CN111075453A - 降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法。其通过三台阶预留核心土带仰拱开挖，其包括：上台阶开挖、中台阶开挖、下台阶开挖和仰拱开挖，所述上台阶开挖、中台阶开挖、下台阶开挖和仰拱开挖通过非爆破设备开挖，边进行开挖，边喷射混凝土封闭待开挖的撑子面。本发明通过非爆破设备开挖，并对待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，使得向前推进的工作面得到稳定，适宜复杂地层的开挖，减少围岩变形、降低溜坍、突泥涌水几率。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程隧道施工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法。
背景技术
目前，随着施工技术的不断进度，越来越多的隧道穿越复杂地层，开挖是隧道施工的前期阶段。一般将隧道分成上台阶、中台阶、下台阶以及仰拱四部分并按顺序依次对前述四部分进行循环开挖。隧道的每部分开挖工作中都包括多个工序(例如每一部分的初支支护包括立拱架、喷混凝土封闭等几个工序)，如果各部分的初支结构无法及时封闭成环的话，势必会影响其他工序的进度，影响各工序之间的衔接，且易造成隧道频繁出现溜坍、变形等安全隐患。
对于解决分部开挖效率低的问题；本申请人前期申请的技术(发明名称为：三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法，申请号为：201910436023X)采用同步开挖，缩短了隧道初支结构封闭成环的时间，减少了围岩暴露的时间，有效抑制了隧道的变形和坍塌。
但是由于前期申请的技术采用爆破的方式施工，对围岩扰动下，围岩易变形，在开挖过程中地下水系易发生变化，加之围岩及隔水层的破碎，易导致突泥涌水，从而可能导致群死群伤、安全风险极大，且在该处施工工效极低，突泥涌水、变形后处置时间长达到几个月，甚至更长，造成工期风险压力巨大。虽然前期申请的技术在上台阶的开挖选择铣挖，但是中台阶、下台阶-仰拱都选用了爆破，忽视了爆破对围岩扰动下对围岩变形和突泥涌水造成的安全风险。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其开挖方式选择非爆破设备开挖，并对待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，使得向前推进的工作面得到稳定，适宜复杂地层的开挖，减少围岩变形、降低溜坍、突泥涌水几率。通过待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，还可以对三个台阶的开挖口起到稳定作用，避免上台阶向下一台阶滑落，降低安全事故的发生。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其包括：上台阶开挖、中台阶开挖、下台阶开挖和仰拱开挖，所述上台阶开挖、中台阶开挖、下台阶开挖和仰拱开挖通过非爆破设备开挖，边进行开挖，边喷射混凝土封闭待开挖的撑子面。
优选的是，非爆破设备开挖为铣挖。
优选的是，上台阶、中台阶、下台阶和仰拱同步铣挖，3台铣挖机分别在上台阶、中台阶和下台阶上左右错开铣挖，下台阶和仰拱共用一台铣挖机，下台阶和仰拱同步一次铣挖。
优选的是，采用1台铣挖机，通过修建道路由仰拱向上台阶进行铣挖，再由上台阶向下台阶及仰拱铣挖。
优选的是，包括步骤如下：
步骤一、通过铣挖将隧道开挖口挖成三台阶预留核心土形状；
步骤二、铣挖机由上台阶拱脚铣挖至拱顶，待铣挖的第一撑子面和第二撑子面喷射混凝土，铣挖过程中挖掘机将洞碴翻至下一台阶；
步骤三、初期支护材料运至上台阶，上台阶安装拱架，施作上台阶初期支护；
步骤四、铣挖机在中台阶上，铣挖上台阶的第三撑子面，待铣挖的第三撑子面喷射混凝土，铣挖过程中挖掘机将洞碴翻至下一台阶，中台阶安装拱架，施作中台阶初期支护，且与上台阶初期支护连接；
步骤五、铣挖机在下台阶或仰拱上，铣挖中台阶的第四撑子面和仰拱，待铣挖的第四撑子面喷射混凝土，铣挖过程中装载机和运输机清渣，下台阶安装拱架，施作下台阶和仰拱初期支护，且与中台阶初期支护连接，封闭成环。
优选的是，撑子面向未开挖隧道方向倾斜，与水平面夹角为60-80°。
优选的是，仰拱初期支护施工完成后，回填洞渣，所述下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护复喷混凝土。
优选的是，仰拱的开挖施工和仰拱初期支护的施工施用隧道仰拱整体配套移动栈桥配合施工。
优选的是，上台阶的初期支护上预留有通孔，在上台阶、中台阶、下台阶和仰拱的初期支护封闭成环后，通过通孔灌注水泥砂浆到初期支护与围岩之间，以加固初期支护和围岩的紧密，以及加固仰拱初期支护、下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护之间的连接紧密。
本发明至少包括以下有益效果：
一、本发明的开挖方式选择非爆破设备开挖，并对待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，使得向前推进的工作面得到稳定，适宜复杂地层的开挖，减少围岩变形、降低溜坍、突泥涌水几率。通过待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，还可以对三个台阶的开挖口起到稳定作用，避免上台阶向下一台阶滑落，降低安全事故的发生。
二、采用1台铣挖机，下台阶和仰拱同步一次铣挖可以提供铣挖效率，通过修建道路由仰拱向上台阶进行铣挖，再由上台阶向下台阶及仰拱铣挖，实现上台阶和中台阶的铣挖。本发明通过上台阶、中台阶、下台阶和仰拱同步铣挖，进一步提高开挖效率，只有通过在待开挖的撑子面上喷射混凝土封闭，对三台阶的开挖口起到稳定作用，才能保证3台铣挖机左右位置错开同时开工，降低安全事故的发生。
三、本发明通过将撑子面向未开挖隧道方向倾斜，有利于对开挖面的稳定，又有利于混凝土对撑子面的封闭。
四、本发明通过初期支护的通孔灌注水泥砂浆到初期支护与围岩之间，以加固初期支护和围岩的紧密，以及加固仰拱初期支护、下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护之间的连接紧密，实现了先将初期支护快速及时封闭成环，对隧道变形控制效果明显，再通过通孔灌注水泥砂浆到初期支护与围岩之间，进行加固加牢，避免围岩后期变形的可能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式中关于留有下台阶的开挖示意图；
图2为本发明的一个实施方式中挖掉下台阶的开挖示意图；
图3为本发明的一个实施方式中关于施工车辆施工示意图。
其中，上台阶1；中台阶2；铣挖机3；下台阶4；装载机5；运输机6；栈桥7；仰拱8；回填的洞渣9；隧道10；第一撑子面11；第二撑子面12；第三撑子面13；第四撑子面14；核心土15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图1-3示了降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法的一种实现形式，其包括：上台阶1开挖、中台阶2开挖、下台阶4开挖和仰拱8开挖，所述上台阶1开挖、中台阶2开挖、下台阶4开挖和仰拱8开挖通过非爆破设备开挖，边进行开挖，边喷射混凝土封闭待开挖的撑子面。非爆破设备可以为挖掘机、铣挖机、钻机的一种或几种的结合。这样通过选择非爆破设备开挖，并对待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，使得向前推进的工作面得到稳定，适宜复杂地层的开挖，减少围岩变形、降低溜坍、突泥涌水几率。通过待开挖的撑子面喷射混凝土封闭，还可以对三个台阶的开挖口起到稳定作用，避免上台阶向下一台阶滑落，降低安全事故的发生。
在上述技术方案中，采用铣挖机铣挖，上台阶1、中台阶2、下台阶4和仰拱8同步铣挖，采用3台铣挖机分别在上台阶1、中台阶2和下台阶4上左右错开铣挖，下台阶4和仰拱8共用一台铣挖机，下台阶4和仰拱8同步一次铣挖。这样可以进一步提高开挖效率，只有通过在待开挖的撑子面上喷射混凝土封闭，对三台阶的开挖口起到稳定作用，才能保证3台铣挖机左右位置错开同时开工，降低安全事故的发生。
在上述技术方案中，也可以采用1台铣挖机，通过修建道路由仰拱8向上台阶1进行铣挖，再由上台阶1向下台阶4及仰拱8铣挖。
在上述技术方案中，具体的开挖步骤包括如下：
步骤一、通过铣挖将隧道开挖口挖成三台阶预留核心土15形状如图1所示；
步骤二、铣挖机由上台阶1拱脚铣挖至拱顶，待铣挖的第一撑子面11和第二撑子面12喷射混凝土，铣挖过程中挖掘机将洞碴翻至下一台阶；
步骤三、初期支护材料运至上台阶1，上台阶1安装拱架，施作上台阶初期支护；
步骤四、铣挖机在中台阶2上，铣挖上台阶的第三撑子面13，待铣挖的第三撑子面13喷射混凝土，铣挖过程中挖掘机将洞碴翻至下一台阶，中台阶安装拱架，施作中台阶初期支护，且与上台阶初期支护连接；
步骤五、铣挖机在下台阶4或仰拱8上，铣挖中台阶2的第四撑子面14和仰拱8，待铣挖的第四撑子面14喷射混凝土，铣挖过程中装载机5和运输机6清渣，下台阶4安装拱架，施作下台阶和仰拱初期支护，且与中台阶初期支护连接，封闭成环。
在上述技术方案中，撑子面向未开挖隧道方向倾斜，与水平面夹角为60-80°，既起到对开挖面的稳定，又有利于混凝土对撑子面的封闭。
在上述技术方案中，仰拱初期支护施工完成后，待仰拱混凝土达到一定强度时(机械设备行走时不损坏)，回填80cm-120cm洞碴9，所述下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护复喷混凝土。
在上述技术方案中，仰拱8的开挖施工和仰拱初期支护的施工施用隧道仰拱整体配套移动栈桥7配合施工。移动栈桥是集行车，包括仰拱弧形边模板，仰拱端头模板，中心水沟模板，钢边止水带定位装置和混凝土震动梁为一体的自行式施工仰拱栈桥，可以采用前期研究的隧道仰拱整体配套移动栈桥(申请号为2017200688114)，进一步提高效率和安全性。
在上述技术方案中，上台阶的初期支护上预留有通孔，在上台阶1、中台阶2、下台阶4和仰拱8的初期支护封闭成环后，通过通孔灌注水泥砂浆到初期支护与围岩之间，以加固初期支护和围岩的紧密，以及加固仰拱初期支护、下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护之间的连接紧密。这样可以先将初期支护快速及时封闭成环，对隧道变形控制效果明显，再通过通孔灌注水泥砂浆到初期支护与围岩之间，进行加固加牢，避免围岩后期变形的可能，在开挖过程中有利于减少围岩变形、降低溜坍、突泥涌水几率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。
Claims (9)
1.降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其通过三台阶预留核心土带仰拱开挖，其包括：上台阶开挖、中台阶开挖、下台阶开挖和仰拱开挖，其特征在于：所述上台阶开挖、中台阶开挖、下台阶开挖和仰拱开挖通过非爆破设备开挖，边进行开挖，边喷射混凝土封闭待开挖的撑子面。
2.如权利要求1所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，所述非爆破设备开挖为铣挖机铣挖。
3.如权利要求2所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，所述上台阶、中台阶、下台阶和仰拱同步铣挖，3台铣挖机分别在上台阶、中台阶和下台阶上左右错开铣挖，下台阶和仰拱共用一台铣挖机，下台阶和仰拱同步一次铣挖。
4.如权利要求2所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，1台铣挖机，通过修建道路由仰拱向上台阶进行铣挖，再由上台阶向下台阶及仰拱铣挖。
5.如权利要求2-4任一项所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一、通过铣挖将隧道开挖口挖成三台阶预留核心土形状；
步骤二、铣挖机由上台阶拱脚铣挖至拱顶，待铣挖的第一撑子面和第二撑子面喷射混凝土，铣挖过程中挖掘机将洞碴翻至下一台阶；
步骤三、初期支护材料运至上台阶，上台阶安装拱架，施作上台阶初期支护；
步骤四、铣挖机在中台阶上，铣挖上台阶的第三撑子面，待铣挖的第三撑子面喷射混凝土，铣挖过程中挖掘机将洞碴翻至下一台阶，中台阶安装拱架，施作中台阶初期支护，且与上台阶初期支护连接；
步骤五、铣挖机在下台阶或仰拱上，铣挖中台阶的第四撑子面和仰拱，待铣挖的第四撑子面喷射混凝土，铣挖过程中装载机和运输机清渣，下台阶安装拱架，施作下台阶和仰拱初期支护，且与中台阶初期支护连接，封闭成环。
6.如权利要求5所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，所述撑子面向未开挖隧道方向倾斜，与水平面夹角为60-80°。
7.如权利要求6所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，仰拱初期支护施工完成后，回填洞渣，所述下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护复喷混凝土。
8.如权利要求7所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，所述仰拱的开挖施工和仰拱初期支护的施工施用隧道仰拱整体配套移动栈桥配合施工。
9.如权利要求6-8任一项所述的降低隧道变形和突泥涌水的开挖方法，其特征在于，上台阶的初期支护上预留有通孔，在上台阶、中台阶、下台阶和仰拱的初期支护封闭成环后，通过通孔灌注水泥砂浆到初期支护与围岩之间，以加固初期支护和围岩的紧密，以及加固仰拱初期支护、下台阶初期支护、中台阶初期支护和上台阶初期支护之间的连接紧密。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200428 |
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