CN115717536A - 一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法。该方法包括以下步骤：斜井曲墙式衬砌支护，斜井直墙式衬砌支护，门架上部拱架支护，挑顶导洞开挖支护，门架加强环支护，挑顶导洞段正洞支护，正洞上台阶开挖支护，正洞上中台阶开挖支护，正洞上中下台阶开挖支护，正洞上中下台阶及仰拱开挖支护。本发明针对软弱、富水地层大断面隧道挑顶施工，提出了交叉口段采用门架上部拱架和门架加强环联合支护的新型结构，优化了门架加强环支护强度及挑顶施工工艺，所提新型联合支护结构有效减少了开挖面围岩的超挖面积和变形量，加强了应力集中部位的支护强度，通过合理组织工序加快了由斜井进正洞交叉口段的施工进度。

Description

一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法

技术领域

本申请涉及隧道施工的技术领域，尤其涉及一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法。

背景技术

国民经济快速持续发展促进了交通运输和隧道工程建设的繁荣，一大批特长和长大隧道应运而生。我国已成为世界上隧道建设规模最大、发展速度最快、修建难度最高的国家。为加快掘进速度、协助通风排水，长大隧道通常设置斜井做为辅助坑道增加工作面。由于斜井进入正洞的交叉口段空间结构复杂，应力转化频繁，特别是不可避免地穿越软弱、富水、断层破碎带等复杂地质条件时容易发生坍塌风险，研究一种快捷、安全的挑顶施工方案具有较强的现实意义。

目前，国内外诸多学者在隧道挑顶技术方面进行了大量研究和总结，并取得了一系列成果。常用的斜井进正洞施工方法包括以下五种：大包法、小包法、棚架套拱挑顶法、导洞挑顶法以及斜井挑梁施工法。关于不同地质或施工条件下的挑顶技术研究仍多以斜井和正洞的交叉口为切入点，采用提前渐变、渐变处二次衬砌施工后在设计断面转换处突变的方法。然而，针对软弱、富水、断层破碎带等复杂地质条件下的大断面隧道工程，在交叉口段狭小作业空间下，工序错综复杂，初期支护强度不足以抑制围岩变形，支护结构拆换及多种受力结构交叉的状况依然存在，未能彻底改善交叉口段围岩复杂的受力状态。

中国专利CN201910519993.6公开了一种大断面软岩变形隧道斜井进正洞挑顶施工方法，该发明通过挑顶拱架承重梁，挑顶小导洞开挖支护，小导洞段正洞支护，正洞上台阶开挖支护，正洞上中台阶开挖支护，正洞上中下台阶开挖支护，将正洞大洞室分解成小洞室进行分段开挖，以辅助坑道结构及门架为基点，对小洞室单元结构进行支撑，形成稳定的结构，完成正洞台阶法施工转换。但该发明存在如下不足之处：其一，斜井与正洞交叉口处结构受力复杂、应力转化频繁，仅采用挑顶拱架承重梁支撑正洞拱架支护偏弱，存在衬砌结构大变形、隧道围岩垮塌等危害，应采取措施加强交叉口处支护强度；其二，斜井交叉口段一次性、全断面开挖支护挑顶拱架不利于围岩稳定，超挖面积和扩挖时间较大，易造成隧道变形或坍塌等危害；其三，斜井井底施工结束后施作挑顶拱架，对于采用台阶法开挖的大断面斜井，由于挑顶拱架为一次性全断面安装，故需要等到下台阶开挖支护至正洞开挖轮廓线的斜井侧时方才可以施工，这将显著延长工期时间、降低施工效率。

综上所述，上述相关技术中，在交叉口段支护强度弱、围岩超挖量大、施工工期长，不足以解决复杂地质条件下的挑顶施工问题，亟需研究一种适用于软弱、富水等复杂地质条件下大断面隧道挑顶施工方法。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，解决了复杂地质条件下斜井与正洞的交叉口处挑顶施工问题。

本申请提供一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，包括以下步骤：

S1.斜井曲墙式衬砌支护：

S1-1.斜井上台阶开挖支护：

对所述斜井上台阶开挖并安装曲墙式衬砌的上断面，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；

S1-2.斜井下台阶开挖支护：

对所述斜井下台阶开挖并安装曲墙式衬砌的下断面，斜井下台阶采用左右两侧交错开挖，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；

S2.斜井直墙式衬砌支护：

在距正洞开挖轮廓线内侧第一预定距离处，对所述斜井在被降低底面后采用台阶法开挖并进行直墙式衬砌支护，施作锚网喷联合支护；

S3.门架上部拱架支护：

在距正洞开挖轮廓线内侧第二预定距离处，对所述斜井上断面进行门架上部拱架支护并施作锚网喷联合支护，待斜井下台阶开挖至完成后进行门架上部拱架的下断面支护；

S4.挑顶导洞开挖支护：

在垂直于正洞隧道轴线方向，沿着正洞开挖轮廓线并预留变形量，对所述斜井进行挑顶导洞开挖支护；

S5.门架加强环支护：

对所述挑顶导洞开挖支护直至正洞开挖轮廓线外侧的上台阶底面处，且所述门架上部拱架的下断面支护至正洞开挖轮廓线的内侧时，进行交叉口段的门架加强环支护；

S6.挑顶导洞段正洞支护：

所述门架加强环支护稳定后，施作正洞异型拱架并及时施作锚网喷联合支护；

S7.正洞上台阶开挖支护：

所述正洞异型拱架支护完成后，拆除挑顶导洞一侧立柱并沿该方向进行正洞上台阶开挖支护，当满足预定施工空间后，所述正洞上台阶的每个作业面同步进行开挖支护；

S8.正洞上台阶和正洞中台阶开挖支护：

当所述正洞上台阶的作业面施工足够距离后，再进行挑顶导洞宽度范围内正洞中台阶的开挖支护，待正洞中台阶沿一个方向施工后，所述正洞上台阶和正洞中台阶的每个作业面同步进行开挖支护；

S9.正洞上台阶、正洞中台阶和正洞下台阶开挖支护：

所述正洞上台阶和正洞中台阶施工足够距离后，再进行挑顶导洞宽度范围内正洞下台阶的开挖支护，正洞下台阶向一个方向施工足够距离后，所述正洞上台阶、正洞中台阶和正洞下台阶的每个作业面同步进行开挖支护，直至形成三台阶；

S10.正洞上台阶、正洞中台阶、正洞下台阶以及仰拱开挖支护：

当形成三台阶且具有足够的施工作业空间后，进行仰拱开挖支护，然后正洞上台阶、中台阶、下台阶和仰拱的每个作业面进行同步施工，并向一个方向施作二次衬砌形成正常的作业工序，完成所述斜井进正洞的挑顶施工。

可选地，步骤S1中，若围岩较好，斜井的开挖方式为人工风镐配合挖机开挖；若围岩较差，斜井的开挖方式为控制爆破开挖。

可选地，在步骤S2中，所述第一预定距离为1m～5m，所述斜井底面被降低后的高度为50cm～100cm，所述直墙式衬砌拱顶高度与曲墙式衬砌拱顶高度相同，直墙式衬砌宽度范围内预留有门架加强环的安装宽度。

可选地，在步骤S3中，所述第二预定距离为门架加强环的厚度，所述门架上部拱架(4)的拱顶高度为挑顶导洞(5)的拱顶高度，所述门架上部拱架(4)的拱部弧度应确保正洞异型拱架(7)内侧放置于门架加强环(6)上。

可选地，在步骤S4中，所述挑顶导洞的拱顶高度为以相对水平进入正洞开挖轮廓线的高度，挑顶导洞的宽度为门架上部拱架宽度的1/3～1/2，挑顶导洞的断面形状为梯形或拱形，挑顶导洞采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护，两侧边墙喷射素砼封闭围岩。

可选地，在步骤S5中，所述门架加强环是由若干榀挑顶门架、套拱、衬砌模拱以及混凝土浇筑形成的整体式结构，门架加强环的托梁高度与门架上部拱架的拱脚高度相同，门架加强环的宽度为门架上部拱架的竖直侧墙宽度，以保证二者紧密贴合架立。

可选地，所述门架加强环施工时从内向外依次进行挑顶门架、套拱支护并绑扎钢筋，然后挂置衬砌模拱并浇筑混凝土形成整体式结构。

可选地，在步骤S6中，所述正洞异型拱架支护范围为挑顶导洞的宽度，正洞异型拱架内侧放置于门架加强环的托梁上，外侧放置于正洞开挖轮廓线外侧的底面岩层上。

可选地，所述斜井曲墙式衬砌、直墙式衬砌、门架上部拱架在纵向和径向上这几者之间分别采用纵向连接筋和连接板连接。

如本文所用，术语“内侧”为正洞与斜井相交的一侧。

如文本所用，术语“外侧”是指为正洞远离斜井的一侧。

应该说明的是，所述斜井与正洞的交叉口段空间受力复杂，施工中应加强监控量测，根据监控量测结果及时调整开挖方式和支护参数，确保施工安全。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，解决了大断面软弱富水隧道斜井进正洞挑顶施工难题，斜井采用台阶法开挖支护，下台阶左右侧交错开挖，具有以下显著优势：小断面分步开挖保证结构受力均匀围岩稳定、与后续挑顶施工工序共同作业加快施工进度、工人在台阶岩面上安装拱架提高施工效率。

2.本发明提供了一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，斜井交叉口段采用门架上部拱架和门架加强环构成的新型联合支护结构，门架加强环是由若干榀挑顶门架、套拱、衬砌模拱以及混凝土浇筑形成的整体式结构，相较现有技术方案中的挑顶门架支护，减少开挖面围岩暴露的面积和时间，加强应力集中的交叉口部位支护强度，保证了软弱、富水地层中大断面隧道挑顶施工的安全性。

3.本发明提供了一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，通过门架上部拱架临时支护交叉口段，待斜井施工完毕后再返回施作门架加强环，使施工人员在门架上部拱架和门架加强环的支护下作业，显著降低了围岩超挖量及收敛变形量，避免了传统挑顶方法中无支护、一次性施作挑顶门架产生的施工风险，快速高效地解决了复杂地质条件下交叉口处挑顶问题。

4.本发明提供了一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，通过门架上部拱架临时支护交叉口段，挑顶导洞和斜井各工作面同步施工，待挑顶门架施工至正洞上台阶另一侧且斜井下台阶施工完成后，施作交叉口段门架加强环支护，节约交叉口段支护时间，实现斜井与挑顶导洞平行施工，加快由斜井进正洞交叉口段的施工进度。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本发明实施例直墙式衬砌和曲墙式衬砌支护示意图；

图2是本发明实施例门架上部拱架支护示意图；

图3是本发明实施例挑顶导洞支护示意图；

图4是本发明实施例门架加强环支护示意图；

图5是本发明实施例挑顶导洞段正洞支护横断面示意图；

图6的本发明交叉口段横断面示意图；

图7是本发明实施例正洞上台阶开挖支护示意图；

图8是本发明实施例正洞上台阶和正洞中台阶开挖支护示意图；

图9是本发明实施例正洞上台阶、正洞中台阶和正洞下台阶开挖支护示意图；

图10是本发明实施例正洞上台阶、正洞中台阶、正洞下台阶以及仰拱开挖支护示意图；

图11是本发明实施例交叉口段变形监测数据分析图。

其中，图中元件标识如下：

1-斜井；2-曲墙式衬砌；3-直墙式衬砌；4-门架上部拱架；5-挑顶导洞；6-门架加强环；61-挑顶门架；62-套拱；63-衬砌模拱；7-正洞异型拱架；8-正洞；81-正洞上台阶；82-正洞中台阶；83-正洞下台阶；84-仰拱；85-正洞开挖轮廓线；86-正洞初期支护；91-大里程方向；92-小里程方向。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，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”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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例以云南省三清高速西山营隧道斜井进正洞段挑顶施工为例，西山营隧道位于昆明市宜良县，隧道全长约6.8km，左线起讫里程Z3K89+899～Z3K96+728，最大埋深310m，右线起讫里程K89+910～K96+697，最大埋深约340m，是曲靖三宝至昆明清水高速公路重大控制性工程之一。隧道洞身围岩主要为元古界震旦系上统灯影组、陡山沱组白云岩，裂隙、构造、岩溶均较发育，岩体破碎、稳定性差，V级围岩占51.76％，IV级围岩占48.24％。物探解译结果表明，斜井附近存在一处地质断层(FW7)，FW7为往大里程方向倾斜的逆断层，上、下盘均为粉砂岩、页岩及砂岩互层，下伏灰岩夹白云岩，在K94+880～K95+000段与线路呈81°相交，断层产状为268°∠81°，断裂带影响宽约118m。隧址区基本地震烈度为VII～IX度，为强震区。地下水主要为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水及断层破碎带裂隙水，分别赋存于坡残积层、基岩岩层及断层破碎带中，水位埋深随季节变化，受补给影响水量较大，水量受基岩裂隙发育程度影响，局部可能富集，施工时水表现为股状、涌流状，局部存在突泥涌水现象。斜井预测正常涌水量为1140.58m³/d、最大涌水量1368.69m³/d，涌水问题较突出。

常规挑顶方法通常在交叉口处设置挑顶门架承重梁支护，即在交叉口处以辅助坑道结构和门架为基点，对小洞室单元结构进行支撑，形成稳定的支护结构，以快速完成正洞台阶法施工转换。当工程地质条件复杂时，传统挑顶方法可能存在施工风险隐患，交叉口段不足以支撑正洞初期支护，导洞段正洞拱架承担的外力传递到斜井挑顶门架上，导致软弱、富水段围岩变形加大，安全风险随之加剧；同时在交叉口段全断面安装挑顶门架，围岩扩挖量较大，不利于支护结构稳定，存在大变形与坍塌的风险，施工人员在无支护条件下作业也加大了安全隐患。斜井交叉口段与导洞依次开挖施工导致工期延长，由于斜井位于隧道工程关键路线上，极大可能延误总工期。本发明通过综合分析已施工斜井段软弱、富水地层特性及变形特点，选择在斜井与正洞交叉口处设置门架上部拱架和门架加强环联合支护，在交叉口段安装门架上部拱架后掘进导洞，利用挑顶导洞施工时段，斜井下台阶也支护至交叉口处，然后返回安装门架加强环，采用异性拱架支护导洞段正洞完成挑顶施工，以加强斜井井底交叉口段支护强度，确保交叉口部位受力稳定。

请参考图1-11，本申请实施例提供的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，包括以下步骤：

S1.斜井曲墙式衬砌2支护：

斜井1上台阶和下台阶的各工作面同步开挖支护，下台阶采用左右断面交错开挖，开挖长度及台阶高度根据施工机具、人员等安排调整，开挖循环进尺满足规范要求；开挖方式根据围岩情况合理选择，若围岩较好则采用人工风镐配合挖机开挖，若围岩较差采用控制爆破(预裂、微震爆破)开挖；隧道出渣采用无轨运输方式；钢架、钢筋网和锚杆由钢构件厂统一加工，人工安装钢架、挂设钢筋网；采用风动凿岩机施作系统锚杆，拌合站拌制砼，砼罐车运输，湿喷机械手喷射砼。

S1-1.斜井1上台阶开挖支护：

开挖支护斜井1上台阶，上台阶每循环进尺控制在3～5m，上台阶高度3.9m，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；斜井曲墙式衬砌2采用I18工字钢，拱架高度为7.36m，拱架间距为1m/榀，拱脚设置锁脚钢管并对锁脚钢管进行注浆，以确保基础稳定；曲墙式衬砌2上断面之间及时设置纵向连接筋并连接牢固，连接筋采用Φ22连接筋，呈八字形布置，环向间距1m；开挖前进行超前地质预报，并施作超前支护；

S1-2.斜井1下台阶开挖支护：

开挖支护斜井1下台阶，斜井1下台阶的左右断面采用交错开挖方式，交错长度为3m，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；斜井曲墙式衬砌2采用I18工字钢，拱架高度为7.36m，拱架间距为1m/榀，拱脚设锁脚钢管并对锁脚钢管进行注浆；曲墙式衬砌2下断面之间及时设置纵向连接筋并连接牢固，连接筋采用Φ22连接筋，呈八字形布置，环向间距1m；曲墙式衬砌2的上下断面之间采用连接板连接，连接板厚度为16mm；开挖前进行超前地质预报，并施作超前支护。

S2.斜井直墙式衬砌3支护：

考虑门架加强环6的安装宽度和正洞仰拱出渣需求，有利于控制结构收敛变形、降低施工控制难度以及方便车辆行驶，在距正洞开挖轮廓线85内侧5m至1m处，降低斜井1底面50cm以使正洞8顺坡排渣，然后将曲墙式衬砌2更换为直墙式衬砌3；直墙式衬砌3采用I18工字钢，拱架高度调整为7.86m，拱架间距调整为0.8m/榀；直墙式衬砌3的上下断面之间采用连接板连接，连接板厚度为16mm；超前支护采用Φ42小导管，单根长3.5m，环向间距40cm，纵向间距2.5m。

具体的，内侧为正洞与斜井相交的一侧，外侧为正洞远离斜井的一侧。

S3.门架上部拱架4支护：

为减少围岩超挖量、提高作业效率，在正洞开挖轮廓线85内侧1m处，即预留门架加强环6的宽度，采用门架上部拱架4并及时施作锚网喷联合支护，首先开挖支护斜井1上台阶，待斜井1下台阶开挖至该处时再安装门架上部拱架的下断面4；拱架采用I18工字钢，拱架高度调整为8.47m，拱架间距为0.8m/榀；门架上部拱架4的上下断面之间采用连接板连接，连接板厚度为16mm。

S4.挑顶导洞5开挖支护：

在垂直于正洞8隧道轴线方向，沿着正洞开挖轮廓线85，考虑正洞8预留变形量为40cm，安装挑顶导洞5拱架并施作锚网喷联合支护；挑顶导洞5开挖进尺控制在0.8m，洞碴可采用小型挖掘机扒出，再由装载机装运出洞；挑顶导洞5拱架采用4.5m×5m的I18工字钢，拱架间距为0.8m/榀，拱架的拱部和边墙之间采用连接板连接，连接板厚度为16mm；拱部锚杆采用4m长Φ25中空注浆锚杆，环纵间距为0.8m×0.6m；铺设双层Φ8钢筋网片，网格间距20cm×20cm，喷射厚度为25cm的C25素混凝土封闭围岩；超前支护采用Φ42导管，单根长3.5米，环向间距30cm，纵向间距2.5m。

S5.门架加强环6支护：

为保证正洞8挑顶后钢架底部不悬空、正洞初期支护86受力均衡，当挑顶导洞5拱架支护至正洞开挖轮廓线85的外侧上台阶处，且门架上部拱架4的下断面也支护至正洞开挖轮廓线85内侧时，进行门架加强环6支护；门架加强环6是由三榀I40型挑顶门架61、三榀I18型套拱62、三榀I18型衬砌模拱63以及混凝土浇筑形成的整体式结构；施工时从内向外依次安装挑顶门架61、套拱62以及绑扎钢筋后，再挂置衬砌模拱63并浇筑混凝土形成整体式结构；为确保门架加强环6牢固稳定，钢架每侧增设10根4m长Φ42锁脚锚杆和4m长Φ22砂浆锚杆后喷射C25混凝土，以固定横梁及支撑柱。

S6.挑顶导洞5段正洞支护：

门架加强环6支护稳定后，开始安装I22b工字钢正洞异型拱架7并及时施作锚网喷联合支护；钢架间距为0.6m，正洞异型拱架7内侧放置于门架加强环6的托梁上，两者通过螺栓连接并焊接牢固，外侧放置于正洞开挖轮廓线85外侧的底面岩层上，采用40槽钢做垫块，以增大受力面积减小拱架变形；正洞异型拱架7安装完成后立即铺挂Φ8双层钢筋网片，网格间距15×15cm，喷射30cm厚的C25混凝土封闭围岩。

S7.正洞上台阶81开挖支护：

小导洞段正洞异型拱架7支护完成后，通过气割拆除挑顶导洞5一侧边墙，拆除完成后对挑顶导洞5进行降底以形成正洞上台阶81，正洞上台阶81向大里程方向91施工一定距离并满足施工空间要求，然后正洞上台阶81沿隧道大里程方向91及小里程方向92同时进行开挖掘进、初期支护。

S8.正洞上台阶81和正洞中台阶82开挖支护：

正洞上台阶81两个作业面分别超过斜井1井身边墙10m后，再同时进行挑顶导洞5宽度范围内正洞中台阶82的降底开挖，初期支护紧跟，正洞中台阶82向大里程方向91施工一定距离并满足施工空间要求，然后正洞上台阶81、正洞中台阶82的每个作业面再同时向大里程方向91和小里程方向92进行施工。

S9.正洞上台阶81、正洞中台阶82、正洞下台阶83开挖支护：

正洞上台阶81、正洞中台阶82施工足够距离后，再同时进行挑顶导洞5宽度范围内正洞下台阶83的降底开挖，初期支护紧跟，正洞下台阶83向大里程方向91施工一定距离并满足施工空间要求后，正洞上台阶81、正洞中台阶82和正洞下台阶83的每个作业面再同时向大里程方向91和小里程方向92进行施工。

S10.正洞上台阶81、正洞中台阶82、正洞下台阶83、仰拱84开挖支护：

形成常规三台阶后再进行各个作业面施工，开始进行正洞仰拱84开挖支护，待形成足够的施工作业空间后，正洞上台阶81、正洞中台阶82、正洞下台阶83和仰拱84的每个作业面再同时进行施工，逐渐形成正常的作业工序；开挖支护完成后及时浇注仰拱84、填充混凝土，使支护结构尽早封闭成环，提高稳定性，确保施工安全；大里程方向91浇筑长度50m的仰拱84及仰拱84填充，待仰拱84填充混凝土强度达到100％后，在填充面上铺设二衬台车轨道，拼装二衬台车模板；从大里程方向91开始，往小里程方向92浇筑二衬，完成斜井1进正洞8的挑顶施工。

斜井1的交叉口段采用门架上部拱架4和门架加强环6联合支护，门架加强环6采用三榀挑顶门架61、套拱62、衬砌模拱63以及混凝土浇筑形成的整体式结构，显著提高了交叉口段支护强度，保证了软弱、富水地层大断面隧道挑顶施工安全性。

参见图10，拱顶沉降和周边收敛速率及其累计变形量均在允许范围，交叉口段支护结构稳定，现场变形监测结果表明在门架上部拱架4和门架加强环6的联合支护下，实施正洞挑顶变形可控。通过门架上部拱架4临时支护交叉口段，待挑顶导洞5施工完毕后，再返回安装门架加强环6，使施工人员在门架上部拱架4和门架加强环6的联合支护下作业，极大降低了围岩超挖量及收敛变形量，避免了传统挑顶方法中无支护、一次性施作挑顶门架产生的施工风险，快速有效地解决了复杂地质条件下交叉口处挑顶技术问题。

此外，本实施例通过合理安排施工工序，实现了横通道段至挑顶导洞段施工用时20余天的进度优化，相较传统工法节约近一倍工期。其优势具体表现为：通过门架上部拱架4临时支护交叉口段，挑顶导洞5和斜井各工作面同步施工，待挑顶门架61施工至正洞上台阶81外侧且斜井下台阶施工完成后，施作交叉口段门架加强环6支护，节约交叉口段支护时间，实现挑顶导洞5和斜井1平行施工，加快由斜井1进正洞8交叉口段施工进度。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.斜井曲墙式衬砌(2)支护：

S1-1.斜井(1)上台阶开挖支护：

对所述斜井(1)上台阶开挖并安装曲墙式衬砌(2)的上断面，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；

S1-2.斜井(1)下台阶开挖支护：

对所述斜井(1)下台阶开挖并安装曲墙式衬砌(2)的下断面，斜井(1)下台阶采用左右两侧交错开挖，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；

S2.斜井直墙式衬砌(3)支护：

在距正洞开挖轮廓线(85)内侧第一预定距离处，对所述斜井(1)在被降低底面后采用台阶法开挖并进行直墙式衬砌支护(3)，施作锚网喷联合支护；

S3.门架上部拱架(4)支护：

在距正洞开挖轮廓线(85)内侧第二预定距离处，对所述斜井(1)上断面进行门架上部拱架(4)支护并施作锚网喷联合支护，待斜井(1)下台阶开挖完成后进行门架上部拱架(4)的下断面支护；

S4.挑顶导洞(5)开挖支护：

在垂直于正洞(8)隧道轴线方向，沿着正洞开挖轮廓线(85)并预留变形量，对所述斜井(1)进行挑顶导洞(5)开挖支护；

S5.门架加强环支护(6)：

对所述挑顶导洞(5)开挖支护直至正洞开挖轮廓线(85)外侧的上台阶底面处，且所述门架上部拱架(4)的下断面支护至正洞开挖轮廓线(85)的内侧时，进行交叉口段的门架加强环支护(6)，所述门架加强环(6)是由若干榀挑顶门架(61)、套拱(62)、衬砌模拱(63)以及混凝土浇筑形成的整体式结构；

S6.挑顶导洞段正洞支护：

所述门架加强环(6)支护稳定后，施作正洞异型拱架(7)并施作锚网喷联合支护；

S7.正洞上台阶(81)开挖支护：

所述正洞异型拱架(7)支护完成后，拆除挑顶导洞(5)一侧立柱并沿该方向进行正洞上台阶(81)开挖支护，当满足预定施工空间后，所述正洞上台阶(81)的每个作业面同步进行开挖支护；

S8.正洞上台阶(81)和正洞中台阶(82)开挖支护：

当所述正洞上台阶(81)的作业面施工足够距离后，再进行挑顶导洞(5)宽度范围内正洞中台阶(82)的开挖支护，待正洞中台阶(82)沿一个方向施工后，所述正洞上台阶(81)和正洞中台阶(82)的每个作业面同步进行开挖支护；

S9.正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)和正洞下台阶(83)开挖支护：

所述正洞上台阶(81)和正洞中台阶(82)施工足够距离后，再进行挑顶导洞(5)宽度范围内正洞下台阶(83)的开挖支护，正洞下台阶(83)向一个方向施工足够距离后，所述正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)和正洞下台阶(83)的每个作业面再同时进行开挖支护，直至形成三台阶；

S10.正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)、正洞下台阶(83)以及仰拱(84)开挖支护：

当形成三台阶且具有足够的施工作业空间后，进行仰拱(84)开挖支护，然后正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)、正洞下台阶(83)和仰拱(84)的每个作业面进行同步施工，并向一个方向施作二次衬砌形成正常的作业工序，完成所述斜井(1)进正洞(8)的挑顶施工。

2.根据权利要求1所述软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，步骤S1中，若围岩较好，斜井(1)的开挖方式为人工风镐配合挖机开挖；若围岩较差，斜井(1)的开挖方式为控制爆破开挖。

3.根据权利要求1所述软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，在步骤S2中，所述第一预定距离为1m～5m，所述斜井(1)底面被降低后的高度为50cm～100cm，所述直墙式衬砌(3)拱顶高度与曲墙式衬砌(2)拱顶高度相同，直墙式衬砌(3)宽度范围内预留有门架加强环(6)的安装宽度。

4.根据权利要求1所述的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第二预定距离为门架加强环(6)的厚度，所述门架上部拱架(4)的拱顶高度为挑顶导洞(5)的拱顶高度，所述门架上部拱架(4)的拱部弧度应确保正洞异型拱架(7)内侧放置于门架加强环(6)上。

5.根据权利要求1所述的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，在步骤S4中，所述挑顶导洞(5)的拱顶高度为以相对水平进入正洞开挖轮廓线(85)的高度，挑顶导洞(5)的宽度为门架上部拱架(4)宽度的1/3～1/2，挑顶导洞(5)的断面形状为梯形或拱形，挑顶导洞(5)采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护，两侧边墙喷射素砼封闭围岩。

6.根据权利要求1所述的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，在步骤S5中，所述门架加强环(6)的托梁高度与门架上部拱架(4)的拱脚高度相同，门架加强环(6)的宽度为门架上部拱架(4)的竖直侧墙宽度，以保证二者紧密贴合架立。

7.根据权利要求6所述的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，所述门架加强环(6)施工时从内向外依次进行挑顶门架(61)、套拱(62)支护并绑扎钢筋，然后挂置衬砌模拱(63)并浇筑混凝土形成整体式结构。

8.根据权利要求1所述的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，在步骤S6中，所述正洞异型拱架(7)支护范围为挑顶导洞(5)的宽度，正洞异型拱架(7)内侧放置于门架加强环(6)的托梁上，外侧放置于正洞开挖轮廓线(85)外侧的底面岩层上。

9.根据权利要求1所述的软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，所述斜井曲墙式衬砌(2)、直墙式衬砌(3)、门架上部拱架(4)在纵向和径向上这几者之间分别采用纵向连接筋和连接板连接。

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