CN113153311A - 适用于土岩复合地层的隧道开挖工法 - Google Patents

适用于土岩复合地层的隧道开挖工法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，包括如下施工步骤：步骤一：上半断面开挖，及时架设格栅和竖撑，同时在竖撑中间埋设上斜撑的顶部型钢；步骤二：待上半断面左右导洞贯通后，焊接上斜撑的两侧支撑型钢，并拆除中间的竖撑；步骤三：开挖隧道下半断面；步骤四：施作仰拱二衬以及下部分侧墙；步骤五：拆除横撑和下斜撑，继续施做中部分侧墙、中柱以及中板；步骤六：拆除上斜撑，施做拱顶二衬，完成隧道施工；由此，本发明能克服现有技术的缺陷，适用于软岩地层的新型实用的隧道开挖工法，解决在软岩地层中传统隧道开挖工法的局限性，其合理进行隧道的开挖工序，以确保适用于软岩地层中的隧道开挖工法的技术优越性和经济优良性。

Description

适用于土岩复合地层的隧道开挖工法
技术领域
本发明涉及轨道交通设计的技术领域，尤其涉及一种适用于复杂的土岩复合地层且特别适用处于软岩地层的地铁隧道的开挖工法。
背景技术
目前国内软岩地层的隧道开挖工法主要为CRD工法(交叉中隔壁法)和双侧壁导坑法，(见附图1)。CRD工法的主要特点是单次开挖跨度小，各部开挖硐室均能及时封闭成环，以达到控制变形的目的。此工法施工工序多且复杂，大型机械设备难以展开，施工进度和效率较低，施工成本高；双侧壁导坑法与CRD工法类似，其理念均为变大跨为小跨，及时封闭各部初期支护和临时仰拱，此工法亦面临施工工序复杂，开挖分块多，扰动大，施工进度慢，施工成本高的特点。两种工法原理、施工步序、单次开挖跨度基本相似，采用的控制变形手段类似：将大跨度隧道分割成几部分，控制每一步开挖产生的变形，从而达到控制累计总变形的目的。其适用条件取决于硐室开挖断面的大小。
软岩地层采用的以上传统隧道开挖工法，面临着较多弊端。施工工期长、施工作业空间小、格栅逆作导致的格栅钢架悬空、拆撑难度大；特别是岩石地层爆破工艺对大长细比支撑的震动影响，不利于支撑节点的受力及传力；而施作二衬期间需全部拆除一定长度范围内横断面的内撑，风险较高。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其能克服现有技术的缺陷，适用于软岩地层的新型实用的隧道开挖工法，解决在软岩地层中传统隧道开挖工法的局限性，其合理进行隧道的开挖工序，以确保适用于软岩地层中的隧道开挖工法的技术优越性和经济优良性。
为实现上述目的，本发明公开了一种适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于包括如下施工步骤：
步骤一：上半断面开挖，隧道的上半断面分为左导洞和右导洞，采用CD法开挖，及时架设格栅和竖撑，同时在竖撑中间埋设上斜撑的顶部型钢；
步骤二：待上半断面左右导洞贯通后，利用提前埋设的顶部型钢为平台，焊接上斜撑的两侧支撑型钢，支撑型钢的一端与顶部型钢连接，另一端与拱脚部位的预埋钢板连接，顶部型钢、支撑型钢纵向间距与竖撑的间距匹配，并拆除中间的竖撑；
步骤三：开挖隧道下半断面，分上下两个台阶，逐榀开挖上台阶，并架设横撑及下斜撑，上台阶先行5m后，即开挖下台阶，下台阶开挖过程中注意对横撑及下斜撑进行保护，依次完成整个隧道的开挖；
步骤四：施作仰拱二衬以及下部分侧墙；
步骤五：拆除横撑和下斜撑，继续施做中部分侧墙、中柱以及中板；
步骤六：拆除上斜撑，施做拱顶二衬，完成隧道施工。
其中：步骤一中左右导洞掌子面纵向错开间距10～15m，导洞开挖步距为0.5m。
其中：横撑及下斜撑采用工22～25型号工字钢，纵向间距为1m。
其中：上斜撑的顶部型钢通过横置钢板连接至拱部格栅，并设多个紧固螺栓与拱部支护连接。
其中：所述支撑型钢的端部通过第一焊缝焊接于顶部型钢，并支撑型钢和顶部型钢之间设有第一角钢抗剪墩。
其中：所述上斜撑的支撑型钢下端通过一连接钢板连接至拱部初支。
其中：拱部初支通过另一连接钢板与下初支可靠连接，且所述支撑型钢、两块连接钢板以及拱部初支、下初支通过第二焊缝进行连接。
其中：所述下斜撑的顶端焊接固定于横撑，底端通过竖置钢板连接支撑于上台阶的下初支上。
其中：下斜撑的端部与竖置钢板通过第三焊缝焊接固定。
其中：下斜撑和竖置钢板之间设有第二角钢抗剪墩。
通过上述内容可知，本发明的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法具有如下效果：
1、利用三角形上斜撑体系和组合式型钢撑的设计理念，极大地改变了传统隧道开挖工法施工工期长、施工作业空间小、大长细比竖撑、拆撑难度大等难题，并且避免了全硐室无支撑、竖撑逆作等工况，极大提高了隧道施工的安全度。
2、为软岩地层中建设地下隧道工程提供了新型实用的技术支撑，设计思路巧妙，设计手段新颖，应用范围广阔，可实现软岩地层中安全、快速、经济的建设隧道工程，其结构设计简单，传力方式明确，结构性能好，保证隧道开挖安全的同时可减少施工步序从而加快施工进度，应用前景广阔，具有良好的技术经济环境综合效益，不失为一项优秀的设计。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明适用于土岩复合地层的隧道开挖工法的整体示意图。
图2显示了本发明中步骤一的示意图。
图3显示了本发明中步骤二的示意图。
图4显示了本发明中步骤三的示意图。
图5显示了本发明中步骤四的示意图。
图6显示了本发明后续步骤的示意图。
图7显示了本发明中格栅和节点的示意图。
图8A显示了图7中D点的放大示意图。
图8B显示了图7中E点的放大示意图。
图8C显示了图7中F点的放大示意图。
附图标记：
101、左导洞；102、右导洞；103、上台阶；104、下台阶；1、竖撑；2、上斜撑；3、横撑；4、下斜撑；11、拱部初支；12、横置钢板；13、第一角钢抗剪墩；14、第一焊缝；15、紧固螺栓；21、下初支；23、第二焊缝；24、连接钢板；31、第二角钢抗剪墩；32、第三焊缝；33、竖置钢板。
具体实施方式
参见图1，显示了本发明的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其是针对软岩地层中隧道开挖而提出的新型隧道开挖工法，其融合了 CD法、台阶法的有利特点，克服了CRD工法和双侧壁导坑法的弊端。
同时参见图2至图6，所述适用于土岩复合地层的隧道开挖工法包括如下施工步骤：
步骤一：上半断面开挖，隧道的上半断面分为左导洞101和右导洞102，采用CD法开挖，左右导洞掌子面纵向错开间距10～15m。先期开挖左(右)导洞，并及时架设左(右)导洞格栅和竖撑1，竖撑 1可采用工22～25型号工字钢，纵向间距一般为0.5m，同时在竖撑1 中间埋设顶部型钢2a。左(右)导洞开挖步距应严格按照格栅间距控制，一般为0.5m。完成以上步序后即形成以隧道拱部初期支护、竖撑1、拱脚锁脚锚杆为初期支护的隧道上半断面硐室(参见图2)。
步骤二：待上半断面左右导洞贯通后，利用提前埋设的顶部型钢 2a为平台，焊接两侧支撑型钢2b，支撑型钢2b的一端与顶部型钢2a连接，另一端与拱脚部位的预埋钢板连接，顶部型钢2a、支撑型钢2b可采用工22～25型号工字钢，纵向间距与竖撑1的间距匹配，并拆除中间的竖撑1。完成以上步序后即形成顶部型钢2a、支撑型钢 2b进行组合的上斜撑2，该上斜撑2为三角形上斜撑体系，此上斜撑端部支撑在扩大的初支拱脚部位，不影响隧道下断面的开挖(参见图 3)。
步骤三：开挖隧道下半断面，分上下两个台阶，上下台阶纵向错开一般为5m。逐榀开挖上台阶103，并及时架设横撑3及下斜撑4，横撑3及下斜撑4可采用工22～25型号工字钢，纵向间距一般为1m，上台阶103先行5m后，即开挖下台阶104，下台阶开挖过程中注意对横撑3及下斜撑4的保护，至此完成整个隧道的开挖(参见图5)；
步骤四：施作仰拱二衬以及图6中A区域所示的下部分侧墙，所述A区域主要为下台阶104的侧部；
步骤五：拆除横撑3和下斜撑4，继续施做图6中B区域所示的中部分侧墙、中柱以及中板，所述中部分侧墙主要为上台阶103的侧部；
步骤六：拆除上斜撑2，施做图6中C区域所示的拱顶二衬，完成隧道施工。
参见图7、图8A、图8B和图8C，本发明中上斜撑2的顶部型钢 2a通过横置钢板12连接至拱部初支11，并设多个紧固螺栓15与拱部格栅11连接，所述支撑型钢2b的端部通过第一焊缝14焊接于顶部型钢2a，并支撑型钢2b和顶部型钢2a之间设有第一角钢抗剪墩13。
所述上斜撑2的支撑型钢2b下端通过一连接钢板24连接至拱部初支11，拱部初支11通过另一连接钢板24与下初支21可靠连接，且所述支撑型钢2b、两块连接钢板24以及拱部初支11、下初支21 通过第二焊缝23进行连接。
所述下斜撑4的顶端焊接固定于横撑3，底端通过竖置钢板33 连接支撑于上台阶103的下初支21上，且下斜撑4的端部与竖置钢板33通过第三焊缝32焊接固定，并下斜撑4和竖置钢板33之间设有第二角钢抗剪墩31。
由此，三角形上斜撑体系为本发明的一大亮点，采用三角形上斜撑体系替换竖撑1的设计理念，不仅避免下断面开挖期间竖撑1逆作顺接工序，大大减小了竖撑的长度，并可有效的保证拱部的安全，而局部扩大后的拱脚空间正好为三角形上斜撑体系提供了有利的支座，可保证上斜撑体系的稳定性，并且上斜撑的存在不影响隧道下断面的开挖作业。
下斜撑以及横撑组合式型钢撑设计是本发明的另一大亮点，组合式型钢撑既保障了侧墙及拱脚的稳定性，又为下半断面的开挖提供灵活的作业空间。
本发明中二衬的施工工序与支撑的设计环环相扣，相得益彰，开挖完成后施作仰拱及部分侧墙二衬；拆除下斜撑及横撑后，浇筑中板二衬，完成整个下半断面二衬的施作；拆除上斜撑体系后完成拱部二衬的施工。整个二衬的施作有序安全，拆撑简单方便。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于包括如下施工步骤：
步骤一：上半断面开挖，隧道的上半断面分为左导洞和右导洞，采用CD法开挖，及时架设格栅和竖撑，同时在竖撑中间埋设上斜撑的顶部型钢；
步骤二：待上半断面左右导洞贯通后，利用提前埋设的顶部型钢为平台，焊接上斜撑的两侧支撑型钢，支撑型钢的一端与顶部型钢连接，另一端与拱脚部位的预埋钢板连接，顶部型钢、支撑型钢纵向间距与竖撑的间距匹配，并拆除中间的竖撑；
步骤三：开挖隧道下半断面，分上下两个台阶，逐榀开挖上台阶，并架设横撑及下斜撑，上台阶先行5m后，即开挖下台阶，下台阶过程中对横撑及下斜撑进行保护，依次完成整个隧道的开挖；
步骤四：施作仰拱二衬以及下部分侧墙；
步骤五：拆除横撑和下斜撑，继续施做中部分侧墙、中柱以及中板；
步骤六：拆除上斜撑，施做拱顶二衬，完成隧道施工。
2.如权利要求1所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：步骤一中左右导洞掌子面纵向错开间距10～15m，导洞开挖步距为0.5m。
3.如权利要求1所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：横撑及下斜撑采用工22～25型号工字钢，纵向间距为1m。
4.如权利要求1所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：上斜撑的顶部型钢通过横置钢板连接至拱部格栅，并设多个紧固螺栓与拱部初支连接。
5.如权利要求4所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：所述支撑型钢的端部通过第一焊缝焊接于顶部型钢，并支撑型钢和顶部型钢之间设有第一角钢抗剪墩。
6.如权利要求4所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：所述上斜撑的支撑型钢下端通过一连接钢板连接至拱部初支。
7.如权利要求6所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：拱部初支通过另一连接钢板与下初支可靠连接，且所述支撑型钢、两块连接钢板以及拱部初支、下初支通过第二焊缝进行连接。
8.如权利要求1所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：所述下斜撑的顶端焊接固定于横撑，底端通过竖置钢板连接支撑于上台阶的下初支上。
9.如权利要求8所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：下斜撑的端部与竖置钢板通过第三焊缝焊接固定。
10.如权利要求9所述的适用于土岩复合地层的隧道开挖工法，其特征在于：下斜撑和竖置钢板之间设有第二角钢抗剪墩。
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