CN111075456A - 大断面软弱地层隧道全断面施工结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大断面软弱地层隧道全断面施工结构及施工方法，该结构包括由多个对掌子面前方岩体进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固机构组成的隧道开挖及锚固系统，每个隧道开挖及锚固机构均包括一个锚杆、锚固机构和一个旋挖刀具；该方法包括步骤：一、后端节段施工；二、下一个隧道节段施工；三、一次或多次重复步骤二，直至完成隧道施工过程。本发明设计合理、施工简便且使用效果好、施工质量易于控制，采用多个隧道开挖及锚固机构组成隧道开挖及锚固系统对掌子面前方岩体进行有效动态锚固的同时，能对大断面软弱地层隧道进行机械化全断面开挖施工，确保隧道围岩与隧道结构稳定，减少施工风险，并能有效加快施工进度且隧道施工质量易于控制。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及大断面软弱地层隧道全断面施工结构及施工方法。
背景技术
近年来，正在修建及规划的铁路隧道、公路隧道、城市地铁等地下工程中，穿越软弱地层的隧道工程越来越多，其中穿越软弱围岩地层的软岩隧道(也称软弱围岩隧道)占有很高的比例，并且穿越黄土地层的隧道工程也较多，隧道断面也越来越大。软岩(即软弱围岩)发生塑性变形的概率非常高，常引起隧道的净空变小，影响正常的隧道施工和使用。由于软弱围岩本身的地质性质结构松散，并且稳定性极差，这就决定了它在隧道建设中必然会产生一定程度的变形。由于软弱围岩稳定性较差的原因，在软岩隧道开挖后，使原有的地应力平衡遭到了破坏，从而导致围岩发生变形。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，对于处于黄土地层的黄土隧道进行施工时，洞体周侧土层变形大。尤其是对于大断面黄土隧道而言，洞体周侧土层变形非常大，并且开挖施工难度非常大。
采用矿山法对土质隧道(主要指黄土隧道)或者软岩隧道进行施工时，为了保证开挖掌子面稳定，不得不将掌子面划分成若干小块，相应形成CD法、CRD法、双侧壁开挖法、台阶法等分部开挖工法，目前现场主要采用台阶法。此类方法存在以下三方面的共同缺陷：第一、开挖断面分部多(也称为分块多)，工序复杂；第二、每部分开挖断面小，机械化程度低；第三、支护成环时间周期长，变形大。上述缺陷导致隧道施工安全风险大，施工进度慢，并且施工成本高。
盾构法非常适合土质和软岩地层的隧道施工，依靠盾构机械实现全断面开挖和支护，施工进度快，安全有保障。然而，大断面盾构机械制造成本比较高，加上设备的通用性不强，导致工程造价往往很高；另外，大断面盾构管片隧道有时还考虑结构的抗震性能需增加二次衬砌，此时采用采用盾构法施工很不经济。
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，提供一种大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其结构设计合理、施工简便且使用效果好、施工质量易于控制，采用多个隧道开挖及锚固机构组成隧道开挖及锚固系统，结构简单、操作简便，对掌子面前方岩体进行有效动态锚固的同时，能对大断面软弱地层隧道进行机械化全断面开挖施工，确保隧道结构稳定，减少施工风险，并能有效加快施工进度，缩短施工工期，并且隧道施工质量易于控制。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道的掌子面前方岩体进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固系统，所施工隧道为开挖断面大于50m2的大断面软岩隧道或大断面黄土隧道；所述隧道开挖及锚固系统包括多个对掌子面前方岩体进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固机构，多个所述隧道开挖及锚固机构的结构均相同且其均位于所施工隧道的掌子面前方，多个所述隧道开挖及锚固机构均呈平行布设且其均沿所施工隧道的隧道纵向延伸方向布设；
每个所述隧道开挖及锚固机构均包括一个由后向前钻进至掌子面前方岩体内的锚杆、将锚杆固定于掌子面前方岩体内的锚固机构和一个由后向前对掌子面前方岩体进行开挖并形成初步开挖洞体的旋挖刀具，所述旋挖刀具同轴套装于锚杆后部；所述旋挖刀具为由锚杆带动进行旋转且随锚杆同步向前移动的圆盘形刀具，所述旋挖刀具与锚杆呈垂直布设；所述锚杆沿隧道纵向延伸方向布设，所述锚杆包括平直钻杆和安装在所述平直钻杆前端的钻头，所述平直钻杆为空心钻杆；所述旋挖刀具中部开有供所述平直钻杆安装的安装孔，所述平直钻杆的后端伸出至旋挖刀具后侧；
所述初步开挖洞体沿隧道纵向延伸方向布设且其横截面为圆形；所述平直钻杆中位于旋挖刀具前侧的钻杆节段为前侧钻杆节段，所述前侧钻杆节段位于平直钻孔内，所述平直钻孔沿隧道纵向延伸方向布设；所述前侧钻杆节段分为前侧锚固段和位于所述前侧锚固段后侧的后侧节段，所述锚固机构布设于所述前侧锚固段上，所述锚固机构为向外支顶后与平直钻孔的孔壁紧靠的顶紧机构；所述旋挖刀具为位于初步开挖洞体前端内部且对锚杆后部进行锚固的锚具。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：所述平直钻杆为空心钢管，所述平直钻杆的外径为φ150mm～φ180mm。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：每个所述旋挖刀具的直径均与其所开挖初步开挖洞体的直径相同，所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具所开挖初步开挖洞体的横截面积之和为隧道洞横截面积的
所述旋挖刀具的直径为1.2m～2.5m，相邻两个所述旋挖刀具之间的间距为2.2m～3.5m。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：所述平直钻孔为由所述钻头由后向前钻进后形成的圆形钻孔，每个所述锚杆的直径均小于其所处平直钻孔的孔径。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：所述隧道开挖及锚固系统中每个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆均由一个液压驱动机构带动进行钻进，每个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆后端均与一个所述液压驱动机构进行传动连接；
每个所述锚固机构均由一个液压驱动装置进行驱动，每个所述锚固机构均与一个所述液压驱动装置进行传动连接。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：所述锚固机构包括多个向外支顶后能支顶于所处平直钻孔孔壁上的支顶块和对多个所述支顶块同步向外支顶的支顶机构，所述支顶机构与一个所述液压驱动装置进行传动连接；多个所述支顶块沿圆周方向布设于所施工隧道同一隧道横断面上，所述支顶机构和所述液压驱动装置均位于所述平直钻杆内，多个所述支顶块沿圆周方向布设于支顶机构外侧；所述平直钻杆上开有多个供支顶块安装的安装孔，每个所述支顶块的内侧均伸入至所述平直钻杆内并与支顶机构连接，每个所述支顶块的外侧均伸出至所述平直钻杆外侧。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：所施工隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对隧道洞进行全断面支护的支护结构；所述隧道二次衬砌位于所述隧道初期支护结构内侧；
所述隧道初期支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的劲性钢架，所述劲性钢架为钢管混凝土结构且其为对隧道洞进行全断面支护的支护架；所述劲性钢架的形状与隧道洞的横断面形状相同，多个所述劲性钢架呈均匀布设；
每个所述劲性钢架均由多个圆弧形钢管混凝土结构拼接而成，多个所述圆弧形钢管混凝土结构沿隧道洞的开挖轮廓线进行布设。
上述大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征是：所述隧道二次衬砌由隧道仰拱和布设于隧道仰拱正上方的隧道拱墙二次衬砌组成，所述隧道仰拱为钢筋混凝土预制仰拱，所述隧道仰拱的上表面为水平面且其底面为圆弧形；
所述钢筋混凝土预制仰拱沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道仰拱节段，每个所述隧道仰拱节段的长度为2m～4m；每个所述隧道仰拱节段均由多个钢筋混凝土预制块拼接而成；
所述隧道拱墙二次衬砌为现浇混凝土衬砌，所述隧道初期支护结构浇筑于隧道拱墙二次衬砌内。
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软岩隧道全断面施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前将所施工隧道分为多个隧道节段进行施工，多个所述隧道节段的施工方法均相同；所施工隧道中位于最后侧的一个所述隧道节段为后端节段；
对所施工隧道进行施工时，包括以下步骤：
步骤一、后端节段施工，过程如下：
步骤101、锚杆钻进：将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆分别沿隧道纵向延伸方向由后向前钻进至所述后端节段的掌子面前方岩体内，直至各锚杆后部所安装的旋挖刀具均与所述后端节段的掌子面紧靠，此时各锚杆后部所安装的旋挖刀具均位于所述后端节段的掌子面后侧；
步骤102、隧道初步开挖及锚固：沿隧道纵向延伸方向将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆分别继续向前钻进，且向前钻进距离与所述后端节段的长度相同；
本步骤中，各锚杆继续向前钻进过程中，所述锚杆后部所安装的旋挖刀具同步沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述后端节段的掌子面前方岩体进行开挖，并形成初步开挖洞体，所述初步开挖洞体的长度均与所述后端节段的长度相同；
待所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的锚杆均钻进到位后，将各隧道开挖及锚固机构的所述锚固机构均向外支顶于所处平直钻孔的孔壁上，完成所述后端节段的初步开挖过程与所述隧道开挖及锚固系统的锚固过程；此时，所述后端节段上开挖形成多个所述初步开挖洞体，每个所述旋挖刀具均位于其所处初步开挖洞体的前端内部；
步骤103、隧道后续开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述后端节段的剩余岩体进行开挖，完成所述后端节段的开挖过程；
步骤二、下一个隧道节段施工，过程如下：
步骤201、解锚：将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆的所述锚固机构均向内收缩并与所处平直钻孔的孔壁分离，完成所述隧道开挖及锚固系统的解锚过程；
步骤202、隧道初步开挖及锚固：沿隧道纵向延伸方向将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆分别向前钻进，且向前钻进距离与当前所施工隧道节段的长度相同；
本步骤中，各锚杆向前钻进过程中，所述锚杆后部所安装的旋挖刀具同步沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的掌子面前方岩体进行开挖，并形成初步开挖洞体，所述初步开挖洞体的长度均与当前所施工隧道节段的长度相同；
待所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的锚杆均钻进到位后，将各隧道开挖及锚固机构的所述锚固机构均向外支顶于所处平直钻孔的孔壁上，完成当前所施工隧道节段的初步开挖过程与所述隧道开挖及锚固系统的锚固过程；此时，当前所施工隧道节段上开挖形成多个所述初步开挖洞体，每个所述旋挖刀具均位于其所处初步开挖洞体的前端内部；
步骤203、隧道后续开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的剩余岩体进行开挖，完成当前所施工隧道节段的开挖过程；
步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成所施工隧道的全部施工过程。
上述方法，其特征是：所施工隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对隧道洞进行全断面支护的支护结构；所述隧道二次衬砌位于所述隧道初期支护结构内侧；
所述隧道初期支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的劲性钢架，所述劲性钢架为钢管混凝土结构且其为对隧道洞进行全断面支护的支护架；所述劲性钢架的形状与隧道洞的横断面形状相同，多个所述劲性钢架呈均匀布设；
每个所述劲性钢架均由多个圆弧形钢管混凝土结构拼接而成，多个所述圆弧形钢管混凝土结构沿隧道洞的开挖轮廓线进行布设；
所施工隧道中多个所述隧道节段的长度相同，每个所述隧道节段的长度均与前后相邻两个所述劲性钢架之间的间距相同；每个所述劲性钢架均支撑于一个所述隧道节段的内侧中部；
步骤103中完成所述后端节段的开挖过程后，在所述后端节段的隧道洞内拼装一个所述劲性钢架，完成所述后端节段的初期支护过程；
步骤203中完成当前所施工隧道节段的开挖过程后，在当前所施工隧道节段的隧道洞内拼装一个所述劲性钢架，完成当前所施工隧道节段的初期支护过程；
所述隧道二次衬砌由隧道仰拱和布设于隧道仰拱正上方的隧道拱墙二次衬砌组成，所述隧道仰拱为钢筋混凝土预制仰拱，所述隧道仰拱的上表面为水平面且其底面为圆弧形；
所述钢筋混凝土预制仰拱沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道仰拱节段，每个所述隧道仰拱节段的长度为2m～4m；每个所述隧道仰拱节段均由多个钢筋混凝土预制块拼接而成；
所述隧道拱墙二次衬砌为现浇混凝土衬砌，所述隧道初期支护结构浇筑于隧道拱墙二次衬砌内；
所施工隧道中已开挖完成的多个所述隧道节段的隧道洞形成已开挖洞体，所述已开挖洞体内已施工完成的隧道仰拱位于当前所施工隧道节段的掌子面后方，所述已开挖洞体内已施工完成的隧道仰拱前端面与当前所施工隧道节段掌子面之间的间距为2m～4m；
所述已开挖洞体内已施工完成的隧道拱墙二次衬砌前端面位于已施工完成的隧道仰拱前端面后侧。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的隧道开挖及锚固系统结构设计合理且使用操作简便、使用效果好。该隧道开挖及锚固系统包括多个对掌子面前方岩体进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固机构，多个隧道开挖及锚固机构分别独立动作，控制简便、灵活，并且能对掌子面前方岩体进行有效动态锚固，确保掌子面前方岩体的稳固性；同时，多个隧道开挖及锚固机构能分别对掌子面前方岩体进行局部开挖，实现分部开挖，减小掌子面扰动，降低施工风险，因而在确保掌子面前方岩体稳定性的同时，能对掌子面前方岩体进行有效开挖，在掌子面形成蜂窝状结构，便于后续开挖，同时能有效降低后续开挖难度，同时能进一步减少后续开挖过程中导致的隧道变形风险。
2、隧道开挖及锚固机构设计合理、结构简单、加工制作和使用操作简便，并且施工质量易于控制。
3、隧道开挖及锚固系统在掌子面前方形成能向前移动的可跟进锚固系统，为隧道全断面开挖支护创造条件，从而实现大断面隧道全断面开挖。利用掌子面前方设置的可跟进锚固系统提供锚固力，抵抗隧道掌子面土压力，创造出隧道全断面开挖条件下围岩稳定的条件；同时，隧道支护结构设计合理，隧道初期支护结构采用全环闭合的钢管混凝土支撑结构(即劲性钢架)，将隧道开挖及锚固系统与全环闭合的劲性钢架相配合，实现大断面隧道全断面开挖施工，并能确保隧道开挖施工过程安全、可靠。
4、隧道开挖及锚固系统的锚具(也称为锚板)兼做旋挖掘进的刀头，工序转换减少，开挖效率高。
5、隧道开挖及锚固系统的开挖及锚固过程简便，施工简单、安全可靠、快速高效。
6、对隧道初期支护结构进行优化，采用闭合劲性混凝土钢架(即劲性钢架)形成一次性支护结构，二次模筑混凝土形成永久隧道结构。
7、施工方法步骤简单、设计合理、施工简便且使用效果好、施工质量易于控制，采用多个隧道开挖及锚固机构组成隧道开挖及锚固系统，结构简单、操作简便，对掌子面前方岩体进行有效动态锚固的同时，能对大断面软岩隧道进行机械化全断面开挖施工，确保隧道结构稳定，减少施工风险，并且能有效加快施工进度，缩短施工工期，并且隧道施工质量易于控制。
8、使用效果好且实用价值高，具有以下有益效果：第一、实现了Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩大断面隧道全断面开挖，通过将大直径螺旋锚杆旋转顶入隧道掌子面前方岩体，提供锚固力抵抗掌子面主动土压力，锚杆每循环推进一次，动态锚固掌子面并确保掌子面垂直、稳定；第二、利用锚板作为开挖刀盘(即旋挖刀具或旋挖刀盘)，配合修整刀盘完成开挖作业，工序转换少，旋挖刀具根据具体土质进行设计，旋挖速度快，可以极大提高开挖速度和质量；第三、提出了全新的大断面全断面隧道支护结构形式，采用劲性钢架全环支护与隧道二次衬砌组成的组合式支护结构，施工方便、构件性能优越，能充分发挥材料性能；第四、取消了隧道喷射混凝土作业，作业环境无污染，有利于职业健康；第五、实现了大断面软岩和土质隧道全断面机械化施工，是对传统矿山法的颠覆性突破；第六、施工效率高、速度快，实现全断面机械化开挖与支护施工，施工效率高且进度快。预计循环用时2-4小时，日进尺可以达到4～6米，月度掘进能力可定达到120～180米；第七、以掌子面稳定为问题导向，采用主动锚固系统(即隧道开挖及锚固系统)对掌子面前方岩体进行主动锚固后，从本质上解决了围岩稳定问题，节省了传统工艺大量的超前支护费用，传统的管棚、超前小导管、超前锚杆、锁脚锚杆等措施都可以取消；第八、结构上利用劲性钢管混凝土结构作为承力结构充分发挥了材料性能，减少了喷射混凝土和钢筋，可大幅降低造价；第九、作业环境好，全机械化施工，无喷射混凝土污染，旋挖作业设集尘器，作业环境得到根本改善；第十、施工安全、有保障，真正做到“短开挖、强支护、快封闭”，并且支护可靠，能及时封闭，机械化作业，必要时可配合管棚等超前支护，极大降低坍塌风险。
9、推广及应用前景广泛，虽然本发明仍然属于矿山法，但是本发明是对矿山法进行全面颠覆性改变，使大断面隧道告别分部开挖方式，告别喷射混凝土作业。从而，能开创一个大断面软岩隧道全断面机械开挖新时代。
10、适用范围广且使用方式灵活，适应于黄土隧道与Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩隧道施工，并且能适用于Ⅵ级围岩隧道的超前预加固施工，并且能有效适用于高速铁路、高速公路等交通隧道以及水利工程洞室施工。
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为本发明全断面施工结构进行隧道初步开挖及锚固前的施工状态示意图。
图2为本发明全断面施工结构完成隧道初步开挖及锚固后的施工状态示意图。
图3为本发明隧道开挖及锚固系统中多个隧道开挖及锚固机构的布设位置示意图。
图4为本发明隧道支护结构的横断面结构示意图。
图5为本发明旋挖刀具的结构示意图。
图6为本发明锚固机构的使用状态参考图。
图7为本发明的施工方法流程框图。
附图标记说明:
1—隧道洞； 2—锚杆； 3—掌子面前方岩体；
4—初步开挖洞体； 5—旋挖刀具； 5-1—圆环形刀盘；
5-2—圆形安装座； 5-3—切割刀具； 6—平直钻孔；
7—移动车； 8—隧道拱墙二次衬砌； 9—劲性钢架；
10—钢筋混凝土预制衬砌环； 11—隧道仰拱；
12—二衬台车； 13—支顶块； 14—支顶机构；
15—液压千斤顶； 16—限位环； 17—支撑座。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种大断面软弱地层隧道全断面施工结构，包括对所施工隧道的掌子面前方岩体3进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固系统，所施工隧道为开挖断面大于50m2的大断面软岩隧道或大断面黄土隧道；所述隧道开挖及锚固系统包括多个对掌子面前方岩体3进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固机构，多个所述隧道开挖及锚固机构的结构均相同且其均位于所施工隧道的掌子面前方，多个所述隧道开挖及锚固机构均呈平行布设且其均沿所施工隧道的隧道纵向延伸方向布设；
结合图3，每个所述隧道开挖及锚固机构均包括一个由后向前钻进至掌子面前方岩体3内的锚杆2、将锚杆2固定于掌子面前方岩体3内的锚固机构和一个由后向前对掌子面前方岩体3进行开挖并形成初步开挖洞体4的旋挖刀具5，所述旋挖刀具5同轴套装于锚杆2后部；所述旋挖刀具5为由锚杆2带动进行旋转且随锚杆2同步向前移动的圆盘形刀具，所述旋挖刀具5与锚杆2呈垂直布设；所述锚杆2沿隧道纵向延伸方向布设，所述锚杆2包括平直钻杆和安装在所述平直钻杆前端的钻头，所述平直钻杆为空心钻杆；所述旋挖刀具5中部开有供所述平直钻杆安装的安装孔，所述平直钻杆的后端伸出至旋挖刀具5后侧；其中，隧道洞1的横截面积大于50m2；
所述初步开挖洞体4沿隧道纵向延伸方向布设且其横截面为圆形；所述平直钻杆中位于旋挖刀具5前侧的钻杆节段为前侧钻杆节段，所述前侧钻杆节段位于平直钻孔6内，所述平直钻孔6沿隧道纵向延伸方向布设；所述前侧钻杆节段分为前侧锚固段和位于所述前侧锚固段后侧的后侧节段，所述锚固机构布设于所述前侧锚固段上，所述锚固机构为向外支顶后与平直钻孔6的孔壁紧靠的顶紧机构；所述旋挖刀具5为位于初步开挖洞体4前端内部且对锚杆2后部进行锚固的锚具。所述锚固机构为能支顶于平直钻孔6孔壁上的顶紧机构。
其中，所施工隧道的隧道纵向延伸方向为所施工隧道的隧道轴线方向。
本实施例中，所施工隧道呈水平布设，相应地多个所述隧道开挖及锚固机构均呈水平布设，并且多个所述锚杆2均呈水平布设。实际施工时，所施工隧道的隧道轴线水平倾角不大于7°，即所施工隧道的隧道纵向延伸方向与水平面之间的夹角不大于7°。
本实施例中，所施工隧道的隧道洞1横截面形状为圆形。
实际施工时，隧道洞1横截面形状不限，隧道洞1横截面形状也可以为马蹄形、椭圆形等。
本实施例中，所述平直钻杆为空心钢管。
并且，所述平直钻杆的外径为φ150mm～φ180mm。
本实施例中，所述前侧钻杆节段的长度为L，L的取值范围为15m～30m。
实际施工时，可根据具体需要，对所述平直钻杆的外径以及L的取值大小分别进行相应调整。
本实施例中，每个所述旋挖刀具5的直径均与其所开挖初步开挖洞体4的直径相同，所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具5所开挖初步开挖洞体4的横截面积之和为隧道洞1横截面积的
其中，所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具5所开挖初步开挖洞体4的横截面积之和指的是所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具5所开挖初步开挖洞体4的横截面积总和。
本实施例中，所述旋挖刀具5的直径为1.2m～2.5m，相邻两个所述旋挖刀具5之间的间距为2.2m～3.5m。
实际施工时，可根据所施工隧道的开挖断面形状和尺寸，对所述隧道开挖及锚固机构的数量、各隧道开挖及锚固机构的布设位置以及各旋挖刀具5的直径分别进行相应调整。通过调整所述隧道开挖及锚固机构的数量和各隧道开挖及锚固机构的布设位置对旋挖刀具5的数量以及布设间距进行相应调整，实际调整简便。实际施工时，所述隧道开挖及锚固系统中的多个所述隧道开挖及锚固机构由上至下分M排进行布设，每排所述隧道开挖及锚固机构均包括多个呈均匀布设的隧道开挖及锚固机构，其中M为正整数且M≥3。M排所述隧道开挖及锚固机构中位于最上部的一排所述隧道开挖及锚固机构为上排隧道开挖及锚固机构，M排所述隧道开挖及锚固机构中位于最底部的一排所述隧道开挖及锚固机构为下排隧道开挖及锚固机构，M排所述隧道开挖及锚固机构中除所述上排隧道开挖及锚固机构和所述下排隧道开挖及锚固机构之外的各排隧道开挖及锚固机构均为中排隧道开挖及锚固机构。其中，所述上排隧道开挖及锚固机构中的多个所述隧道开挖及锚固机构沿隧道洞3的顶部开挖轮廓线进行由左至右布设，所述下排隧道开挖及锚固机构中的多个所述隧道开挖及锚固机构沿隧道洞3的底部开挖轮廓线进行由左至右布设，每个所述中排隧道开挖及锚固机构的多个所述隧道开挖及锚固机构由左至右布设于同一平面上。
本实施例中，所述隧道开挖及锚固系统中所有锚杆2的直径均相同。
本实施例中，如图3所示，所述隧道开挖及锚固系统中所包括隧道开挖及锚固机构的数量为14个，14个所述隧道开挖及锚固机构中包括3个布设于隧道洞1上部的上部隧道开挖及锚固机构、8个布设于隧道洞1中部的中部隧道开挖及锚固机构和3个布设于隧道洞1底部的底部隧道开挖及锚固机构。其中，3个所述上部隧道开挖及锚固机构组成所述上排隧道开挖及锚固机构，3个所述上部隧道开挖及锚固机构组成所述下排隧道开挖及锚固机构。3个所述上部隧道开挖及锚固机构和3个所述底部隧道开挖及锚固机构中旋挖刀具5的直径均相同，8个所述中部隧道开挖及锚固机构中旋挖刀具5的直径均相同，所述上部隧道开挖及锚固机构中旋挖刀具5的直径小于所述中部隧道开挖及锚固机构中旋挖刀具5的直径，这样能确保隧道洞1顶部和底部的开挖轮廓，确保不会出现超挖或欠挖现象。
8个所述中部隧道开挖及锚固机构分上下两排进行布设，每排所述中部隧道开挖及锚固机构为一个所述中排隧道开挖及锚固机构，每排所述中部隧道开挖及锚固机构均包括4个由左至右布设于同一水平面上的所述中部隧道开挖及锚固机构。8个所述中部隧道开挖及锚固机构由左至右分4列进行布设，每列所述中部隧道开挖及锚固机构均包括上下两个布设于同一竖直面上的所述中部隧道开挖及锚固机构。3个所述上部隧道开挖及锚固机构沿隧道洞3的上部开挖轮廓线进行由左至右布设，3个所述底部隧道开挖及锚固机构沿隧道洞3的底部开挖轮廓线进行由左至右布设。
实际施工时，可根据具体需要，对所述隧道开挖及锚固系统中所包括隧道开挖及锚固机构的数量以及各隧道开挖及锚固机构的布设位置分别进行相应调整。
如图5所示，所述旋挖刀具5包括一个圆环形刀盘5-1、一个布设于所述圆环形刀盘5-1内侧中部且与圆环形刀盘5-1呈同轴布设的圆形安装座5-2和多个沿圆周方向布设于圆环形刀盘5-1与圆形安装座5-2之间的切割刀具5-3，多个所述切割刀具5-3呈均匀布设。所述圆形安装座5-2同轴安装在锚杆2上。
本实施例中，所述切割刀具5-3的数量为5个。实际加工时，可根据具体需要，对切割刀具5-3的数量进行相应调整。
实际使用时，所述旋挖刀具5也可以采用其它类型的圆形刀盘。
本实施例中，所述平直钻孔6为由所述钻头由后向前钻进后形成的圆形钻孔，每个所述锚杆2的直径均小于其所处平直钻孔6的孔径。
本实施例中，所述隧道开挖及锚固系统中每个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2均由一个液压驱动机构带动进行钻进，每个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2后端均与一个所述液压驱动机构进行传动连接；
每个所述锚固机构均由一个液压驱动装置进行驱动，每个所述锚固机构均与一个所述液压驱动装置进行传动连接。
所述液压驱动机构与现有钻进设备中所采用的钻进驱动设备相同，因而现有钻进设备中所采用的钻进驱动设备均为作为所述液压驱动机构使用。实际施工时，由所述液压驱动机构驱动锚杆2和旋挖刀具5进行旋转，并对锚杆2和旋挖刀具5进行向前顶推。
如图6所示，本实施例中，所述锚固机构包括多个向外支顶后能支顶于所处平直钻孔6孔壁上的支顶块13和对多个所述支顶块13同步向外支顶的支顶机构14，所述支顶机构14与一个所述液压驱动装置进行传动连接；多个所述支顶块13沿圆周方向布设于所施工隧道同一隧道横断面上，所述支顶机构14和所述液压驱动装置均位于所述平直钻杆内，多个所述支顶块13沿圆周方向布设于支顶机构14外侧；所述平直钻杆上开有多个供支顶块13安装的安装孔，每个所述支顶块13的内侧均伸入至所述平直钻杆内并与支顶机构14连接，每个所述支顶块13的外侧均伸出至所述平直钻杆外侧。因而，所述支顶块13为向外支顶后与所处平直钻孔6的孔壁紧靠并稳固支顶在所处平直钻孔6孔壁上的钢块。
本实施例中，所述液压驱动装置为与所处平直钻杆呈同轴布设的液压千斤顶15，所述液压千斤顶15位于所驱动支顶机构14后侧，所述支顶机构14的前侧和液压千斤顶15的后侧均设置有限位环16，所述限位环16与所处平直钻杆呈同轴布设且其固定在所处平直钻杆内侧。所述支顶机构14前侧与限位环16之间设置有支撑座17。所述支撑座17为平直板且其与限位环16呈平行布设。
实际使用时，所述液压驱动装置也可以采用其它类型的驱动机构，如电动驱动机构或其它液压驱动装置(如液压推杆等)。
本实施例中，所述支顶机构14为呈水平布设且其沿所述平直钻杆的中心轴线布设。
本实施例中，所述支顶机构14为四连杆机构。
实际使用时，所述支顶机构14也可以采用其它类型的支顶结构，只需能对支顶块13进行向外支顶即可。
本实施例中，所述锚固机构中多个所述支顶块13的结构和尺寸均相同，多个所述支顶块13呈均匀布设。
本实施例中，所述锚固机构中支顶块13的数量为两个，每个所述支顶块13对称布设于所述四连杆机构的左右两侧。实际加工时，可根据具体需要，对支顶块13的数量以及各支顶块13的布设位置分别进行相应调整。
每个所述隧道开挖及锚固机构中所设置锚固机构的数量为一个或多个，多个所述锚固机构沿隧道纵向延伸方向由后向前布设。本实施例中，每个所述隧道开挖及锚固机构中所设置锚固机构的数量为多个，因而能有效增高锚固效果。
每个所述锚固机构中多个所述支顶块13均组成一个支顶式锚固结构，每个所述锚固机构中所述支顶式锚固结构的长度为该锚固机构的锚固长度。每个所述隧道开挖及锚固机构的锚固长度为该隧道开挖及锚固机构中所有锚固机构的锚固长度之和，每个所述隧道开挖及锚固机构中各锚固机构均布设在所述前侧锚固段上。每个所述隧道开挖及锚固机构中多个所述锚固机构呈间隔布设。因而，每个所述隧道开挖及锚固机构的锚固长度由该隧道开挖及锚固机构上所设置锚固机构的数量以及各锚固机构的锚固长度进行确定。
为进一步提高锚固效果，每个所述支顶块13的外侧壁上均设置有橡胶垫或多个凸起，以增大支顶块13的外侧壁与平直钻孔6孔壁之间的摩擦力，确保锚固效果。
本实施例中，每个所述支顶块13的长度均由内至外逐渐增大，每个所述支顶块13的外侧壁均为圆弧面。
实际使用时，通过所述液压驱动装置推动支顶机构14向前移动，所述支顶机构14向前移动过程中带动多个所述支顶块13向外支顶，待支顶块13的外侧壁与平直钻孔6孔壁紧靠后，完成锚固；相应地，通过所述液压驱动装置带动支顶机构14向后移动，所述支顶机构14向后移动过程中带动多个所述支顶块13向内收缩，待支顶块13的外侧壁与平直钻孔6孔壁分离后，完成解锚；实际操作非常简便，并且锚固可靠。
结合图4，所施工隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对隧道洞1进行全断面支护的支护结构；所述隧道二次衬砌位于所述隧道初期支护结构内侧；
所述隧道初期支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的劲性钢架9，所述劲性钢架9为钢管混凝土结构且其为对隧道洞1进行全断面支护的支护架；所述劲性钢架9的形状与隧道洞1的横断面形状相同，多个所述劲性钢架9呈均匀布设；
每个所述劲性钢架9均由多个圆弧形钢管混凝土结构拼接而成，多个所述圆弧形钢管混凝土结构沿隧道洞1的开挖轮廓线进行布设。
为进一步提高支护效果，所述隧道初期支护结构还包括钢筋混凝土预制衬砌，所述钢筋混凝土预制衬砌为对隧道洞1进行全断面支护的支护结构，所述钢筋混凝土预制衬砌的横截面形状与隧道洞1的横截面形状相同。本实施例中，所述钢筋混凝土预制衬砌的横截面为圆环形，所述劲性钢架9为支撑于所述钢筋混凝土预制衬砌内侧的圆环形架体，所述劲性钢架9为钢管混凝土结构。
为提高施工速度且为尽早封闭成环，确保施工安全，所述钢筋混凝土预制衬砌由多个钢筋混凝土预制衬砌环10拼接而成，多个所述钢筋混凝土预制衬砌环10沿隧道纵向延伸方向由后向前布设；所述钢筋混凝土预制衬砌环10的数量与劲性钢架9的数量相同，每个所述劲性钢架9均支撑于一个所述钢筋混凝土预制衬砌环10的中部内侧，所述钢筋混凝土预制衬砌环10的宽度与前后相邻两个所述劲性钢架9之间的间距相同。每个所述钢筋混凝土预制衬砌环10均为多个圆弧形预制板拼接而成，多个所述圆弧形预制板沿隧道洞1的开挖轮廓线布设，每个所述圆弧形预制板均为钢筋混凝土板。
本实施例中，每个所述钢筋混凝土预制衬砌环10均为多个圆弧形预制板拼接而成，多个所述圆弧形预制板沿圆周方向布设，每个所述圆弧形预制板均为钢筋混凝土板；
每个所述劲性钢架9均由多个圆弧形钢管混凝土结构拼接而成，多个所述圆弧形钢管混凝土结构沿圆周方向布设。
本实施例中，所述圆弧形钢管混凝土结构包括圆弧形钢管和由浇筑于所述圆弧形钢管内的混凝土形成的混凝土浇筑结构。其中，浇筑于所述圆弧形钢管内的混凝土为添加混凝土早强剂的混凝土，因而能有效确保所述劲性钢架9的支护强度，并能及时发挥支护作用。
本实施例中，所述圆弧形钢管的横截面为矩形。因而，能有效提高钢管混凝土结构的支撑强度和支护效果，有效发挥钢管混凝土的结构优势。
本实施例中，前后相邻两个所述劲性钢架9之间的间距为Lc，其中Lc＝0.5m～1m。
实际施工时，可根据具体需要，对前后相邻两个所述劲性钢架9之间的间距进行相应调整。
本实施例中，所述隧道二次衬砌由隧道仰拱11和布设于隧道仰拱11正上方的隧道拱墙二次衬砌8组成，所述隧道仰拱11为钢筋混凝土预制仰拱，所述隧道仰拱11的上表面为水平面且其底面为圆弧形；
所述钢筋混凝土预制仰拱沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道仰拱节段，每个所述隧道仰拱节段的长度为2m～4m；每个所述隧道仰拱节段均由多个钢筋混凝土预制块拼接而成；
所述隧道拱墙二次衬砌8为现浇混凝土衬砌，所述隧道初期支护结构浇筑于隧道拱墙二次衬砌8内。
本实施例中，所述隧道拱墙二次衬砌8为采用二衬台车12施工成型的衬砌。
本实施例中，所述液压驱动机构为液压马达。
所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的所述液压驱动机构均安装于能在隧道洞1内进行前后水平移动的移动车7上。并且，所述移动车7在已施工完成的隧道仰拱11上进行前后移动。同时，所述二衬台车12在已施工完成的隧道仰拱11上进行前后移动。因而，实现全断面机械化施工作用，能有效简化施工过程，加快施工进度。所述二衬台车12位于移动车7后侧。为确保驱动效果，每个所述液压驱动机构与所驱动的锚杆2后端均通过一个工作臂进行连接。本实施例中，每个所述锚杆2后端均同轴安装有一个带动锚杆2旋转且推动锚杆2同步向前移动的液压动力头，所述液压动力头与所述液压驱动机构连接。
如图7所示的一种大断面软岩隧道全断面施工方法，沿隧道纵向延伸方向由后向前将所施工隧道分为多个隧道节段进行施工，多个所述隧道节段的施工方法均相同；所施工隧道中位于最后侧的一个所述隧道节段为后端节段；
对所施工隧道进行施工时，包括以下步骤：
步骤一、后端节段施工，过程如下：
步骤101、锚杆钻进：将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2分别沿隧道纵向延伸方向由后向前钻进至所述后端节段的掌子面前方岩体3内，直至各锚杆2后部所安装的旋挖刀具5均与所述后端节段的掌子面紧靠，此时各锚杆2后部所安装的旋挖刀具5均位于所述后端节段的掌子面后侧；并且，此时所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具5位于所施工隧道的同一横断面上；
步骤102、隧道初步开挖及锚固：沿隧道纵向延伸方向将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2分别继续向前钻进，且向前钻进距离与所述后端节段的长度相同；此时，所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具5位于所施工隧道的同一横断面上；
本步骤中，各锚杆2继续向前钻进过程中，所述锚杆2后部所安装的旋挖刀具5同步沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述后端节段的掌子面前方岩体3进行开挖，并形成初步开挖洞体4，所述初步开挖洞体4的长度均与所述后端节段的长度相同；
待所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的锚杆2均钻进到位后，将各隧道开挖及锚固机构的所述锚固机构均向外支顶于所处平直钻孔6的孔壁上，完成所述后端节段的初步开挖过程与所述隧道开挖及锚固系统的锚固过程；此时，所述后端节段上开挖形成多个所述初步开挖洞体4，每个所述旋挖刀具5均位于其所处初步开挖洞体4的前端内部；
步骤103、隧道后续开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述后端节段的剩余岩体进行开挖，完成所述后端节段的开挖过程；
步骤二、下一个隧道节段施工，过程如下：
步骤201、解锚：将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2的所述锚固机构均向内收缩并与所处平直钻孔6的孔壁分离，完成所述隧道开挖及锚固系统的解锚过程；
步骤202、隧道初步开挖及锚固：沿隧道纵向延伸方向将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2分别向前钻进，且向前钻进距离与当前所施工隧道节段的长度相同；多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2进行隧道初步开挖及锚固之前的施工状态详见图1，多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆2完成隧道初步开挖及锚固后的施工状态详见图2；此时，所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具5位于所施工隧道的同一横断面上；
本步骤中，各锚杆2向前钻进过程中，所述锚杆2后部所安装的旋挖刀具5同步沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的掌子面前方岩体3进行开挖，并形成初步开挖洞体4，所述初步开挖洞体4的长度均与当前所施工隧道节段的长度相同；
待所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的锚杆2均钻进到位后，将各隧道开挖及锚固机构的所述锚固机构均向外支顶于所处平直钻孔6的孔壁上，完成当前所施工隧道节段的初步开挖过程与所述隧道开挖及锚固系统的锚固过程；此时，当前所施工隧道节段上开挖形成多个所述初步开挖洞体4，每个所述旋挖刀具5均位于其所处初步开挖洞体4的前端内部；
步骤203、隧道后续开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的剩余岩体进行开挖，完成当前所施工隧道节段的开挖过程；
步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成所施工隧道的全部施工过程。
本实施例中，所施工隧道中多个所述隧道节段的长度相同，每个所述隧道节段的长度均与前后相邻两个所述劲性钢架9之间的间距相同；每个所述劲性钢架9均支撑于一个所述隧道节段的内侧中部；
实际施工时，步骤103中完成所述后端节段的开挖过程后，在所述后端节段的隧道洞1内拼装一个所述劲性钢架9，完成所述后端节段的初期支护过程；
步骤203中完成当前所施工隧道节段的开挖过程后，在当前所施工隧道节段的隧道洞1内拼装一个所述劲性钢架9，完成当前所施工隧道节段的初期支护过程。
本实施例中，步骤103中完成所述后端节段的开挖过程后，在所述后端节段的隧道洞1内拼装一个所述钢筋混凝土预制衬砌环10，并在该钢筋混凝土预制衬砌环10内支撑一个所述劲性钢架9，完成所述后端节段的初期支护过程；
步骤203中完成当前所施工隧道节段的开挖过程后，在当前所施工隧道节段的隧道洞1内拼装一个所述钢筋混凝土预制衬砌环10，并在该钢筋混凝土预制衬砌环10内支撑一个所述劲性钢架9，完成当前所施工隧道节段的初期支护过程。
本实施例中，所施工隧道中已开挖完成的多个所述隧道节段的隧道洞1形成已开挖洞体，所述已开挖洞体内已施工完成的隧道仰拱11位于当前所施工隧道节段的掌子面后方，所述已开挖洞体内已施工完成的隧道仰拱11前端面与当前所施工隧道节段掌子面之间的间距为2m～4m；
所述已开挖洞体内已施工完成的隧道拱墙二次衬砌8前端面位于已施工完成的隧道仰拱11前端面后侧。
本实施例中，每个所述隧道节段的长度均为Lc。
由上述内容可知，采用本发明进行施工时，先通过所述隧道开挖及锚固系统进行掌子面锚固，通过与隧道轴线平行的多个所述隧道开挖及锚固机构相配合实现掌子面动态稳定。每个所述隧道开挖及锚固机构都是可重复使用的具有钻进、液压锚固与锚固解除(即解锚)等功能的机械系统，并且结构简单，操作简便。实际施工时，根据隧道埋深、断面情况、地质工程特性等因素，对掌子面锚固参数进行确定。其中，掌子面锚固参数包括锚杆设置长度(即L的取值大小)、锚固长度以及隧道开挖及锚固机构的数量和布设间距。所述旋挖刀具5兼做锚杆2后部的锚具。
在解除锚固的条件下，多个所述隧道开挖及锚固机构向前开挖，具体是通过多个所述旋挖刀具5进行开挖，并且多个所述旋挖刀具5在后部液压动力驱动下进行开挖，向前旋挖推进一个循环长度Lc；待所有旋挖刀具5均完成旋挖作业后，掌子面形成蜂窝状，完成了掌子面开挖工作量的1/3～1/2。
待所有旋挖刀具5均完成旋挖作业后，进行液压锚固。
本实施例中，步骤103中进行后续开挖时和步骤203中进行后续开挖时，均利用修整刀头将蜂窝状岩体挖除，形成隧道断面。其中，所述修整刀头的结构与旋挖刀具5的结构相同且其由液压驱动马达进行驱动，使用操作简便，并且开挖速度快。完成后续开挖后，完成一个开挖循环；渣土由集渣装置收集输送至后方皮带机，转载运出。同时，在开挖面设置喷淋降尘设施和除尘设备。
本实施例中，多个所述隧道开挖及锚固机构的液压驱动结构组成液压驱动系统，该液压驱动系统成为开挖主机，同时开挖主机上还可设置多种液压驱动设备，同步完成锚固系统旋转钻进、驱动旋挖刀具5与修整刀头进行开挖、架设劲性钢架9、拼装隧道仰拱11等功能。
实际进行初期支护时，关键受力构件是一个薄壁矩形截面的钢管混凝土结构(即劲性钢架9)，劲性钢架9中的圆弧形矩形钢管分节拼装成环后内部压注早强混凝土形成钢混组合结构。所述劲性钢架9靠近外沿侧面预拼钢筋混凝土预制板(即圆弧形预制板)并形成钢筋混凝土预制衬砌环10，前后相邻两个钢筋混凝土预制衬砌环10之间的接缝内设有直径φ50mm的弹性衬垫。所述劲性钢架9和钢筋混凝土预制衬砌环10拼装完成后，初支背后可适当填充注浆。本实施例中，所述劲性钢架9内压注混凝土为C50等级。所述劲性钢架9的拼装过程可以由开挖主机上的液压机械手完成拼装。所述劲性钢架9内外部设置排水系统接口和纵向连接体系。所述隧道拱墙二次衬砌8为混凝土结构和或少筋混凝土结构，将隧道初期支护结构进行封闭包裹，并形成整体式支护结构。
所述隧道仰拱11仰拱采用预制安装方式施工，当完成2m～4m隧道洞1内的劲性钢架9支护后，进行一次隧道仰拱11拼装。本实施例中，隧道仰拱11拼装由开挖主机上所设置的机械手完成，快速形成隧道底部结构，为施工运输通道提供条件。其中，所述开挖主机放置于移动车12上。
所述隧道拱墙二次衬砌8对劲性钢架9的空隙进行填充和包裹，与隧道仰拱11成环并形成更好的组合支护结构，并对劲性钢架9提供保护层。所述隧道拱墙二次衬砌8采用素混凝土或少筋混凝土。
为实现防水效果，所述劲性钢架9内部可设置排水通道，外表面适当位置设置土工布封闭的进水口，排水系统可冲洗维护，提高了排水系统的使用寿命。地下水丰富地段也可在劲性钢架9外侧布置柔性防水卷材。
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)
1.一种大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道的掌子面前方岩体(3)进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固系统，所施工隧道为开挖断面大于50m2的大断面软岩隧道或大断面黄土隧道；所述隧道开挖及锚固系统包括多个对掌子面前方岩体(3)进行开挖与锚固的隧道开挖及锚固机构，多个所述隧道开挖及锚固机构的结构均相同且其均位于所施工隧道的掌子面前方，多个所述隧道开挖及锚固机构均呈平行布设且其均沿所施工隧道的隧道纵向延伸方向布设；
每个所述隧道开挖及锚固机构均包括一个由后向前钻进至掌子面前方岩体(3)内的锚杆(2)、将锚杆(2)固定于掌子面前方岩体(3)内的锚固机构和一个由后向前对掌子面前方岩体(3)进行开挖并形成初步开挖洞体(4)的旋挖刀具(5)，所述旋挖刀具(5)同轴套装于锚杆(2)后部；所述旋挖刀具(5)为由锚杆(2)带动进行旋转且随锚杆(2)同步向前移动的圆盘形刀具，所述旋挖刀具(5)与锚杆(2)呈垂直布设；所述锚杆(2)沿隧道纵向延伸方向布设，所述锚杆(2)包括平直钻杆和安装在所述平直钻杆前端的钻头，所述平直钻杆为空心钻杆；所述旋挖刀具(5)中部开有供所述平直钻杆安装的安装孔，所述平直钻杆的后端伸出至旋挖刀具(5)后侧；
所述初步开挖洞体(4)沿隧道纵向延伸方向布设且其横截面为圆形；所述平直钻杆中位于旋挖刀具(5)前侧的钻杆节段为前侧钻杆节段，所述前侧钻杆节段位于平直钻孔(6)内，所述平直钻孔(6)沿隧道纵向延伸方向布设；所述前侧钻杆节段分为前侧锚固段和位于所述前侧锚固段后侧的后侧节段，所述锚固机构布设于所述前侧锚固段上，所述锚固机构为向外支顶后与平直钻孔(6)的孔壁紧靠的顶紧机构；所述旋挖刀具(5)为位于初步开挖洞体(4)前端内部且对锚杆(2)后部进行锚固的锚具。
2.按照权利要求1所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：所述平直钻杆为空心钢管，所述平直钻杆的外径为φ150mm～φ180mm。
3.按照权利要求1或2所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：每个所述旋挖刀具(5)的直径均与其所开挖初步开挖洞体(4)的直径相同，所述隧道开挖及锚固系统中所有旋挖刀具(5)所开挖初步开挖洞体(4)的横截面积之和为隧道洞(1)横截面积的
所述旋挖刀具(5)的直径为1.2m～2.5m，相邻两个所述旋挖刀具(5)之间的间距为2.2m～3.5m。
4.按照权利要求1或2所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：所述平直钻孔(6)为由所述钻头由后向前钻进后形成的圆形钻孔，每个所述锚杆(2)的直径均小于其所处平直钻孔(6)的孔径。
5.按照权利要求1或2所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：所述隧道开挖及锚固系统中每个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)均由一个液压驱动机构带动进行钻进，每个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)后端均与一个所述液压驱动机构进行传动连接；
每个所述锚固机构均由一个液压驱动装置进行驱动，每个所述锚固机构均与一个所述液压驱动装置进行传动连接。
6.按照权利要求5所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：所述锚固机构包括多个向外支顶后能支顶于所处平直钻孔(6)孔壁上的支顶块(13)和对多个所述支顶块(13)同步向外支顶的支顶机构(14)，所述支顶机构(14)与一个所述液压驱动装置进行传动连接；多个所述支顶块(13)沿圆周方向布设于所施工隧道同一隧道横断面上，所述支顶机构(14)和所述液压驱动装置均位于所述平直钻杆内，多个所述支顶块(13)沿圆周方向布设于支顶机构(14)外侧；所述平直钻杆上开有多个供支顶块(13)安装的安装孔，每个所述支顶块(13)的内侧均伸入至所述平直钻杆内并与支顶机构(14)连接，每个所述支顶块(13)的外侧均伸出至所述平直钻杆外侧。
7.按照权利要求1或2所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：所施工隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对隧道洞(1)进行全断面支护的支护结构；所述隧道二次衬砌位于所述隧道初期支护结构内侧；
所述隧道初期支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的劲性钢架(9)，所述劲性钢架(9)为钢管混凝土结构且其为对隧道洞(1)进行全断面支护的支护架；所述劲性钢架(9)的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同，多个所述劲性钢架(9)呈均匀布设；
每个所述劲性钢架(9)均由多个圆弧形钢管混凝土结构拼接而成，多个所述圆弧形钢管混凝土结构沿隧道洞(1)的开挖轮廓线进行布设。
8.按照权利要求7所述的大断面软弱地层隧道全断面施工结构，其特征在于：所述隧道二次衬砌由隧道仰拱(11)和布设于隧道仰拱(11)正上方的隧道拱墙二次衬砌(8)组成，所述隧道仰拱(11)为钢筋混凝土预制仰拱，所述隧道仰拱(11)的上表面为水平面且其底面为圆弧形；
所述钢筋混凝土预制仰拱沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道仰拱节段，每个所述隧道仰拱节段的长度为2m～4m；每个所述隧道仰拱节段均由多个钢筋混凝土预制块拼接而成；
所述隧道拱墙二次衬砌(8)为现浇混凝土衬砌，所述隧道初期支护结构浇筑于隧道拱墙二次衬砌(8)内。
9.一种利用如权利要求1所述全断面施工结构对大断面软岩隧道进行全断面施工的方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前将所施工隧道分为多个隧道节段进行施工，多个所述隧道节段的施工方法均相同；所施工隧道中位于最后侧的一个所述隧道节段为后端节段；
对所施工隧道进行施工时，包括以下步骤：
步骤一、后端节段施工，过程如下：
步骤101、锚杆钻进：将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)分别沿隧道纵向延伸方向由后向前钻进至所述后端节段的掌子面前方岩体(3)内，直至各锚杆(2)后部所安装的旋挖刀具(5)均与所述后端节段的掌子面紧靠，此时各锚杆(2)后部所安装的旋挖刀具(5)均位于所述后端节段的掌子面后侧；
步骤102、隧道初步开挖及锚固：沿隧道纵向延伸方向将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)分别继续向前钻进，且向前钻进距离与所述后端节段的长度相同；
本步骤中，各锚杆(2)继续向前钻进过程中，所述锚杆(2)后部所安装的旋挖刀具(5)同步沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述后端节段的掌子面前方岩体(3)进行开挖，并形成初步开挖洞体(4)，所述初步开挖洞体(4)的长度与所述后端节段的长度相同；
待所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)均钻进到位后，将各隧道开挖及锚固机构的所述锚固机构均向外支顶于所处平直钻孔(6)的孔壁上，完成所述后端节段的初步开挖过程与所述隧道开挖及锚固系统的锚固过程；此时，所述后端节段上开挖形成多个所述初步开挖洞体(4)，每个所述旋挖刀具(5)均位于其所处初步开挖洞体(4)的前端内部；
步骤103、隧道后续开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所述后端节段的剩余岩体进行开挖，完成所述后端节段的开挖过程；
步骤二、下一个隧道节段施工，过程如下：
步骤201、解锚：将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)的所述锚固机构均向内收缩并与所处平直钻孔(6)的孔壁分离，完成所述隧道开挖及锚固系统的解锚过程；
步骤202、隧道初步开挖及锚固：沿隧道纵向延伸方向将所述隧道开挖及锚固系统中多个所述隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)分别向前钻进，且向前钻进距离与当前所施工隧道节段的长度相同；
本步骤中，各锚杆(2)向前钻进过程中，所述锚杆(2)后部所安装的旋挖刀具(5)同步沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的掌子面前方岩体(3)进行开挖，并形成初步开挖洞体(4)，所述初步开挖洞体(4)的长度均与当前所施工隧道节段的长度相同；
待所述隧道开挖及锚固系统中所有隧道开挖及锚固机构的锚杆(2)均钻进到位后，将各隧道开挖及锚固机构的所述锚固机构均向外支顶于所处平直钻孔(6)的孔壁上，完成当前所施工隧道节段的初步开挖过程与所述隧道开挖及锚固系统的锚固过程；此时，当前所施工隧道节段上开挖形成多个所述初步开挖洞体(4)，每个所述旋挖刀具(5)均位于其所处初步开挖洞体(4)的前端内部；
步骤203、隧道后续开挖：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的剩余岩体进行开挖，完成当前所施工隧道节段的开挖过程；
步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成所施工隧道的全部施工过程。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所施工隧道的隧道支护结构包括隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对隧道洞(1)进行全断面支护的支护结构；所述隧道二次衬砌位于所述隧道初期支护结构内侧；
所述隧道初期支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的劲性钢架(9)，所述劲性钢架(9)为钢管混凝土结构且其为对隧道洞(1)进行全断面支护的支护架；所述劲性钢架(9)的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同，多个所述劲性钢架(9)呈均匀布设；
每个所述劲性钢架(9)均由多个圆弧形钢管混凝土结构拼接而成，多个所述圆弧形钢管混凝土结构沿隧道洞(1)的开挖轮廓线进行布设；
所施工隧道中多个所述隧道节段的长度相同，每个所述隧道节段的长度均与前后相邻两个所述劲性钢架(9)之间的间距相同；每个所述劲性钢架(9)均支撑于一个所述隧道节段的内侧中部；
步骤103中完成所述后端节段的开挖过程后，在所述后端节段的隧道洞(1)内拼装一个所述劲性钢架(9)，完成所述后端节段的初期支护过程；
步骤203中完成当前所施工隧道节段的开挖过程后，在当前所施工隧道节段的隧道洞(1)内拼装一个所述劲性钢架(9)，完成当前所施工隧道节段的初期支护过程；
所述隧道二次衬砌由隧道仰拱(11)和布设于隧道仰拱(11)正上方的隧道拱墙二次衬砌(8)组成，所述隧道仰拱(11)为钢筋混凝土预制仰拱，所述隧道仰拱(11)的上表面为水平面且其底面为圆弧形；
所述钢筋混凝土预制仰拱沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道仰拱节段，每个所述隧道仰拱节段的长度为2m～4m；每个所述隧道仰拱节段均由多个钢筋混凝土预制块拼接而成；
所述隧道拱墙二次衬砌(8)为现浇混凝土衬砌，所述隧道初期支护结构浇筑于隧道拱墙二次衬砌(8)内；
所施工隧道中已开挖完成的多个所述隧道节段的隧道洞(1)形成已开挖洞体，所述已开挖洞体内已施工完成的隧道仰拱(11)位于当前所施工隧道节段的掌子面后方，所述已开挖洞体内已施工完成的隧道仰拱(11)前端面与当前所施工隧道节段掌子面之间的间距为2m～4m；
所述已开挖洞体内已施工完成的隧道拱墙二次衬砌(8)前端面位于已施工完成的隧道仰拱(11)前端面后侧。
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