CN115142878A - 一种上软下硬地层crd法分部联动快速化施工方法 - Google Patents

Abstract

一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，包括步骤：打设拱部超前支护，先后对先行导洞及先行导洞对侧导洞的掌子面进行超前注浆、开挖土体并施作导洞初支、临时中隔壁及临时仰拱，同时利用锁脚锚管将初支拱顶及临时中隔壁受力传递至硬岩；利用两导洞作为工作面，对两者下侧导洞的洞身及外扩范围内的非硬岩地层进行超前注浆加固止水，继续施作导洞初支以闭合导洞初支；在临时中隔壁上进行开孔并连通上半断面两组导洞，实现上半断面的联动施工；在临时仰拱上进行开孔连通同侧两组导洞以实现竖向联动；本发明有利于优化施工组织、缩短工期，同时兼顾施工过程中结构整体性，有效控制土体变形。

Description

一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法。

背景技术

交叉中隔壁法（CRD法）是常用的矿山法分部开挖施工方法，适用于Ⅴ-Ⅵ级围岩中等至大跨度断面隧道施工；CRD法常规的开挖步序是由一个上导洞（如左上导洞）先行，先行导洞下导洞、先行导洞对侧导洞、对侧导洞下导洞依次跟随开挖，参见图1的常规CRD法施工步序，如常见的左上-左下-右上-右下顺序执行，前后分部错开5m左右。这种工序的目的是使临时中隔壁快速落底，在上软下硬地层中应用存在以下问题：

1、由于硬岩的存在，下导洞的掘进工效要远低于上导洞，上下导洞交替的施工步序造成工序快慢交错，不利于施工组织，隧道整体工效偏低，特别是在掌子面需要超前注浆的情况，工效将进一步降低；

2、先行导洞下导洞开挖时临时中隔壁尚未落底，而此时初支拱顶亦尚未成型，下导洞较低的施作工效延长了临时中隔壁的悬空时间，加大施工安全风险；

3、全封闭的临时中隔壁和临时仰拱使各导洞内开挖、出土、材料运输、设备调配等工作都只能沿轴线方向单线交替进行，劳动力和设备投入高而工效无法有效提高。

现有技术中，公开号为CN113389566A的发明专利，公开了一种CRD法向双侧壁导坑法快速扩挖及转换的施工方法，通过CRD法断面各上洞室的渐变扩挖并移动或及时增设临时中隔墙，完成上洞室向双层壁导坑法断面的转换，避免工法转换之间的时间间隔，减少CRD法扩挖对围岩的扰动，保障了施工安全，同时也加快了施工进度并减少了窝工，对同类工程施工具有十分重要的参考价值及实际意义；但是依旧没有摆脱传统CRD法施工所引起的施工缺陷问题。

现有技术中，公开号为CN109989757A的发明专利，公开了一种超大跨度隧道在Ⅴ级向Ⅳ级围岩段的工法转换施工方法，采用控制开挖起拱线高程一致，在过渡段施工中将围岩双侧壁导坑法先导和后导两侧的左侧导坑临时中墙和右侧导坑临时中墙同时向隧道中间移动的方法，避免工法转换之间的时间间隔，减少后期双侧壁导坑法临时支撑的拆除对围岩的扰动，从而加快施工速度，但是未考虑全封闭的临时中隔壁和临时仰拱使各导洞内开挖、出土、材料运输、设备调配等工作都只能沿轴线方向单线交替进行使劳动力和设备投入高的问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术中的不足，提供一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，可以使各开挖分部联动施工，有利于优化施工组织、缩短工期，同时兼顾施工过程中结构整体性，有效控制土体变形，较好的解决了以上问题；为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，包括以下步骤：

S1、打设拱部超前支护，在先行导洞的掌子面进行超前注浆，待超前注浆完成后，进洞开挖先行导洞内的土体并施作导洞初支、临时中隔壁及临时仰拱；

S2、待先行导洞的导洞初支、临时中隔壁及临时仰拱的强度满足图纸设计要求，且先行导洞的掌子面掘进领先5米后，进行先行导洞对侧导洞的开挖并施作导洞初支及临时仰拱；

S3、利用先行导洞和先行导洞对侧导洞作为工作面，对先行导洞下侧导洞和对侧导洞下导洞的洞身及外扩范围内的非硬岩地层进行超前注浆加固止水；

S4、依次开挖先行导洞下侧导洞及对侧导洞下导洞的土体并同样施作导洞初支和临时中隔壁，使前后分部掌子面相隔约5米；

S5、在临时中隔壁上进行中隔壁开孔并连通先行导洞和先行导洞对侧导洞，实现上半断面的联动施工；

S6、在临时仰拱上进行仰拱开孔连通先行导洞和先行导洞下侧导洞及先行导洞对侧导洞和对侧导洞下导洞，在需要时打开实现竖向联动。

优选的，所述步骤S1和步骤S2中的导洞初支和临时中隔壁的底端采用注浆配合多个锁脚锚管的形式锚固至硬岩中，所述硬岩的岩面不低于临时仰拱底面以下2.5m，所述临时中隔壁处设置的锁脚锚管数量是导洞初支处的2-3倍。

优选的，所述锁脚锚管的长度为4-5米，所述锁脚锚管的入岩深度为0.5米，所述锁脚锚管入岩后与垂直向打设夹角40-45°。

优选的，所述步骤S5中的中隔壁开孔邻近掌子面的最小净距不小于5米，中隔壁开孔的孔宽不大于5倍剩余的中隔壁高度。

优选的，所述步骤S6中仰拱开孔到临时中隔壁孔洞或邻近掌子面的最小净距不小于5米，仰拱开孔的孔宽小于运输设备的最小轮净距，仰拱开孔的开孔长度不大于5倍的孔洞到导洞初支或临时中隔壁的最小距离。

优选的，所述先行导洞、先行导洞对侧导洞、先行导洞下侧导洞及对侧导洞下导洞顺次开挖并采用前后分部施工；所述前后分部施工需保障前一分部导洞的掌子面领先后一分部导洞的掌子面5米及以上。

本发明的有益效果：

本发明施工方法实现了各开挖分部联动施工（先行导洞及其对侧导洞联动、上下导洞间联动）的效果，有利于施工组织提高工效；先行导洞下导洞开挖时上半断面拱顶成型，增强了上半断面初支的整体性，有效降低先行导洞下导洞开挖时临时中隔壁未落底风险；在掌子面需要超前注浆时，利用上导洞作为新作业面对下导洞非硬岩地层进行注浆加固，有效提高工效；可推广至双侧壁导坑法在上软下硬地层中的快速化施工。

附图说明

图1为现有常规CRD法施工步序示意图；

图2为本发明CRD法施工步序示意图；

图3为本发明先行导洞结构示意图；

图4为本发明先行导洞、先行导洞对侧导洞开挖后的结构示意图；

图5为本发明先行导洞、先行导洞对侧导洞、先行导洞下侧导洞开挖后的结构示意图；

图6为本发明所有导洞完成后的结构示意图；

图7为本发明临时中隔壁的中隔壁开孔结构示意图；

图8为本发明临时仰拱的仰拱开孔结构示意图。

图中：1、先行导洞；2、先行导洞对侧导洞；3、先行导洞下侧导洞；4、对侧导洞下导洞；5、注浆加固止水层；6、拱部超前支护；7、临时中隔壁；8、锁脚锚管；9、临时仰拱；10、导洞初支；11、仰拱开孔；12、中隔壁开孔。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图2至图8所示，一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，包括以下步骤：

第一步：打设拱部超前支护6，在先行导洞1的掌子面进行超前注浆作业，待形成注浆加固止水层5后，进洞开挖先行导洞1内的土体并施作先行导洞1的导洞初支10、临时中隔壁7及临时仰拱9。

第二步：待先行导洞1的导洞初支10、临时中隔壁7及临时仰拱9强度满足图纸设计要求，且先行导洞1的掌子面向前掘进5米后，进行先行导洞对侧导洞2的开挖并施作对应的导洞初支10及临时仰拱9。

上述步骤中的导洞初支10和临时中隔壁7的底端需要采用注浆配合多个锁脚锚管8的形式锚固至硬岩中，为保障施工安全及施工所需，锁脚锚管8的数量需要遵循一定规则，即临时中隔壁7处设置的锁脚锚管8数量是导洞初支10处的2-3倍，如临时中隔壁7处设置的锁脚锚管8数量是6组，则导洞初支10处的锁脚锚管8数量是2组。本发明使用的锁脚锚管8的长度为4-5米，锁脚锚管8的入岩深度为0.5米，锁脚锚管8入岩后与垂直向打设夹角40-45°；通过加强导洞初支10及临时中隔壁7底端锁脚锚管8的锚固作用，利用锁脚锚管8将导洞初支10及临时中隔壁7受力传递至硬岩。

第三步：利用先行导洞1和先行导洞对侧导洞2作为工作面，对先行导洞下侧导洞3和对侧导洞下导洞4的洞身及外扩范围内的非硬岩地层进行超前注浆加固止水，形成注浆加固止水层5。

第四步：待先行导洞对侧导洞的掌子面领先5m后，依次开挖先行导洞下侧导洞3及对侧导洞下导洞4的土体并同样施作导洞初支10和临时中隔壁7，闭合导洞初支10，同时使先行导洞下侧导洞3与对侧导洞下导洞4的前后分部掌子面相隔约5米。

第五步：在临时中隔壁7上进行中隔壁开孔12并连通先行导洞1和先行导洞对侧导洞2，实现上半断面的联动施工，中隔壁开孔12邻近掌子面的最小净距应不小于5米，中隔壁开孔12的孔宽不大于5倍剩余的临时中隔壁7高度。

第六步：在临时仰拱9上进行仰拱开孔11连通先行导洞1和先行导洞下侧导洞3及先行导洞对侧导洞2和对侧导洞下导洞4，在需要时打开实现竖向联动。此步骤中仰拱开孔11到中隔壁开孔12或邻近掌子面的最小净距应不小于5米，仰拱开孔11的孔宽小于运输设备的最小轮净距，仰拱开孔11的开孔长度不大于5倍的孔洞到导洞初支10或临时中隔壁7的最小距离。

特别需要注意的是，先行导洞、先行导洞对侧导洞、先行导洞下侧导洞及对侧导洞下导洞需要顺次开挖，即第一步施工先行导洞，第二步施工先行导洞对侧导洞，第三步施工先行导洞下侧导洞，第四步施工对侧导洞下导洞，四个导洞采用前后分部施工；即前一分部导洞掌子面需领先后一分部导洞掌子面5米及以上，也就是前后分部施工需保障前导洞的掌子面领先后导洞的掌子面5米及以上。

本发明一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，可以使各开挖分部联动施工，有利于优化施工组织、缩短工期，同时兼顾施工过程中结构整体性，有效控制土体变形；本方法适用于硬岩岩面不低于临时仰拱底面以下2.5m时上软下硬地层情况，通过在临时中隔壁和临时仰拱适当位置开洞形成通道实现各开挖分部联动施工；本发明还可以在掌子面需要超前注浆的情况下（如富水复合地层），可利用先行导洞作为新作业面对下侧导洞非硬岩地层进行注浆加固。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、打设拱部超前支护，在先行导洞的掌子面进行超前注浆，待超前注浆完成后，进洞开挖先行导洞内的土体并施作导洞初支、临时中隔壁及临时仰拱；

S2、待先行导洞的导洞初支、临时中隔壁及临时仰拱的强度满足图纸设计要求，且先行导洞的掌子面掘进领先5米后，进行先行导洞对侧导洞的开挖并施作导洞初支及临时仰拱；

S3、利用先行导洞和先行导洞对侧导洞作为工作面，对先行导洞下侧导洞和对侧导洞下导洞的洞身及外扩范围内的非硬岩地层进行超前注浆加固止水；

S4、依次开挖先行导洞下侧导洞及对侧导洞下导洞的土体并同样施作导洞初支和临时中隔壁，使前后分部掌子面相隔约5米；

S5、在临时中隔壁上进行中隔壁开孔并连通先行导洞和先行导洞对侧导洞，实现上半断面的联动施工；

S6、在临时仰拱上进行仰拱开孔连通先行导洞和先行导洞下侧导洞及先行导洞对侧导洞和对侧导洞下导洞，在需要时打开实现竖向联动。

2.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S2中的导洞初支和临时中隔壁的底端采用注浆配合多个锁脚锚管的形式锚固至硬岩中，所述硬岩的岩面不低于临时仰拱底面以下2.5m，所述临时中隔壁处设置的锁脚锚管数量是导洞初支处的2-3倍。

3.根据权利要求2所述的一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，其特征在于，所述锁脚锚管的长度为4-5米，所述锁脚锚管的入岩深度为0.5米，所述锁脚锚管入岩后与垂直向打设夹角40-45°。

4.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，其特征在于，所述步骤S5中的中隔壁开孔邻近掌子面的最小净距不小于5米，中隔壁开孔的孔宽不大于5倍剩余的中隔壁高度。

5.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，其特征在于，所述步骤S6中仰拱开孔到临时中隔壁孔洞或邻近掌子面的最小净距不小于5米，仰拱开孔的孔宽小于运输设备的最小轮净距，仰拱开孔的开孔长度不大于5倍的孔洞到导洞初支或临时中隔壁的最小距离。

6.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层CRD法分部联动快速化施工方法，其特征在于，所述先行导洞、先行导洞对侧导洞、先行导洞下侧导洞及对侧导洞下导洞顺次开挖并采用前后分部施工；所述前后分部施工需保障前一分部导洞的掌子面领先后一分部导洞的掌子面5米及以上。

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