CN113339012B - 一种超宽断面隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽断面隧道施工方法，本发明包括如下步骤：S1、根据施工图纸，将隧道断面划分为左导坑、右导坑和中间岩柱，并将左导坑、右导坑和中间岩柱均划分为上中下三部，并通过建模优化分部开挖形式及面积；S2、先进行左导坑上部的开挖，对待开挖至设定深度后，对右导坑上部的开挖，通过锚杆以及注浆进行联合支护；S3、在隧道的其中一侧侧壁上开凿逃生通道，在已开凿的左导坑的上分部和右导坑的上分部之间的中间岩柱上间隔开凿联络通道。本发明通过对船用双侧壁导坑法进行优化革新，改变了大断面开挖时的九部开挖施工顺序，充分利用岩体自承性及开挖时空效应，在上部导坑施工过程中合理横向提前解除核心土部位，形成联络通道。

Description

一种超宽断面隧道施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说是一种超宽断面隧道施工方法。

背景技术

目前在轨道交通施工过程中，地下双层岛式站台是目前国内地铁车站的主流设计方式，在修建过程中，如何高效、安全地完成大断面的暗挖隧道施工，成为地铁建设过程中必须突破的技术瓶颈。当暗挖隧道处于IV级围岩、V级围岩情况下，周边岩层为砂岩、砂质泥岩为主的中风化岩体时，现有施工方法多为双侧壁导坑法，在实施过程中，开挖周期长，核心土拆除风险大，仰拱与核心土步距不宜控制，二衬跟进施工迟缓，一旦出现坍塌、冒顶等施工风险不宜及时抢险。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供一种超宽断面隧道施工方法，用于上述现有施工方式存在的不足。

本发明所采用技术方案是：

一种超宽断面隧道施工方法，包括如下步骤：

S1、根据施工图纸，将隧道断面划分为左导坑、右导坑和中间岩柱，并将左导坑、右导坑和中间岩柱均划分为上中下三部，并通过建模优化分部开挖形式及面积；

S2、先进行左导坑上部的开挖，对待开挖至设定深度后，对右导坑上部的开挖，并在每段开挖完成后，通过锚杆以及注浆进行联合支护；

S3、在隧道的其中一侧侧壁上开凿逃生通道，在已开凿的左导坑的上分部和右导坑的上分部之间的中间岩柱上间隔开凿联络通道；

S4、利用联络通道和逃生通道组成交通流转通道，利用交通流转通道将左导坑的上中下部开挖和右导坑的上中下部开挖进行穿插施工；

S5、对完成左导坑和右导坑开挖段，进行中间岩柱的开挖，自上而上阶梯形开挖，并通过锚杆以及注浆进行联合支护；

S6、对去除核心土段去除临时支护，对拱墙进行二次衬砌，做仰拱施工。

作为进一步的优化，本发明所述中间岩柱包括位于上部的岩柱体和位于下部的扩大承台，所述岩柱体的纵向截面为方形，所述扩大承台的纵向截面为等腰梯形，所述等腰梯形的上底宽于岩柱体的宽度。

作为进一步的优化，本发明所述左导坑、右导坑和中间岩柱的上部开挖均采用机械开挖和爆破开挖结合的形式，上侧靠近拱顶的部分采用机械开挖，下侧采用爆破开挖，中下部的采用爆破开挖的形式。

作为进一步的优化，本发明在开挖施工过程中，由隧道的两端头向中间进行施工，在隧道两端头的左导坑和右导坑向中间施工完成后，再由两端进行中间岩柱核心土的逐段取除，并进驻施工台架跟进二次衬砌以及仰拱的施工。

作为进一步的优化，本发明所述中间岩柱在两端施工到最后段时，先解决中间岩柱上部的核心土，完成拱顶支护的封闭后，同采用竖向临时支护进行支撑，消除了最后段核心土拆除风险高的问题。

作为进一步的优化，本发明在开挖中间岩柱过程中时，在拱顶设置两个拱架进行应力监测，当出现监测预警情况时，在作业面上设置桁架进行支撑，待排除预警情况后再进行施工。

本发明具有以下优点：

1、本发明通过对船用双侧壁导坑法进行优化革新，改变了大断面开挖时的九部开挖施工顺序，充分利用岩体自承性及开挖时空效应，在上部导坑施工过程中合理横向提前解除核心土部位，形成联络通道；

2、本发明的隧道施工方法利用横向联络通道，疏通洞内交通网络，使得中部导坑、下部导坑可以提前穿插，同时优化开挖分部形式，减少核心岩柱临时支护施工工程量，节约工时、材料；

3、本发明将上、中、下导坑在施工过程中的联动性交通组织方法，在同一隧道内创造10余个工作面，极大程度行提升了隧道整体断面日均开挖进尺，缩短超大断面初支成环周期，实现安全、快速建造的目标；

4、本发明的核心土取除方式组织、布局合理，充分考虑了模板台车、作业台架、仰拱施工以及各导坑作业平台等施作空间，使得二衬作业可以有效紧跟核心土拆除作业，将核心土拆除后的暴露时间缩短，保证施工的安全性以及稳定性；

5、本发明在施工方法在隧道两个端口向中间施工，不仅提升了设备的利用率，加快施工效率，而且使得在开挖作业后期，最后段的核心岩柱位于隧道中央，两端的拱墙已经浇筑完毕，可以形成一个安定的作业空间，大大降低核心土拆除作业的风险；

6、本发明提出一套完备的风险应急措施及安全保证措施，利用钢管柱反撑、综合桁架反撑体系等措施，及时应对预警情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为本发明的隧道断面划分示意图；

图2为隧道断面开挖施工示意图；

图3为核心土开挖施工示意图；

图4为核心土开挖过程中中下部回填施工示意图；

图5为当出现沉降预警情况时进行桁架支撑的隧道断面示意图；

图6为当出现沉降预警情况时进行桁架支撑的隧道纵剖面示意图；

图7为联络通道的开设示意图；

图8为各部分开挖施工过程中交通流转示意图。

其中：1、联络通道，2、逃生通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要理解的是，在本发明实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本发明实施例中的“多个”，是指两个或两个以上。

本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本实施例提供一种超宽端面隧道施工方法，该方法主要用于地下轨道交通车站开挖建设，本方法在传统双侧壁导坑法的基础上进行改进，避免了传统双侧壁导坑法在施工中下台阶的过程中造成核心土部位临时支护承载力损失、拱架失稳的情况发生，还避免了传统双侧壁导坑法在转换段过窄而造成的设备车辆交错通行困难的情况，具体的，本实施例的施工方法包括如下步骤：

S1、根据施工图纸，如图1所示，将隧道断面划分为左导坑、右导坑和中间岩柱，并将左导坑、右导坑和中间岩柱划分为上中下分部，并通过建模优化分部开挖形式及面积；

其中，如图1中所示，为了便于标记，左导坑分别划分为1部，2部和3部，右导坑分为4部，5部和6部，核心土部分划分为7部，8部和9部，上部导坑采用机械开挖，中下部均采用微差控制爆破开挖，通过构建模减小中下部导坑开挖面积，能够降低中下导坑在开挖时的单次起爆药耗量，减少施工过程中对围岩及已成结构的扰动破坏，由于开挖面积的减少和临时支护的优化，提升了中下导坑在施工过程中的作业速率，可以整体加快车站主拱连接成环的速度，使围岩应力更早地得到补强。

通过上述建模，优化核心土的承载模型，使其上部采用岩柱体形式，下部采用梯形扩大承台的形式，用岩主体传力至下部承台，增强了核心岩柱的最大单元承载力，并优化隧道整体受力形式，有效地提高了隧道断面开挖过程中的稳定性，减小了下台阶施工时两侧岩体的收敛变形，同时中下台阶采用梯形扩大承台的形式，更好地承接了核心土的竖向荷载，避免了常规双侧壁导坑施工中下台阶时造成核心土部位临时支护承载力损失、拱架失稳的情况发生。

S2、先进行上导坑的开挖，即进行1部和4部的开挖，如图2所示，上导坑采用机械配合爆破开挖，接近拱顶的部分采用机械开挖，下部采用爆破开挖，并且需要满足设计上的台阶机械开挖要求。开挖进尺根据不同部位及地质状况进行调整，每循环进尺1.2～1.6m，其中V型围岩断面上台阶开挖进尺为1.2m(2榀拱架)，IV型围岩断面上台阶开挖进尺为1.6m(2榀拱架)，采用挖机扒碴排险，装载机装碴，自卸汽车运至指定弃碴点。核心土临时支护拱架与车站拱架连接处采用螺栓连接，为利于后期临时支护拆除，减少断开临时支护拱架与车站拱架连接风险，核心土对临时支护顶部预留30cm拱架不进行喷射砼封闭，仅对岩层进行初喷封闭。

在上部导坑施工时，1部和4部的的前后掌子面应间距15m的间距，即在1部的开挖深度达到15m以后，再进行4部的开挖。

S3、利用上述1部与4部的掌子面相差15m的距离，在该间距的岩柱体上间隔开设联络通道1，如图7所示，并在满足施工条件后进行左导坑、右导坑的中部导坑的开挖施工，即2部，3部，5部和6部的开挖施工；

如图8所示，所述联络通道1宽8m，相邻联络通道1之间形成的岩柱每段长度10-12m，当联络通道1形成后，可交错利用，既可以满足增加1部、4部上部导坑的交叉施工，同时又能根据现场情况，将2部、3部、5部、6部等中下部导坑施工穿插进来。当上部导坑背后方向因中下导坑施工断路时，可以通过联络通道1绕行组织交通路线，另外，可根据联络通道1的位置，增设中下部导坑作业面，必要时仅中下部导坑就可以满足两个方向8个工作面的同时开展，整个车站隧道的工作面将多达10余个。极大程度提高了车站整体断面日均进尺，缩短超大断面初支成环周期。

在导坑的中下导坑在逃生通道2形成后，利用逃生通道2转换侧壁上导坑交通，进行侧壁中导坑开挖支护，在要生通道数量同时满足上、中导坑交通转换后进行下导坑开挖支护。

S4、开挖中间岩柱的核心土，进行二衬作业面，且为了加快施工进度，在车站的两端头各自的侧壁导坑施工完成后，各自由大里程、小里程向中间逐段开挖核心土，为保证衬砌施工作业操作长度，小里程首段核心土取除后长度为30m，大里程首段核心土取除后长度为40m。待二次衬砌跟进后在进行下段核心土取除。

为保证拱墙二衬连续施工以减少形成取除核心土段暴露时间，需预留二衬钢筋作业台架、仰拱施工及预留抽排水作业空间，同时为核心土上台阶取除预留施工空间，二衬距核心土7部间最小距离应不小于50m，为保证充足的核心土取除作业空间，以减少核心土取除安全风险，同时减少核心土开挖对二衬仰拱施工影响，根据地质及现场监测数据情况指导现场施工。核心土取除步距要求如下：二衬拱墙距核心土7部距离按不宜大于50m。

S5、进行仰拱、拱墙的混凝土施工，完成隧底开挖后，组织仰拱施工，待拱墙衬砌施工完成后，模板台车、作业台架进行流水化前移，同步的继续组织临近段核心土拆除，为仰拱、拱墙衬砌施工提供空间。

为减少后期拆除核心土及支护施工风险，在最后段核心土两端临近段核心土取除前提前解除最后段上台阶核心土，完成拱顶初期支护封闭，同时保留或恢复核心土上台阶竖向临时支护。

在最后段核心土两端临近段核心土取除完成，同时两端二衬跟进至间距在60m内后，进行最后段临时支护拆除，彻底取除最后段核心土。

每次次拆除临时支撑钢架长度不大于5m。核心上部开挖进尺为1.2m(V型断面)、1.6m(Ⅳ型断面)，并及时对核心土拱部支护封闭成环，直至满足衬砌施工长度。如图3-6所示，具体步骤如下：

一、布置变形观测点，确保安全，拆除临时钢架前，进行监控量测，取得拆除前的初始数据，在整个拆除过程，对隧道拱顶下沉采取不间断观测，以保证隧道的安全；

二、采用洞渣对侧壁导坑进行回填至原上导坑底部高度，再采用作业台架进行临时支撑钢架拆除及核心土解除；

三、凿除侧壁支撑、临时拱钢架间的喷砼及钢筋网。采用风镐凿除喷砼，采用电气焊切断钢筋网，搭设钢管脚手架作为工作平台。在凿除喷砼过程中，应逐榀钢架自上而下进行，凿除过程中，下方严禁行人机械通过。作业区前后设专人设防。注意在凿除砼、切断钢筋网过程中，尽量保证连接筋的连接，防止凿除期间侧壁支撑、钢架失稳。凿除完毕后，及时清理砼碴与废钢筋网，废钢筋网应指定地点堆放，以便日后集中处理。

为减少后期拆除核心土及支护施工风险，在最后段核心土两端临近段核心土取除前提前解除最后段上台阶核心土，完成拱顶初期支护封闭，同时保留或恢复核心土上台阶竖向临时支护。拆除过程套注意如下几点：

(1)做好拆除过程中监控量测工作，随时监测初期支护的稳定性；

(2)拆除时，严禁采用挖掘机、装载机机械直接破坏方式拆除钢架，以防止应机械碰撞造成隧道初期支护体系变形失稳；

(3)做好在拆除过程中的安全防护工作，拆除过程中，严禁施工人员、机具设备通过，防止坠物伤人；

(4)钢架拆除，尽量利用绳索等安全设施，严禁钢架以自由落体形式直接落到地面。以免钢架弹起伤人；

(5)拆除钢架时，及时清除残留在初期支护上的短钢筋头、型钢头，为后续铺设防水板施工创造条件；

(6)拆除钢架后，对钢架上残留的钢筋进行清除，以防止在拆除的钢架在运输或再利用过程中，短钢筋碰伤、划伤施工人员。

核心土的安全施工的保证措施要注意如下几点：

(1)为保证核心土上台阶取除时的安全性，拆除时每次开挖不大于2榀拱架，开挖后及时将拱部初期支护封闭成环。

(2)初支施工结束后及时布置监控量测点，加强洞内变形、支撑应力、地表沉降等项目的监控量测，以量测成果指导施工。相较其他部位，核心土拆除位置需加密拱顶沉降点布置，加大监测频率；同时，每5m设置1处拱架应力监测装置，及时监测拱顶应力情况。

(3)若出现沉降预警情况，立即采取支撑措施，利用Φ609*16钢管柱进行反撑。在车站8部岩体基础上，安装钢管柱支撑，顶部设置活络头，在活络头上方纵向架设枕木作为柔性支座与初支面紧贴。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种超宽断面隧道施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、根据施工图纸，将隧道断面划分为左导坑、右导坑和中间岩柱，并将左导坑、右导坑和中间岩柱均划分为上中下三部，并通过建模优化分部开挖形式及面积；

S2、先进行左导坑上部的开挖，对待开挖至设定深度后，对右导坑上部的开挖，并在每段开挖完成后，通过锚杆以及注浆进行联合支护；

S3、在隧道的其中一侧侧壁上开凿逃生通道，在已开凿的左导坑的上分部和右导坑的上分部之间的中间岩柱上间隔开凿联络通道；

S4、利用联络通道和逃生通道组成交通流转通道，利用交通流转通道将左导坑的上中下部开挖和右导坑的上中下部开挖进行穿插施工；

S5、 对完成左导坑和右导坑开挖段，进行中间岩柱的开挖，自上而下阶梯形开挖，并通过锚杆以及注浆进行联合支护；

在开挖施工过程中，由隧道的两端头向中间进行施工，在隧道两端头的左导坑和右导坑向中间施工完成后，再由两端进行中间岩柱核心土的逐段取除，并进驻施工台架跟进二次衬砌以及仰拱的施工；

S6、对去除核心土段去除临时支护，对拱墙进行二次衬砌，做仰拱施工。

2.根据权利要求1所述的超宽断面隧道施工方法，其特征在于：所述中间岩柱包括位于上部的岩柱体和位于下部的扩大承台，所述岩柱体的纵向截面为方形，所述扩大承台的纵向截面为等腰梯形，所述等腰梯形的上底宽于岩柱体的宽度。

3.根据权利要求1所述的超宽断面隧道施工方法，其特征在于：所述左导坑、右导坑和中间岩柱的上部开挖均采用机械开挖和爆破开挖结合的形式，上侧靠近拱顶的部分采用机械开挖，下侧采用爆破开挖，中下部的采用爆破开挖的形式。

4.根据权利要求1所述的超宽断面隧道施工方法，其特征在于：所述中间岩柱在两端施工到最后段时，先解决中间岩柱上部的核心土，完成拱顶支护的封闭后，同采用竖向临时支护进行支撑。

5.根据权利要求1所述的超宽断面隧道施工方法，其特征在于：在开挖中间岩柱过程中时，在拱顶设置两个拱架进行应力监测，当出现监测预警情况时，在作业面上设置桁架进行支撑，待排除预警情况后再进行施工。

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