CN112228076B - 一种硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，包括以下步骤：(1)确定开挖界线；(2)开挖上台阶导洞；(3)开挖上台阶通道；(4)施做上台阶导洞和上台阶通道的初期支护；(5)开挖中台阶通道；(6)开挖仰拱通道；(7)以中台阶开挖界线为上下分界，在仰拱通道对应位置的隧道内，先在下部灌注仰拱，再在进行仰拱填充至中台阶开挖界线，最后在上部灌注二次衬砌。本发明根据“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，先开挖隧道内上台阶导洞，达到一定步距后开挖相邻面，并立即做初期支护，再达到一定步距后开挖下台阶及仰拱，并通过衬砌台车施做二衬，完成大跨度隧道施工，适用于各类硬岩或超大、大跨度隧道的开挖施工。

Description

一种硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体地说涉及一种硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法。

背景技术

硬岩隧道施工中通常因施工组织难度大、出碴作业空间小、工作效率低受限，传统的开挖方法大多采用三台阶加临时仰拱分步开挖或者采用三台阶开挖方法，此两种开挖方法存在施工进度慢，施工成本大，爆破时多次扰动开挖轮廓周边围岩，存在围岩掉块、坍塌、较大沉降等施工安全风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用性强、施工速度快、安全性高、改善施工环境、施工难度低的硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，包括以下步骤：

(1)确定隧道开挖界线，在隧道开挖界线内确定上台阶开挖界线和中台阶开挖界线，在隧道开挖界线内、上台阶开挖界线的上方确定导洞开挖界线；

(2)沿着上台阶开挖界线的位于导洞开挖界线左侧的部分、导洞开挖界线、隧道开挖界线的位于上台阶开挖界线的左端和导洞开挖界线之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L1的上台阶导洞，然后在上台阶导洞的岩壁上初喷混凝土；

(3)沿着上台阶开挖界线的位于导洞开挖界线右侧的部分、导洞开挖界线、隧道开挖界线的位于上台阶开挖界线的右端和导洞开挖界线之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L2的上台阶通道，L2小于L1，然后在上台阶通道的岩壁上初喷混凝土；

(4)施做上台阶导洞和上台阶通道的初期支护；

(5)沿着上台阶开挖界线、中台阶开挖界线、隧道开挖界线的位于上台阶开挖界线和中台阶开挖界线之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L3的中台阶通道，L3小于L2，然后在中台阶通道的岩壁上初喷混凝土，再施做中台阶通道的初期支护；

(6)沿着中台阶开挖界线、隧道开挖界线的位于中台阶开挖界线下方的部分围成的区域向前开挖出长度为L4的仰拱通道，L4小于L3；

(7)以中台阶开挖界线为上下分界，在仰拱通道对应位置的隧道内，先在下部灌注仰拱，再在进行仰拱填充至中台阶开挖界线，最后在上部灌注二次衬砌。

进一步地，L2和L1之间的差距不超过一倍洞身。

进一步地，导洞开挖界线呈向右凸出的弧形。

进一步地，上台阶导洞、上台阶通道、中台阶通道和仰拱通道的开挖方式均采用爆破开挖方式。

进一步地，初期支护的具体施工方法为：先喷射混凝土，再安装锚杆组，之后铺挂钢筋网，最后安装钢格栅拱架，将锚杆组与钢格栅拱架连接。

进一步地，锚杆组包括多个中空注浆锚杆和多个砂浆锚杆，多个中空注浆锚杆沿着钢格栅拱架的环向和纵向按梅花形布置，多个砂浆锚杆布置在拱顶和两侧拱腰处。

进一步地，中空注浆锚杆上制有外螺纹，中空注浆锚杆从上至下依次分为锚固段、混凝土衬砌段和模板加固段，中空注浆锚杆的锚固段通过锚固剂埋设在隧道岩壁内，中空注浆锚杆上套设有密封圈、止水钢环和第一螺母，且密封圈和止水钢环被夹紧在隧道岩壁和第一螺母之间，密封圈紧贴隧道岩壁，中空注浆锚杆的混凝土衬砌段与钢格栅拱架连接。

进一步地，中空注浆锚杆和砂浆锚杆的上端均安装有锚头，锚头包括固定在中空注浆锚杆或砂浆锚杆上的呈V形的弹片以及套设在中空注浆锚杆或砂浆锚杆上的弹簧，弹片的两侧分别开有条形孔，条形孔的上侧孔壁上连接有向外折弯的卡爪。

进一步地，钢格栅拱架包括均呈圆弧形的外环主筋和内环主筋以及焊接在外环主筋和内环主筋之间的多个支撑加强机构；支撑加强机构包括两个正面呈8字形、侧面呈V形的基础钢筋，两个基础钢筋相互对称且中部焊接相连，使得支撑加强机构的侧面呈X形，多个支撑加强机构的安装方向交错设计，在任意相邻两个支撑加强机构中，其中一个支撑加强机构的侧面朝向外环主筋，另一个支撑加强机构的安装方向与该其中一个支撑加强机构的安装方向之间的夹角呈90度。

进一步地，支撑加强机构还包括两个圆环钢筋，两个圆环钢筋分别支撑在两个基础钢筋的两侧之间并与两个基础钢筋焊接相连。

本发明根据“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，先开挖隧道内上台阶导洞，达到一定步距后开挖相邻面，并立即做初期支护，再达到一定步距后开挖下台阶及仰拱，并通过衬砌台车施做二衬，完成大跨度隧道施工，适用于各类硬岩或超大、大跨度隧道的开挖施工，有优点体现在：

1.适用性强。本工法采用台阶法+上台阶导洞扩挖，可适用于各类硬岩或超大、大跨度隧道的开挖施工。

2.施工速度快。上台阶导洞施工可快速腾出工作面、并可立即施做初期支护，工序衔接更合理，有效地加快施工进度。

3.安全性高。本工法通过上台阶“导洞先行”、“分次施做”方式，在不增加施工成本的前提下，可加快初期支护进度，并利用围岩自身稳定性，有效控制超大跨度隧道大变形的发生发展，对施工安全较为有利。

4.改善施工环境。通过导洞法施工，大大缩短隧道洞通时间，洞内空气可充分循环起来，有效降低掌子面处温度及灰尘，为工人施工环境提供保障。

5.施工难度低。大跨度隧道跨度普遍在18米以上，一次开挖难度较大、爆破效果差，存在大量超欠挖先行；利用导洞先行可将上台阶一分为二，大大降低施工难度。

附图说明

图1是本发明一实施例的施工工艺流程图。

图2是本发明一实施例中各开挖界线的示意图。

图3是本发明一实施例中各步开挖区域示意图。

图4是本发明一实施例的施工纵断面示意图。

图5是本发明一实施例的施工横断面示意图。

图6是本发明一实施例中的衬砌断面图。

图7是本发明一实施例中的砂浆锚杆的安装示意图。

图8是本发明一实施例中爆破开挖施工间隔装药结构图。

图9是本发明一实施例中爆破开挖施工的炮眼分布示意图。

图10是本发明一实施例中中空注浆锚杆的安装结构示意图。

图11是图10中托板及相关结构的俯视图。

图12是本发明一实施例中锚头的结构示意图。

图13是图12中锚头的左视图。

图14是本发明一实施例中钢格栅拱架的结构示意图。

图15是图14中支撑加强机构的结构示意图。

图16是图15的俯视图。

图17是图15的剖视图。

图18是本发明一实施例中砂浆锚杆的安装示意图。

图19是本发明一实施例中钢格栅拱架的端面视图。

图20是本发明一实施例中钢格栅拱架的拼接示意图。

图21是本发明一实施例中钢格栅拱架的展开及纵向连接钢筋示意图。

附图中各部件的标记为：

X1隧道开挖界线、X2上台阶开挖界线、X3中台阶开挖界线、X4导洞开挖界线、

O1上台阶导洞、O2上台阶通道、O3中台阶通道、O4仰拱通道、

11中空注浆锚杆、111锚固段、112混凝土衬砌段、113模板加固段、114限位凸缘、12密封圈、13止水钢环、14第一螺母、15锚头、151弹片、152弹簧、153条形孔、154 卡爪、16托板、161条形缺口、162插孔、17插接钢筋、171V形段、172插接段、18第二螺母、191模板、192方木、193钢管；

21外环主筋、22内环主筋、201钢筋杆、202第一加强筋、203第二加强筋、23支撑加强机构、231基础钢筋、232圆环钢筋、24抱箍、241第一安装环、242第二安装环、25 连接角钢、26螺栓孔、27砂浆锚杆；

31炸药、32炮泥、33竹片、34导爆索、35非电毫秒雷管。

具体实施方式

下面将参考附图来详细说明本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括 A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1至图5，图3和5中的剖面线不表示物体的断面，而是用于指示相应开挖区域或灌注区域，图5例示的是从左向右挖进。

本发明硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，包括以下步骤：

(1)确定隧道开挖界线X1，在隧道开挖界线X1内确定上台阶开挖界线X2和中台阶开挖界线X3，在隧道开挖界线X1内、上台阶开挖界线X2的上方确定导洞开挖界线X4；

各界线的确定不需要做特别考量，只要大体按照图示的分布即可；

(2)沿着上台阶开挖界线X2的位于导洞开挖界线X4左侧的部分、导洞开挖界线X4、隧道开挖界线X1的位于上台阶开挖界线X2的左端和导洞开挖界线X4之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L1的上台阶导洞O1，然后在上台阶导洞O1的岩壁上初喷混凝土；

(3)沿着上台阶开挖界线X2的位于导洞开挖界线X4右侧的部分、导洞开挖界线X4、隧道开挖界线X1的位于上台阶开挖界线X2的右端和导洞开挖界线X4之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L2的上台阶通道O2，L2小于L1，然后在上台阶通道O2的岩壁上初喷混凝土；

(4)施做上台阶导洞O1和上台阶通道O2的初期支护；

(5)沿着上台阶开挖界线X2、中台阶开挖界线X3、隧道开挖界线X1的位于上台阶开挖界线X2和中台阶开挖界线X3之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L3的中台阶通道O3，L3小于L2，然后在中台阶通道O3的岩壁上初喷混凝土，再施做中台阶通道O3 的初期支护；

(6)沿着中台阶开挖界线X3、隧道开挖界线X1的位于中台阶开挖界线X3下方的部分围成的区域向前开挖出长度为L4的仰拱通道O4，L4小于L3；

(7)以中台阶开挖界线X3为上下分界，在仰拱通道O4对应位置的隧道内，先在下部灌注仰拱，再在进行仰拱填充至中台阶开挖界线X3，最后在上部灌注二次衬砌。

在一实施例中，L2和L1之间的差距不超过一倍洞身。

在一实施例中，导洞开挖界线X4呈向右凸出的弧形。这样设计，容易开挖，而且上台阶导洞开挖出后，岩壁更加稳定。

在一实施例中，上台阶导洞O1、上台阶通道O2、中台阶通道O3和仰拱通道O4的开挖方式均采用爆破开挖方式。这样设计，施工效率更高，周期更短。

在一实施例中，初期支护的具体施工方法为：先喷射混凝土，再安装锚杆组，之后铺挂钢筋网，最后安装钢格栅拱架，将锚杆组与钢格栅拱架连接。这样设计，初期支护的结构更加稳定，钢格栅拱架不易变形，不易坍塌。

在一实施例中，参见图6和图7，锚杆组包括多个中空注浆锚杆11和多个砂浆锚杆27，多个中空注浆锚杆11沿着钢格栅拱架的环向和纵向按梅花形布置，多个砂浆锚杆27布置在拱顶和两侧拱腰处。钢格栅拱架自稳能力较差，施工时存在安全隐患，必须采取加固措施，通过中空注浆锚杆和砂浆锚杆可以有效解决这一问题，保证钢格栅拱架的稳定性。

具体实施中，还可以在钢格栅拱架设置

壁厚3.5mm的锁脚钢管28。进一步增加其稳定性。

在一实施例中，参见图10和图11，中空注浆锚杆11上制有外螺纹，中空注浆锚杆11从上至下依次分为锚固段111、混凝土衬砌段112和模板加固段113，中空注浆锚杆11的锚固段111通过锚固剂埋设在隧道岩壁内，中空注浆锚杆11上套设有密封圈12、止水钢环13和第一螺母14，且密封圈12和止水钢环13被夹紧在隧道岩壁和第一螺母14之间，密封圈12紧贴隧道岩壁，中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112与钢格栅拱架连接。施工时，用机械打孔的方式在隧道岩壁上钻孔，然后插入中空注浆锚杆的锚固段，注入锚固剂，将锚固段埋设在隧道岩壁内，使锚固段与隧道岩壁间产生可靠的锚固力，然后套入密封圈、止水钢环和第一螺母，并拧紧第一螺母，这样通过橡胶垫和止水钢环能够有效防止钻孔处渗水，然后将钢格栅拱架与混凝土衬砌段连接，为其提供一个可靠的拉结力，从而提高钢格栅拱架的自稳能力，有效地控制钢筋变形，减小施工难度。

具体实施中，中空注浆锚杆11的锚固段111的长度不小于1米，密封圈12采用橡胶制成，止水钢环13由钢板制成。

浇筑混凝土时，参见图10，再安装模板191，并用方木192和钢管193进行加固(中空注浆锚杆11的模板加固段113，可用于安装加固安装模板191、方木192和钢管193)，然后在混凝土衬砌段112的范围内进行混凝土浇筑。优选地，中空注浆锚杆11的模板加固段113的后端设有一圈径向向外伸出的限位凸缘114。限位凸缘用于对钢管进行限位，提高模板的稳定性。

具体实施中，中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112与钢格栅拱架通过焊接的方式连接，或者采用以下方式配合连接，参见图10和图11：

在一实施例中，还包括两块托板16，两块托板16分别连接在中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112上，且两块托板16分别支撑在钢格栅拱架两侧。这样设计，通过托板对钢格栅拱架产生支撑拉结力，受力面积大，受力更加均匀，防变形效果更好，而且安装精度要求低。

优选地，托板16上开有条形缺口161，托板16以条形缺口161卡设在中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112上，托板16通过插接钢筋17和第二螺母18与中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112和钢格栅拱架配合，插接钢筋17包括中间的V形段171和两侧的插接段172，托板16上位于条形缺口161的后侧开有两个插孔162，插接钢筋17的V形段171 围设在中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112外并与条形缺口161开口相对，插接钢筋17 的两侧的插接段172分别插设在两个插孔162内，钢格栅拱架的外环主筋21和内环主筋 22被限位在插接钢筋17的V形段171、托板16和中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112 之间，第二螺母18螺纹连接在中空注浆锚杆11的混凝土衬砌段112上并从下方对托板16 形成限位。这样设计，托板通过条形缺口进行安装，更加方便，容易操作，第二螺母从下方对托板形成支撑和限位，并且通过插接钢筋和插孔的配合，可以围住混凝土衬砌段，防止其从条形缺口中脱出，另外，钢格栅拱架的外环主筋和内环主筋也被限位在插接钢筋的 V形段、托板和混凝土衬砌段之间，结构简单合理，实用性更好。

具体实施中，插接钢筋17安装好后，可以将其伸出托板16的部分折弯，防止脱出插孔162。

在一实施例中，参见图12和图13，中空注浆锚杆11和砂浆锚杆27的上端均安装有锚头15，锚头15包括固定在中空注浆锚杆11或砂浆锚杆27上的呈V形的弹片151以及套设在中空注浆锚杆11或砂浆锚杆27上的弹簧152，弹片151的两侧分别开有条形孔153，条形孔153的上侧孔壁上连接有向外折弯的卡爪154。在将中空注浆锚杆11的锚固段111 插入钻孔时，弹片151会自适应受力内收，弹簧152起到撑开弹片151的作用，这样设计，锚头起到固定和居中锚杆的作用，而且能产生一定的锚固力，提高锚杆的埋设牢固性，而锚固剂穿过条形孔，卡爪伸入锚固剂内，能够进一步增强锚固力，提高锚杆的埋设牢固性。

在一实施例中，参见图14至图17，钢格栅拱架包括均呈圆弧形的外环主筋21和内环主筋22以及焊接在外环主筋21和内环主筋22之间的多个支撑加强机构23；支撑加强机构23包括两个正面呈8字形、侧面呈V形的基础钢筋231，两个基础钢筋231相互对称且中部焊接相连，使得支撑加强机构23的侧面呈X形，多个支撑加强机构23的安装方向交错设计，在任意相邻两个支撑加强机构23中，其中一个支撑加强机构23的侧面朝向外环主筋21，另一个支撑加强机构23的安装方向与该其中一个支撑加强机构23的安装方向之间的夹角呈90度。

本发明 中的内、外环主筋呈弧形，与隧道岩壁契合度高，而设计的支撑加强机构，结构简单，支撑加强效果可靠，与混凝土粘结效果好，而且多个支撑加强机构的安装方向相互交错成度，能够在不同位置形成不同姿态的支撑，加强支撑作用分布更加合理均匀，效果更好，相比于现有的钢拱架，本发明 既具有柔性支护结构的优点，能允许隧道围岩出现一定的变形，又具有刚性支护结构的优点，能承受较大的围岩压力，可以更好地运用于大跨度、超大跨度隧道中，设计合理，质量轻，承载力高，整体性强，容易制作安装，工艺简单，成本低廉，实用性非常好。

在一实施例中，参见图14至图17，支撑加强机构23还包括两个圆环钢筋232，两个圆环钢筋232分别支撑在两个基础钢筋231的两侧之间并与两个基础钢筋231焊接相连。这样设计，通过圆环钢筋可以防止两个基础钢筋向内弯曲变形，进一步加强结构强度和稳定性。

在一实施例中，参见图18，砂浆锚杆27通过抱箍24、第一安装环241和第二安装与钢格栅拱架连接，抱箍24套设在两个基础钢筋231的中部外，第一安装环241焊接在抱箍24上，第二安装环242焊接在砂浆锚杆27的后端，第一安装环241和第二安装环242 相互套设。施工时，先将砂浆锚杆埋设在隧道岩壁内，使其与隧道岩壁间产生可靠的锚固力，可为钢格栅拱架提供一个可靠的拉结力，从而提高钢格栅拱架的自稳能力，有效地控制钢格栅拱架变形，减小施工难度，抱箍可选用现有市售常见抱箍，其一方面可以起到提高支撑加强机构的结构强度的作用，另一方面其位置和角度可调，再配合第一安装环和第二安装环的活动性，对安装位置限制小。

在一实施例中，参见图19，外环主筋21和内环主筋22均由两根钢筋杆201以及焊接在两根钢筋杆201之间的一根以上的第一加强筋202构成，外环主筋21和内环主筋22之间焊接有一根以上的第二加强筋203。这样设计，结构简单，容易制作和安装，而且结构也较稳定可靠。

在一实施例中，参见图19和图20，外环主筋21和内环主筋22的两端分别安装有两块连接角钢25，连接角钢25上开有一个以上的螺栓孔26。这样设计，便于将多个本实用新型隧道内新型钢格栅拱架进行拼接安装，实用性更好。

本发明的注意事项如下：

1)先行分部开挖完成后，及时进行初喷，初喷厚度不小于4cm，待后行分部开挖完成后，及时施做初期支护。

2)O1部和O2部应保持适当的距离，一般保持在一倍洞身以内。

3)如有超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，在开挖。

4)开挖方式均采用弱爆破。爆破时严格控制炮眼深度及装药量。

5)上、中台阶一次开挖长度不大于4m,第O4部台阶开挖后仰拱应紧跟。

6)仰拱开挖前必须完成拱架锁脚钢管，每循环进尺不得大于3m；应及时施作并封闭成环，封闭位置距离掌子面不得大于210m。

7)施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌注二次衬砌的时机提供依据。

8)爆破开挖

掏槽眼、辅助眼主爆药采用爆炸性能、抗水性能、安全性能较好及环境污染小的二号岩石乳化炸药，采用连续装药，规格为Φ32mm*200mm。起爆方式为数码电子雷管或者非电毫秒雷管。炮眼直径为40mm，预计炮孔利用率为90％。

周边眼采用相同直径Φ32mm*200mm药卷，进行间隔装药，参加图8，装药结构包括炸药31、炮泥32、竹片33、导爆索34、非电毫秒雷管35，装导爆索连接，药结构用竹片绑扎，导爆管雷管起爆，其爆破设计断面示意图如图9所示。

爆破参数根据爆破后效果(爆破振动监测信息、炮眼利用率、周边及底板轮廓圆顺度、超欠挖、渣石块度大小等)进行动态调整各爆破参数，具体可参照下表1所示：

表1开挖爆破参数表

9)初期支护

9.1)喷射混凝土

现场采用湿喷机械手进行施工，喷浆料由搅拌站统一拌制配送。喷射混凝土前清理受喷面，检查开挖尺寸，清理浮渣及堆积物，埋设控制混凝土的厚度标志。喷射作业应分层、分段、分片进行，喷射顺序由下而上，分段长度不大于6m。喷射混凝土终凝后3h内部进行爆破作业。喷射混凝土终凝2h后进行养护，喷射混凝土表面应密实、平整、无裂缝、漏喷、漏筋等现场。

9.2)锚杆施工

大跨段初期支护设计用的锚杆为：边墙

砂浆锚杆和拱部

组合中空注浆锚杆。

锚杆钻孔前首先进行定位，确定锚杆开孔位置。钻孔前对围岩进行检查，查看有无掉块、开裂现象，确保施工安全。锚杆成孔后采用高压风进行清孔，检查锚杆孔深度是否符合要求。锚杆施工应安装垫板，正在砂体强度达到10MPa后，垫板用螺帽上紧并与喷层面紧贴。锚杆安装后不得随意敲击，填充砂浆终凝前其端部不得挂重物。

9.3)钢筋网施工

钢筋网按照设计要求在加工厂统一集中制作，钢筋网的大小方便运输和安装。钢筋网在初喷混凝土后铺挂，使其与喷射混凝土形成一体。钢筋网搭接长度为1～2个网格，并与锚杆连接牢固。钢筋网的保护层不小于2cm。

9.4)格栅钢拱架施工

格栅钢拱架是在隧道开挖初期支护期间，为保持围岩稳定而按照隧道开挖轮廓线布设的型钢(格栅)制成的支护骨架结构，钢架安装后可达到支撑围岩稳定，限制围岩变形的目的，它通常与钢筋网、喷射混凝土等结合在一起共同受力，钢格栅拱架的展开及纵向连接钢筋参见图21。

初支钢架由钢筋加工厂统一加工配送，钢架出厂进行试拼。钢架在初喷后架设，安装前清除虚渣及杂物。钢架安装时各节钢架连接板间以螺栓连接牢固、密贴，钢架外缘每隔2m用混凝土预制块与初喷混凝土楔紧。钢架与锁脚锚杆焊接牢固。钢架背后的间隙用喷射混凝土充填密实，施工时限喷射钢架与壁面间的混凝土，后喷射钢架之间的混凝土。

格栅钢各单元由主筋、加强筋、连接角钢焊接成型，钢架宜现场预制，单元间由螺栓连接，边墙脚垫钢板，接头处焊缝应严格按照钢结构的有关要求进行。

格栅钢拱架在初喷4cm混凝土后架设，架设完毕后须再喷混凝土，并保证不少于3cm 的覆盖厚度。相邻钢架间采用中22钢筋连接，环向间距1.0m，斜向布置。

大跨段断面跨度较大，初支钢架采用150格栅、160格栅及I18工字钢，钢架自稳能力较差，施工时存在安全隐患，钢架施工时必须采取加固措施，现场拟在初支钢架拱顶、两侧拱腰处各增设一组砂浆锚杆，砂浆锚杆采用

螺纹钢，锚杆锚固长度不小于1m，锚杆与开挖面呈45°夹角打设，锚杆纵向间距同钢架间距。锚杆端部与钢架外侧齐平锚杆与钢架采用焊接，增加初支钢架稳定性，如图7所示。

(10)仰拱、二次衬砌施工

10.1)仰拱开挖

施工临时通行设仰拱栈桥跨越，仰拱开挖长度控制在3m以内，为了避免两侧初期支护悬空，可在拱脚处增加一些临时支撑，确保结构安全。

根据隧道围岩分布情况，仰拱开挖应以钻爆开挖为主，人工配合机械开挖为辅；基底开挖应圆顺、平整，不得欠挖，超挖部分应用同级混凝土回填。

仰拱采用自卸车出渣，出渣后应及时清除仰拱上的浮渣。

10.2)仰拱混凝土浇筑

隧底初支完成2个循环后及时进行仰拱混凝土施工，同一段仰拱必须连续浇注，不得分幅浇注。隧道清底后检查隧底尺寸和标高，如有欠挖必须进行处理，将浮碴、杂物、积水清理干净，清理完毕，班组自检合格后必须经质检工程师和监理工程师验收合格签字后方可立模浇筑混凝土。

10.3)衬砌施工

隧道衬砌施工遵循“仰拱超前、拱墙整体衬砌”的原则，初期支护完成后，为有效地控制其变形，仰拱紧跟掌子面施工，仰拱填充采用简易栈桥平台以解决洞内运输问题。

隧道防水施工：隧道内采用防水板台架铺设防水材料。

隧道钢筋施工：集中钢筋加工厂加工，再运输至隧道二衬钢筋施工部位，采用二衬钢筋安装台车进行钢筋施工。

隧道二衬砼施工：采用搅拌站统一配送，经地泵泵送入模，振捣采用附着式振捣器+ 人工配合采用捣固棒震捣。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)确定隧道开挖界线，在隧道开挖界线内确定上台阶开挖界线和中台阶开挖界线，在隧道开挖界线内、上台阶开挖界线的上方确定导洞开挖界线；

(2)沿着上台阶开挖界线的位于导洞开挖界线左侧的部分、导洞开挖界线、隧道开挖界线的位于上台阶开挖界线的左端和导洞开挖界线之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L1的上台阶导洞，然后在上台阶导洞的岩壁上初喷混凝土；

(3)沿着上台阶开挖界线的位于导洞开挖界线右侧的部分、导洞开挖界线、隧道开挖界线的位于上台阶开挖界线的右端和导洞开挖界线之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L2的上台阶通道，L2小于L1，然后在上台阶通道的岩壁上初喷混凝土；

(4)施做上台阶导洞和上台阶通道的初期支护；

(5)沿着上台阶开挖界线、中台阶开挖界线、隧道开挖界线的位于上台阶开挖界线和中台阶开挖界线之间的部分围成的区域向前开挖出长度为L3的中台阶通道，L3小于L2，然后在中台阶通道的岩壁上初喷混凝土，再施做中台阶通道的初期支护；

(6)沿着中台阶开挖界线、隧道开挖界线的位于中台阶开挖界线下方的部分围成的区域向前开挖出长度为L4的仰拱通道，L4小于L3；

(7)以中台阶开挖界线为上下分界，在仰拱通道对应位置的隧道内，先在下部灌注仰拱，再在进行仰拱填充至中台阶开挖界线，最后在上部灌注二次衬砌；

初期支护的具体施工方法为：先喷射混凝土，再安装锚杆组，之后铺挂钢筋网，最后安装钢格栅拱架，将锚杆组与钢格栅拱架连接；锚杆组包括多个中空注浆锚杆和多个砂浆锚杆，多个中空注浆锚杆沿着钢格栅拱架的环向和纵向按梅花形布置，多个砂浆锚杆布置在拱顶和两侧拱腰处；

中空注浆锚杆上制有外螺纹，中空注浆锚杆从上至下依次分为锚固段、混凝土衬砌段和模板加固段，中空注浆锚杆的锚固段通过锚固剂埋设在隧道岩壁内，中空注浆锚杆上套设有密封圈、止水钢环和第一螺母，且密封圈和止水钢环被夹紧在隧道岩壁和第一螺母之间，密封圈紧贴隧道岩壁，中空注浆锚杆的混凝土衬砌段与钢格栅拱架连接；

中空注浆锚杆和砂浆锚杆的上端均安装有锚头，锚头包括固定在中空注浆锚杆或砂浆锚杆上的呈V形的弹片以及套设在中空注浆锚杆或砂浆锚杆上的弹簧，弹片的两侧分别开有条形孔，条形孔的上侧孔壁上连接有向外折弯的卡爪。

2.如权利要求1所述的硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，其特征在于：L2和L1之间的差距不超过一倍洞身。

3.如权利要求1或2所述的硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，其特征在于：导洞开挖界线呈向右凸出的弧形。

4.如权利要求1或2所述的硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，其特征在于：上台阶导洞、上台阶通道、中台阶通道和仰拱通道的开挖方式均采用爆破开挖方式。

5.如权利要求1或2所述的硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，其特征在于：钢格栅拱架包括均呈圆弧形的外环主筋和内环主筋以及焊接在外环主筋和内环主筋之间的多个支撑加强机构；支撑加强机构包括两个正面呈8字形、侧面呈V形的基础钢筋，两个基础钢筋相互对称且中部焊接相连，使得支撑加强机构的侧面呈X形，多个支撑加强机构的安装方向交错设计，在任意相邻两个支撑加强机构中，其中一个支撑加强机构的侧面朝向外环主筋，另一个支撑加强机构的安装方向与该其中一个支撑加强机构的安装方向之间的夹角呈90度。

6.如权利要求5所述的硬岩大跨度隧道快速开挖施工工法，其特征在于：支撑加强机构还包括两个圆环钢筋，两个圆环钢筋分别支撑在两个基础钢筋的两侧之间并与两个基础钢筋焊接相连。

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