CN115263322B - 一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，包括：正洞的初期支护施作后，对预留藏门间施工段以外的其他施工段施作二次衬砌；根据藏门间设计轮廓将预留包含藏门间施工段划分成三个台阶，分阶段进行开挖施工，开挖施工包括，在正洞内施作与对应台阶底部同高的回填土方，根据藏门间设计轮廓，对台阶周边围岩注浆加固，在藏门间开挖边顶线与正洞二次衬砌之间增设渐变初支拱架，开挖台阶，施作藏门间初期支护，打设砂浆锚杆并注浆，完成台阶开挖后，采用支架法施作藏门间二次衬砌；相比于现有技术，本发明提供的藏门间施工方法更加安全高效。

Description

一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程施工技术领域，特别是一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法。

背景技术

与常规的隧洞横洞不同，隧道藏门间的拱顶高程比正洞的拱顶高程大，藏门间施工必须在正洞施作好初期支护之后，正洞开始施作二次衬砌之前进行，但是，要开挖和施工藏门间，就必须要将藏门间设计位置所对应的正洞初期支护部分拆除掉后，才能开展开挖和施工，由于初期支护是支撑隧道全段，拆除某位置的初期支护，其他位置的初期支护的支撑作用必然会受到影响，有所减弱，若隧道周边围岩为软弱围岩，软弱围岩受初期支护的支撑作用减弱容易发生失稳，引发安全事故。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种安全高效的适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法。

本发明是这样来实现上述目的：

本发明一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，包括以下步骤：

S1，正洞施作初期支护后，对预留包含藏门间施工段以外的其他施工段均施作二次衬砌，其中，所述预留包含藏门间施工段的宽度为藏门间二次衬砌外轮廓两脚端之间的间距；

S2，根据藏门间设计轮廓，沿垂直方向将所述预留包含藏门间施工段由上至下划分出范围合适的第一台阶、第二台阶、第三台阶；

S3，对所述第一台阶施工，包括，在所述正洞内对应的所述预留包含藏门间施工段位置施作回填土方，所述回填土方的顶线与所述第一台阶底部同高，将所述正洞中对应于所述第一台阶的所述初期支护拆除，根据所述藏门间设计轮廓中对应于所述第一台阶的轮廓部分，对所述第一台阶打设超前小导管并注浆，之后，在藏门间开挖边顶线与所述正洞的所述二次衬砌之间设置渐变初支拱架，再根据所述藏门间设计轮廓中对应于所述第一台阶的轮廓部分，将所述第一台阶内对应区域的土石开挖清除，之后马上施作藏门间初期支护，打设砂浆锚杆并注浆；

S4，对所述第二台阶施工，包括，清除所述回填土方，直至所述回填土方的顶线与所述第二台阶的底部同高，将所述正洞中对应于所述第二台阶的所述初期支护拆除，根据所述藏门间设计轮廓对应于所述第二台阶的轮廓部分，对所述第二台阶打设超前小导管并注浆，之后，在所述藏门间开挖边顶线与所述正洞的所述二次衬砌之间设置渐变初支拱架，再根据所述藏门间设计轮廓对应于所述第二台阶的轮廓部分，将所述第二台阶内对应区域的土石开挖清除，之后马上施作藏门间初期支护，打设砂浆锚杆并注浆；

S5，对所述第三台阶施工，包括，清除剩余的所述回填土方，将所述正洞中对应于所述第三台阶的初期支护拆除，根据所述藏门间设计轮廓中对应于所述第三台阶的轮廓部分，对所述第三台阶打设超前小导管并注浆，之后，在所述藏门间开挖边顶线与所述正洞的所述二次衬砌之间设置渐变初支拱架，在根据所述藏门间设计轮廓中对应于所述第三台阶的轮廓部分，将所述第三台阶内对应区域的土石开挖清除，之后马上施作藏门间初期支护，打设砂浆锚杆并注浆；

S6，采用支架法在所述藏门间初期支护内施作藏门间二次衬砌。

进一步地，所述在所述藏门间开挖边顶线与所述正洞的所述二次衬砌之间设置渐变初支拱架，包括，根据所述藏门间设计轮廓中高出于相应台阶两侧二次衬砌起拱部的轮廓部分，搭设出脚端与对应台阶两侧二次衬砌起拱部的外轮廓相贴合，且拱顶与所述藏门间开挖边顶线同高的渐变初支拱架，然后，将所述渐变初支拱架设于所述藏门间开挖边顶线与所述正洞的所述二次衬砌之间。。

进一步地，所述步骤S3、S4、S5中，在拆除所述初期支护之前，还以所述正洞的设计中线为中心，每隔3m设置一道临时支撑结构。

进一步地，所述初期支护的拆除、以及所述藏门间开挖边顶线与所述正洞的所述二次衬砌之间的土石，是通过使用带有破碎锤的挖掘机逐环拆除清理，剩余需要开挖清除的土石部分则是通过采用钻爆法施工实现，钻爆工艺参数根据所述预留包含藏门间施工段内部岩层情况决定。

本发明的有益效果：

比起现有施工方法选择在隧道正洞开始二次衬砌之前对藏门间施工，本发明提供的一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，通过选择在正洞完成打设初期支护打设，且预留包含藏门间的施工段以外的其他施工段均完成二次衬砌之后，再开始对所述藏门间施工，利用其他施工段的二次衬砌支撑未拆除的初期支护，并对软弱围岩进行注浆加固，可以降低对软弱围岩的扰动，防止开挖过程中软弱围岩发生失稳问题；

在施工所述待开挖区域时，通过将所述待开挖区域划分成范围适当的三个台阶，并采用回填土方结合三台阶分段式开挖的藏门间施工方式，即所述步骤S2-S5，相比于现有技术，利用回填土方为包含藏门间的施工段内未拆除的初期支护提供支撑作用，保证未拆除的初期支护结构的稳定，而采用三台阶分段式开挖方法，可以减少开挖断面的尺寸，确保开挖过程中软弱围岩的稳定性；在正式开挖台阶之前，还在所述藏门间开挖边顶线与所述正洞的二次衬砌之间架设渐变初支拱架，利用所述渐变初支拱架支撑、稳定软弱围岩，确保开挖施工的安全性；而采用支架法藏门间施作二次衬砌，操作灵活且施工质量可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为超大跨隧道预留包含藏门间施工段处的纵断面示意图；

图2为超大跨隧道预留包含藏门间施工段处的横断面及藏门间设计轮廓示意图；

图3为渐变初支拱架结构随藏门间开挖边顶线与正洞二次衬砌之间高度差而变化的结构示意图渐变初支拱架；

图4为藏门间第一台阶施工的横断面示意图和纵断面示意图；

图5为藏门间第二台阶施工的横断面示意图和纵断面示意图；

图6为藏门间第三台阶施工的横断面示意图和纵断面示意图。

图中，1-正洞、2-正洞的初期支护、3-正洞的设计中线、4-正洞的二次衬砌、5-藏门间二次衬砌、6-藏门间设计轮廓、7-预留包含藏门间施工段、8-第一台阶、9-第二台阶、10-第三台阶、11-回填土方、12-回填土方顶线、13-藏门间开挖边顶线、14-超前小导管、15-藏门间初期支护、16-砂浆锚杆、17-藏门间、18-渐变初支拱架、7-1-带破碎锤挖掘机开挖部分、7-2-钻爆开挖部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方案及其说明仅用于解析本发明，并不作为对本发明的限定。

图1-图6示出了本发明一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法的具体流程，包括以下步骤：

S1，正洞1施作初期支护2后，对预留包含藏门间施工段7以外的其他施工段均施作二次衬砌4，其中，所述预留包含藏门间施工段7的宽度为藏门间二次衬砌5外轮廓两脚端之间的间距，即藏门间二次衬砌5的线宽。

如图1所示，在开挖隧道的所述正洞1后，对隧道全段施作初期支护2；所述初期支护2施作完毕后，根据藏门间设计图纸，将隧道全段划分成多个施工段，包括若干个预留包含藏门间施工段7、以及位于两个预留包含藏门间施工段7之间的其他施工段，，对所述预留包含藏门间施工段7以外的其他施工段，均施作二次衬砌4，而所述预留包含藏门间施工段则不施工，直至所有所述其他施工段均完成二次衬砌后，再开始对所述预留包含藏门间施工段进行施工，其中，所述预留包含藏门间施工段的宽度，为藏门间二次衬砌5的外轮廓两脚端之间的间距，即藏门间二次衬砌5外轮廓的线宽。

一般地，隧道藏门间的施工通常是在正洞初期支护搭建完成之后，正洞的二次衬砌施作之前实施，但是，开挖和施工隧道藏门间，需要正洞内对应藏门间设计位置的初期支护部分拆除后，才能进行，正洞的初期支护是用于支撑隧道正洞全段外侧围岩，拆除部分位置的初期支护，会对其他位置的初期支护的支撑作用产生影响，导致其他位置的初期支护的支撑作用减弱，在没有二次衬砌的支撑下，初期支护的支撑作用减弱程度更大，如果隧道围岩为软弱围岩，软弱围岩稳定性低，初期支护的支撑作用减弱容易导致软弱围岩失稳，引发安全事故。

而本发明则通过调整藏门间施工时机，选择在所述正洞1完成初期支护2的施作、且预留包含藏门间施工段以外的其他施工段均完成二次衬砌4之后，再开始开挖、施工藏门间，利用其他施工段的二次衬砌4支撑和保护所述初期支护2，确保未拆除的初期支护2的支撑作用，由此防止隧道周边软弱围岩发生失稳问题。

S2，根据藏门间设计轮廓6，沿垂直方向将所述预留包含藏门间施工段7由上至下划分出范围适当的第一台阶8、第二台阶9和第三台阶10。

如图2所示，在每个所述预留包含藏门间施工段7处，根据藏门间设计轮廓6，将所述预留包含藏门间施工段7，由上至下划分成范围适当的第一台阶8、第二台阶9、第三台阶10，然后按照下面步骤S3、S4、S5，分别对所述第一台阶8、所述第二台阶9、所述第三台阶10施工，相比于现有的藏门间施工方法中的开挖方式，通过采用三台阶分段式开挖藏门间，进行小面积施工，减少开挖断面的尺寸，由此确保开挖过程中软弱围岩的稳定性；

S3，对所述第一台阶8施工，包括，如图4所示，

在所述正洞1内对应的所述预留包含藏门间施工段7位置，施作回填土方11，直至所述回填土方11的顶线12与所述第一台阶8底部同高，即位于同一水平高度，然后，将所述正洞1对应于所述第一台阶8的所述初期支护2拆除，即，将该施工段处暴露在所述回填土方11上方的所述初期支护2拆除，通过在正洞1内施作回填土方，利用所述回填土方11反压预留包含藏门间施工段7处的所述初期支护2，以保护和支撑未被拆除所述初期支护2；

根据所述藏门间设计轮廓6中对应于所述第一台阶8的部分，对所述第一台阶8打设超前小导管14并注浆，以将所述藏门间设计轮廓6中对应于所述第一台阶的轮廓部分外侧的软弱围岩进行加固稳定；

在所述藏门间开挖边顶线13与所述正洞1的所述二次衬砌4之间设置渐变初支拱架18，包括，根据所述藏门间设计轮廓6中高出于第一台阶8部分两侧的二次衬砌4起拱部的轮廓部分，搭设出脚端线与所述第一台阶8两侧的二次衬砌4起拱部的外轮廓相贴合，且拱顶与所述藏门间开挖边顶线13同高的渐变初支拱架18，然后将所述渐变初支拱架18设置在所述藏门间开挖边顶线13与所述第一台阶8两侧的二次衬砌4之间，所述渐变初支拱架18的两脚端分别位于所述第一台阶8两侧的二次衬砌4起拱部上，所述渐变初支拱架18的顶部拱接所述藏门间开挖边顶线13；

当藏门间7的拱顶标高于正洞拱顶标高时，要开挖的部分实际包括了藏门间设计轮廓6与正洞1的初期支护2上方重叠的部分，但由于正洞1的二次衬砌4的起拱部为曲线状，沿着藏门间开挖方向，藏门间开挖边顶线13与施工段两侧的二次衬砌4起拱部之间的高度差越来越大，这意味着藏门间开挖边顶线13与施工段两侧的二次衬砌4起拱部之间的开挖面积会越来越大，开挖断面尺寸增大，增加了对周边软弱围岩的扰动，容易影响软弱围岩的稳定，因此，需要设置一个脚端与台阶两侧的正洞二次衬砌4起拱部的外轮廓相贴合，拱顶顶接藏门间开挖边顶线的渐变初支拱架18，利用该渐变初支拱架18支撑二次衬砌4上方的软弱围岩，确保围岩的稳定性和施工安全；沿着台阶的开挖方向，每开挖一段距离需要打设渐变初支拱架18，受正洞1的二次衬砌4起拱部的外轮廓与藏门间开挖边顶线13之间高度差渐变影响，所述渐变初支拱架18轮廓也发生渐变，具体效果如图3所示。

设置好所述渐变初支拱架后，再根据所述藏门间设计轮廓6对应于所述第一台阶8的轮廓部分，将所述第一台阶8内对应区域的土石进行开挖清除，开挖后马上施作藏门间初期支护15，之后，沿所述藏门间初期支护15的轮廓打设砂浆锚杆16并注浆，进一步加固藏门间初期支护15周边的软弱围岩；台阶的开挖应循序渐进，沿开挖方向，每开挖一段适当长度，应马上施作藏门间初期支护15，并打设砂浆锚杆16注浆。

S4，对所述第二台阶9进行施工，包括，如图5所示，

清除所述回填土方11，直至所述回填土方11的顶线12与所述第二台阶9的底部同高，即位于同一水平高度，然后，将所述正洞1中对应于所述第二台阶9的初期支护2部分拆除，接着，根据所述藏门间设计轮廓6对应于所述第二台阶9的轮廓部分，对所述第二台阶9打设超前小导管14并注浆，以加固所述第二台阶9周边的软弱围岩；接着，在所述藏门间开挖边顶线13与所述第二台阶9两侧的二次衬砌4之间设置渐变初支拱架18，所述渐变初支拱架18的两脚端分别位于所述第二台阶9两侧的二次衬砌4外轮廓上，且所述渐变初支拱架18的拱顶顶接于所述藏门间开挖边顶线13，接着，再根据所述藏门间设计轮廓6中对应于所述第二台阶9的轮廓部分，将所述第二台阶9内对应区域的土石开挖清除，之后，马上施作藏门间初期支护15，并打设砂浆锚杆16和注浆。

其中，在所述藏门间开挖边顶线13与所述第二台阶9两侧的二次衬砌4之间设置渐变初支拱架18，包括，根据所述藏门间设计轮廓6中高出于所述第二台阶9两侧二次衬砌4起拱部的轮廓部分，打设出脚端与所述第二台阶9两侧二次衬砌4起拱部的外轮廓相贴合，且拱顶与所述藏门间开挖边顶线13同高的渐变初支拱架18，然后，将所述支护拱架18置于所述藏门间开挖边顶线13与所述第二台阶9两侧的二次衬砌4之间，具体效果如图3所示。

S5，对所述第三台阶10进行施工，包括，如图6所示，

将所述正洞1内剩余的所述回填土方11清除，并将所述正洞1对应于所述第三台阶10的所述初期支护2拆除，根据所述藏门间设计轮廓6中对应于所述第三台阶10的轮廓部分，对所述第三台阶10打设超前小导管14并注浆，之后，在所述藏门间开挖边顶线13与所述第三台阶10两侧的二次衬砌4之间设置渐变初支拱架18，所述渐变初支拱架18的两脚端分别位于所述第三台阶10两侧的二次衬砌4外轮廓上，且所述渐变初支拱架18的拱顶顶接于所述藏门间开挖边顶线13，接着，再根据所述藏门间设计轮廓6中对应于所述第三台阶10的轮廓部分，将所述第三台阶10内对应区域的土石开挖清除，之后，马上施作藏门间初期支护15，并打设砂浆锚杆16和注浆。

其中，在所述藏门间开挖边顶线13与所述第三台阶10两侧的二次衬砌4之间设置渐变初支拱架18，包括，根据所述藏门间设计轮廓6中高出于所述第三台阶10两侧二次衬砌4起拱部的轮廓部分，打设出脚端与所述第三台阶10两侧二次衬砌4起拱部的外轮廓相贴合，且拱顶与所述藏门间开挖边顶线13同高的渐变初支拱架18，然后，将所述支护拱架18置于所述藏门间开挖边顶线13与所述第三台阶10两侧的二次衬砌4之间。

通过重复上述步骤S3、S4、S5，直至将所有所述预留包含藏门间施工段均完成施工处理。

S6，采用支架法对藏门间17施作藏门间二次衬砌5。

由于所述藏门间设计轮廓6内部空间相对狭小，通过采用支架法对所述藏门间设计轮廓6施作二次衬砌5，操作灵活简单，而且衬砌质量可靠。

进一步地，为确保拆除所述初期支护2过程中的安全，在所述步骤S3、S4、S5中，在拆除所述正洞1对应位置的初期支护2之前，还以所正洞1的设计中线3为中心，每隔3m设置一道临时支撑结构，利用所述临时支撑结构支撑所述正洞1。

进一步地，在所述步骤S3、S4、S5中，所述初期支护2的拆除，以及所述藏门间开挖边顶线13与所述正洞的所述二次衬砌4之间的土石，是通过使用带有破碎锤的挖掘机逐环拆除清理，剩余需要开挖清除的土石部分则是通过采用钻爆法施工实现，钻爆工艺参数根据所述预留包含藏门间施工段7内部岩层情况决定，其中，采用带有破碎锤的挖掘机开挖的部分7-1、以及通过钻爆法实施开挖的部分7-2，具体如图2所示；通过采用带有破碎锤的挖掘机拆除所述初期支护2和清除渣石，可以减少开挖过程中对软弱围岩的扰动，稳定软弱围岩，确保施工安全。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求和范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，正洞（1）施作初期支护（2）后，对预留包含藏门间施工段（7）以外的其他施工段均施作二次衬砌（4），其中，所述预留包含藏门间施工段（7）的宽度为藏门间二次衬砌（5）外轮廓两脚端之间的间距；S2，根据藏门间设计轮廓（6），沿垂直方向将所述预留包含藏门间施工段（7）由上至下划分出范围合适的第一台阶（8）、第二台阶（9）、第三台阶（10）； S3，对所述第一台阶（8）施工，包括，在所述正洞（1）内对应的所述预留包含藏门间施工段（7）位置施作回填土方（11），所述回填土方（11）的顶线（12）与所述第一台阶（8）底部同高，将所述正洞（1）中对应于所述第一台阶（8）的所述初期支护（2）拆除，根据所述藏门间设计轮廓（6）中对应于所述第一台阶（8）的轮廓部分，对所述第一台阶（8）打设超前小导管（14）并注浆，之后，在藏门间开挖边顶线（13）与所述正洞（1）的所述二次衬砌（4）之间设置渐变初支拱架（18），再根据所述藏门间设计轮廓（6）中对应于所述第一台阶（8）的轮廓部分，将所述第一台阶（8）内对应区域的土石开挖清除，之后马上施作藏门间初期支护（15），打设砂浆锚杆（16）并注浆；S4，对所述第二台阶（9）施工，包括，清除所述回填土方（11），直至所述回填土方（11）的顶线（12）与所述第二台阶（9）的底部同高，将所述正洞（1）中对应于所述第二台阶（9）的所述初期支护（2）拆除，根据所述藏门间设计轮廓（6）对应于所述第二台阶（9）的轮廓部分，对所述第二台阶（9）打设超前小导管（14）并注浆，之后，在所述藏门间开挖边顶线（13）与所述正洞（1）的所述二次衬砌（4）之间设置渐变初支拱架（18），再根据所述藏门间设计轮廓（6）对应于所述第二台阶（9）的轮廓部分，将所述第二台阶（9）内对应区域的土石开挖清除，之后马上施作藏门间初期支护（15），打设砂浆锚杆（16）并注浆；S5，对所述第三台阶（10）施工，包括，清除剩余的所述回填土方（11），将所述正洞（1）中对应于所述第三台阶（10）的初期支护（2）拆除，根据所述藏门间设计轮廓（6）中对应于所述第三台阶（10）的轮廓部分，对所述第三台阶（10）打设超前小导管（14）并注浆，之后，在所述藏门间开挖边顶线（13）与所述正洞（1）的所述二次衬砌（4）之间设置渐变初支拱架（18），在根据所述藏门间设计轮廓（6）中对应于所述第三台阶（10）的轮廓部分，将所述第三台阶（10）内对应区域的土石开挖清除，之后马上施作藏门间初期支护（15），打设砂浆锚杆（16）并注浆；S6，采用支架法在所述藏门间初期支护（15）内施作藏门间二次衬砌（5）。

2.根据权利要求1所述一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，其特征在于：所述在所述藏门间开挖边顶线（13）与所述正洞（1）的所述二次衬砌（4）之间设置渐变初支拱架（18），包括，根据所述藏门间设计轮廓（6）中高出于相应台阶两侧二次衬砌（4）起拱部的轮廓部分，搭设出脚端与对应台阶两侧二次衬砌（4）起拱部的外轮廓相贴合，且拱顶与所述藏门间开挖边顶线（13）同高的渐变初支拱架（18），然后，将所述渐变初支拱架（18）设于所述藏门间开挖边顶线（13）与所述正洞（1）的所述二次衬砌（4）之间。

3.根据权利要求1所述一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，其特征在于：所述步骤S3、S4、S5中，在拆除所述初期支护（2）之前，还以所述正洞（1）的设计中线（3）为中心，每隔3m设置一道临时支撑结构。

4.根据权利要求1所述一种适用于软弱围岩超大跨隧道藏门间施工方法，其特征在于：所述初期支护（2）的拆除、以及所述藏门间开挖边顶线（13）与所述正洞（1）的所述二次衬砌（4）之间的土石，是通过使用带有破碎锤的挖掘机逐环拆除清理，剩余需要开挖清除的土石部分则是通过采用钻爆法施工实现，钻爆工艺参数根据所述预留包含藏门间施工段（7）内部岩层情况决定。