CN114352292A - 用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

一种用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，包括以下步骤：采用上下台阶开挖法施作中导洞，对中导洞施作临时支护；沿中导洞的轴向方向施作中隔墙，完成对中隔墙两侧的支护；在中导洞的深埋侧开挖先行洞，随掘进对先行洞进行初期支护施工；先行洞开挖进尺至少30m时，在中导洞的浅埋侧开挖后行洞，随掘进对后行洞进行初期支护施工；保持先行洞和后行洞之间30m以上的掘进尺；依次对先行洞和后行洞进行二次衬砌施工。通过采用上述技术方案，具有提升浅埋连拱隧道的结构稳定性，保障隧道穿越浅埋偏压地层的施工安全性。

Description

用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法

【技术领域】

本发明涉及连拱隧道的技术领域，尤其涉及一种用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法。

【背景技术】

进入21世纪以来，随着我国对公路网的规划，连拱隧道越来越多的出现在我国隧道工程中。连拱隧道在实际施工过程中常遇到浅埋和偏压，尤其千枚岩遇水膨胀的岩质特性对于受力结构复杂的连拱隧道将增加围岩变形侵限等施工风险。

由于风化千枚岩具有遇水膨胀的岩质特性，且岩质较为松散，对于结构复杂的连拱隧道将增加围岩变形侵限的可能性；同时千枚岩片理构造特征对于隧道穿越浅埋偏压地层的安全性极为不利。

【发明内容】

针对现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，具有提升浅埋连拱隧道的结构稳定性，保障隧道穿越浅埋偏压地层的施工安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，包括以下步骤：

采用上下台阶开挖法施作中导洞，对所述中导洞施作临时支护；

沿所述中导洞的轴向方向施作中隔墙，完成对所述中隔墙两侧的支护；

在所述中导洞的深埋侧开挖先行洞，随掘进对所述先行洞进行初期支护施工；

所述先行洞开挖进尺至少30m时，在所述中导洞的浅埋侧开挖后行洞，随掘进对所述后行洞进行初期支护施工；保持所述先行洞和后行洞之间30m以上的掘进尺；

依次对所述先行洞和后行洞进行二次衬砌施工。

本发明进一步设置为：所述采用上下台阶开挖法施作中导洞，包括以下步骤：

开挖中导洞上导坑，随掘进对所述中导洞上导坑施作临时支护；

当所述中导洞上导坑开挖进尺范围为3～5m时，开挖中导洞下导坑，随掘进对所述中导洞下导坑施作临时支护。

本发明进一步设置为：在施作所述中导洞的过程中，所述中导洞上导坑相对于所述中导洞下导坑始终超前3～5m。

本发明进一步设置为：所述沿所述中导洞的轴向方向施作中隔墙，完成所述中隔墙之后包括以下步骤：

在所述中隔墙靠近所述后行洞的一侧安装上临时横撑；

在所述中隔墙的墙身强度达到设计标准时，采用浆砌片石对所述中隔墙的两侧进行回填。

本发明进一步设置为：所述中隔墙两侧的回填高度与所述临时横撑的最高高度相等设置。

本发明进一步设置为：所述在所述中导洞的深埋侧开挖先行洞，具体包括以下步骤：

开挖先行侧导洞上导坑，随掘进对所述先行侧导洞上导坑施作临时支护和外侧初期支护；

当所述先行侧导洞上导坑开挖进尺范围为3～5m时，开挖先行侧导洞下导坑，随掘进对所述先行侧导洞下导坑施作临时支护和拱底初期支护；

重复上述施作过程，施作过程中，所述先行侧导洞上导坑相对于所述先行侧导洞下导坑始终超前3～5m。

本发明进一步设置为：当先行侧导洞开挖进尺大于20m后，采用两台阶预留核心土开挖法施作先行主洞，施作所述先行主洞具体包括以下步骤：

开挖先行主洞上台阶，随掘进对所述先行主洞上台阶施作拱部初期支护，对其预留核心土进行开挖；

开挖先行主洞下台阶，随掘进对所述先行主洞下台阶施作仰拱初期支护，初期支护在所述先行主洞的断面中闭合为封闭支护，同时对其预留核心土进行开挖。

本发明进一步设置为：当所述先行主洞开挖进尺至少30m时，采用上下台阶开挖法施作所述后行洞，施作所述后行洞具体包括以下步骤：

开挖后行侧导洞上导坑，随掘进对所述后行侧导洞上导坑施作临时支护和外侧初期支护；

开挖后行侧导洞下导坑，随掘进对所述后行侧导洞下导坑施作临时支护、外侧初期支护和拱底初期支护。

本发明进一步设置为：当后行侧导洞开挖进尺大于20m后，采用两台阶预留核心土开挖法施作后行主洞，施作所述后行主洞具体包括以下步骤：

开挖后行主洞上台阶，随掘进对所述后行主洞上台阶施作拱部初期支护，对其预留核心土进行开挖；

开挖后行主洞下台阶，随掘进对所述后行主洞下台阶施作仰拱初期支护，初期支护在所述后行主洞的断面中闭合为封闭支护，同时对其预留核心土进行开挖。

本发明进一步设置为：所述先行主洞和所述后行主洞两者的洞口段以挖掘机掘进为主，辅以风镐、放小炮的方式进行主洞掘进，或/和辅以钻眼爆破法对围岩进行施工。

本发明进一步设置为：对所述先行主洞和所述后行主洞进行开挖时，任一预留核心土的面积大于其对应的台阶断面的二分之一。

本发明进一步设置为：对所述先行主洞和所述后行主洞进行开挖时，每次开挖进尺小于1.5m。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：

1.通过采用依次开挖中导洞、浅埋偏压深埋侧和浅埋偏压浅埋侧的顺序开挖方案，可大大简化施工步骤，缩减施工工期，提高施工效率，可有效地控制中隔墙顶部、左右主洞室拱部及边墙的变形，填补了风化千枚岩地层浅埋偏压连拱隧道在国内工程实践的空白；

2.由于中导洞的断面面积小，先对中导洞进行施工，可进一步探明隧道区域的地质情况，为隧道正洞开挖方案的确定提供可靠依据；

3.通过将先行洞划分为先行侧导洞和先行主洞，后行洞划分为后行侧导洞和后行主洞，由于侧导洞的断面面积小于主洞的断面面积，先对侧导洞进行施工，可在中导洞的基础上对连拱隧道所需穿越的风化千枚岩层进一步进行勘察，为了避免开挖过程中发生塌方风险，通过将左右正洞逐级细分，在风化千枚岩层中逐步开挖，降低在风化千枚地层中施工连拱隧道的风险；

4.通过在循环进尺过程中侧导洞始终比其相对应的主洞超前一定距离，当先行主洞开挖进尺至少30m时，采用上下台阶开挖法施作后行洞，使得先行侧导洞、先行主洞、后行侧导洞和后行主洞之间进尺始终不一致，保持浅埋偏压连供隧道开挖断面的稳定性。

【附图说明】

图1为本实施例的施工流程图；

图2为本实施例的浅埋偏压连拱隧道的横断面图。

附图标记：1、中导洞；2、中隔墙；3、临时横撑；41、先行侧导洞；42、先行主洞；51、后行侧导洞；52、后行主洞；6、封闭支护；7、二次衬砌。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

如图1和图2所示，本发明公开的一种用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，连拱隧道包括中导洞1、先行洞和后行洞，中导洞1位于先行洞和后行洞两者之间，中导洞1、先行洞和后行洞之间处于同一水平线上，先行洞位于浅埋偏压连拱隧道的深埋侧，后行洞位于浅埋偏压连拱隧道的浅埋侧，连拱隧道施工包括以下步骤：

S1、边仰坡施工；

S2、采用上下台阶开挖法施作中导洞1，对中导洞1施作临时支护；

S3、沿中导洞1的轴向方向施作中隔墙2，完成对中隔墙2两侧的支护；

S4、在中导洞1的深埋侧开挖先行洞，随掘进对先行洞进行初期支护；

S5、所述先行洞开挖进尺至少30m时，在所述中导洞1的浅埋侧开挖后行洞，随掘进对所述后行洞进行初期支护施工；保持所述先行洞和后行洞之间30m以上的掘进尺；

S6、依次对所述先行洞和后行洞进行二次衬砌施工。

可选地，在S1中，具体包括以下步骤：

对施工地点进行测量放样，在放样位置开挖和砌筑排水沟，以保证排水的通畅性。

对边坡、仰坡自上而下分段进行分层开挖，边开挖边进行临时支护，临时支护采用为喷锚支护。

可选地，在S2中，采用上下台阶开挖法施作中导洞1，包括以下步骤：

利用大管棚配合钢支撑对中导洞1进行超前支护，保证中导洞1开挖的安全和结构稳定；

开挖中导洞上导坑，开挖采用挖掘机进行开挖，开挖中导洞上导坑后，人工修整中导洞上导坑的周边轮廓，出碴则采用汽车配合装载机，并施工人员及时在中导洞上导坑施作临时支护；

当中导洞上导坑开挖进尺范围为3～5m时，开挖中导洞下导坑，在中导洞下导坑施作临时支护；同时，在施作中导洞1的过程中，中导洞上导坑相对于中导洞下导坑始终超前3～5m。由于中导洞1的断面面积小，先对中导洞1进行施工，可进一步探明隧道区域的地质情况，为隧道正洞开挖方案的确定提供可靠依据。

可选地，在S3中，沿中导洞1的轴向方向施作中隔墙2，施作中隔墙2具体包括以下步骤：

本实施例中，中导洞1开挖到一定里程后即转入中隔墙2施工，中导洞1从围岩另一端继续开挖，将中隔墙2的模板置入开挖完成的中导洞1之中，中隔墙2的模板与中导洞1的轴向方向相同设置。然后，对中隔墙2模板进行混凝土浇筑，其中先浇筑中导洞1的基础并设地基锚杆，后浇筑中隔墙2的墙身。

另一实施例中，在中导洞1贯通之后，沿隧道轴向向洞口倒退浇注中隔墙2。

当中隔墙2浇筑成型之后，在中隔墙2靠近后行洞的一侧固定连接上两组临时横撑3，两组临时横撑3分为上临时横撑3和下临时横撑3，上临时横撑3和下临时横撑3两者均位于中隔墙2的中部位置，以平衡先行洞开挖时中导洞1的另一侧产生的偏压，保证中隔墙2的整体稳定。

在中隔墙2的墙身强度达到设计标准时，采用浆砌片石对中隔墙2的两侧进行回填，中隔墙2两侧的回填高度与上临时横撑3的最高高度相等设置。

可选地，在S4中，在中导洞1的深埋侧开挖先行洞，具体包括以下步骤：

将先行洞划分为先行侧导洞41和先行主洞42，先行侧导洞41的断面面积小于先行主洞42的断面面积，先行侧导洞41位于先行洞远离中导洞1的一侧，对先行侧导采用上下台阶开挖法，对先行主洞42则采用为两台阶预留核心土开挖法。通过对先行洞划分为先行侧导洞41和先行主洞42，由于先行侧导洞41的断面面积小，先对先行侧导洞41进行施工，可在中导洞1的基础上对连拱隧道所需穿越的风化千枚岩层进一步进行勘察，为了避免开挖过程中发生塌方风险，通过将左右正洞逐级细分，在风化千枚岩层中逐步开挖，降低在风化千枚地层中施工连拱隧道的风险。

利用大管棚配合钢支撑对先行侧导洞41的周边进行超前支护，保证先行侧导洞41开挖的安全和结构稳定。

开挖先行侧导洞上导坑，开挖后及时对先行侧导洞上导坑施作临时支护和外侧初期支护；当先行侧导洞上导坑开挖进尺范围为3～5m时，开挖先行侧导洞下导坑，对先行侧导洞下导坑施作临时支护、外侧初期支护和拱底初期支护；重复上述施作过程，循环进尺，施作过程中，先行侧导洞上导坑相对于先行侧导洞下导坑始终超前3～5m，超前范围内取值可依据对围岩监控量所测的数据进行适当调整。

当先行侧导洞41开挖进尺大于20m后，采用两台阶预留核心土开挖法施作先行主洞42，施作先行主洞42具体包括以下步骤：

开挖先行主洞上台阶，对先行主洞上台阶施作拱部初期支护，对其预留核心土进行开挖，其预留核心土的面积大于先行主洞上台阶断面面积的二分之一；

当先行主洞上台阶开挖进尺为3～5m时，开挖先行主洞下台阶，对先行主洞下台阶施作仰拱初期支护，初期支护在先行主洞42的断面中闭合为封闭支护6，同时对其预留核心土进行开挖，其预留核心土的面积大于先行主洞下台阶断面面积的二分之一，循环进尺过程中先行主洞上台阶始终比先行主洞下台阶超前3～5m，超前范围内取值可依据对围岩监控量所测的数据进行适当调整。其中，对先行主洞上台阶和先行主洞下台阶的每次开挖进尺小于1.5m，即是可满足于对一榀钢拱架的安装，便于施工人员对先行主洞42进行初期支护。另外，在开挖先行主洞下台阶时，中隔墙的回填部分随先行主洞下台阶一起掘进。

对先行主洞42的洞口段以挖掘机掘进为主，辅以风镐、放小炮的方式进行主洞掘进，当围岩的硬度较大时，可采用钻眼爆破法对围岩进行施工，钻眼爆破过程中采用光面爆破，以控制围岩的超欠挖；后续在先行主洞42的洞身段开挖时，施工人员应注意围岩的实际情况，及时调整开挖方法，并控制每循环进尺开挖深度。

可选地，在S5中，当先行主洞42开挖进尺至少30m时，采用上下台阶开挖法施作后行洞，施作后行洞具体包括以下步骤：

开挖后行侧导洞上导坑，对后行侧导洞上导坑施作临时支护和外侧初期支护；

开挖后行侧导洞下导坑，对后行侧导洞下导坑施作临时支护、外侧初期支护和拱底初期支护。

当后行侧导洞51开挖进尺大于20m后，采用两台阶预留核心土开挖法施作后行主洞52，施作后行主洞52具体包括以下步骤：

将后行洞划分为后行侧导洞51和后行主洞52，后行侧导洞51的断面面积小于后行主洞52的断面面积，后行侧导洞51位于后行洞远离先行洞的一侧，对后行侧导采用上下台阶开挖法，对后行主洞52则采用为两台阶预留核心土开挖法。通过对后行洞划分为后行侧导洞51和后行主洞52，由于后行侧导洞51的断面面积小，先对后行侧导洞51进行施工，可在中导洞1、先行侧导洞41以及先行主洞42的基础上对连拱隧道所需穿越的风化千枚岩层进一步进行勘察，为了避免开挖过程中发生塌方风险，通过将左右正洞逐级细分，在风化千枚岩层中逐步开挖，降低在风化千枚地层中施工连拱隧道的风险。

开挖后行主洞上台阶，对后行主洞上台阶施作拱部初期支护，对其预留核心土进行开挖，其预留核心土的面积大于后行主洞上台阶断面面积的二分之一；

当后行主洞上台阶开挖进尺为3～5m时，开挖后行主洞下台阶，对后行主洞下台阶施作仰拱初期支护，初期支护在所述后行主洞52的断面中闭合为封闭支护6，同时对其预留核心土进行开挖，其预留核心土的面积大于后行主洞下台阶断面面积的两分之一，循环进尺过程中后行主洞上台阶始终比后行主洞下台阶超前3～5m，超前范围内取值可依据对围岩监控量所测的数据进行适当调整。其中，对后行主洞上台阶和后行主洞下台阶的每次开挖进尺小于1.5m，即是可满足于对一榀钢拱架的安装，便于施工人员对先行主洞42进行初期支护。另外，在开挖先行主洞下台阶时，中隔墙的回填部分随先行主洞下台阶一起掘进。

对后行主洞52的洞口段以挖掘机掘进为主，辅以风镐、放小炮的方式进行主洞掘进，当围岩的硬度较大时，可采用钻眼爆破法对围岩进行施工，钻眼爆破过程中采用光面爆破，以控制围岩的超欠挖；后续在后行主洞52的洞身段开挖时，施工人员应注意围岩的实际情况，及时调整开挖方法，并控制每循环进尺开挖深度。

上述外侧初期支护的施工顺序为对先行侧导洞41的外侧初喷混凝土，在先行侧导洞41的外侧打设早强砂浆锚杆，并在其上挂网和架立钢支撑，在架立钢的下部打设锁脚锚杆，并对挂网之中复喷混凝土至设计厚度。

其中拱部初期支护是为了有效抵抗隧道上部地层传来的反作用力。而仰拱初期支护则是为了改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，而且还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力，使得施工更为安全可靠。

当上述外侧初期支护、拱部初期支护以及仰拱初期支护之间先行洞或后行洞中闭合成环，保持主洞的稳定性，降低在风化千枚岩层中连拱隧道的施工风险。

然后，将在先行洞或后行洞之中的临时支护进拆除，每次拆除进尺为1.5-3m，可根据现场情况进行适当的调整。

在拆除先行主洞42或后行主洞52的临时支护之后，及时采用模板衬砌台车对先行主洞42或后行主洞52进行二次衬砌7钢筋混凝土。

施工中应严格遵循“管超前，严注浆，弱爆破，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”的基本原则；为保证施工安全和结构稳定，连拱隧道开挖时须采用控制爆破，并要求各施工步骤中的二次衬砌7紧跟主洞施作。

综上，本申请具有如下有益效果：

采用依次开挖中导洞1、浅埋偏压深埋侧和浅埋偏压浅埋侧的顺序开挖方案，可大大简化施工步骤，缩减施工工期，提高施工效率，可有效地控制中隔墙2顶部、左右主洞室拱部及边墙的变形，填补了风化千枚岩地层浅埋偏压连拱隧道在国内工程实践的空白；同时，解决了浅埋偏压连拱隧道穿越风化千枚岩地层施工安全性问题，施工方法设计合理，能够减少施工工序，提升施工速度，并且有效降低施工成本，保证了连拱隧道结构在服役期间的适用性和耐久性。

发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用上下台阶开挖法施作中导洞，对所述中导洞施作临时支护；

沿所述中导洞的轴向方向施作中隔墙，完成对所述中隔墙两侧的支护；

在所述中导洞的深埋侧开挖先行洞，随掘进对所述先行洞进行初期支护施工；

所述先行洞开挖进尺至少30m时，在所述中导洞的浅埋侧开挖后行洞，随掘进对所述后行洞进行初期支护施工；保持所述先行洞和后行洞之间30m以上的掘进尺；

依次对所述先行洞和后行洞进行二次衬砌施工。

2.根据权利要求1所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，所述采用上下台阶开挖法施作中导洞，包括以下步骤：

开挖中导洞上导坑，随掘进对所述中导洞上导坑施作临时支护；

当所述中导洞上导坑开挖进尺范围为3～5m时，开挖中导洞下导坑，随掘进对所述中导洞下导坑施作临时支护。

3.根据权利要求2所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，在施作所述中导洞的过程中，所述中导洞上导坑相对于所述中导洞下导坑始终超前3～5m。

4.根据权利要求1所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，所述沿所述中导洞的轴向方向施作中隔墙，完成所述中隔墙之后包括以下步骤：

在所述中隔墙靠近所述后行洞的一侧安装上临时横撑；

在所述中隔墙的墙身强度达到设计标准时，采用浆砌片石对所述中隔墙的两侧进行回填。

5.根据权利要求4所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，所述中隔墙两侧的回填高度与所述临时横撑的最高高度相等设置。

6.根据权利要求1所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，所述在所述中导洞的深埋侧开挖先行洞，具体包括以下步骤：

开挖先行侧导洞上导坑，随掘进对所述先行侧导洞上导坑施作临时支护和外侧初期支护；

当所述先行侧导洞上导坑开挖进尺范围为3～5m时，开挖先行侧导洞下导坑，随掘进对所述先行侧导洞下导坑施作临时支护和拱底初期支护；

重复上述施作过程，施作过程中，所述先行侧导洞上导坑相对于所述先行侧导洞下导坑始终超前3～5m。

7.根据权利要求6所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，当先行侧导洞开挖进尺大于20m后，采用两台阶预留核心土开挖法施作先行主洞，施作所述先行主洞具体包括以下步骤：

开挖先行主洞上台阶，随掘进对所述先行主洞上台阶施作拱部初期支护，对其预留核心土进行开挖；

开挖先行主洞下台阶，随掘进对所述先行主洞下台阶施作仰拱初期支护，初期支护在所述先行主洞的断面中闭合为封闭支护，同时对其预留核心土进行开挖。

8.根据权利要求7所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，当所述先行主洞开挖进尺至少30m时，采用上下台阶开挖法施作所述后行洞，施作所述后行洞具体包括以下步骤：

开挖后行侧导洞上导坑，随掘进对所述后行侧导洞上导坑施作临时支护和外侧初期支护；

开挖后行侧导洞下导坑，随掘进对所述后行侧导洞下导坑施作临时支护、外侧初期支护和拱底初期支护。

9.根据权利要求8所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，当后行侧导洞开挖进尺大于20m后，采用两台阶预留核心土开挖法施作后行主洞，施作所述后行主洞具体包括以下步骤：

开挖后行主洞上台阶，随掘进对所述后行主洞上台阶施作拱部初期支护，对其预留核心土进行开挖；

开挖后行主洞下台阶，随掘进对所述后行主洞下台阶施作仰拱初期支护，初期支护在所述后行主洞的断面中闭合为封闭支护，同时对其预留核心土进行开挖。

10.根据权利要求9所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，所述先行主洞和所述后行主洞两者的洞口段以挖掘机掘进为主，辅以风镐、放小炮的方式进行主洞掘进，或/和辅以钻眼爆破法对围岩进行施工。

11.根据权利要求9所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，对所述先行主洞和所述后行主洞进行开挖时，任一预留核心土的面积大于其对应的台阶断面的二分之一。

12.根据权利要求9所述的用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法，其特征在于，对所述先行主洞和所述后行主洞进行开挖时，每次开挖进尺小于1.5m。

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