效加固并形成一个稳固的拱墙承载环，能有效提高洞体周侧岩层的自稳能力，能有效节省施工成本、节约工期，同时施工设备简单，并且隧道进洞施工后及时进行初期支护施工，工序衔接紧密。并且，支护过程中对周侧土层的扰动小，施工成本较低，能有效解决受隧道开挖后所产生的水平压力影响隧道拱部容易出现受压变形、沉降等问题，能对隧道拱部进行稳固支护。

9、所采用的增强套拱结构设计合理且通过多个套拱单元对隧道初期支护结构分段式进行加固，不仅施工简便，并且在隧道初期支护结构与隧道二次衬砌结构之间形成一个过渡性的全断面支护结构，能对隧道初期支护结构变形进行有效缓冲与纠正，从而能隧道洞整体结构更稳固，并且隧道变形控制效果更佳。

10、将对所施工隧道的隧道洞拱部进行超前支护的隧道超前支护结构以及对隧道洞进行全断面支护的增强后初支结构对大断面隧道变形进行有效控制，能有效提高土石分界隧道的稳固性。

11、所采用的径向注浆加固结构设计合理、施工简便且使用效果好，能对增强后初支结构的联合支护效果进行进一步补充；并且，当增强后初支结构侵入隧道二次衬砌且需对增强后初支结构进行换拱时，能有效换拱过程中隧道洞的稳固性，避免发生安全事故。

12、施工简便且使用效果好，采用三台阶同步开挖方式并通过分区爆破，确保开挖成型隧道洞的稳定性；采用增强套拱对隧道初期支护结构进行加固并形成增强后初支结构，能有效隧道初期支护效果，并对土石分界隧道初期支护变形进行有效控制；同时，在增强套拱与隧道初期支护结构之间设置隔离层，能进一步对增强套拱外侧土体变形进行控制；并且增强套拱采用多个套拱单元对隧道初期支护结构分段式进行加固，不仅施工简便，并且使施工成型的增强后初支结构具有一定的自适应能力，能有效适应隧道周侧土体变形情况，从而有效减轻增强后初支结构的抗变形能力。另外，采用全断面支撑架结构隧道洞进行分层支护，并采用锚固体系对隧道洞外侧进行整体加固，确保大断面隧道洞的结构稳定性，确保施工安全；同时，开挖过程中通过湿喷机械手进行混凝土喷射的目的，能有效加快施工进度，并能使初期支护快速封闭成环，进一步确保隧道结构稳固性，施工简单，施工速度快，并且施工过程安全、可靠。由上述内容可知，所采用的支护方法通过三台阶施工方法，具有安全可靠、机械化程度高、施工速度快、劳动强低、工期提前、节约成本等特点，根据黄土地层中土石地质特性，将下台阶与仰拱初支同时施工，能够保证在最短时间及时封闭成环，防治围岩变形过大，确保施工安全；并且，简化施工工法，防止各工序之间的干扰，可最大限度满足机械化施工，降低劳动强度，且采用空间全断面流水施工，能够提高施工效率，降低工程成本。另外，取消临时仰拱，降低了工程成本，且避免了临时仰拱拆除过程中出现安全风险。

13、隧道开挖施工速度快，能有效确保施工工期，能有效加快Ⅴ级或Ⅵ级围岩大断面隧道的开挖过程，并能确保施工过程安全可靠。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明隧道初期支护结构与套拱的横断面结构示意图。

图3为本发明隧道初期支护结构的纵断面结构示意图。

图4为本发明湿喷机械手的施工状态示意图。

图5为本发明径向注浆加固结构的横断面结构示意图。

图6为本发明径向注浆加固结构的纵断面结构示意图。

图7为本发明上爆破区和中爆破区上炮眼的布设位置示意图。

图8为本发明下爆破区上炮眼的布设位置示意图。

图9为本发明上爆破区和中爆破区的起爆网络示意图。

图10为本发明中爆破区上掏槽眼、周边眼和辅助眼的平面布设位置示意图。

附图标记说明:

具体实施方式

如图1所示的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，所施工隧道的横断面大于100m²且其位于土石分界地层内；结合图7，所述土石分界地层包括黄土地层3和位于黄土地层3下方的岩层4，所述黄土地层3与岩层4之间的分界面为土石分界面；所施工隧道的隧道洞1由上至下分为上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3，所述上部洞体1-1为由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体1-2为由后向前对所施工隧道进行中台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体1-3为由后向前对所施工隧道进行下台阶开挖后形成的洞体，所述土石分界面位于上部洞体1-1内，所述上部洞体1-1和中部洞体1-2组成上洞体；

对所施工隧道进行开挖施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个开挖节段对所施工隧道进行开挖施工，各开挖节段的开挖施工方法均相同；对所施工隧道的任一个开挖节段进行开挖施工时，包括以下步骤：

步骤一、测量放线：在当前所施工开挖面上对上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3的开挖轮廓线分别进行测量放线，同时对当前所施工开挖节段中上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3的开挖面上需开设炮眼的数量和各炮眼的布设位置分别进行测量放线；所述当前所施工开挖面为当前所施工开挖节段的开挖面；

所述上部洞体1-1的爆破开挖面分为左上爆区1-11和位于左上爆区1-11右侧的右上爆区1-12，所述上部洞体1-1的爆破开挖面位于所述土石分界面下方；所述中部洞体1-2的爆破开挖面由左至右分为左爆区1-21、中爆区1-22和右爆区1-23，所述左爆区1-21和右爆区1-23对称布设于中爆区1-22的左右两侧；

所述中爆区1-22为掏槽区且其上开有四组掏槽眼1-4，每组所述掏槽眼1-4均包括多个由上至下布设于同一竖直面上的掏槽眼1-4；四组所述掏槽眼1-4包括左右两组对称布设的内侧掏槽眼和左右两组对称布设的外侧掏槽眼，两组所述内侧掏槽眼均位于两组所述外侧掏槽眼之间；所述内侧掏槽眼与所述外侧掏槽眼呈交错布设；

所述左上爆区1-11左侧、右上爆区1-12右侧、左爆区1-21左侧和右爆区1-23右侧均由上至下设置有多个周边眼1-5；

所述左爆区1-21和右爆区1-23上由左至右布设有三列辅助眼1-6，所述左爆区1-21和右爆区1-23上每列所述辅助眼1-6均包括多个由上至下布设于同一竖直面上的辅助眼1-6；所述左上爆区1-11和右上爆区1-12上均布设有上下两排辅助眼1-6，所述左上爆区1-11和右上爆区1-12上每排所述辅助眼1-6均包括多个由左至右布设的辅助眼1-6；

所述上洞体的爆破开挖面分为5个爆区，5个所述爆区分别为左上爆区1-11、右上爆区1-12、左爆区1-21、中爆区1-22和右爆区1-23；5个所述爆区中左爆区1-21和右爆区1-23同时起爆，左上爆区1-11和右上爆区1-12同时起爆，所述中爆区1-22、右爆区1-23和右上爆区1-12按由先至后的顺序进行起爆；

所述掏槽眼1-4、周边眼1-5和辅助眼1-6均为炮眼；

步骤二、钻爆施工：根据步骤一中测量放线得出的各炮眼的布设位置，采用钻孔设备对当前所施工开挖面上的所有炮眼分别进行钻孔，再在钻孔成型的各炮眼内分别装药，装药完成后起爆进行爆破；

步骤三、上部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的上部洞体1-1进行开挖；

由后向前对当前所施工开挖节段的上部洞体1-1进行开挖时，由后向前对上部洞体1-1内的黄土地层3进行开挖；由后向前对上部洞体1-1内的黄土地层3进行开挖过程中，采用运碴车由后向前将上部洞体1-1内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成上部洞体1-1的开挖施工过程；

步骤四、中部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体1-2进行开挖；

由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体1-2进行开挖时，采用运碴车由后向前将中部洞体1-2内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成中部洞体1-2的开挖施工过程；

步骤五、下部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体1-3进行开挖，完成一个所述开挖节段的开挖施工过程；

由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体1-3进行开挖时，采用运碴车由后向前将下部洞体1-3内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成下部洞体1-3的开挖施工过程；

步骤六、下一个开挖节段开挖施工：按照步骤一至步骤五中所述的方法，对所施工隧道的下一个开挖节段进行开挖施工；

步骤七、多次重复步骤六，直至完成所施工隧道的全部开挖施工过程。

围岩分级是指根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类。《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)中，将隧道围岩级别分为6级，分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ级，数字越小的围岩性质越好。本实施例中，所述隧道洞1的围岩级别为Ⅴ级或Ⅵ级，具体是所述隧道洞1周侧岩层4的围岩级别为Ⅴ级或Ⅵ级。

所述上部洞体1-1的爆破开挖面为上爆破区，所述上爆破区位于所述土石分界面下方，所述上爆破区为上部洞体1-1内岩层4的开挖面；所述中部洞体1-2的开挖面为中爆破区，所述下部洞体1-3的开挖面为下爆破区。

实际施工时，所述隧道洞1的开挖高度为11m～15m，所述隧道洞1的开挖宽度为10m～15m。

本实施例中，所述隧道洞1的开挖高度为12m，所述上部洞体1-1的高度（即上台阶高度）为4m，所述中部洞体1-2的高度（即中台阶高度）为3.5m，所述下部洞体1-3的开挖高度为2.4m～2.7m。实际施工过程中，可根据具体需要，对隧道洞1的开挖高度以及上部洞体1-1的高度和中部洞体1-2的高度分别进行相应调整。

所述掏槽眼1-4、周边眼1-5和辅助眼1-6均为由后向前钻进至岩层4内的圆柱形钻孔。如图10所示，所述中爆破区中每个所述掏槽眼1-4和每个所述辅助眼1-6均由后向前逐渐向内倾斜，所述上爆破区和所述中爆破区中每个所述周边眼1-5均由后向前逐渐向外倾斜。

本实施例中，步骤一中每组所述内侧掏槽眼均包括两个所述掏槽眼1-4，每组所述外侧掏槽眼均包括三个所述掏槽眼1-4。实际施工时，可根据具体需要，对每组所述内侧掏槽眼所包括内侧掏槽眼的数量以及各内侧掏槽眼的布设位置进行相应调整，并且可根据具体需要对每组所述外侧掏槽眼所包括外侧掏槽眼的数量以及各外侧掏槽眼的布设位置进行相应调整。

所述左爆区1-21和右爆区1-23上每列所述辅助眼1-6中均包括3个或4个所述辅助眼1-6。本实施例中，所述右爆区1-23上每列所述辅助眼1-6中均包括4个所述辅助眼1-6，所述左爆区1-21上三列所述辅助眼1-6中所包括辅助眼1-6的数量由左至右分别为4个、3个和4个。实际施工时，可根据具体需要，对左爆区1-21和右爆区1-23上每列所述辅助眼1-6中所包括辅助眼1-6的数量以及各辅助眼1-6的布设位置分别进行相应调整。

所述左上爆区1-11和右上爆区1-12上每排所述辅助眼1-6均包括3个或4个所述辅助眼1-6。

结合图7和图9，本实施例中，步骤一中两组所述内侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为1段，靠近右爆区1-23的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为3段，靠近左爆区1-21的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为5段；

所述左爆区1-21上三列所述辅助眼1-6爆破用雷管的段位由右向左分别为3段、5段和7段，所述右爆区1-23上三列所述辅助眼1-6爆破用雷管的段位由左向右分别为3段、5段和7段；

所述左爆区1-21和右爆区1-23上所有周边眼1-5爆破用雷管的段位均为9段。

本实施例中，所述左上爆区1-11和右上爆区1-12上的两排所述辅助眼1-6分别为上排辅助眼和下排辅助眼。

所述左上爆区1-11上的所述下排辅助眼中各辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为3段，所述右上爆区1-12上的所述下排辅助眼中各辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为3段；

所述左上爆区1-11上的所述上排辅助眼中位于最左侧的一个所述辅助眼1-6为左侧上辅助眼，所述左上爆区1-11上的所述上排辅助眼中除所述左侧上辅助眼之外的各辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为5段；

所述右上爆区1-12上的所述上排辅助眼中位于最右侧的一个所述辅助眼1-6为右侧上辅助眼，所述右上爆区1-12上的所述上排辅助眼中除所述右侧上辅助眼之外的各辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为5段；

所述左侧上辅助眼和所述右侧上辅助眼爆破用雷管的段位均为7段。

本实施例中，所述左上爆区1-11的宽度大于右上爆区1-12的宽度。所述左上爆区1-11上的所述下排辅助眼中包括4个所述辅助眼1-6，所述右上爆区1-12上的所述下排辅助眼中包括3个所述辅助眼1-6，所述左上爆区1-11上的所述下排辅助眼中位于最后侧的辅助眼1-6为左侧下辅助眼，所述左侧下辅助眼位于隧道洞1的隧道中线上。所述左侧下辅助眼呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，所述上爆破区中除所述左侧下辅助眼之外的其余辅助眼1-6均由后向前逐渐向内倾斜。

本实施例中，所述左上爆区1-11和右上爆区1-12上的所述上排辅助眼中均包括4个所述辅助眼1-6。

实际施工时，可根据具体需要，对左上爆区1-11和右上爆区1-12上每排所述辅助眼1-6中所包括辅助眼1-6的数量以及各辅助眼1-6的布设位置分别进行相应调整。

本实施例中，所述中爆区1-22上段位为5段的雷管与所述左爆区1-21上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接，所述中爆区1-22上段位为3段的雷管与所述右爆区1-23上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接；

所述左爆区1-21上段位为5段的雷管与左上爆区1-11上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接，所述右爆区1-23上段位为5段的雷管与右上爆区1-12上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接。

本实施例中，所述左上爆区1-11上多个所述周边眼1-5与所述左侧上辅助眼之间布设有上下两个所述辅助眼1-6，且两个所述辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为7段；所述右上爆区1-12上多个所述周边眼1-5与所述右侧上辅助眼之间布设有上下两个所述辅助眼1-6，且两个所述辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为7段。

由后向前对下部洞体1-3进行开挖时，采用常规的钻爆法进行施工即可。因而，所述下部洞体1-3上炮眼的布设无特殊要求。

本实施例中，如图8所示，所述下爆破区底部由左至右布设有多个所述周边眼1-5，所述下爆破区中部设置有4个所述掏槽眼1-4，4个所述掏槽眼1-4分上下两排进行布设，每排所述掏槽眼1-4均包括左右两个所述掏槽眼1-4；4个所述掏槽眼1-4所处区域为中部掏槽区，所述中部掏槽区的左右两侧对称布设有两组所述辅助眼1-6，每组所述辅助眼1-6均包括左右两列所述辅助眼1-6，每列所述辅助眼1-6均包括上下两个所述辅助眼1-6。

实际施工时，可根据具体需要，对所述下爆破区上所包括掏槽眼1-4和辅助眼1-6的数量以及各掏槽眼1-4和各辅助眼1-6的布设位置分别进行相应调整。

本实施例中，所述下爆破区上多个所述周边眼1-5爆破用雷管的段位均为11段，所述中部掏槽区中4个所述掏槽眼1-4爆破用雷管的段位均为1段；所述下爆破区上每组所述辅助眼1-6中靠近所述中部掏槽区的一列所述辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为5段，每组所述辅助眼1-6中另一列所述辅助眼1-6爆破用雷管的段位均为7段。

并且，所述左上爆区1-11上段位为5段的雷管与所述下爆破区上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接。

由上述内容可知，对任一个所述开挖节段进行钻爆施工时，所述左爆区1-21和右爆区1-23均为辅助区，所述左上爆区1-11和右上爆区1-12均为压爆区。并且，对所述下爆破区进行爆破时，所述上爆破区和所述中爆破区均为压爆区。

本实施例中，所述上爆破区、中爆破区和下爆破区上除所述内侧掏槽眼之外的其余炮眼沿隧道纵向延伸方向的深度均为1.4m。实际施工时，可根据具体需要，对所述上爆破区、中爆破区和下爆破区上除所述内侧掏槽眼之外的其余炮眼沿隧道纵向延伸方向的深度分别进行相应调整。

实际施工时，各炮眼爆破用雷管的段位与延时时间，详见表1：

表1 爆破用雷管段位与延时时间统计表

段位	1	3	5	7	9	11
							延时时间（单位：ms）	0	50	110	200	310	460

本实施例中，所述上爆破区、中爆破区和下爆破区上所有炮眼内所装炸药均为乳化炸药。

所述内侧掏槽眼的孔深为0.92m，每个所述内侧掏槽眼内的装药量均为0.43kg，所述内侧掏槽眼爆破用雷管的延时时间为0ms；所述外侧掏槽眼的孔深为1.99m，每个所述外侧掏槽眼内的装药量均为0.65kg；靠近右爆区1-23的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的延时时间为50ms，靠近左爆区1-21的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的延时时间为110ms；

所述右爆区1-23上的三列所述辅助眼1-6由左至右分别为第一辅助眼、第二辅助眼和第三辅助眼；所述第一辅助眼的孔深为1.72m，所述第一辅助眼内的装药量为0.65kg，所述第一辅助眼爆破用雷管的延时时间为100ms（即50ms+50ms）；所述第二辅助眼的孔深为1.52m，所述第二辅助眼内的装药量为0.65kg，所述第二辅助眼爆破用雷管的延时时间为160ms（即50ms+110ms）；所述第二辅助眼的孔深为1.42m，所述第三辅助眼内的装药量为0.54kg，所述第三辅助眼爆破用雷管的延时时间为250ms（即50ms+200ms）；所述右爆区1-23上每个所述周边眼1-5的孔深均为1.41m，所述右爆区1-23上每个所述周边眼1-5的装药量均为0.22kg，所述右爆区1-23上每个所述周边眼1-5爆破用雷管的延时时间为360ms（即50ms+310ms）；

所述左爆区1-21上的三列所述辅助眼1-6由右至左分别为第四辅助眼、第五辅助眼和第六辅助眼；所述第四辅助眼的孔深为1.72m，所述第四辅助眼内的装药量为0.65kg，所述第四辅助眼爆破用雷管的延时时间为160ms（即110ms+50ms）；所述第五辅助眼的孔深为1.52m，所述第五辅助眼内的装药量为0.65kg，所述第五辅助眼爆破用雷管的延时时间为220ms（即110ms+110ms）；所述第六辅助眼的孔深为1.44m，所述第六辅助眼内的装药量为0.54kg，所述第六辅助眼爆破用雷管的延时时间为310ms（即110ms+200ms）；所述左爆区1-21上每个所述周边眼1-5的孔深均为1.41m，所述左爆区1-21上每个所述左爆区1-21的装药量均为0.22kg，所述左爆区1-21上每个所述周边眼1-5爆破用雷管的延时时间为420ms（即110ms+310ms）；

所述右爆区1-23和左爆区1-21上每个所述周边眼1-5内均采用隔空装药方式进行装药；

所述上爆破区上每个所述周边眼1-5的孔深均为1.3m，所述上爆破区上每个所述周边眼1-5的装药量均为0.22kg；所述上爆破区上每个所述辅助眼1-6的孔深均为1.3m，所述上爆破区上每个所述周边眼1-5的装药量均为0.44kg；

所述右上爆区1-12上每个所述周边眼1-5爆破用雷管的延时时间均为470ms（即50ms+110ms+310ms），所述左上爆区1-11上每个所述周边眼1-5爆破用雷管的延时时间均为530ms（即110ms+110ms+310ms）；

所述右上爆区1-12上所述下排辅助眼中的每个所述辅助眼1-6爆破用雷管的延时时间均为210ms（即50ms+110ms+50ms），所述左上爆区1-11上所述下排辅助眼中的每个所述辅助眼1-6爆破用雷管的延时时间均为270ms（即110ms+110ms+50ms）；

所述右侧上辅助眼爆破用雷管的延时时间为360ms（即50ms+110ms+200ms），所述左侧上辅助眼爆破用雷管的延时时间为420ms（即110ms+110ms+200ms）；所述右上爆区1-12上所述上排辅助眼中除所述右侧上辅助眼之外的各辅助眼1-6爆破用雷管的延时时间均为270ms（即50ms+110ms+110ms），所述左上爆区1-11上所述上排辅助眼中除所述左侧上辅助眼之外的各辅助眼1-6爆破用雷管的延时时间均为330ms（即110ms+110ms+110ms）。

采用传统的矿山法对开挖宽度为12m的隧道进行爆破开挖时，通常都是将炸药分为7至8个段位进行起爆，即1段、3段、5段、7段、9段、11段、13段和15段，而最大的药量在1段的掏槽孔，掏槽孔的总炸药量为8.7kg。而本发明将所述上爆破区和所述中爆破区分为5个爆区，5个所述爆区分别为左上爆区1-11、右上爆区1-12、左爆区1-21、中爆区1-22和右爆区1-23；5个所述爆区中左爆区1-21和右爆区1-23同时起爆，左上爆区1-11和右上爆区1-12同时起爆，所述中爆区1-22、右爆区1-23和右上爆区1-12按由先至后的顺序进行起爆。同时，将传统上中台阶爆破开挖时需要爆破的区域分为五个所述爆区，掏槽孔由传统的8孔变为10孔，并将传统掏槽孔的总装药量9.7kg分解为1.72kg（即4个内侧掏槽眼的总装药量）和两个1.95kg，其中1.95kg为一组所述外侧掏槽眼的总装药量。

本实施例中，所述下爆破区上每个所述掏槽眼1-4爆破用雷管的延时时间均为330ms（即110ms+110ms+110ms）；所述下爆破区上每组所述辅助眼1-6中靠近所述中部掏槽区的一列所述辅助眼1-6爆破用雷管的延时时间均为440ms（即110ms+110ms+110ms+110ms），每组所述辅助眼1-6中另一列所述辅助眼1-6爆破用雷管的延时时间均为530ms（即110ms+110ms+110ms+200ms）；所述下爆破区上每个所述周边眼1-5爆破用雷管的延时时间均为790ms（即110ms+110ms+110ms+460ms）。因而，所述下爆破区的爆破过程最后进行爆破，避免掌子面集中爆破时产出过大的震动，同时爆破后的所述上爆破区和所述中爆破区也能对下爆破区爆破过程中产生的震动进行压制和约束。

本实施例中，步骤三中由后向前对上部洞体1-1内的黄土地层3进行开挖时，采用挖机进行开挖；

采用挖机进行开挖之前，先在所述挖机的抓斗上安装一个松土器并通过所述松土器对上部洞体1-1内的黄土地层3进行松土，再将所述松土器拆除并采用所述挖机对上部洞体1-1内的黄土地层3进行开挖。

采用所述挖机对上部洞体1-1内的黄土地层3进行开挖时，采用机械开挖方式，开挖功效比较高，并且在所述挖机的抓斗上安装一个松土器，具有扰动小、视觉效果好、拆装速度快等特点，并且能有效解决隧道开挖的超挖现象，并且提高了施工效率。

由上述内容可知，对所施工隧道进行开挖时，只需要对隧道洞1内的岩层4进行爆破开挖，隧道洞1内的黄土地层3采用挖机开挖。为避免土石分界地层爆破造成土岩层坍塌；对隧道洞1内的岩层4划分爆区，实行分区爆破。

如图2、图3所示，所述隧道洞1的隧道初期支护结构分为对隧道洞1的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构12和对隧道洞1底部进行初期支护的初期支护仰拱13；

所述隧道初期支护结构包括对隧道洞1进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞1的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞1底部进行初期支护的仰拱初期支护结构；所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架，前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体，所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设；所述全断面支撑结构中多榀所述全断面支撑架呈均匀布设，前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.5m～0.8m；

所述全断面支撑架的形状与隧道洞1的横断面形状相同，每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞1底部进行支护的隧道仰拱支架2拼接而成，所述隧道仰拱支架2位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架2与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞1底部的仰拱混凝土喷射层20，所述隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层20内；

所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所有拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构12，所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的所有隧道仰拱支架2组成初期支护仰拱13；

所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体1-1内的上部拱架3、两个对称布设于上部拱架3左右两侧下方且均位于中部洞体1-2内的中部侧支架5、两个对称布设于上部拱架3左右两侧下方且均位于下部洞体1-3内的下部侧支架6构成，所述隧道仰拱支架2位于下部洞体1-3内；每个所述中部侧支架5均连接于一个所述下部侧支架6上端与上部拱架3的一端之间；所述隧道仰拱支架2的左端与一个所述下部侧支架6底部紧固连接，所述隧道仰拱支架2的右端与另一个所述下部侧支架6底部紧固连接。

由于位于所述土石分界地层的隧道洞1内洞内土层与岩层软硬不匀，围岩变形量及速度不统一，土质地层变形较岩石地层要大，隧道开挖施工过程中遭遇泥岩高岭土化膨胀土，施工初期遇到初支变形结构破坏情况，因而需要加强支护结构。虽然各种围岩在暴露后都会有一定的自稳能力，但这个时间都不会太长，因而在隧道开挖过程中同步立即进行钢拱架11安装以及混凝土喷护，减少围岩开挖后无支护所带来的暴露时间。

本实施例中，步骤三中当前所施工开挖节段的上部洞体1-1开挖完成后，由后向前在开挖成型的上部洞体1-1内安装上部拱架2-1；同时进入步骤四，由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体1-2进行开挖；

步骤四中当前所施工开挖节段的中部洞体1-2开挖完成后，由后向前在开挖成型的中部洞体1-2左右两侧分别安装中部侧支架5，并使每个所述中部侧支架5均与位于其上方的上部拱架2-1紧固连接为一体；同时进入步骤五，由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体1-3进行开挖；

步骤五中当前所施工开挖节段的下部洞体1-3开挖完成后，由后向前在开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6，并使每个所述下部侧支架6均与位于其上方的中部侧支架5紧固连接为一体；同时，由后向前在下部洞体1-3底部安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与下部洞体1-3左右两侧所安装的下部侧支架6紧固连接为一体，获得支立完成的所述全断面支撑架，并通过多道所述纵向连接钢筋将前后相邻两个所述全断面支撑架紧固连接为一体。

本实施例中，所述拱墙网喷支护结构包括挂装在隧道洞1拱墙上的拱墙钢筋网片和一层喷射于隧道洞1拱墙上的拱墙混凝土喷射层19，所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上，所述拱墙钢筋网片与所述拱墙钢拱架均固定于拱墙混凝土喷射层19内。并且，所述拱墙混凝土喷射层19和仰拱混凝土喷射层20均为采用湿喷机械手21喷射形成的混凝土层。

实际施工时，步骤三中当前所施工开挖节段的上部洞体1-1开挖完成后，先由后向前在上部洞体1-1拱部挂装拱部钢筋网片，同时由后向前在上部洞体1-1内安装上部拱架2-1，并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架2-1紧固连接；

步骤四中当前所施工开挖节段的中部洞体1-2开挖完成后，先由后向前在中部洞体1-2左右两侧分别挂装中部钢筋网片，同时由后向前在中部洞体1-2左右两侧分别安装中部侧支架5，并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架5紧固连接，同时使所挂装的中部钢筋网片与位于其上方的所述拱部钢筋网片紧固连接；

步骤五中当前所施工开挖节段的下部洞体1-3开挖完成后，先由后向前在下部洞体1-3左右两侧分别挂装下部钢筋网片，同时由后向前在下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6，并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架6紧固连接，同时使所挂装的下部钢筋网片与位于其上方所述中部钢筋网片紧固连接；

由后向前在下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6过程中，由后向前在下部洞体1-3底部安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与下部洞体1-3左右两侧所安装的下部侧支架6紧固连接为一体，获得支立完成的所述全断面支撑架；

待当前所施工开挖节段内所有全断面支撑架均支立完成且前后相邻两个所述全断面支撑架之间均通过多道所述纵向连接钢筋进行连接后，由上至下对当前所施工开挖节段的上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3分别进行混凝土喷射施工；

其中，对当前所施工开挖节段的上部洞体1-1进行混凝土喷射施工时，由后向前在开挖成型的上部洞体1-1内壁上喷射一层混凝土，形成拱部混凝土喷射层，并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架2-1均固定于所述拱部混凝土喷射层内，完成上部洞体1-1的开挖及初期支护施工过程；

对当前所施工开挖节段的中部洞体1-2进行混凝土喷射施工时，由后向前在中部洞体1-2的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土，形成中部混凝土喷射层，使所述中部混凝土喷射层与位于其上方的所述拱部混凝土喷射层连接，并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架5均固定于所述中部混凝土喷射层内，完成中部洞体1-2的开挖及初期支护施工过程；

对当前所施工开挖节段的下部洞体1-3进行混凝土喷射施工时，由后向前在下部洞体1-3的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土，形成下部混凝土喷射层，使所述下部混凝土喷射层与位于其上方的所述中部混凝土喷射层连接，并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架6均固定于所述下部混凝土喷射层内，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；同时，由后向前在下部洞体1-3底部喷射一层混凝土，形成仰拱混凝土喷射层20，使仰拱混凝土喷射层20与位于其上方的所述下部混凝土喷射层连接，并使隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层20内；

所述拱部钢筋网片、所述中部钢筋网片与所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片，所述拱部混凝土喷射层、所述中部混凝土喷射层与所述下部混凝土喷射层由上至下连接组成拱墙混凝土喷射层19。

本实施例中，所述拱墙支撑拱架和隧道仰拱支架2均为格栅钢架。

本实施例中，每个所述开挖节段的长度为2L。

由于本发明采用三台阶同步开挖法进行施工，同时采用分区爆破方式，因而能将开挖进尺增大至2L，而现有Ⅴ级围岩隧道开挖施工时开挖进尺一般仅为L。采用本发明在保证隧道安全、顺利施工的同时，能有效加快施工速度，缩短施工工期。

本实施例中，结合图2，所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系，所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固组，每榀所述全断面支撑架外侧均布设有一个所述锚固组，每榀所述全断面支撑架与其上所布设的所述锚固组均布设于隧道洞1的同一个横断面上；

每个所述锚固组均包括左右两组对称布设于上部拱架3左右两侧底部外侧的上锁脚锚管8、左右两组对称布设的中锁脚锚管9和左右两组对称布设的下锁脚锚管10，两组所述上锁脚锚管8、两组所述中锁脚锚管9和两组所述下锁脚锚管10均布设于隧道洞1的同一个横断面上；每个所述中部侧支架5的底部外侧均设置有一组所述中锁脚锚管9，每个所述下部侧支架6的底部外侧均设置有一组所述下锁脚锚管10；每组所述上锁脚锚管8均包括上下两个平行布设的上锁脚锚管8，每组所述中锁脚锚管9均包括上下两个平行布设的中锁脚锚管9，每组所述下锁脚锚管10均包括上下两个平行布设的下锁脚锚管10；所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10均为由内至外进入隧道洞1周侧土层内的锁脚锚管，所述锁脚锚管由内向外逐渐向下倾斜。

为确保锚固效果，本实施例中，所述中锁脚锚管9和下锁脚锚管10与竖直面之间的夹角均为45°。

所述上部拱架2-1为圆弧形，每个所述上锁脚锚管8与其所连接位置处上部拱架2-1的拱架切面之间的夹角均为45°；所述拱架切面为与上部拱架2-1的外轮廓线呈垂直布设的平面。其中，每个所述上锁脚锚管8所连接位置处上部拱架2-1的拱架切面均为与该上锁脚锚管8所连接位置处上部拱架2-1的外轮廓线呈垂直布设的平面。

本实施例中，所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10均为壁厚5mm、长度4m且直径Φ42mm的无缝钢管，上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10的内端均通过连接钢筋焊接固定在所述全断面支撑架上。所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10的长度和打入角度设计合理，不仅有利于限制围岩的变形，而且有助于发挥支护结构的承载力。并且，每个锚固位置处所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10的数量均为两个，能进一步提高锚固效果。

锁脚锚管（杆）隧道施工中有“保命锁脚 ”之称，可见其重要程度。因为锁脚锚管的长度和角度是支撑格栅钢架稳定防止其沉降的重要构件，对隧道开挖后所产生的水平压力也起着有效的稳定作用，施工时要保证其长度和角度符合设计要求，应保证锁脚施作角度为45度，充分发挥其最佳抗剪与抗拉受力效果，各节点处的锁脚锚管由原设计的两根增加到4根，以增强钢架抵抗围岩挤压变形能力，与此同时做好锁脚与格栅钢架牢固焊接。

所述上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10为倾斜锚管，对所述倾斜锚管进行安装时，先对所述倾斜锚管所安装的钻孔进行钻设，因作业空间有限，为切实有效保证锁脚锚管的钻孔深度及角度，采用“三次钻进法”进行钻孔，依次选用长度为2m、3m和4m的钻杆，将钻孔深度按1.5m、2.5m和4m的顺序逐步钻进至设计深度。钻孔完成后，对所述倾斜锚管进行安装，安装时用凿岩机接送管器将直接将所述倾斜锚管打入钻孔中。本实施例中，所述下部洞体1-3的开挖进度与初期支护仰拱13的施工进度相同，对下锁脚锚管10进行施工时，施工人员无法正常施作45度钻孔作业，为此在隧道仰拱支架2的左右两侧分别加工一个钢筋支架作为锁脚锚管钻孔平台进行施工，保证了锁脚锚管的角度和施工质量。

由于所述格栅钢架安装完成且未成环前，所述格栅钢架的拱脚必须支垫密实牢固。如果所述格栅钢架拱脚底部悬空或不支垫，在锁脚锚管失去作用时，拱脚底部受力将呈自由伸缩状，受围岩变形挤压特别是膨胀土膨胀挤压时变形量及变形速度将快速发展，极易造成初支变形量较大，结构破坏，因此要对所述格栅钢架的拱脚支垫密实。

实际施工时，由后向前在开挖成型的上部洞体1-1内安装上部拱架2-1过程中，在每个已安装完成上部拱架2-1的左右两侧底部分别设置木垫板以控制位移及沉降，并在每个已安装完成上部拱架2-1的左右两侧分别打设上锁脚锚管8；同时，在每个已安装完成上部拱架2-1的左右两侧底部分别铺设一层砂垫层以利于上部拱架2-1与中部侧支架5进行螺栓连接。所述木垫板能柔性板，能满足在岩层4上的支撑需求，保证所述格栅钢架的拱脚支垫密实。

相应地，由后向前在开挖成型的中部洞体1-2左右两侧分别安装中部侧支架5过程中，在每个已安装完成中部侧支架5底部分别设置木垫板以控制位移及沉降，并在每个已安装完成中部侧支架5外侧分别打设中锁脚锚管9；同时，在每个已安装完成中部侧支架5底部分别铺设一层砂垫层以利于中部侧支架5与下部侧支架6进行螺栓连接。

并且，由后向前在开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别安装下部侧支架6过程中，在每个已安装完成下部侧支架6底部分别设置木垫板以控制位移及沉降，并在每个已安装完成下部侧支架6外侧分别打设下锁脚锚管10。

由于所施工隧道采用台阶法开挖，对所施工隧道进行开挖过程中，所述全断面支撑架分步进行安装且其暂时不能封闭成环，造成初期支护极易出现较大变形。本发明采用上锁脚锚管8、中锁脚锚管9和下锁脚锚管10分别对上部拱架2-1、中部侧支架5和下部侧支架6的拱脚进行约束，能有效防止上部拱架2-1、中部侧支架5和下部侧支架6的拱脚发生转动和移动，提高格栅钢架整体稳定性，以防止初支出现较大变形。

本实施例中，步骤二中进行钻爆施工之前，需对隧道洞1拱部进行超前支护，并获得隧道超前支护结构；

如图2和图3所示，所述隧道超前支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道洞1拱部进行超前支护的超前小导管注浆支护结构；多个所述超前小导管注浆支护结构的结构均相同，前后相邻两个所述超前小导管注浆支护结构之间的搭接长度不小于0.5m；

每个所述超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞1掌子面前方土体内的注浆小导管22和一个对多根所述注浆小导管22进行导向的小导管导向架，多根所述注浆小导管22沿上部洞体1-1的拱部轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上；每个所述超前小导管注浆支护结构中所有注浆小导管22的结构和尺寸均相同；所述小导管导向架为一个所述上部拱架3，所述小导管导向架上开有多个对注浆小导管22进行导向的导向孔，多个所述导向孔沿上部洞体1-1的拱部轮廓线由左至右布设。

本实施例中，所述隧道超前支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道洞1拱部进行超前支护的超前小导管注浆支护结构；多个所述超前小导管注浆支护结构的结构均相同，前后相邻两个所述超前小导管注浆支护结构之间的搭接长度不小于0.5m；

每个所述超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞1掌子面前方土体内的注浆小导管22和一个对多根所述注浆小导管22进行导向的小导管导向架，多根所述注浆小导管22沿上部洞体1-1的拱部轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上；每个所述超前小导管注浆支护结构中所有注浆小导管22的结构和尺寸均相同；所述小导管导向架为一个所述上部拱架2-1，所述小导管导向架上开有多个对注浆小导管22进行导向的导向孔，多个所述导向孔沿上部洞体1-1的拱部轮廓线由左至右布设。

本实施例中，所述注浆小导管22采用直径为Φ42mm且壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管，注浆小导管22的长度为3.5m～4.0m，并且在隧道洞1拱部120°范围设置注浆小导管22，注浆小导管22的环向间距为40cm。步骤一中进行隧道开挖及初期支护之前，先采用所述超前小导管注浆支护结构对所施工隧道拱部进行超前支护。

所述注浆小导管22安设采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，然后将注浆小导管22穿过所述小导管导向架，用锤击或钻机顶进，顶入长度不小于注浆小导管22总长度的90%，且外露长度以利于注浆管路的接入，并用高压风将钢管内的砂石吹出。并且，采用注浆小导管22注浆时，所注浆液为水泥砂浆，以增强注浆小导管22的强度。

实际施工过程中，后补强是在由于现场出现对围岩级别判定不准、钢架选择不挡，出现初期支护变形破坏情况下进行补强加固补救措施。当所述隧道初期支护结构封闭成环后，初期支护出现变形破坏，应立即进行临时加固措施，以保证施工人员及洞内施工安全。

本实施例中，为进一步确保隧道稳定性，采用增强套拱作为临时加固措施，所述隧道初期支护结构内侧布设有增强套拱；

所述隧道初期支护结构和所述增强套拱均为对隧道洞1进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道初期支护结构与位于其内侧的所述增强套拱组成增强后初支结构；

结合图2，所述增强套拱包括多个套拱单元，多个所述套拱单元的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每个所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间均设置有一层隔离层26，所述隔离层26为由铺装在所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间的无纺布形成的全断面隔层，所述隔离层26的横断面形状与隧道洞1的横断面形状相同；

每个所述套拱单元均包括M榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的型钢拱架11和一层由喷射于隔离层26上的混凝土形成的内侧混凝土喷射层27，所述内侧混凝土喷射层27的层厚不小于25cm，M榀所述型钢拱架11呈均匀布设且前后相邻两榀所述型钢拱架11之间的间距为0.8m～1.2m；每榀所述型钢拱架11均为对隧道洞1进行全断面支护的全断面支架，M榀所述型钢拱架11均固定于内侧混凝土喷射层27内，所述型钢拱架11的形状与隧道洞1的横断面形状相同，其中M为正整数且M≥4；每个所述套拱单元中M榀所述型钢拱架11通过多道纵向钢筋紧固连接为一体，所述纵向钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向钢筋沿所述型钢拱架11的轮廓线进行布设；每榀所述型钢拱架11均包括一个对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙型钢支架11-1和一个对隧道洞1底部进行支撑的仰拱型钢支架11-2，所述仰拱型钢支架11-2位于拱墙型钢支架11-1的正下方且二者均为拱形支架，所述仰拱型钢支架11-2的左端与拱墙型钢支架11-1的左端底部紧固连接，所述仰拱型钢支架11-2的右端与拱墙型钢支架11-1的右端底部紧固连接；

步骤四中由后向前对下部洞体1-3进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述增强套拱进行施工，获得施工成型的所述增强后初支结构；

由后向前对所述增强套拱进行施工时，由后向前对所述增强套拱中的多个所述套拱单元分别进行施工，多个所述套拱单元的施工方法均相同；所述隧道初期支护结构中内侧布设有所述套拱单元的隧道初期支护结构节段为待增强初支节段；

对所述增强套拱中的任一个所述套拱单元进行施工时，过程如下：

步骤D1、隔离层铺设：由后向前在当前所施工套拱单元外侧的所述待增强初支节段内壁上铺设一层隔离层26；

步骤D2、型钢拱架安装：步骤D1中由后向前铺设隔离层26过程中，由后向前在步骤D1中所述待增强初支节段内对当前所施工套拱单元的M榀所述型钢拱架11分别进行安装，并使每榀所述型钢拱架11均支立于步骤D1中所述隔离层26内侧，同时使步骤D1中所述隔离层26垫装于所安装的M榀所述型钢拱架11与所述待增强初支节段的内壁之间；

步骤D3、纵向钢筋安装：步骤D2中M榀所述型钢拱架11均安装完成后，将M榀所述型钢拱架11通过多道所述纵向钢筋紧固连接为一体；

步骤D4、混凝土喷射：由后向前在步骤D1中所述隔离层26上喷射混凝土并形成内侧混凝土喷射层27，并使步骤D2中M榀所述型钢拱架11和步骤D3中多道所述纵向钢筋均固定于内侧混凝土喷射层27内，同时使步骤D1中所述隔离层26垫装于所述待增强初支节段与内侧混凝土喷射层27之间。

每个所述套拱单元中前后相邻两榀所述型钢拱架11之间的间距大于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距，每榀所述型钢拱架11均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间。这样，所述型钢拱架11和所述全断面支撑架的支护效果能相互补充且受力相互分担，不会出现同一支护断面上变形严重的情况；并且发生初期支护侵限后，对所述套拱单元进行拆除后，不会对所述全断面支撑架的支护作用造成较大影响，确保换拱过程中的施工安全。

本实施例中，L=0.6m，M榀所述型钢拱架11中前后相邻两榀所述型钢拱架11之间的间距为1m。

实际施工时，可根据具体需要，对L的取值大小以及M榀所述型钢拱架11中前后相邻两榀所述型钢拱架11之间的间距分别进行相应调整。

本实施例中，步骤D1中所述待增强初支节段由大变形段和两个分别位于所述大变形段前后两侧的变形过渡段连接而成，所述大变形段为所述隧道初期支护结构施工完成后24小时内所述隧道洞1的拱顶下沉值超过10mm和/或水平收敛值超过5mm的隧道节段，所述隧道洞1的拱顶下沉值为所述隧道初期支护结构拱顶内壁的绝对下沉值，所述隧道洞1的水平收敛值为隧道洞1最大开挖位置处所述隧道初期支护结构内壁的水平收敛值；两个所述变形过渡段均为所施工隧道中与所述大变形段相邻且相互连通的隧道段，两个所述变形过渡段的长度均不小于3L。因而，采用本发明在变形初期便能对所述隧道初期支护结构进行有效加固，对所述隧道初期支护结构变形进行有效控制，确保隧道初期支护效果，并保证施工安全。

采用所述增强套拱对所述隧道初期支护结构进行加固后，使隧道初期支护变形得到有效控制，能保证洞内施工安全。本实施例中，为永久性解决初期支护抵抗围岩变形的能力，步骤D4中进行混凝土喷射后，还需对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固，并获得径向注浆加固结构，使所述径向注浆加固结构与所述待增强初支节段中内侧混凝土喷射层27紧固连接为一体，对所述增强后初支结构外侧土体进行加固，从源头上对所述增强后初支结构变形进行进一步控制。采取径向注浆对初期支护结构外侧围岩进行注浆加固、补强，提高初支背后岩层稳定性及承载能力，达到阻止围岩继续变形。

所述上部洞体1-1与中部洞体1-2组成上洞体，所述径向注浆加固结构位于所述上洞体外侧；

结合图5、图6，所述径向注浆加固结构为通过多排径向注浆孔28向所述上洞体外侧土体内注浆加固后形成的加固结构，多排所述径向注浆孔28沿隧道延伸方向由后向前布设，每排所述径向注浆孔28均包括多个沿所述上洞体的开挖轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上的径向注浆孔28，每个所述径向注浆孔28均为一个从所述上洞体内部由内向外钻进至土体内的钻孔，每排所述径向注浆孔28中多个所述径向注浆孔28呈均匀布设，前后相邻两排所述径向注浆孔28中的径向注浆孔28呈交错布设；所述径向注浆孔28的长度不小于3m；

每排所述径向注浆孔28均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间，并且每排所述径向注浆孔28均位于前后相邻两榀所述型钢拱架11之间；

对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固时，由后向前通过多排所述径向注浆孔28分别进行注浆加固。

本实施例中，每排所述径向注浆孔28中相邻两个所述径向注浆孔28内端的环向间距为1.2m～1.8m，前后相邻两排所述径向注浆孔28的间距为1.8m～2.2m，所述径向注浆孔28的长度为3m。

实际施工时，可根据具体需要，对每排所述径向注浆孔28中相邻两个所述径向注浆孔28内端的环向间距、前后相邻两排所述径向注浆孔28的间距以及径向注浆孔28的长度分别进行相应调整。

本步骤中，通过多排所述径向注浆孔28分别进行注浆加固时，所注浆液为无收缩水泥基灌浆料，能有效增强径向注浆加固效果。

实际施工时，所注浆液也可以采用普通纯水泥浆，水灰比0.5:1～1:1。

实际进行径向注浆加固时，注浆压力为1.5MPa～2.0MPa，注浆顺序由下而上进行，按两序孔进行，即先跳孔跳排注单序孔，然后注剩余的二序孔。注浆结束标准以注浆压力升高至1.0MPa且持续注10min以上，注浆量小于初始进浆量的1/4结束注浆。

本实施例中，对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固过程中，还需对所施工隧道中需进行换拱的需换拱段进行换拱；

所述需换拱段由侵限段和两个分别位于侵限段前后两侧的延伸段连接而成，所述需换拱段的初期支护结构为所述增强后初支结构；所述侵限段为所施工隧道中所述增强后初支结构发生变形侵限的隧道段，两个所述延伸段均为所施工隧道中与所述侵限段相邻且相互连通的隧道段；两个所述延伸段的长度均不小于3L；

对所施工隧道中需进行换拱的所述需换拱段进行换拱时，对所述需换拱段内的所述增强后初支结构进行拆除，拆除过程中同步对所述需换拱段进行初期支护施工，获得更换后隧道初期支护结构。

所述需换拱段内的所有拱墙支护架均为需更换支护架，所述需换拱段内的所有拱墙型钢支架11-1均为需更换型钢支架。

本实施例中，所述需换拱段沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个换拱节段，每个所述换拱节段内均存在一个所述套拱单元，且每个所述套拱单元均位于一个所述换拱节段内；

对所述需换拱段进行换拱施工时，将隧道纵向延伸方向由后向前对多个所述换拱节段分别进行换拱施工；多个所述换拱节段的换拱施工方法均相同；

对任一个所述换拱节段进行换拱施工时，包括以下步骤：

步骤E1、增强套拱拆除：对当前所施工换拱节段内的所述套拱单元进行拆除；

步骤E2、隧道初期支护结构更换：待当前所施工换拱节段内的所述套拱单元拆除后，对当前所施工换拱节段内的所述隧道初期支护结构进行拆除；所述隧道初期支护结构拆除过程中，同步对当前所施工换拱节段进行初期支护施工。

本实施例中，对当前所施工换拱节段内的所述套拱单元进行拆除时，沿隧道纵向延伸方向由后向前对位于隔离层26内侧的内侧混凝土喷射层27进行凿除；对内侧混凝土喷射层27进行凿除过程中，由后向前对将内侧混凝土喷射层27凿除后外露的拱墙型钢支架11-1进行逐一拆除。

本实施例中，所述更换后隧道初期支护结构为采用钢拱架与网喷联合支护方法施工成型的钢拱架与网喷联合支护结构，所述钢拱架的结构和尺寸均与所述需更换支护架的结构和尺寸相同；

所述钢拱架与网喷联合支护结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的所述钢拱架、挂装在多个所述钢拱架上的钢筋网片和喷射在隧道洞1拱墙内壁上的拱墙混凝土喷射层，所述钢筋网片和多个所述钢拱架均固定于拱墙混凝土喷射层内，所述钢拱架位于所述钢筋网片内侧；所述更换后隧道初期支护结构中多个所述钢拱架通过多道纵向水平钢筋紧固连接为一体，多道所述纵向水平钢筋均呈水平布设且其沿所述钢拱架的轮廓线进行布设；

步骤E2中对所述隧道初期支护结构进行拆除时，由前后两端向中间对当前所施工换拱节段内的所述拱墙支护架逐一进行更换；

对当前所施工换拱节段内任一个所述拱墙支护架进行更换时，先将该拱墙支护架周侧的混凝土喷射层凿除，再对所述混凝土喷射层凿除后外露的该拱墙支护架进行更换，并使更换后的所述拱墙支护架与位于其下方的隧道仰拱支架2紧固连接为一体。并且，步骤E2中对所述隧道初期支护结构进行拆除过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述拱墙支护架更换后的所述需换拱段内壁进行混凝土喷射，获得更换后隧道初期支护结构，施工非常简便。

结合图4，所述下部洞体1-3的开挖面后方设置有隧底回填土层7，所述隧底回填土层7位于下部洞体1-3内；所述隧底回填土层7为湿喷机械手21前后移动的临时平台。同时，通过隧底回填土层7也能进一步提高隧道洞1底部的结构稳固性。

本实施例中，所述上部拱架2-1与中部侧支架5之间、所述中部侧支架5与下部侧支架6之间以及所述下部侧支架6与隧道仰拱支架2之间均通过连接螺栓进行固定连接。所述上部拱架2-1的两端、中部侧支架5的两端、下部侧支架6的两端和隧道仰拱支架2的两端均设置有供所述连接螺栓安装的连接钢板。

为确保加工质量并提高现场施工效率，所述全断面支撑架采用工厂化集中加工与配送，并满足所有工作面半小时内配送到位的要求。

步骤五中对下部洞体1-3进行开挖过程中，及时对开挖成型的下部洞体1-3进行初期支护，并获得初期支护仰拱13；所述下部洞体1-3初期支护完成后，及时在初期支护仰拱13上对隧底回填土层7进行回填。对隧底回填土层7进行回填时，采用下部洞体1-3内的洞渣（即渣土）对隧底回填土层7进行回填。

对上部洞体1-1、中部洞体1-2和下部洞体1-3进行开挖过程中，均采用挖掘机将开挖形成的洞渣装至自卸汽车，并通过自卸汽车进行外运。对开挖形成的洞渣进行外运时，还需预留用于回填隧底回填土层7所用的洞渣，且将预留的洞渣（即渣土和碴石）置于下部洞体1-3的内侧一侧以便及时对隧底回填土层7进行回填。

如图3所示，本实施例中，对所施工隧道进行隧道开挖施工时，所述湿喷机械手21通过隧底回填土层7沿隧道纵向延伸方向分多次进行向前移动，每次向前移动距离均与一个所述开挖节段的长度相同。

所述湿喷机械手21每次向前移动到位后，位于隧底回填土层7前方的已开挖成型隧道洞1的长度均与一个所述开挖节段的长度相同，此时位于隧底回填土层7前方的已开挖成型隧道洞1为当前所开挖节段；所述湿喷机械手21每次向前移动到位后，由上至下对当前所开挖节段进行混凝土喷射，并完成当前所开挖节段的开挖及初期支护施工过程。待当前所开挖节段的开挖及初期支护施工过程完成后，在当前所开挖节段内已施工成型的初期支护仰拱13上施工隧底回填土层7，此时所施工的隧底回填土层7为供湿喷机械手21下一次向前移动所用的移动平台。

本实施例中，为避免爆破过程损伤湿喷机械手21，并且能在隧道洞1开挖成型后能立即进行混凝土喷射以确保初期支护快速进行，完成前侧开挖节段的钻爆施工过程后且所述前侧开挖节段的下部洞体1-3开挖完成前，将湿喷机械手21向前移动到位，以便采用所述湿喷机械手21及时进行混凝土喷射。所述前侧开挖节段为位于当前所开挖节段前方且与当前所开挖节段相邻的一个所述开挖节段。

由上述内容可知，一个所述开挖节段的隧道开挖过程与其内部所述隧道初期支护结构的施工过程同步进行，能确保初期支护及时封闭成环，并保证在最短时间内初期支护封闭成环，防治围岩变形过大，确保施工安全。并且，初期支护封闭成环后，为大型机械在洞内移动提高便利，从而能最多限度满足大型机械化施工需求，降低劳动强度，实现上中下台阶同步作业，实现全断面流水施工，能有效提高施工效率，降低工程成本，达到安全、经济、高效的施工目的。

所述下爆破区由于距离拱顶及上部洞体的掌子面最远，因而爆破震动影响最小，并且上爆破区和中爆破内爆破后的岩土均能对下爆破区爆破过程中产生的震动进行压制和约束，因而能有效减小爆破过程中所产生的震动。

本实施例中，所述拱墙混凝土喷射层19和仰拱混凝土喷射层20的层厚均为30cm且均采用C25混凝土。

所述湿喷机械手21为移动式混凝土喷射机械手。本实施例中，所述湿喷机械手21为中国铁建重工集团有限公司生产的HPS3016S型湿喷机械手（也称为HPS3016轮胎式混凝土喷射台车）或中铁岩锋成都科技有限公司生产的TKJ-20型湿喷机械手（也称为TKJ-20型混凝土喷射机械手）。

对拱墙混凝土喷射层19和仰拱混凝土喷射层20进行喷射时，先进行初喷，再进行复喷。其中，实际进行初喷时，沿隧道开挖断面从一侧拱脚开始喷射，经过拱部直至另一侧拱脚结束；首次喷射时喷射厚度应控制在边墙10cm～15cm，拱部5cm～10cm。

待初喷混凝土初凝后，按照自下而上的顺序进行复喷。仰拱在喷射时应先喷射中间后喷射两边，中间喷射厚度应大于两边厚度。

边墙复喷时在第一次初喷基础上直接喷射至设计厚度。拱部每次喷射厚度应控制在4cm～5cm，每次喷射间隔5～10min，这样可以大幅减少回弹量。喷射过程中，喷嘴与受喷面间距宜为1.0cm～1.5m，喷嘴喷射过程中作连续、缓慢的横向或环向移动。若受喷面被钢架、钢筋网遮挡时，根据具体情况变换喷嘴的喷射角度和与受喷面的距离，将钢架、钢筋网背后喷填密实。喷射过程中如遇到受喷面有裂隙渗漏水时，应先喷射无水处，逐渐喷射覆盖至有渗水处，在喷射渗水处时速凝剂使用量可在标准用量的基础上增加0.5%～2.0%的掺量，总掺量不得超过水泥用量的6.0%。

喷射混凝土后，应立即进行潮湿性养护，一般养护不少于14d。喷射混凝土作业的环境温度不得低于5℃。

为进一步提高所施工隧道底部的稳定性，所述隧道初期支护结构中前后相邻两榀所述隧道仰拱支架2之间均通过多道由左至右布设的纵向连接件进行紧固连接，多道所述纵向连接件均呈水平布设且其沿所述隧道仰拱支架的轮廓线进行布设。

本实施例中，所述纵向连接件为槽钢。

实际施工时，所述纵向连接件也可以采用其它类型的型钢。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：所施工隧道的横断面大于100m²且其位于土石分界地层内，所述土石分界地层包括黄土地层（3）和位于黄土地层（3）下方的岩层（4），所述黄土地层（3）与岩层（4）之间的分界面为土石分界面；所施工隧道的隧道洞（1）由上至下分为上部洞体（1-1）、中部洞体（1-2）和下部洞体（1-3），所述上部洞体（1-1）为由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体（1-2）为由后向前对所施工隧道进行中台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体（1-3）为由后向前对所施工隧道进行下台阶开挖后形成的洞体，所述土石分界面位于上部洞体（1-1）内，所述上部洞体（1-1）和中部洞体（1-2）组成上洞体；

对所施工隧道进行开挖施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个开挖节段对所施工隧道进行开挖施工，各开挖节段的开挖施工方法均相同；对所施工隧道的任一个开挖节段进行开挖施工时，包括以下步骤：

步骤一、测量放线：在当前所施工开挖面上对上部洞体（1-1）、中部洞体（1-2）和下部洞体（1-3）的开挖轮廓线分别进行测量放线，同时对当前所施工开挖节段中上部洞体（1-1）、中部洞体（1-2）和下部洞体（1-3）的开挖面上需开设炮眼的数量和各炮眼的布设位置分别进行测量放线；所述当前所施工开挖面为当前所施工开挖节段的开挖面；

所述上部洞体（1-1）的爆破开挖面分为左上爆区（1-11）和位于左上爆区（1-11）右侧的右上爆区（1-12），所述上部洞体（1-1）的爆破开挖面位于所述土石分界面下方；所述中部洞体（1-2）的爆破开挖面由左至右分为左爆区（1-21）、中爆区（1-22）和右爆区（1-23），所述左爆区（1-21）和右爆区（1-23）对称布设于中爆区（1-22）的左右两侧；

所述中爆区（1-22）为掏槽区且其上开有四组掏槽眼（1-4），每组所述掏槽眼（1-4）均包括多个由上至下布设于同一竖直面上的掏槽眼（1-4）；四组所述掏槽眼（1-4）包括左右两组对称布设的内侧掏槽眼和左右两组对称布设的外侧掏槽眼，两组所述内侧掏槽眼均位于两组所述外侧掏槽眼之间；所述内侧掏槽眼与所述外侧掏槽眼呈交错布设；

所述左上爆区（1-11）左侧、右上爆区（1-12）右侧、左爆区（1-21）左侧和右爆区（1-23）右侧均由上至下设置有多个周边眼（1-5）；

所述左爆区（1-21）和右爆区（1-23）上由左至右布设有三列辅助眼（1-6），所述左爆区（1-21）和右爆区（1-23）上每列所述辅助眼（1-6）均包括多个由上至下布设于同一竖直面上的辅助眼（1-6）；所述左上爆区（1-11）和右上爆区（1-12）上均布设有上下两排辅助眼（1-6），所述左上爆区（1-11）和右上爆区（1-12）上每排所述辅助眼（1-6）均包括多个由左至右布设的辅助眼（1-6）；

所述上洞体的爆破开挖面分为5个爆区，5个所述爆区分别为左上爆区（1-11）、右上爆区（1-12）、左爆区（1-21）、中爆区（1-22）和右爆区（1-23）；5个所述爆区中左爆区（1-21）和右爆区（1-23）同时起爆，左上爆区（1-11）和右上爆区（1-12）同时起爆，所述中爆区（1-22）、右爆区（1-23）和右上爆区（1-12）按由先至后的顺序进行起爆；

所述掏槽眼（1-4）、周边眼（1-5）和辅助眼（1-6）均为炮眼；

步骤二、钻爆施工：根据步骤一中测量放线得出的各炮眼的布设位置，采用钻孔设备对当前所施工开挖面上的所有炮眼分别进行钻孔，再在钻孔成型的各炮眼内分别装药，装药完成后起爆进行爆破；

步骤三、上部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的上部洞体（1-1）进行开挖；

由后向前对当前所施工开挖节段的上部洞体（1-1）进行开挖时，由后向前对上部洞体（1-1）内的黄土地层（3）进行开挖；由后向前对上部洞体（1-1）内的黄土地层（3）进行开挖过程中，采用运碴车由后向前将上部洞体（1-1）内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成上部洞体（1-1）的开挖施工过程；

步骤四、中部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体（1-2）进行开挖；

由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体（1-2）进行开挖时，采用运碴车由后向前将中部洞体（1-2）内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成中部洞体（1-2）的开挖施工过程；

步骤五、下部洞体开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体（1-3）进行开挖，完成一个所述开挖节段的开挖施工过程；

由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体（1-3）进行开挖时，采用运碴车由后向前将下部洞体（1-3）内爆破后产生的碴石运送至所施工隧道的隧道洞口外侧，完成下部洞体（1-3）的开挖施工过程；

步骤六、下一个开挖节段开挖施工：按照步骤一至步骤五中所述的方法，对所施工隧道的下一个开挖节段进行开挖施工；

步骤七、多次重复步骤六，直至完成所施工隧道的全部开挖施工过程。

2.按照权利要求1所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：步骤一中每组所述内侧掏槽眼均包括两个所述掏槽眼（1-4），每组所述外侧掏槽眼均包括三个所述掏槽眼（1-4）；

所述左爆区（1-21）和右爆区（1-23）上每列所述辅助眼（1-6）中均包括3个或4个所述辅助眼（1-6）；

所述左上爆区（1-11）和右上爆区（1-12）上每排所述辅助眼（1-6）均包括4个所述辅助眼（1-6）。

3.按照权利要求1或2所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：步骤一中两组所述内侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为1段，靠近右爆区（1-23）的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为3段，靠近左爆区（1-21）的一组所述外侧掏槽眼爆破用雷管的段位均为5段；

所述左爆区（1-21）上三列所述辅助眼（1-6）爆破用雷管的段位由右向左分别为3段、5段和7段，所述右爆区（1-23）上三列所述辅助眼（1-6）爆破用雷管的段位由左向右分别为3段、5段和7段；

所述左爆区（1-21）和右爆区（1-23）上所有周边眼（1-5）爆破用雷管的段位均为9段；

所述中爆区（1-22）上段位为5段的雷管与所述左爆区（1-21）上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接，所述中爆区（1-22）上段位为3段的雷管与所述右爆区（1-23）上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接；

所述左爆区（1-21）上段位为5段的雷管与左上爆区（1-11）上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接，所述右爆区（1-23）上段位为5段的雷管与右上爆区（1-12）上各炮眼爆破用雷管之间通过导爆管进行连接。

4.按照权利要求1或2所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：步骤三中由后向前对上部洞体（1-1）内的黄土地层（3）进行开挖时，采用挖机进行开挖；

采用挖机进行开挖之前，先在所述挖机的抓斗上安装一个松土器并通过所述松土器对上部洞体（1-1）内的黄土地层（3）进行松土，再将所述松土器拆除并采用所述挖机对上部洞体（1-1）内的黄土地层（3）进行开挖。

5.按照权利要求1或2所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：所述隧道洞（1）的隧道初期支护结构分为对隧道洞（1）的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构（12）和对隧道洞（1）底部进行初期支护的初期支护仰拱（13）；

所述隧道初期支护结构包括对隧道洞（1）进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞（1）的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞（1）底部进行初期支护的仰拱初期支护结构；所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架，前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体，所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设；所述全断面支撑结构中多榀所述全断面支撑架呈均匀布设，前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.5m～0.8m；

所述全断面支撑架的形状与隧道洞（1）的横断面形状相同，每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞（1）的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞（1）底部进行支护的隧道仰拱支架（2）拼接而成，所述隧道仰拱支架（2）位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架（2）与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞（1）底部的仰拱混凝土喷射层（20），所述隧道仰拱支架（2）固定于仰拱混凝土喷射层（20）内；

所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所有拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构（12），所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的所有隧道仰拱支架（2）组成初期支护仰拱（13）；

所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体（1-1）内的上部拱架（3）、两个对称布设于上部拱架（3）左右两侧下方且均位于中部洞体（1-2）内的中部侧支架（5）、两个对称布设于上部拱架（3）左右两侧下方且均位于下部洞体（1-3）内的下部侧支架（6）构成，所述隧道仰拱支架（2）位于下部洞体（1-3）内；每个所述中部侧支架（5）均连接于一个所述下部侧支架（6）上端与上部拱架（3）的一端之间；所述隧道仰拱支架（2）的左端与一个所述下部侧支架（6）底部紧固连接，所述隧道仰拱支架（2）的右端与另一个所述下部侧支架（6）底部紧固连接；

步骤三中当前所施工开挖节段的上部洞体（1-1）开挖完成后，由后向前在开挖成型的上部洞体（1-1）内安装上部拱架（2-1）；同时进入步骤四，由后向前对当前所施工开挖节段的中部洞体（1-2）进行开挖；

步骤四中当前所施工开挖节段的中部洞体（1-2）开挖完成后，由后向前在开挖成型的中部洞体（1-2）左右两侧分别安装中部侧支架（5），并使每个所述中部侧支架（5）均与位于其上方的上部拱架（2-1）紧固连接为一体；同时进入步骤五，由后向前对当前所施工开挖节段的下部洞体（1-3）进行开挖；

步骤五中当前所施工开挖节段的下部洞体（1-3）开挖完成后，由后向前在开挖成型的下部洞体（1-3）左右两侧分别安装下部侧支架（6），并使每个所述下部侧支架（6）均与位于其上方的中部侧支架（5）紧固连接为一体；同时，由后向前在下部洞体（1-3）底部安装隧道仰拱支架（2）并使所安装隧道仰拱支架（2）与下部洞体（1-3）左右两侧所安装的下部侧支架（6）紧固连接为一体，获得支立完成的所述全断面支撑架，并通过多道所述纵向连接钢筋将前后相邻两个所述全断面支撑架紧固连接为一体。

6.按照权利要求5所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：所述拱墙网喷支护结构包括挂装在隧道洞（1）拱墙上的拱墙钢筋网片和一层喷射于隧道洞（1）拱墙上的拱墙混凝土喷射层（19），所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上，所述拱墙钢筋网片与所述拱墙钢拱架均固定于拱墙混凝土喷射层（19）内；

步骤三中当前所施工开挖节段的上部洞体（1-1）开挖完成后，先由后向前在上部洞体（1-1）拱部挂装拱部钢筋网片，同时由后向前在上部洞体（1-1）内安装上部拱架（2-1），并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架（2-1）紧固连接；

步骤四中当前所施工开挖节段的中部洞体（1-2）开挖完成后，先由后向前在中部洞体（1-2）左右两侧分别挂装中部钢筋网片，同时由后向前在中部洞体（1-2）左右两侧分别安装中部侧支架（5），并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架（5）紧固连接，同时使所挂装的中部钢筋网片与位于其上方的所述拱部钢筋网片紧固连接；

步骤五中当前所施工开挖节段的下部洞体（1-3）开挖完成后，先由后向前在下部洞体（1-3）左右两侧分别挂装下部钢筋网片，同时由后向前在下部洞体（1-3）左右两侧分别安装下部侧支架（6），并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架（6）紧固连接，同时使所挂装的下部钢筋网片与位于其上方所述中部钢筋网片紧固连接；

由后向前在下部洞体（1-3）左右两侧分别安装下部侧支架（6）过程中，由后向前在下部洞体（1-3）底部安装隧道仰拱支架（2）并使所安装隧道仰拱支架（2）与下部洞体（1-3）左右两侧所安装的下部侧支架（6）紧固连接为一体，获得支立完成的所述全断面支撑架；

待当前所施工开挖节段内所有全断面支撑架均支立完成且前后相邻两个所述全断面支撑架之间均通过多道所述纵向连接钢筋进行连接后，由上至下对当前所施工开挖节段的上部洞体（1-1）、中部洞体（1-2）和下部洞体（1-3）分别进行混凝土喷射施工；

其中，对当前所施工开挖节段的上部洞体（1-1）进行混凝土喷射施工时，由后向前在开挖成型的上部洞体（1-1）内壁上喷射一层混凝土，形成拱部混凝土喷射层，并使所挂装的拱部钢筋网片与所安装的上部拱架（2-1）均固定于所述拱部混凝土喷射层内，完成上部洞体（1-1）的开挖及初期支护施工过程；

对当前所施工开挖节段的中部洞体（1-2）进行混凝土喷射施工时，由后向前在中部洞体（1-2）的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土，形成中部混凝土喷射层，使所述中部混凝土喷射层与位于其上方的所述拱部混凝土喷射层连接，并使所挂装的中部钢筋网片与所安装的中部侧支架（5）均固定于所述中部混凝土喷射层内，完成中部洞体（1-2）的开挖及初期支护施工过程；

对当前所施工开挖节段的下部洞体（1-3）进行混凝土喷射施工时，由后向前在下部洞体（1-3）的左右两侧内壁上分别喷射一层混凝土，形成下部混凝土喷射层，使所述下部混凝土喷射层与位于其上方的所述中部混凝土喷射层连接，并使所挂装的下部钢筋网片与所安装的下部侧支架（6）均固定于所述下部混凝土喷射层内，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；同时，由后向前在下部洞体（1-3）底部喷射一层混凝土，形成仰拱混凝土喷射层（20），使仰拱混凝土喷射层（20）与位于其上方的所述下部混凝土喷射层连接，并使隧道仰拱支架（2）固定于仰拱混凝土喷射层（20）内；

所述拱部钢筋网片、所述中部钢筋网片与所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片，所述拱部混凝土喷射层、所述中部混凝土喷射层与所述下部混凝土喷射层由上至下连接组成拱墙混凝土喷射层（19）。

7.按照权利要求5所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：所述隧道初期支护结构内侧布设有增强套拱；

所述隧道初期支护结构和所述增强套拱均为对隧道洞（1）进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道初期支护结构与位于其内侧的所述增强套拱组成增强后初支结构；

所述增强套拱包括多个套拱单元，多个所述套拱单元的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每个所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间均设置有一层隔离层（26），所述隔离层（26）为由铺装在所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间的无纺布形成的全断面隔层，所述隔离层（26）的横断面形状与隧道洞（1）的横断面形状相同；

每个所述套拱单元均包括M榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的型钢拱架（11）和一层由喷射于隔离层（26）上的混凝土形成的内侧混凝土喷射层（27），所述内侧混凝土喷射层（27）的层厚不小于25cm，M榀所述型钢拱架（11）呈均匀布设且前后相邻两榀所述型钢拱架（11）之间的间距为0.8m～1.2m；每榀所述型钢拱架（11）均为对隧道洞（1）进行全断面支护的全断面支架，M榀所述型钢拱架（11）均固定于内侧混凝土喷射层（27）内，所述型钢拱架（11）的形状与隧道洞（1）的横断面形状相同，其中M为正整数且M≥4；每个所述套拱单元中M榀所述型钢拱架（11）通过多道纵向钢筋紧固连接为一体，所述纵向钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向钢筋沿所述型钢拱架（11）的轮廓线进行布设；每榀所述型钢拱架（11）均包括一个对隧道洞（1）的拱墙进行支护的拱墙型钢支架（11-1）和一个对隧道洞（1）底部进行支撑的仰拱型钢支架（11-2），所述仰拱型钢支架（11-2）位于拱墙型钢支架（11-1）的正下方且二者均为拱形支架，所述仰拱型钢支架（11-2）的左端与拱墙型钢支架（11-1）的左端底部紧固连接，所述仰拱型钢支架（11-2）的右端与拱墙型钢支架（11-1）的右端底部紧固连接；

步骤四中由后向前对下部洞体（1-3）进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述增强套拱进行施工，获得施工成型的所述增强后初支结构；

由后向前对所述增强套拱进行施工时，由后向前对所述增强套拱中的多个所述套拱单元分别进行施工，多个所述套拱单元的施工方法均相同；所述隧道初期支护结构中内侧布设有所述套拱单元的隧道初期支护结构节段为待增强初支节段；

对所述增强套拱中的任一个所述套拱单元进行施工时，过程如下：

步骤D1、隔离层铺设：由后向前在当前所施工套拱单元外侧的所述待增强初支节段内壁上铺设一层隔离层（26）；

步骤D2、型钢拱架安装：步骤D1中由后向前铺设隔离层（26）过程中，由后向前在步骤D1中所述待增强初支节段内对当前所施工套拱单元的M榀所述型钢拱架（11）分别进行安装，并使每榀所述型钢拱架（11）均支立于步骤D1中所述隔离层（26）内侧，同时使步骤D1中所述隔离层（26）垫装于所安装的M榀所述型钢拱架（11）与所述待增强初支节段的内壁之间；

步骤D3、纵向钢筋安装：步骤D2中M榀所述型钢拱架（11）均安装完成后，将M榀所述型钢拱架（11）通过多道所述纵向钢筋紧固连接为一体；

步骤D4、混凝土喷射：由后向前在步骤D1中所述隔离层（26）上喷射混凝土并形成内侧混凝土喷射层（27），并使步骤D2中M榀所述型钢拱架（11）和步骤D3中多道所述纵向钢筋均固定于内侧混凝土喷射层（27）内，同时使步骤D1中所述隔离层（26）垫装于所述待增强初支节段与内侧混凝土喷射层（27）之间。

8.按照权利要求7所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：步骤D1中所述待增强初支节段由大变形段和两个分别位于所述大变形段前后两侧的变形过渡段连接而成，所述大变形段为所述隧道初期支护结构施工完成后24小时内所述隧道洞（1）的拱顶下沉值超过10mm和/或水平收敛值超过5mm的隧道节段，所述隧道洞（1）的拱顶下沉值为所述隧道初期支护结构拱顶内壁的绝对下沉值，所述隧道洞（1）的水平收敛值为隧道洞（1）最大开挖位置处所述隧道初期支护结构内壁的水平收敛值；两个所述变形过渡段均为所施工黄土隧道中与所述大变形段相邻且相互连通的隧道段，两个所述变形过渡段的长度均不小于3L。

9.按照权利要求7所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：步骤D4中进行混凝土喷射后，还需对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固，并获得径向注浆加固结构；

所述径向注浆加固结构位于所述上洞体外侧；

所述径向注浆加固结构为通过多排径向注浆孔（28）向所述上洞体外侧土体内注浆加固后形成的加固结构，多排所述径向注浆孔（28）沿隧道延伸方向由后向前布设，每排所述径向注浆孔（28）均包括多个沿所述上洞体的开挖轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上的径向注浆孔（28），每个所述径向注浆孔（28）均为一个从所述上洞体内部由内向外钻进至土体内的钻孔，每排所述径向注浆孔（28）中多个所述径向注浆孔（28）呈均匀布设，前后相邻两排所述径向注浆孔（28）中的径向注浆孔（28）呈交错布设；所述径向注浆孔（28）的长度不小于3m；

每排所述径向注浆孔（28）均位于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间，并且每排所述径向注浆孔（28）均位于前后相邻两榀所述型钢拱架（11）之间；

对步骤D1中所述待增强初支节段的拱墙进行径向注浆加固时，由后向前通过多排所述径向注浆孔（28）分别进行注浆加固。

10.按照权利要求5所述的基于分区爆破的隧道三台阶同步开挖施工方法，其特征在于：所述隧道洞（1）的围岩级别为Ⅴ级或Ⅵ级，每个所述开挖节段的长度为2L。

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