CN112253133B - 上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工方法，是在特定地层条件下对CD工法的改良。将整个隧道断面分隔成上下台阶左右共四个洞室，施工步骤为：1.开挖上台阶左导洞，然后进行初期支护，并施做上台阶中隔壁；2.开挖上台阶右导洞，并进行初期支护，拆除中隔壁；3.开挖下台阶左导洞及左下仰拱，同步进行左下台阶和左下仰拱的初期支护；4.开挖下台阶右导洞及右下仰拱，同步进行右下台阶和右下仰拱的初期支护；5.施作仰拱；6.铺设防水板，进行二次衬砌浇筑，从而完成隧道的开挖和支护。本发明能够适用于不均匀岩性地层的隧道开挖，尤其是在上软下硬的岩体中，能够体现该工法对地层变化的适应性和工法转换的灵活性。

Description

上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工方法

技术领域

本发明涉及一种可以用于公路、铁路和地铁等工程中，穿越上软下硬岩体大断面暗挖隧道的安全、高效施工方法。

背景技术

随着我国交通事业的高速发展，公路、铁路和市政隧道等交通隧道的建设规模越来越大，并且呈现出长度逐渐增长，断面、跨度逐渐增大的趋势。对于大断面和超大断面隧道的开挖，要求的施工技术较高，并且在保证施工安全的前提下，尽可能的提高施工效率。

目前，针对大断面隧道主要的开挖工法有CD法、CRD法和双侧壁导坑法等开挖方法。这些工法对于岩性均一的地质条件、地面沉降控制严格的工程均有不同的适应性，控制变形能力强，提高隧道开挖的安全性。但对于隧道断面内岩性变化大的暗挖隧道施工中，采用经典的CD法、CRD法和双侧壁导坑法等开挖方法时，在岩性较差的层面其方法适用合理，在岩性较好的层面出现支撑超强、步距小、分块小等不经济、不合理的情况。

因此对于不均匀岩性地层应因地制宜、合理的进行开挖方法的创新，在保证施工安全的前提下，优化减少施工工序，保证施工进度和工期。

发明内容

本发明是针对现有大断面隧道在穿越上软下硬岩体时采用CD法、CRD法和双侧壁导坑法存在的不足之处，提出一种安全、高效的施工方法，能有效提高施工效率，减少工期。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工方法，将整个隧道断面分隔成上下台阶，在上下台阶上分别分成左右两个洞室进行施工，开挖上台阶的左导洞时，同时在上台阶上施做中隔壁；在开挖完上台阶右导洞后，对上台阶进行支护，支护结束后拆除中隔壁；在下台阶施工时，不再施做中隔壁。

作为进一步的技术方案，在开挖下台阶左、右导洞时，同步开挖下台阶左导洞及左下仰拱，进行左下导洞和左下仰拱的一次初期支护；然后，同步开挖下台阶右导洞及右下仰拱，进行右下导洞和右下仰拱的一次初期支护；最后，浇筑仰拱混凝土，施作仰拱。

作为进一步的技术方案，在上下台阶之间留有30～50m的台阶长度。

作为进一步的技术方案，在施工前，采用超前地质预报，进行围岩软硬分层分析，确定本发明施工方法以及上下台阶初期支护强度参数。

作为进一步的技术方案，在开挖上台阶的导洞之前，先进行拱部超前小导管注浆预加固。

作为进一步的技术方案，在上台阶的左侧导洞开挖完成后，要对左侧导洞进行初期支护，支护完成后，施做上台阶中隔壁。

作为进一步的技术方案，所述仰拱分别与下台阶的左导洞、右导洞同步开挖，左右错进快速封闭成形。

作为进一步的技术方案，四个导洞开完完成后，铺设防水板、采用模板台车全断面一次模筑二次衬砌，从而完成隧道的开挖和支护。

本发明的有益效果在于：

1.本发明先对上台阶的左、右洞室进行开挖，然后再进行下台阶左、右洞室开挖，上下台阶之间留有30～50m的台阶长度，扩大了洞室空间，便于设备进出和机械作业，加快了施工进度。

2.本发明在开挖上台阶左导洞时，同时施做中隔壁，开挖上台阶右导洞时，支护结束后进行拆除。下台阶不再施做中隔壁，简化了工序，减少了临时支撑的拆除量，提高了施工安全性。

3.本发明在开挖下台阶左、右导洞时，分别同时进行左、右仰拱的开挖，即在开挖下台阶的左、右导洞时，先同步开挖下台阶左导洞及左下仰拱，进行左下台阶和左下仰拱的一次初期支护；然后，同步开挖下台阶右导洞及右下仰拱，进行右下台阶和右下仰拱的一次初期支护；最后，浇筑仰拱混凝土，施作仰拱。有利于仰拱的及时支护，并大大减少了隧道支护封闭成环的时间，能有效维护围岩稳定性；

4.本发明能适用于复杂地质条件和环境条件，尤其是在上软下硬的岩体中，通过优化施工工序、减少临时支撑的施做、快速封闭仰拱，减少人员、机械以及施工方法转换的繁琐性，大大减少工期，提高施工安全性，降低施工成本。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工工序示意图；

图2是上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工步序平面示意图；

其中：1.超前小导管；2.上台阶左导洞；3.上台阶右导洞；4.下台阶左导洞；5.下台阶右导洞；6.初期支护；7.上台阶中隔壁；8.仰拱，8-1.左下导洞仰拱，8-2.右下导洞仰拱；9.二次衬砌。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

本实施例提出了一种上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全高效施工方法，将整个隧道断面分隔成上下台阶左右共四个洞室进行施工，首先进行上台阶左导洞2开挖，其次是上台阶右导洞3开挖，然后是下台阶左导洞4开挖，最后进行下台阶右导洞5开挖，具体包括如下步骤：

步骤一：超前地质预报，进行围岩软硬分层分析，确定本发明施工方法以及上下台阶初期支护强度等参数；

步骤二：拱部超前小导管1注浆预加固；

步骤三：上台阶左导洞2开挖；

步骤四：上台阶左导洞2初期支护6(初喷混凝土、安装中空注浆锚杆、挂钢筋网、立钢拱架、安装锁脚锚管、复喷混凝土)，施做上台阶中隔壁7；

步骤五：上台阶右导洞3开挖；

步骤六：上台阶右导洞3初期支护6(初喷混凝土、安装中空注浆锚杆、挂钢筋网、立钢拱架、安装锁脚锚管、复喷混凝土)，拆除上台阶中隔壁7；

步骤七：下台阶左导洞4和左下导洞仰拱8-1的同步开挖；

步骤八：下台阶左导洞4和左下导洞仰拱8-1的初期支护6(初喷混凝土、安装中空注浆锚杆、挂钢筋网、立钢拱架、安装锁脚锚管、复喷混凝土)；

步骤九：下台阶右导洞5和右下导洞仰拱8-2的同步开挖；

步骤十：下台阶右导洞5和右下导洞仰拱8-2的初期支护6(初喷混凝土、安装中空注浆锚杆、挂钢筋网、立钢拱架、安装锁脚锚管、复喷混凝土)；

步骤十一：浇筑仰拱混凝土，施作仰拱；

步骤十二：铺设防水板、采用模板台车全断面一次模筑二次衬砌9，从而完成隧道的开挖和支护。

上述超前注浆小导管1采用Ф50×5mm热轧钢管，管壁每隔150mm钻眼，眼孔直径8mm，管长L＝3.5m。在隧道开挖拱部123°布置，环向间距35cm，纵向间距2m，纵向搭接长度1.42m，水平倾角12°，前后组小导管错位布置。小导管安设采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，采用YT-28型风钻设孔，钻孔直径比管径大3～5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻孔顶入，外露端支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架焊接共同组成预支护体系。

上述隧道四个洞室开挖过程为：第一步开挖上台阶左导洞2，第二步开挖上台阶右导洞3，左右导洞上台阶掌子面间距≥15m；对上台阶左导洞2初期支护6时，施做上台阶中隔壁7，上台阶右导洞3初期支护6结束后，拆除上台阶中隔壁7。第三步开挖下台阶左导洞4，与第二步开挖3之间留有30～50m的台阶长度；第四步开挖下台阶右导洞5，下台阶左导洞4和下台阶右导洞5之间的开挖纵向间距≥5m。对于隧道四个洞室的开挖，每个洞室循环开挖进尺约为1.5m～2.0m。

上述初期支护形式6主要包括初喷混凝土、安装中空注浆锚杆、挂钢筋网、立钢拱架、安装锁脚锚管和复喷混凝土。初喷混凝土厚度为5cm，待硬化后，安装Ф25中空注浆锚杆，采用Ф8mm双层钢筋网、I22b钢拱架，锁脚锚管采用Ф50×5mm热轧无缝钢管，喷射混凝土采用C25强度、厚度为28cm。初期支护分别对四步洞室开挖进行施做。

严格控制锚杆孔口位置、方向、直径，钻孔前标出孔位，采用风动钻机进行钻孔，钻孔直径为42mm。锚头安装在锚杆一端，另外一端安装止浆塞，然后将锚杆旋转插入孔中，连接注浆管路，进行注浆。钢拱架纵向间距50cm，每榀工字钢与工字钢之间采用Φ22钢筋连接。在每分部开挖支护过程中在拱脚位置施作φ50mm锁脚导管，锁脚导管安装时增加钢筋使锁脚导管与工字钢焊接牢固。钢拱架安装时，节段与节段之间通过钢板连接，连接钢板平面与钢拱架轴线垂直，两块钢板间采用4套高强螺栓(M22×100)连接。锁脚锚管采用人工配合机械安装，安装时与钢架搭接外漏≯30cm，安装完成后，采用Φ22L型连接钢筋将锚管与钢架连接加固，L型钢筋与钢架及锁脚锚管连接处采用满焊。喷射混凝土采用湿喷技术。

上述中隔壁7为弧形，采用I18工字钢，挂网喷射混凝土厚度为20cm。只在上台阶左导洞支护时施做，上台阶右导洞支护完成后拆除。

上述仰拱8为左右错进施工，下台阶左导洞4开挖的同时也一起开挖下台阶左导洞的仰拱8-1，开挖完成后，同步对下台阶左导洞的仰拱8-1以及下台阶左导洞4进行支护；下台阶右导洞5开挖的同时，也一起开挖下台阶右导洞的仰拱仰拱8-2，开挖完成后，同步进行下台阶右导洞的仰拱8-2和下台阶右导洞5的支护，开挖时，下台阶左导洞4与下台阶右导洞5之间的纵向间距≥5m，左右错进施工；左右错进施工使初期支护快速封闭成环，提高围岩稳定性。

上述二次衬砌9施做时间和距离根据监控量测数据确定，主要是铺设土工布、防水板、采用模板台车全断面一次模筑二次衬砌混凝土。

本发明是基于新奥法施工基本原理，在现有CD法的基础上，针对特殊地质条件和环境条件，优化施工工序、减少临时支撑量，并通过超前预报、监控量测等手段，进行安全、高效施工，能够有效缩短工期，降低施工成本。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，而非对本发明权利保护的限定。同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，将整个隧道断面分隔成上下台阶，在上下台阶上分别分成左右两个洞室进行施工，其特征在于，

开挖上台阶的左导洞时，同时在上台阶上施做中隔壁；在开挖完上台阶右导洞后，对上台阶进行支护，支护结束后拆除中隔壁；在下台阶施工时，不再施做中隔壁；同时，实现下台阶左右导洞和仰拱的同步开挖和初期支护；

在开挖下台阶左、右导洞时，同步开挖下台阶左导洞及左下仰拱，进行左下导洞和左下仰拱的一次初期支护；然后，同步开挖下台阶右导洞及右下仰拱，进行右下导洞和右下仰拱的一次初期支护；最后，浇筑仰拱混凝土，施作仰拱；

所述左下导洞、左下仰拱或右下导洞、右下仰拱为左右错进施工；开挖时，下台阶左导洞与下台阶右导洞之间的纵向间距≥5m；左右错进施工使初期支护快速封闭成环，提高围岩稳定性。

2.如权利要求1所述的上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，其特征在于，待仰拱混凝土满足养护龄期后，施作隧道二衬。

3.如权利要求1所述的上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，其特征在于，在上下台阶之间留有30~50m的台阶长度。

4.如权利要求1所述的上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，其特征在于，在施工前，采用超前地质预报，进行围岩软硬分层分析，确定施工方法以及上下台阶初期支护强度参数。

5.如权利要求1所述的上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，其特征在于，在开挖上台阶的导洞之前，先进行拱部超前小导管注浆预加固。

6.如权利要求1所述的上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，其特征在于，在上台阶的左侧导洞开挖完成后，要对左侧导洞进行初期支护，支护完成后，施做上台阶中隔壁。

7.如权利要求1所述的上软下硬岩体大断面暗挖隧道安全施工方法，其特征在于，四个导洞开完完成后，铺设防水板、采用模板台车全断面一次模筑二次衬砌，从而完成隧道的开挖和支护。

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