CN110761808A - 一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法，该支护体系包括隧道超前支护结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，隧道二次衬砌中仰拱二次衬砌的上表面为水平面且其上设置有仰拱回填层；该方法包括步骤：一、隧道开挖及初期支护；二、二衬施工及仰拱回填。本发明设计合理、施工简便且施工效率高、使用效果好，将隧道超前支护结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌组成联合支护体系，对大断面黄土隧道进行稳固、可靠支护，并且将二次衬砌仰拱上表面调整为水平面，能有效简化隧道仰拱施工过程，并使隧道仰拱刚度整体大幅提升，提高隧道二次衬砌的施工效率，缩短隧道二次衬砌封环时间，使隧道二次衬砌的整体性更强，整体受力效果更佳。

Description

一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种大断面黄土隧道支护 体系及支护施工方法。

背景技术

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。其中，非 湿陷性黄土是指在自重和外部荷载作用下被水浸湿后完全不发生湿陷或 黄土湿陷系数＜0.015的黄土。非湿陷性黄土是黄土是在干旱气候条件下 形成的特种土，一般为浅黄、灰黄或黄褐色,具有目视可见的大孔和垂直 节理。湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附 加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属 于特殊土，有些杂填土也具有湿陷性，广泛分布于我国东北、西北、华中 和华东部分地区的黄土多具湿陷性。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。

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， 对于处于黄土地层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，洞体周侧土层变形大。 尤其是对于隧道开挖断面大于100m²的大断面隧道而言，洞体周侧土层变 形非常大，并且开挖施工难度非常大。

对大断面黄土隧道进行开挖时，采用台阶法进行开挖。台阶法是指先 开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面 (下台阶，也称隧道上部洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。其中， 三台阶开挖法(也称为三台阶法)是指将所开挖隧道分为上、中、下三个 台阶进行开挖。采用三台阶法对大断面黄土隧道进行开挖时，由于洞体周 侧土层变形非常大，施工难度大且施工风险高，必须及时设置合理的支撑 结构，一方面防止后续开挖区域坍塌，另一方面对已开挖成型洞体进行有 效支护，以确保施工安全。现如今，国内外深埋黄土隧道施工过程中，由 于黄土地质松软多孔、垂直节理发育、具有蠕变作用，特别是富水段落， 开挖后围岩暴露时间过长极易发生加大变形，存在变形控制难度大、施工 进度受到制约等问题。采用传统的三台阶法、三台阶临时仰拱法、三台阶大拱脚临时仰拱法、双侧壁导坑法、CD法等开挖施工方法进行开挖时，存 在以下三个方面问题：第一、仰拱未及时封闭成环，围岩变形大，容易发 生坍塌事故；第二、空间断面被分割，作业空间狭小不利于大型机械施工， 无法满足大型机械化施工需求，各工序之间干扰较大，各作业面无法同步 作业，功效低，施工速度慢；第三、采用临时仰拱，工程成本高，且拆除 过程中存在较大安全风险。并且，采用三台阶法对大断面黄土隧道进行开 挖时，由于开挖断面分块多，将大断面隧道断面分隔成几个小断面(分部) 进行施工，开挖施工中需要架设和拆除大量临时支撑，施工工序多、对各 小断面支护结构连接的工艺要求高，支护难度大，并且施工效率低。

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 种大断面黄土隧道支护体系，其结构设计合理且施工简便、使用效果好， 将隧道超前支护结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌组成联合支护体 系，对大断面黄土隧道进行稳固、可靠支护，并且将二次衬砌仰拱的上表 面调整为水平面并使仰拱二次衬砌与仰拱填充层的交界面调整为水平面， 能有效简化隧道仰拱施工过程，并使隧道仰拱结构的刚度整体大幅提升， 进一步提高隧道二次衬砌的施工效率，缩短隧道二次衬砌的封环时间，使 隧道二次衬砌的整体性更强，整体受力效果更佳。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大断面黄土隧道 支护体系，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞拱部进行超前支 护的隧道超前支护结构、对隧道洞进行初期支护的隧道初期支护结构和布 设于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌，所述隧道超前支护结构 位于所述隧道初期支护结构上方，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次 衬砌均为对所施工黄土隧道的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构， 所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；所述隧道洞的横断面积大于100m²， 所述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黄土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黄土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黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；

所述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，所述隧道二次 衬砌分为对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌和对隧道洞底部进行 支护的仰拱二次衬砌；所述仰拱二次衬砌位于初期支护仰拱上方，所述仰 拱二次衬砌上设置有仰拱回填层，所述仰拱二次衬砌的上表面为水平面， 所述拱墙二次衬砌的左右两侧底部均为水平面，所述拱墙二次衬砌支撑于仰拱二次衬砌上且二者浇筑为一体，所述仰拱回填层为混凝土填充层；

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；

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

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左右两侧底部 外侧的上锁脚锚管、左右两组对称布设的中锁脚锚管和左右两组对称布设 的下锁脚锚管，两组所述上锁脚锚管、两组所述中锁脚锚管和两组所述下 锁脚锚管均布设于隧道洞的同一个横断面上；每个所述中部侧支架的底部 外侧均设置有一组所述中锁脚锚管，每个所述下部侧支架的底部外侧均设 置有一组所述下锁脚锚管；每组所述上锁脚锚管均包括上下两个平行布设 的上锁脚锚管，每组所述中锁脚锚管均包括上下两个平行布设的中锁脚锚 管，每组所述下锁脚锚管均包括上下两个平行布设的下锁脚锚管；所述上 锁脚锚管、中锁脚锚管和下锁脚锚管均为由内至外进入隧道洞周侧土层内 的锁脚锚管且三者由内向外逐渐向下倾斜。

上述一种大断面黄土隧道支护体系，其特征是：所述上部洞体和中部 洞体的开挖高度均为3.5m～4.5m，所述下部洞体的开挖面后方设置有隧底 回填土层，所述隧底回填土层位于下部洞体内，所述隧底回填土层位于初 期支护仰拱上；所述隧底回填土层为供湿喷机械手进行前后移动的临时移 动平台。

上述一种大断面黄土隧道支护体系，其特征是：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 洞掌子面前方土体内的注浆小导管和一个对多根所述注浆小导管进行导 向的小导管导向架，多根所述注浆小导管沿上部洞体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，所 述小导管导向架上开有多个对注浆小导管进行导向的导向孔，多个所述导 向孔沿上部洞体的拱部轮廓线由左至右布设。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且施工简便、使 用效果好的大断面黄土隧道支护施工方法，其特征在于：该方法包括以下 步骤：

步骤一、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施 工黄土隧道进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞进行 初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；

步骤二、二衬施工及仰拱回填：步骤一中由后向前对开挖成型的隧道 洞进行初期支护过程中，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隧道二次衬砌进行施工；

由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时，由后向前在已施工完成的 初期支护仰拱上对仰拱二次衬砌进行施工，获得施工成型的仰拱二次衬 砌；由后向前对仰拱二次衬砌进行施工过程中，由后向前在已施工完成的 仰拱二次衬砌上对拱墙二次衬砌进行施工，并使所施工拱墙二次衬砌与位 于其下方的仰拱二次衬砌连接为一体，获得施工成型的所述隧道二次衬 砌；

本步骤中，由后向前对仰拱二次衬砌进行施工过程中，沿隧道纵向延 伸方向由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌上对仰拱回填层进行施工。

上述施工方法，其特征是：步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，包 括以下步骤：

步骤B1、上部洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对 所施工黄土隧道的上部洞体进行开挖；

所述上部洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的上部洞体拱部进行 网喷支护，同时由后向前在开挖成型的上部洞体内安装上部拱架，完成上 部洞体的开挖及初期支护施工过程；

步骤B2、中部洞体开挖及初期支护：步骤B1中进行上部洞体开挖及 初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的上部洞体 下方对中部洞体进行开挖；

所述中部洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的中部洞体左右两侧 分别进行网喷支护，同时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步骤B1中所述上部拱架紧 固连接为一体，完成中部洞体的开挖及初期支护施工过程；

本步骤中，所述中部洞体的开挖面位于上部洞体的开挖面后方且二者 之间的水平间距为4m～6m；

步骤B3、下部洞体开挖及初期支护：步骤B2中进行中部洞体开挖及 初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体 下方对下部洞体进行开挖；

所述下部洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的下部洞体左右两侧 分别进行网喷支护，网喷支护过程中同步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步骤B2中 所述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；所述隧道仰拱支架安装过程中，同步由后向前在隧道洞底部喷射一层混凝土形成仰拱混凝土喷射层，并使隧道仰拱支架固 定于仰拱混凝土喷射层内，完成下部洞体的开挖及初期支护施工过程；

本步骤中，所述下部洞体的开挖面位于中部洞体的开挖面后方且二者 之间的水平间距为4m～6m；

本步骤中，由后向前对下部洞体进行开挖过程中，获得开挖成型的隧 道洞；由后向前对开挖成型的下部洞体左右两侧分别进行网喷支护后，获 得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；所述拱墙网喷支护结构与仰拱混凝 土喷射层连接。

上述施工方法，其特征是：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～1m；

步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护时，所述上部洞体的开挖进 尺为2L～3L；

步骤B2中进行中部洞体开挖及初期支护时，所述中部洞体的开挖进 尺为2L～3L；

步骤B3中进行下部洞体开挖及初期支护时，所述下部洞体的开挖进 尺为2L～3L。

上述施工方法，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B1中由后向前对上部洞体拱部进行网喷支护时，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；再由后向 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；

步骤B2中由后向前对中部洞体左右两侧分别进行网喷支护时，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步骤B1中所述 拱部钢筋网片紧固连接；再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步骤B1中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；

步骤B3中由后向前对下部洞体左右两侧分别进行网喷支护时，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步骤B2中所述 中部钢筋网片紧固连接；再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步骤B2中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，完成下部洞体左右两侧的 网喷支护过程，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；

步骤B1中所述拱部钢筋网片、步骤B2中所述中部钢筋网片与步骤B3 中所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片，步骤B1中所 述拱部混凝土喷射层、步骤B2中所述中部混凝土喷射层与步骤B3中所述 下部混凝土喷射层由上至下连接组成拱墙混凝土喷射层；

所述拱墙混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层均为采用湿喷机械手喷 射形成的混凝土层。

上述施工方法，其特征是：步骤B1中所述上部洞体的开挖进尺、步 骤B2中所述中部洞体的开挖进尺与步骤B3中所述下部洞体的开挖进尺均 相同；

步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，所述湿喷机械手通过隧底回填 土层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下 部洞体的开挖进尺相同；

所述湿喷机械手每次向前移动到位后，位于隧底回填土层前方的已开 挖成型下部洞体的长度均与下部洞体的开挖进尺相同，此时位于隧底回填 土层前方的已开挖成型下部洞体为当前所开挖下部洞体；

所述湿喷机械手每次向前移动到位后，先采用湿喷机械手由后向前对 当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层同 步进行喷射，同时完成当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程； 待当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程完成后，在当前所开挖 下部洞体内已施工成型的初期支护仰拱上施工隧底回填土层，此时所施工 的隧底回填土层为供湿喷机械手下一次向前移动所用的移动平台；

待当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷 射层均喷射完成后，再采用湿喷机械手由后向前对位于当前所开挖下部洞 体前方且此时已开挖成型的上部洞体和中部洞体分别进行混凝土喷射，同 时完成位于当前所开挖下部洞体前方的上部洞体和中部洞体的开挖及初 期支护施工过程；

待位于当前所开挖下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体和中 部洞体内混凝土喷射完成后，对湿喷机械手进行下一次向前移动。

上述施工方法，其特征是：所述隧道二次衬砌的左右两个矮边墙为拱 墙二次衬砌左右两侧底部的衬砌节段；

步骤二中对拱墙二次衬砌进行施工时，采用二衬台车沿隧道纵向延伸 方向由后向前对拱墙二次衬砌进行施工；

步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，所述仰拱二次衬砌的施工进度 快于拱墙二次衬砌的施工进度。

上述施工方法，其特征是：步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，所 述仰拱回填层的施工进度与仰拱二次衬砌的施工进度相同；

所施工黄土隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段；

所述仰拱回填层与仰拱二次衬砌组成隧道仰拱及回填结构，步骤二中 进行二衬施工及仰拱回填时，采用可移动仰拱栈桥由后向前对所述隧道仰 拱及回填结构进行施工；

采用可移动仰拱栈桥由后向前对所述隧道仰拱及回填结构进行施工 时，由后向前对所施工黄土隧道的多个所述隧道节段分别进行隧道仰拱及 回填施工；多个所述隧道节段的隧道仰拱及回填施工方法均相同；

对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施工 时，过程如下：

步骤A1：栈桥水平前移：沿隧道纵向延伸方向，将可移动仰拱栈桥向 前水平移动至当前所施工隧道节段的施工位置处；

步骤A2、仰拱二次衬砌浇筑：采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱 栈桥，由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱二次衬砌进行混凝土浇筑；

步骤A3、仰拱回填：待步骤A2中完成仰拱二次衬砌浇筑后，采用步 骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥，由下至上对当前所施工隧道节段的 仰拱回填层进行混凝土浇筑；

待步骤A2中和步骤A3中所浇筑的混凝土均终凝后，完成当前所施工 隧道节段的隧道仰拱及回填施工过程；

步骤A4、返回步骤A1，对一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施 工。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、支护体系结构设计合理、施工简便且投入成本较低，将对所施工 黄土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 进行全断面支护的隧道初期支护结构和隧道二次衬砌组成联合支护体系， 对大断面黄土隧道进行稳固、可靠支护。

2、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。

3、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。

4、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， 能有效确保大断面黄土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。

5、将二次衬砌仰拱的上表面调整为水平面并使仰拱二次衬砌与仰拱 填充层的交界面调整为水平面，施工简便且施工效率高，仰拱填充层与仰 拱二次衬砌可同时浇筑，能大幅简化仰拱二次衬砌与仰拱填充层的施工过 程，并且仰拱二次衬砌与仰拱填充层的混凝土不会混为一体，能有效确保 仰拱二次衬砌与仰拱填充层的施工质量，避免因混凝土等级不同而造成的 仰拱二次衬砌与仰拱填充层的施工质量不能保证等问题。同时，仰拱二次衬砌的上表面为水平面，混凝土浇筑过程中无需保证仰拱二次衬砌的弧 形，无需采用弧形模板，浇筑方便大幅简便，浇筑简便，并且仰拱二次衬 砌的施工质量易于保证。

6、隧道二次衬砌结构合理，隧道二次衬砌由仰拱二次衬砌和拱墙二 次衬砌连接而成，将仰拱二次衬砌内部的中间弧形部分优化为水平面。优 化后的仰拱二次衬砌使隧道仰拱结构的刚度整体大幅提升，并且施工中无 需安装弧形模板，混凝土振捣简便且振捣质量易控，仰拱二次衬砌的外观 尺寸和施工质量更易于控制，并且能大幅提高隧道仰拱的施工效率，所述 隧道二次衬砌的封闭时间大大缩短，并且没有弧形模板的干扰使得仰拱混凝土易于振捣，混凝土质量大大提升。同时，将现有的二衬拱墙衬砌与两 个矮边墙连接组成整体衬砌(即拱墙二次衬砌)进行施工，并且采用二衬 台车对拱墙二次衬砌进行施工，一次施工成型，能进一步提高隧道二次衬 砌的施工效率，加快所述隧道二次衬砌封闭时间，缩短所述隧道二次衬砌 的封环时间，进一步提高所施工黄土隧道的结构稳定性，同时能有效减少 所述隧道二次衬砌中的施工缝，使隧道二次衬砌的整体性更强，整体受力 效果更佳。

7、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。

8、所采用的支护方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好， 采用三台阶开挖方式并对中部洞体开挖面与上部洞体开挖面和下部洞体 开挖面之间的间距均进行限定，实现大断面隧道的短台阶或微台阶开挖， 确保开挖成型隧道洞的稳定性；并且，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，确保大断面黄土 隧道洞的结构稳定性，确保施工安全；同时，将下部洞体开挖面后侧的隧 底回填土层作为供湿喷机械手前后移动的临时移动平台，并对上部洞体和 中部洞体的开挖高度进行限定，实现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。同时，隧道二次衬砌结构设计合理且施工方法简单、施工质量易于 控制，从而能大幅度降低施工成本，节约施工工期，并能确保施工安全。 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 据黄土隧道地质特性，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。

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为本发明支护体系的横断面结构示意图。

图2为本发明支护体系的纵断面结构示意图。

图3为本发明湿喷机械手的施工状态示意图。

图4为本发明隧道洞内侧下部的横断面结构示意图。

图5为采用本发明对黄土隧道进行支护施工时的方法流程框图。

图6为本发明前模板的结构示意图。

附图标记说明:

1—隧道洞； 1-1—上部洞体； 1-2—中部洞体；

1-3—下部洞体； 2—隧道仰拱支架； 2-1—上部拱架；

5—中部侧支架； 6—下部侧支架； 7—隧底回填土层；

8—上锁脚锚管； 9—中锁脚锚管； 10—下锁脚锚管；

12—拱墙初期支护结构； 13—初期支护仰拱； 14—拱墙二次衬砌；

15—仰拱二次衬砌； 16—仰拱回填层； 17—可移动仰拱栈桥；

18—矮边墙； 19—拱墙混凝土喷射层；

20—仰拱混凝土喷射层； 21—湿喷机械手； 22—注浆小导管；

23—水沟电缆槽； 24—侧模板； 25—前模板。

具体实施方式

如图1、图2所示的一种大断面黄土隧道支护体系，包括对所施工黄土 隧道的隧道洞1拱部进行超前支护的隧道超前支护结构、对隧道洞1进行 初期支护的隧道初期支护结构和布设于所述隧道初期支护结构内侧的隧 道二次衬砌，所述隧道超前支护结构位于所述隧道初期支护结构上方，所 述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道1的隧道 洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；所述隧道洞1的横断面积大于100m²，所述隧道洞1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 前对所施工黄土隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体1-2为 由后向前对所施工黄土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黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；

所述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 隧道二次衬砌分为对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌14和对隧 道洞1底部进行支护的仰拱二次衬砌15；所述仰拱二次衬砌15位于初期 支护仰拱13上方，所述仰拱二次衬砌15上设置有仰拱回填层16，所述仰 拱二次衬砌15的上表面为水平面，所述拱墙二次衬砌14的左右两侧底部 均为水平面，所述拱墙二次衬砌14支撑于仰拱二次衬砌15上且二者浇筑 为一体，所述仰拱回填层16为混凝土填充层，详见图4；

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；

所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述拱墙钢拱架 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 中的隧道仰拱支架2组成初期支护仰拱13；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；

所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体1-1内的上部拱架2-1、两个 对称布设于上部拱架2-1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2-1左右两侧下方且均位于下部洞体1-3 内的下部侧支架6组成，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2-1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；

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2-1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且三者 由内向外逐渐向下倾斜。

所述上部洞体1-1和中部洞体1-2的开挖高度均为3.5m～4.5m，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；结合图3，所述隧底回填土层7为供湿喷机械手21 进行前后移动的临时移动平台。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，所述隧底回填土层7的上表面为水平面，并且隧底回填 土层7的上表面与仰拱回填层16的上表面相平齐。

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。

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。并且，所施工隧道为埋深大于50m的深埋隧道。

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。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。

为确保开挖安全，所述上部洞体1-1采用中部预留核心土的方式进行 开挖，所述上部洞体1-1内核心土的顶面净空高度为1.5m～1.8m。所述中 部洞体1-2和下部洞体1-3开挖过程中是否预留核心土根据掌子面的稳定 性而定。

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。

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均为 采用湿喷机械手21喷射形成的混凝土层。

实际施工时，所述隧底回填土层7后端与上部洞体1-1的开挖面之间 的水平间距不大于45m。

实际对下部洞体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。

本实施例中，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～1m。

实际施工时，可根据具体需要，对前后相邻两榀所述全断面支撑架之 间的间距(即L的取值大小)进行相应调整。

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，所述拱墙支撑拱架和隧道仰拱支架2均为格栅钢架。

并且，每个所述下部侧支架6底部均垫装有一块泡沫铝垫板或混凝土 垫板，以控制位移及沉降。

如图5所示，沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开 挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞1进行初期支护，获得 施工成型的所述隧道初期支护结构；由后向前对开挖成型的隧道洞1进行 初期支护过程中，同步由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内 对所述隧道二次衬砌进行施工。

如图1-图6所示的一种利用大断面黄土隧道支护体系对黄土隧道进 行支护的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施 工黄土隧道进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞1进 行初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；

步骤二、二衬施工及仰拱回填：步骤一中由后向前对开挖成型的隧道 洞1进行初期支护过程中，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隧道二次衬砌进行施工；

由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时，由后向前在已施工完成的 初期支护仰拱13上对仰拱二次衬砌15进行施工，获得施工成型的仰拱二 次衬砌15；由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工过程中，由后向前在已 施工完成的仰拱二次衬砌15上对拱墙二次衬砌14进行施工，并使所施工 拱墙二次衬砌14与位于其下方的仰拱二次衬砌15连接为一体，获得施工 成型的所述隧道二次衬砌；

本步骤中，由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工过程中，沿隧道纵 向延伸方向由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌15上对仰拱回填层16 进行施工。

本实施例中，步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，包括以下步骤：

步骤B1、上部洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对 所施工黄土隧道的上部洞体1-1进行开挖；

所述上部洞体1-1开挖过程中，由后向前对开挖成型的上部洞体1-1 拱部进行网喷支护，同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，完成上部洞体1-1的开挖及初期支护施工过程；

步骤B2、中部洞体开挖及初期支护：步骤B1中进行上部洞体开挖及 初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的上部洞体 1-1下方对中部洞体1-2进行开挖；

所述中部洞体1-2开挖过程中，由后向前对开挖成型的中部洞体1-2 左右两侧分别进行网喷支护，同时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均与步骤B1 中所述上部拱架2-1紧固连接为一体，完成中部洞体1-2的开挖及初期支 护施工过程；

本步骤中，所述中部洞体1-2的开挖面位于上部洞体1-1的开挖面后 方且二者之间的水平间距为4m～6m；

步骤B3、下部洞体开挖及初期支护：步骤B2中进行中部洞体开挖及 初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体 1-2下方对下部洞体1-3进行开挖；

所述下部洞体1-3开挖过程中，由后向前对开挖成型的下部洞体1-3 左右两侧分别进行网喷支护，网喷支护过程中同步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均与步骤B2中所述中部侧支架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；所述隧道仰拱支 架2安装过程中，同步由后向前在隧道洞1底部喷射一层混凝土形成仰拱 混凝土喷射层20，并使隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层20内， 完成下部洞体1-3的开挖及初期支护施工过程；

本步骤中，所述下部洞体1-3的开挖面位于中部洞体1-2的开挖面后 方且二者之间的水平间距为4m～6m；

本步骤中，由后向前对下部洞体1-3进行开挖过程中，获得开挖成型 的隧道洞1；由后向前对开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别进行网喷 支护后，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；所述拱墙网喷支护结构 与仰拱混凝土喷射层20连接。

本实施例中，步骤B1中对上部洞体1-1进行开挖时，采用带松土器 的挖掘机进行开挖，并且在上部洞体1-1的四周侧均预留30cm～50cm厚 度的土层作为人工修整层，人工修整层由人工采用刀具进行开挖，确保开 挖精度，严禁挖掘机触碰所述全断面支撑架，确保安全和防止超挖，必要 时预留核心土保证掌子面稳定。

步骤B1中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泡沫铝 垫板或混凝土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。

步骤B2中对中部洞体1-2进行开挖时，采用带松土器的挖掘机进行 开挖，并且在中部洞体1-2的左右两侧和底部均预留30cm～50cm厚度的 土层作为人工修整层，严禁机械一次开挖至边，人工修整层由人工采用刀 具进行开挖，确保开挖精度，严禁挖掘机触碰所述全断面支撑架，确保安 全和防止超挖，必要时预留核心土保证掌子面稳定。

步骤B2中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底部分别设置泡沫铝 垫板或混凝土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。

步骤B3中对下部洞体1-3进行开挖时，采用带松土器的挖掘机进行 开挖，并且在下部洞体1-3的左右两侧和底部均预留30cm～50cm厚度的 土层作为人工修整层，严禁机械一次开挖至边，人工修整层由人工采用刀 具进行开挖，确保开挖精度，严禁挖掘机触碰所述全断面支撑架，确保安 全和防止超挖，必要时预留核心土保证掌子面稳定。

步骤B3中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底部分别设置泡沫铝 垫板或混凝土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。

由于所施工黄土隧道采用台阶法开挖，对所施工黄土隧道进行开挖过 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，提高钢架整体稳定性，以防止初支出现较大变形。

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。

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，步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护时，所述上部 洞体1-1的开挖进尺为2L～3L；

步骤B2中进行中部洞体开挖及初期支护时，所述中部洞体1-2的开 挖进尺为2L～3L；

步骤B3中进行下部洞体开挖及初期支护时，所述下部洞体1-3的开 挖进尺为2L～3L。

本实施例中，步骤B1中由后向前对上部洞体1-1拱部进行网喷支护 时，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；再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；

步骤B2中由后向前对中部洞体1-2左右两侧分别进行网喷支护时， 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 与步骤B1中所述拱部钢筋网片紧固连接；再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 部混凝土喷射层与步骤B1中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；

步骤B3中由后向前对下部洞体1-3左右两侧分别进行网喷支护时， 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 与步骤B2中所述中部钢筋网片紧固连接；再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 部混凝土喷射层与步骤B2中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，完成下部洞体1-3左右两侧的网喷支护过程，获得施工成型的所述拱 墙网喷支护结构；

步骤B1中所述拱部钢筋网片、步骤B2中所述中部钢筋网片与步骤B3 中所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片，步骤B1中所 述拱部混凝土喷射层、步骤B2中所述中部混凝土喷射层与步骤B3中所述 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。

如图2所示，本实施例中，步骤B1中所述上部洞体1-1的开挖进尺、 步骤B2中所述中部洞体1-2的开挖进尺与步骤B3中所述下部洞体1-3的 开挖进尺均相同；

步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，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 均与下部洞体1-3的开挖进尺相同；

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 的已开挖成型下部洞体1-3的长度均与下部洞体1-3的开挖进尺相同，此 时位于隧底回填土层7前方的已开挖成型下部洞体1-3为当前所开挖下部 洞体；

所述湿喷机械手21每次向前移动到位后，先采用湿喷机械手21由后 向前对当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷 射层20同步进行喷射，同时完成当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护 施工过程；待当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程完成后，在 当前所开挖下部洞体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；

待当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷 射层20均喷射完成后，再采用湿喷机械手21由后向前对位于当前所开挖 下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体1-1和中部洞体1-2分别进行 混凝土喷射，同时完成位于当前所开挖下部洞体前方的上部洞体1-1和中 部洞体1-2的开挖及初期支护施工过程；

待位于当前所开挖下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体1-1和 中部洞体1-2内混凝土喷射完成后，对湿喷机械手21进行下一次向前移 动。

由上述内容可知，所述初期支护仰拱13的施工过程与下部洞体1-3的 开挖过程同步进行，因而下部洞体1-3开挖与初期支护仰拱13施工同步 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，

实际施工时，所述上部洞体1-1的开挖面与下部洞体1-3的开挖面之 间的水平间距为8m～10m。因而，初期支护仰拱13封闭成环(即初期支护 封闭成环)的进度与上部洞体1-1的开挖面之间的水平间距为8m～10m， 能确保隧道开挖过程安全、可靠顺利，并能确保大断面黄土隧道的稳固性。

并且，由于初期支护仰拱13封闭成环(即初期支护封闭成环)的进 度与上部洞体1-1的开挖面之间的水平间距为8m～10m，因而能确保湿喷 机械手21的工作长度满足施工需求，确保湿喷机械手21能对前方的上部 洞体1-1进行混凝土喷射。

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)。

本实施例中，所述上部洞体1-1和所述中部洞体1-2的开挖高度均能 满足湿喷机械手21的操作空间。

对于预留核心土的台阶进行开挖时，在喷射混凝土前进行挖除或局部 修整，以确保湿喷机械手21有足够的正常作业空间。

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黄土隧道底部的稳定性，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。

本实施例中，步骤二中对拱墙二次衬砌14进行施工时，采用二衬台 车沿隧道纵向延伸方向由后向前对拱墙二次衬砌14进行施工。因而，实 际施工简便，并且施工效率高，施工质量易于保证。

所述隧道二次衬砌的左右两个矮边墙18为拱墙二次衬砌14左右两侧 底部的衬砌节段。

步骤二中对拱墙二次衬砌14进行施工时，同步完成两个所述矮边墙 18的施工过程，并且左右两个矮边墙18也采用二衬台车进行施工。其中 所述二衬台车为常规的衬砌台车，只需根据拱墙二次衬砌14的横截面形 状对衬砌台车的成型模板进行加工即可。因而，所述二衬台车上所装的成 型模板为拱墙二次衬砌14的成型模板，具体是对拱墙二次衬砌14的内壁 进行成型的弧形模板，结构简单，并且施工简便。并且，由于所述仰拱二 次衬砌15的上表面为水平面，因而所述成型模板能平稳支撑于仰拱二次 衬砌15上，支撑稳固、可靠，并能有效确保所施工成型隧道二次衬砌的 施工质量。

因而，步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，所述仰拱二次衬砌15 的施工进度快于拱墙二次衬砌14的施工进度，从而能进一步确保所施工 黄土隧道底部的稳固性，并能有效加快所述隧道二次衬砌的封闭成环时 间。

根据本领域公知常识，隧道二次衬砌(简称二次衬砌或二衬)是隧道 工程施工中在隧道初期支护结构(简称初期支护或初支)内侧施作的模筑 混凝土或钢筋混凝土衬砌，与隧道初期支护结构共同组成复合式衬砌。所 述隧道二次衬砌包括左右两个矮边墙18，两个所述矮边墙18对称布设于 二衬仰拱的左右两侧上方，所述矮边墙18是铁路隧道二次衬砌中的一个 术语，又称小边墙。所述隧道二次衬砌由隧底衬砌和布设于所述隧道仰拱 正上方的二衬拱墙衬砌连接而成，所述隧底衬砌由二衬仰拱和两个所述矮 边墙18连接组成，所述隧底衬砌也称为隧道仰拱，因而两个所述矮边墙 18为所述隧道仰拱的一部分，所述隧道仰拱为改善上部支护结构受力条件 而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一。两 个所述矮边墙18对称布设于所述二衬仰拱的左右两侧上方，所述二衬拱 墙衬砌的左右两侧底部与所述二衬仰拱之间均通过一个所述矮边墙18连 接，所述隧底衬砌与所述二衬拱墙衬砌均为钢筋混凝土衬砌且二者的横截 面均为拱形。

目前，对隧道复合式衬砌进行施工时，一般采用将初支与所述二衬仰 拱一起施作的方法，并在所述二衬仰拱上施作一定高度的矮边墙18，然后 再进行仰拱填充，存在施工工序多、效率低等问题。同时，由于仰拱填充 应在所述二衬仰拱的混凝土终凝后浇筑，并且必须保证所述二衬仰拱的弧 形，这就要求所述二衬仰拱与矮边墙18的施工必须借助模板成型，否则 仰拱施工将会出现下列问题：首先不能很好成型；其次振捣难以进行，因 为混凝土一旦振捣就会向底部溜滑。另外，目前很少有隧道施工时采用仰 拱模板，往往是仅在仰拱填充顶面位置安装矮边墙侧模板，仰拱填充与所 述二衬仰拱同时浇筑。待仰拱填充到位后，工人将混凝土铲进矮边墙模板， 稍作插捣，不敢振捣。这样一来，矮边墙18的质量就大打折扣，而且所 述二衬仰拱与仰拱填充的混凝土等级不同，往往是先倾倒所述二衬仰拱的 混凝土于隧底，然后再倾倒仰拱填充的混凝土，两者混在一起。由于矮边 墙18本属于隧道仰拱，却使用的是填充混凝土，加上不振捣，矮边墙18 的强度其实是相当低的。而且从拆模后可以看出，蜂窝麻面严重，外观质 量也羞于见人，只好采用调制的水泥浆抹面进行掩盖；还存在模板重复利 用凹凸不平，不加整修，不涂刷脱模剂等问题，施工成型的矮边墙18的 台阶线型极差，导致二衬台车模板与其接触不紧密，错台和漏浆严重。因 此适当优化二次衬砌结构，在确保隧道结构安全的前提下，能有效提升施 工效率，使得工程更加经济、合理。

本实施例中，两个所述矮边墙18为拱墙二次衬砌14左右两侧底部的 衬砌节段，因而两个所述矮边墙18为拱墙二次衬砌7的一部分。

为保证仰拱二次衬砌15与矮边墙18的施工质量，并有效提高施工效 率，对仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的交界面进行调整，将仰拱二次 衬砌15与仰拱填充层16的交界面调整为平面，仰拱填充层16与仰拱二 次衬砌15可同时浇筑，这样能大幅简化仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16 的施工过程，并且仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的混凝土不会混为一 体，能有效确保仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的施工质量，避免因混 凝土等级不同而造成的仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16的施工质量不能 保证等问题。同时，仰拱二次衬砌15的上表面为水平面，混凝土浇筑过 程中无需保证仰拱二次衬砌15的弧形，无需采用弧形模板，浇筑方便大 幅简便，浇筑简便，并且仰拱二次衬砌15的施工质量易于保证。

所述隧道二衬衬砌内左右两侧对称设置有水沟电缆槽23，所述水沟电 缆槽23为所施工黄土隧道1内预先设计的用于排水和敷设电缆的沟槽。 本实施例中，所述仰拱填充层16布设于两个所述水沟电缆槽23之间。两 个所述水沟电缆槽23对称支撑于仰拱二次衬砌15的左右两侧上方，两个 所述水沟电缆槽23对称布设于仰拱填充层16的左右两侧。

所述仰拱二次衬砌15的上表面浇筑成平面，并且对仰拱二次衬砌15 的上表面高度进行确定时，根据预先设计的所述隧道仰拱的内轮廓线(即 所述隧道仰拱的设计内轮廓线，该设计内轮廓线为弧形轮廓线)与预先设 计的水沟电缆槽23底部之间的交点进行确定，所述仰拱二次衬砌15的上 表面和所述隧道仰拱的设计内轮廓线与预先设计的水沟电缆槽23底部之 间的交点布设于同一水平面上。本实施例中，所述仰拱二次衬砌15采用 与预先设计的所述隧道仰拱同标号的混凝土一次浇筑而成，所述仰拱填充 层16采用与预先设计的仰拱填充同标号的混凝土一次浇筑而成。本实施 例中，所述仰拱填充层16采用C20混凝土浇筑而成。并且，仰拱二次衬 砌15与仰拱填充层16分开浇筑。对仰拱二次衬砌15与仰拱填充层16进 行混凝土浇筑过程中，严格按照大体积混凝土分层振捣。

本实施例中，对仰拱二次衬砌15进行浇筑时，采用移动式仰拱栈桥 17进行整幅浇筑，且将仰拱二次衬砌15内部的中间弧形部分优化为水平 面。

优化后的仰拱二次衬砌15使隧道仰拱结构的刚度整体大幅提升，并 且施工中无需安装弧形模板，混凝土振捣简便且振捣质量易控，仰拱二次 衬砌15的外观尺寸和施工质量更易于控制，并且能大幅提高隧道仰拱的 施工效率，所述隧道二次衬砌的封闭时间大大缩短，并且没有弧形模板的 干扰使得仰拱混凝土易于振捣，混凝土质量大大提升。本实施例中，由于 仰拱二次衬砌15的上表面为水平面，因而对仰拱二次衬砌15进行混凝土 浇筑时，无需采用成型模板，只需对所浇筑混凝土的上表面高度进行监测 即可，待所浇筑混凝土的上表面高度与仰拱二次衬砌15的上表面高度相 同时，完成仰拱二次衬砌15的混凝土浇筑施工过程，因而能大幅度简化 仰拱二次衬砌15的施工过程。

另外，需说明的是：本发明并非仅仅将仰拱二次衬砌15的混凝土浇 筑为平面，而是将仰拱二次衬砌15内的所述仰拱钢筋笼的上表面也设置 为水平面，确保仰拱二次衬砌15的整个横断面内均设置有钢筋笼，并且 所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面，能有效简化所述仰拱钢筋笼的绑扎过 程。

本实施例中，将现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙18连接 组成拱墙二次衬砌14，因而将现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙 18作为整体衬砌进行施工，并且采用二衬台车对拱墙二次衬砌14进行施 工。因而，现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙18采用二衬台车 一次施工成型，能进一步提高所述隧道二次衬砌的施工效率，加快所述隧 道二次衬砌封闭时间，缩短所述隧道二次衬砌的封环时间，进一步提高所 施工黄土隧道的结构稳定性。

并且，将现有的所述二衬拱墙衬砌与两个所述矮边墙18浇筑为一体， 能有效减少所述隧道二次衬砌中的施工缝，使所述隧道二次衬砌的整体性 更强，整体受力效果更佳。同时，能有效解决现有隧道二次衬砌施工方法 中先对仰拱进行超前施工再利用组合钢模板对矮边墙进行施工时存在的 以下问题：第一、避免仰拱超前施工后再利用组合钢模板对矮边墙18进 行施工时，矮边墙18施工过程对已施工完成的二衬仰拱可能造成的损害； 第二、避免为防止矮边墙18施工过程对已施工完成的二次衬底仰拱8可 能造成的损害，必须等到二衬仰拱终凝后再对矮边墙18进行施工，因而 施工效率大幅度提高，施工工期有效缩短；第三、矮边墙18与二衬仰拱 连接处的施工质量与连接强度能得到保证，能有效节约施工成本，并能进 一步提高施工效率，减少后期加强措施施工成本和施工工期。

所述仰拱二次衬砌15的一次浇筑长度按照对拱墙二次衬砌14进行施 工的二衬台车的长度进行确定，并且仰拱二次衬砌15的一次浇筑长度为 二衬台车长度(即一环拱墙二次衬砌14的纵向长度)的2倍或3倍，能 大幅提高隧道仰拱的施工效率，进一步确保所施工黄土隧道1的稳定性。 本实施例中，仰拱二次衬砌15的一次浇筑长度为二衬台车长度(即一环 拱墙二次衬砌14的纵向长度)的2倍，所述二衬台车的长度为12m，仰拱 二次衬砌15的一次最大浇筑长度为24m。

对所施工黄土隧道1进行开挖过程中，对仰拱二次衬砌15进行浇筑 时，一次开挖，一次清底且分次浇筑，减少了工序间的施工干扰，减少了 施工缝，保证了施工质量。并且，对仰拱二次衬砌15进行施工时，先进 行清底，然后进行钢筋绑扎，最后浇筑混凝土。

本实施例中，所述仰拱二次衬砌15和拱墙二次衬砌14均为钢筋混凝 土衬砌；

步骤二中由后向前对仰拱二次衬砌15进行施工时，由后向前在已施 工完成的初期支护仰拱13上对仰拱二次衬砌15内的钢筋笼进行绑扎，此 时所绑扎钢筋笼为仰拱钢筋笼；由后向前对所述仰拱钢筋笼进行绑扎过程 中，由后向前对仰拱二次衬砌15进行混凝土浇筑，并使已绑扎完成的所 述仰拱钢筋笼浇筑于仰拱二次衬砌15内，同时使所施工仰拱二次衬砌15 与位于其下方的初期支护仰拱13紧固连接为一体；

步骤二中由后向前对拱墙二次衬砌14进行施工时，由后向前在已施 工完成的仰拱二次衬砌15上对拱墙二次衬砌14内的钢筋笼进行绑扎，并 使所绑扎钢筋笼与位于其正下方的所述仰拱钢筋笼紧固连接，此时所绑扎 钢筋笼为拱墙钢筋笼；由后向前对所述拱墙钢筋笼进行绑扎过程中，由后 向前对拱墙二次衬砌14进行混凝土浇筑，使已绑扎完成的所述拱墙钢筋 笼浇筑于拱墙二次衬砌14内，并使所施工拱墙二次衬砌14与位于其下方 的初期支护仰拱13紧固连接为一体，同时使所施工拱墙二次衬砌14与位 于其外侧的拱墙初期支护结构12紧固连接为一体；

所述仰拱钢筋笼的绑扎进度快于所述拱墙钢筋笼的绑扎进度，所述仰 拱二次衬砌15的混凝土浇筑进度快于拱墙二次衬砌14的混凝土浇筑进 度。本实施例中，所述仰拱钢筋笼的上表面为水平面。

如图2所示，本实施例中，步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，所 述仰拱回填层16的施工进度与仰拱二次衬砌15的施工进度相同，能有效 加快隧道施工进度，同时由于仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15之间的交 界面为水平面，因而仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15的混凝土浇筑互不 影响，不会出现仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15的混凝土混合影响仰拱 回填层16与仰拱二次衬砌15施工质量的问题。

实际施工时，所述仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15组成隧道仰拱及 回填结构，所述仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15的施工进度相同，对所 述隧道仰拱及回填结构进行施工时，所采用的成型模板由左右两个对称布 设的侧模板24和一个对所述隧道仰拱及回填结构的前侧壁进行成型的前 模板25拼接而成，所述仰拱二次衬砌15的上表面无需采用模板，所述成 型模板结构简单，所述侧模板24为矩形模板且其为对仰拱回填层16的左 侧壁或右侧壁进行成型的竖向模板，两个所述侧模板24均沿隧道纵向延 伸方向布设，两个所述侧模板24之间的净距与仰拱回填层16的横向宽度 相同；两个所述侧模板24的高度均不小于仰拱回填层16的层厚，两个所 述侧模板24的底面布设于同一水平面上且二者的底面均与仰拱二次衬砌 15的上表面高度相平齐；如图6所示，所述前模板25与侧模板24呈垂直 布设，所述前模板25为对仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15的前侧壁进 行成型的竖向模板；如图6所示，所述前模板25由上模板和位于所述上 模板的正下方的下模板组成，所述下模板为对仰拱二次衬砌15的前侧壁 进行成型的模板，所述下模板的形状和尺寸均与仰拱二次衬砌15的横截 面形状和尺寸相同，所述下模板底部支撑于初期支护仰拱13上；所述上 模板为对仰拱回填层16的前侧壁进行成型的模板，所述上模板为矩形模 板且其高度不小于仰拱回填层16的层厚，所述上模板的底面与仰拱二次 衬砌15的上表面相平齐。本实施例中，所述上模板与所述下模板加工制 作为一体。

本实施例中，所述可移动仰拱栈桥17包括栈桥本体和安装在所述栈 桥本体底部的所述成型模板。

本实施例中，所施工黄土隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个 隧道节段；

所述仰拱回填层16与仰拱二次衬砌15组成隧道仰拱及回填结构，步 骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，采用可移动仰拱栈桥17由后向前对 所述隧道仰拱及回填结构进行施工；

采用可移动仰拱栈桥17由后向前对所述隧道仰拱及回填结构进行施 工时，由后向前对所施工黄土隧道的多个所述隧道节段分别进行隧道仰拱 及回填施工，每个所述隧道节段的长度均不大于可移动仰拱栈桥17的工 作长度；多个所述隧道节段的隧道仰拱及回填施工方法均相同；

对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施工 时，过程如下：

步骤A1：栈桥水平前移：沿隧道纵向延伸方向，将可移动仰拱栈桥 17向前水平移动至当前所施工隧道节段的施工位置处；

步骤A2、仰拱二次衬砌浇筑：采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱 栈桥17，由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱二次衬砌15进行混凝土 浇筑；

步骤A3、仰拱回填：待步骤A2中完成仰拱二次衬砌浇筑后，采用步 骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥17，由下至上对当前所施工隧道节段 的仰拱回填层16进行混凝土浇筑；

待步骤A2中和步骤A3中所浇筑的混凝土均终凝后，完成当前所施工 隧道节段的隧道仰拱及回填施工过程；

步骤A4、返回步骤A1，对一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施 工。

所述可移动仰拱栈桥17为仰拱施工栈桥，由于隧底回填土层7的上 表面与仰拱回填层16的上表面相平齐，隧底回填土层7与仰拱回填层16 组成供可移动仰拱栈桥17移动的水平移动平台。并且，如图2所示，所 述可移动仰拱栈桥17的前侧支撑于隧底回填土层7上，可移动仰拱栈桥 17的后侧支撑于已施工成型的仰拱回填层16上，实际施工非常简便。

本实施例中，对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行隧道仰拱 及回填施工之前，先沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段 内的隧底回填土层7进行清理。

本实施例中，所述仰拱钢筋笼底部包括多道由后向前布设的拱形钢 筋，每道所述拱形钢筋均位于隧道洞1的一个隧道横断面上，多道所述拱 形钢筋均呈平行布设且其形状均与仰拱二次衬砌15的形状相同；每道所 述拱形钢筋的左右两端均伸出至仰拱二次衬砌15上方，每道所述拱形钢 筋两端伸出至仰拱二次衬砌15上方的节段均为用于连接所述拱墙钢筋笼 的钢筋外露段；

由后向前对所述拱墙钢筋笼进行绑扎过程中，将所绑扎拱墙钢筋笼与 位于其下方的所述钢筋外露段进行紧固连接。

如图1、图2所示，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。

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)

1.一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(1)拱部进行超前支护的隧道超前支护结构、对隧道洞(1)进行初期支护的隧道初期支护结构和布设于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌，所述隧道超前支护结构位于所述隧道初期支护结构上方，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道(1)的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；所述隧道洞(1)的横断面积大于100m²，所述隧道洞(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黄土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黄土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黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；

所述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)，所述隧道二次衬砌分为对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌(14)和对隧道洞(1)底部进行支护的仰拱二次衬砌(15)；所述仰拱二次衬砌(15)位于初期支护仰拱(13)上方，所述仰拱二次衬砌(15)上设置有仰拱回填层(16)，所述仰拱二次衬砌(15)的上表面为水平面，所述拱墙二次衬砌(14)的左右两侧底部均为水平面，所述拱墙二次衬砌(14)支撑于仰拱二次衬砌(15)上且二者浇筑为一体，所述仰拱回填层(16)为混凝土填充层；

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；

所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述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隧道仰拱支架(2)组成初期支护仰拱(13)；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；

所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体(1-1)内的上部拱架(2-1)、两个对称布设于上部拱架(2-1)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(2-1)左右两侧下方且均位于下部洞体(1-3)内的下部侧支架(6)组成，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(2-1)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；

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(2-1)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且三者由内向外逐渐向下倾斜。

2.按照权利要求1所述的一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：所述上部洞体(1-1)和中部洞体(1-2)的开挖高度均为3.5m～4.5m，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)位于初期支护仰拱(13)上；所述隧底回填土层(7)为供湿喷机械手(21)进行前后移动的临时移动平台。

3.按照权利要求1所述的一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：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(18)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。

4.一种采用如权利要求1所述支护体系对黄土隧道进行支护的施工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；

步骤二、二衬施工及仰拱回填：步骤一中由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护过程中，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隧道二次衬砌进行施工；

由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时，由后向前在已施工完成的初期支护仰拱(13)上对仰拱二次衬砌(15)进行施工，获得施工成型的仰拱二次衬砌(15)；由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中，由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌(15)上对拱墙二次衬砌(14)进行施工，并使所施工拱墙二次衬砌(14)与位于其下方的仰拱二次衬砌(15)连接为一体，获得施工成型的所述隧道二次衬砌；

本步骤中，由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌(15)上对仰拱回填层(16)进行施工。

5.按照权利要求4所述的施工方法，其特征在于：步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，包括以下步骤：

步骤B1、上部洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道的上部洞体(1-1)进行开挖；

所述上部洞体(1-1)开挖过程中，由后向前对开挖成型的上部洞体(1-1)拱部进行网喷支护，同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)，完成上部洞体(1-1)的开挖及初期支护施工过程；

步骤B2、中部洞体开挖及初期支护：步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的上部洞体(1-1)下方对中部洞体(1-2)进行开挖；

所述中部洞体(1-2)开挖过程中，由后向前对开挖成型的中部洞体(1-2)左右两侧分别进行网喷支护，同时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)均与步骤B1中所述上部拱架(2-1)紧固连接为一体，完成中部洞体(1-2)的开挖及初期支护施工过程；

本步骤中，所述中部洞体(1-2)的开挖面位于上部洞体(1-1)的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m；

步骤B3、下部洞体开挖及初期支护：步骤B2中进行中部洞体开挖及初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体(1-2)下方对下部洞体(1-3)进行开挖；

所述下部洞体(1-3)开挖过程中，由后向前对开挖成型的下部洞体(1-3)左右两侧分别进行网喷支护，网喷支护过程中同步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)均与步骤B2中所述中部侧支架(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；所述隧道仰拱支架(2)安装过程中，同步由后向前在隧道洞(1)底部喷射一层混凝土形成仰拱混凝土喷射层(20)，并使隧道仰拱支架(2)固定于仰拱混凝土喷射层(20)内，完成下部洞体(1-3)的开挖及初期支护施工过程；

本步骤中，所述下部洞体(1-3)的开挖面位于中部洞体(1-2)的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m；

本步骤中，由后向前对下部洞体(1-3)进行开挖过程中，获得开挖成型的隧道洞(1)；由后向前对开挖成型的下部洞体(1-3)左右两侧分别进行网喷支护后，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；所述拱墙网喷支护结构与仰拱混凝土喷射层(20)连接。

6.按照权利要求5所述的施工方法，其特征在于：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～1m；

步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护时，所述上部洞体(1-1)的开挖进尺为2L～3L；

步骤B2中进行中部洞体开挖及初期支护时，所述中部洞体(1-2)的开挖进尺为2L～3L；

步骤B3中进行下部洞体开挖及初期支护时，所述下部洞体(1-3)的开挖进尺为2L～3L。

7.按照权利要求4、5或6所述的施工方法，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B1中由后向前对上部洞体(1-1)拱部进行网喷支护时，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；再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；

步骤B2中由后向前对中部洞体(1-2)左右两侧分别进行网喷支护时，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步骤B1中所述拱部钢筋网片紧固连接；再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步骤B1中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；

步骤B3中由后向前对下部洞体(1-3)左右两侧分别进行网喷支护时，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步骤B2中所述中部钢筋网片紧固连接；再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步骤B2中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，完成下部洞体(1-3)左右两侧的网喷支护过程，获得施工成型的所述拱墙网喷支护结构；

步骤B1中所述拱部钢筋网片、步骤B2中所述中部钢筋网片与步骤B3中所述下部钢筋网片由上至下连接组成所述拱墙钢筋网片，步骤B1中所述拱部混凝土喷射层、步骤B2中所述中部混凝土喷射层与步骤B3中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)；

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。

8.按照权利要求7所述的施工方法，其特征在于：步骤B1中所述上部洞体(1-1)的开挖进尺、步骤B2中所述中部洞体(1-2)的开挖进尺与步骤B3中所述下部洞体(1-3)的开挖进尺均相同；

步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，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下部洞体(1-3)的开挖进尺相同；

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)前方的已开挖成型下部洞体(1-3)的长度均与下部洞体(1-3)的开挖进尺相同，此时位于隧底回填土层(7)前方的已开挖成型下部洞体(1-3)为当前所开挖下部洞体；

所述湿喷机械手(21)每次向前移动到位后，先采用湿喷机械手(21)由后向前对当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层(20)同步进行喷射，同时完成当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程；待当前所开挖下部洞体的开挖及初期支护施工过程完成后，在当前所开挖下部洞体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；

待当前所开挖下部洞体内的所述下部混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层(20)均喷射完成后，再采用湿喷机械手(21)由后向前对位于当前所开挖下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体(1-1)和中部洞体(1-2)分别进行混凝土喷射，同时完成位于当前所开挖下部洞体前方的上部洞体(1-1)和中部洞体(1-2)的开挖及初期支护施工过程；

待位于当前所开挖下部洞体前方且此时已开挖成型的上部洞体(1-1)和中部洞体(1-2)内混凝土喷射完成后，对湿喷机械手(21)进行下一次向前移动。

9.按照权利要求4、5或6所述的施工方法，其特征在于：所述隧道二次衬砌的左右两个矮边墙(18)为拱墙二次衬砌(14)左右两侧底部的衬砌节段；

步骤二中对拱墙二次衬砌(14)进行施工时，采用二衬台车沿隧道纵向延伸方向由后向前对拱墙二次衬砌(14)进行施工；

步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，所述仰拱二次衬砌(15)的施工进度快于拱墙二次衬砌(14)的施工进度。

10.按照权利要求4、5或6所述的施工方法，其特征在于：步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，所述仰拱回填层(16)的施工进度与仰拱二次衬砌(15)的施工进度相同；

所施工黄土隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段；

所述仰拱回填层(16)与仰拱二次衬砌(15)组成隧道仰拱及回填结构，步骤二中进行二衬施工及仰拱回填时，采用可移动仰拱栈桥(17)由后向前对所述隧道仰拱及回填结构进行施工；

采用可移动仰拱栈桥(17)由后向前对所述隧道仰拱及回填结构进行施工时，由后向前对所施工黄土隧道的多个所述隧道节段分别进行隧道仰拱及回填施工；多个所述隧道节段的隧道仰拱及回填施工方法均相同；

对所施工黄土隧道的任一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施工时，过程如下：

步骤A1：栈桥水平前移：沿隧道纵向延伸方向，将可移动仰拱栈桥(17)向前水平移动至当前所施工隧道节段的施工位置处；

步骤A2、仰拱二次衬砌浇筑：采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥(17)，由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱二次衬砌(15)进行混凝土浇筑；

步骤A3、仰拱回填：待步骤A2中完成仰拱二次衬砌浇筑后，采用步骤A1中移动到位的可移动仰拱栈桥(17)，由下至上对当前所施工隧道节段的仰拱回填层(16)进行混凝土浇筑；

待步骤A2中和步骤A3中所浇筑的混凝土均终凝后，完成当前所施工隧道节段的隧道仰拱及回填施工过程；

步骤A4、返回步骤A1，对一个所述隧道节段进行隧道仰拱及回填施工。

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