CN208778005U - 大断面隧道开挖支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大断面隧道开挖支护结构，包括第一导坑支护结构、第二导坑支护结构、第一侧墙结构、第二侧墙结构、主洞上部上台阶支护结构、主洞上部中台阶支护结构和主洞下部支护结构，沿隧道的纵向，第一导坑、第二导坑均与隧道断面部分重叠，第一侧墙结构设置于第一导坑内，第一侧墙结构位于隧道断面外，第二侧墙结构设置于第二导坑内，第二侧墙结构位于隧道断面外。该大断面隧道开挖支护结构具有能防止隧道侧向变形、底部隆起变形，保证隧道后期衬砌质量，且能够有效控制大跨段、大断面隧道施工中的安全风险的优点。

Description

大断面隧道开挖支护结构

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体地说，是涉及一种大断面隧道开挖支护结构。

背景技术

在隧道建设中，对于隧道所处高地应力、软弱破碎围岩等不良地质段常采用CRD法和双侧壁导坑法进行隧道施工，但是，传统的双侧壁工法对断层破碎带等高地应力软弱地层而言，其一次支护结构受力的合理形式、开挖工序分割的施工效率以及初支撤换的风险控制等方面存在较多的局限性，有待进一步改进和完善。

此外，对于埋深较大的山岭隧道在断层破碎带等软弱围岩而言，特别是水平应力较大的情况下，如何防止侧向变形、尤其是底部隆起变形等方面，目前的施工方法及支护结构均缺乏明确有效的针对措施，且可借鉴的施工经验也很有限，相应的施工技术措施也基本处于空白状态，尤其是涉及到地震带断裂影响的高地应力地质条件下的隧道施工方法几乎没有，施工和技术措施难度的极大。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种能防止隧道侧向变形、底部隆起变形，保证隧道后期衬砌质量，且能够有效控制大跨段、大断面隧道施工中的安全风险的大断面隧道开挖支护结构。

为了实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供一种大断面隧道开挖支护结构，其中，包括第一导坑支护结构、第二导坑支护结构、第一侧墙结构、第二侧墙结构、主洞上部上台阶支护结构、主洞上部中台阶支护结构和主洞下部支护结构，第一导坑支护结构包括第一超前小导管和第一初支单元，第一超前小导管设置于第一导坑的拱部，第一初支单元设置于第一导坑的内壁，沿隧道的纵向，第一导坑与隧道断面部分重叠，第二导坑支护结构包括第二超前小导管和第二初支单元，第二超前小导管设置于第二导坑的拱部，第二初支单元设置于第二导坑的内壁，沿隧道的纵向，第二导坑与隧道断面部分重叠，第一侧墙结构设置于第一导坑内，第一侧墙结构位于隧道断面外，第一侧墙结构与第一初支单元邻接，第二侧墙结构设置于第二导坑内，第二侧墙结构位于隧道断面外，第二侧墙结构与第二初支单元邻接，主洞上部上台阶支护结构包括中管棚、大插角小导管和第三初支单元，中管棚、大插角小导管均设置于主洞上部上台阶的拱部，第三初支单元设置于主洞上部上台阶的内壁，主洞上部中台阶支护结构包括第四初支单元和第五初支单元，第四初支单元设置于主洞上部中台阶的第一侧的内壁，第四初支单元的两端分别与第一侧墙结构的第一端、第三初支单元的第一端连接，第五初支单元设置于主洞上部中台阶的第二侧的内壁，第五初支单元的两端分别与第二侧墙结构的第一端、第三初支单元的第二端连接，主洞下部支护结构包括锚杆和第六初支单元，锚杆自主洞下部向外延伸设置，第六初支单元设置于主洞下部的内壁，第六初支单元的两端分别与第一侧墙结构的第二端、第二侧墙结构的第二端连接。

由上可见，在导坑内设置侧墙，并使侧墙与隧道断面的外轮廓贴合，使得侧墙能够接收隧道断面传递的应力荷载，使应力荷载向侧墙的墙体和基础转移，以保证隧道上部施工的安全，并达到抵抗水平高地应力的效果。此外，侧墙还能够与隧道开挖过程中的对导坑、主洞反压回填处理以及短台阶开挖施工相配合，使得能够快速将隧道断面拱部支护落在导坑和侧墙顶部，并与导坑、侧墙形成封闭式初期支护结构，实现应力荷载的传递和转移。再者，导坑及侧墙配合隧道主洞开挖过程中的反压回填还能够确保中隔墙开挖时应力向两侧导坑分散，使反压回填部分与中隔墙形成整体稳定结构，大大降低了导坑内侧立式支护钢架拆除时的安全风险。另外，导坑及侧墙配合主洞下部仰拱开挖短台阶施工，能够实现快速开挖、快速封闭，通过侧墙结构起到抑制仰拱发生隆起变形，解决隧道断面在不良地质中的技术难题。

进一步的方案是，第一侧墙结构、第二侧墙结构均呈L型设置，第一侧墙结构、第二侧墙结构呈对称设置，第一侧墙结构的墙趾、第二侧墙结构的墙趾相向设置。

更进一步的方案是，第一侧墙结构包括第一基础钢架、第一墙体钢架和第一混凝土结构，第一基础钢架与第一墙体钢架固定连接，第一墙体钢架与第四初支单元连接，第一基础钢架与第六初支单元的第一端连接，第一混凝土结构包裹第一基础钢架、第一墙体钢架；第二侧墙结构包括第二基础钢架、第二墙体钢架和第二混凝土结构，第二基础钢架与第二墙体钢架固定连接，第二墙体钢架与第五初支单元连接，第二基础钢架与第六初支单元的第二端连接，第二混凝土结构包裹第二基础钢架、第二墙体钢架。

由上可见，通过对第一侧墙结构、第二侧墙结构的结构设置，使得第一侧墙结构和第二侧墙结构均能够达到抵抗水平高地应力的效果。

更进一步的方案是，第一初支单元包括第一拱部钢架、第一锁脚锚管、第二锁脚锚管、第一侧壁钢架和第二侧壁钢架，第一拱部钢架安装在第一导坑的拱部，第一拱部钢架分别与第一侧壁钢架、第二侧壁钢架固定连接，第一锁脚锚管安装在第一导坑远离隧道断面的一侧，第二锁脚锚管安装在第一导坑靠近隧道断面的一侧，第一侧壁钢架安装在第一导坑远离隧道断面的一侧并覆盖于第一锁脚锚管上，第二侧壁钢架安装在第一导坑靠近隧道断面的一侧并覆盖于第二锁脚锚管上；第二初支单元包括第二拱部钢架、第三锁脚锚管、第四锁脚锚管、第三侧壁钢架和第四侧壁钢架，第二拱部钢架安装在第二导坑的拱部，第二拱部钢架分别的第三侧壁钢架、第四侧壁钢架固定连接，第三锁脚锚管安装在第二导坑远离隧道断面的一侧，第四锁脚锚管安装在第二导坑靠近隧道断面的一侧，第三侧壁钢架安装在第二导坑远离隧道断面的一侧并覆盖于第三锁脚锚管上，第四侧壁钢架安装在第二导坑靠近隧道断面的一侧并覆盖于第四锁脚锚管上。

更进一步的方案是，第一锁脚锚管、第三锁脚锚管的长度为5米至7米，第二锁脚锚管、第四锁脚锚管的长度为2米至4米。

由上可见，通过对第一初支单元和第二初支单元的结构设置，使得第一导坑和第二导坑均能够形成稳定的受力结构，保证第一导坑、第二导坑在自身开挖过程以及后期隧道主洞的开挖的安全性，

更进一步的方案是，第三初支单元包括第三拱部钢架，第三拱部钢架安装在主洞上部上台阶的拱部，第三拱部钢架的两端分别设置有大拱脚结构，且第三拱部钢架覆盖于中管棚、大插角小导管上，。

进一步的方案是，第四初支单元包括第五侧壁钢架，第五侧壁钢架安装在主洞上部中台阶的第一侧的内壁，且第五侧壁钢架分别与第一墙体钢架、第三拱部钢架的第一端连接；第五初支单元包括第六侧壁钢架，第六侧壁钢架安装在主洞上部中台阶的第二侧的内壁，且第六侧壁钢架分别与第二墙体钢架、第三拱部钢架的第二端连接。

由上可见，第三初支单元、第四初支单元以及第五初支单元能够配合主洞的短台阶施工，进而实现主洞的快速开挖、快速封闭，保证隧道的施工进度以及施工安全。

更进一步的方案是，第六初支单元包括隧底钢架，隧底钢架安装在主洞下部的内壁，隧底钢架分别与第一基础钢架、第二基础钢架连接，且隧底钢架覆盖于锚杆上，锚杆的长度为3米至5米，且锚杆内灌筑有混凝土。

由上可见，第六初支单元的设置使得隧道形成完成的环向初期支护，保证隧道的整体稳定性。

更进一步的方案是，第一超前小导管、第二超前小导管均沿隧道的纵向设置，第一超前小导管、第二超前小导管的长度均为2.5米至4.5米，且第一超前小导管、第二超前小导管内均灌筑有混凝土。

由上可见，超前小导管的设置能够更好的控制导坑初期支护的形变及下沉，保证导坑的施工安全和施工质量。

更进一步的方案是，中管棚沿隧道的纵向设置，中管棚的长度为13米至17米，且中管棚内灌筑有混凝土，大插角小导管沿主洞上部台阶的拱部的法线设置，大插角小导管的长度为2米至4米，且大插角小导管内灌筑有混凝土。

由上可见，中管棚、大插角小导管的设置能够更好的控制隧道初期支护的形变及下沉，保证隧道的施工安全和施工质量。

附图说明

图1是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的结构示意图。

图2是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第一导坑的上台阶的施工示意图。

图3是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第一导坑的下台阶的施工示意图。

图4是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第一侧墙结构的基础的施工示意图。

图5是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第二导坑的上台阶的施工示意图。

图6是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第二导坑的下台阶的施工示意图。

图7是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第二侧墙结构的基础的施工示意图。

图8是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第一侧墙结构的墙体、第二侧墙结构的墙体的施工示意图。

图9是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的第一导坑、第二导坑及隧道核部的反压回填示意图。

图10是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的主洞上部上台阶的施工示意图。

图11是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的主洞上部中台阶的第一侧的施工示意图。

图12是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的主洞上部中台阶的第二侧的施工示意图。

图13是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的主洞上部预留核心土开挖的施工示意图。

图14是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的主洞中部施工的示意图。

图15是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的主洞下部施工的示意图。

图16是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的隧道仰拱施工的示意图。

图17是本实用新型大断面隧道开挖支护结构实施例的隧道二衬施工的示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型提供的大断面隧道开挖支护结构可用于对处于高地应力、破碎软弱围岩等不良地质段的隧道的施工进行开挖支护，以防止隧道施工过程中发生侧向变形、底部隆起变形等问题，保证后期衬砌质量，并能够有效控制大跨段、大断面隧道施工中的安全风险。以下对本实用新型大断面隧道开挖支护结构进行说明。

参照图1，大断面隧道开挖支护结构包括第一导坑支护结构1、第二导坑支护结构2、第一侧墙结构3、第二侧墙结构4、主洞上部上台阶支护结构51、隧主洞上部中台阶支护结构和主洞下部支护结构53。

沿隧道的纵向，第一导坑10与隧道断面部分重叠。第一导坑支护结构1包括第一超前小导管11和第一初支单元12。第一超前小导管11设置于第一导坑10的拱部，第一超前小导管11沿隧道的纵向设置，第一超前小导管11的长度为2.5米至4.5米，且第一超前小导管11内灌筑有混凝土。

第一初支单元12设置于第一导坑10的内壁，具体地，第一初支单元12包括第一拱部钢架121、第一锁脚锚管122、第二锁脚锚管123、第一侧壁钢架124和第二侧壁钢架125。

第一拱部钢架121安装在第一导坑10的拱部，且第一拱部钢架121分别与第一侧壁钢架124、第二侧壁钢架125固定连接。第一锁脚锚管122、第一侧壁钢架124均安装在第一导坑10远离隧道断面的一侧，且第一侧壁钢架124覆盖于第一锁脚锚管122上。第二锁脚锚管123、第二侧壁钢架125均安装在第一导坑10靠近隧道断面的一侧，且第二侧壁钢架125覆盖于第二锁脚锚管123上。

沿隧道的纵向，第二导坑20与隧道断面部分重叠。第二导坑支护结构2包括第二超前小导管21和第二初支单元22。第二超前小导管21设置于第二导坑20的拱部，第二超前小导管21沿隧道的纵向设置，第二超前小导管21的长度为2.5米至4.5米，且第二超前小导管21内灌筑有混凝土。

第二初支单元22设置于第二导坑20的内壁，具体地，第二初支单元22包括第二拱部钢架221、第三锁脚锚管222、第四锁脚锚管223、第三侧壁钢架224和第四侧壁钢架225。

第二拱部钢架221安装在第二导坑20的拱部，且第二拱部钢架221分别与第三侧壁钢架224、第四侧壁钢架225固定连接。第三锁脚锚管222、第三侧壁钢架224均安装在第二导坑20远离隧道断面的一侧，且第三侧壁钢架224覆盖于第三锁脚锚管222上。第四锁脚锚管223、第四侧壁钢架224均安装在第二导坑20靠近隧道断面的一侧，且第四侧壁钢架225覆盖于第四锁脚锚管223上。

其中，第一锁脚锚管122、第三锁脚锚管222的长度均为5米至7米，第二锁脚锚管123、第四锁脚锚管223的长度均为2米至4米。

第一侧墙结构3设置于第一导坑10内，第一侧墙结构3位于隧道断面外，且第一侧墙结构3与第一初支单元12的第一侧壁钢架124邻接。具体地，第一侧墙结构3包括第一基础钢架31、第一墙体钢架32和第一混凝土结构，第一基础钢架31与第一墙体钢架32固定连接，第一墙体钢架32与隧主洞上部中台阶支护结构的第四支护单元521连接，第一基础钢架31与主洞下部支护结构53的第六支护单元532连接，第一混凝土结构包裹第一基础钢架31和第一墙体钢架32。

第二侧墙结构4设置于第二导坑20内，第二侧墙结构4位于隧道断面外，且第二侧墙结构4与第二初支单元22的第三侧壁钢架224邻接。具体地，第二侧墙结构4包括第二基础钢架41、第二墙体钢架42和第二混凝土结构，第二基础钢架41与第二墙体钢架42固定连接，第二墙体钢架42与隧主洞上部中台阶支护结构的第五支护单元522连接，第二基础钢架41与主洞下部支护结构53的第六支护单元532连接，第二混凝土结构包裹第二基础钢架41和第二墙体钢架42。

此外，第一侧墙结构3、第二侧墙结构4均呈L型设置，第一侧墙结构3、第二侧墙结构4呈对称设置，且第一侧墙结构3的墙趾、第二侧墙结构4的墙趾相向设置。

主洞上部上台阶支护结构51包括中管棚511、大插角小导管512和第三初支单元513，其中，中管棚511、大插角小导管512均设置于主洞上部上台阶5011的拱部，第三初支单元513设置于主洞上部上台阶5011的内壁。

具体地，中管棚511沿隧道的纵向设置，中管棚511的长度为13米至17米，且中管棚511内灌筑有混凝土。大插角小导管512沿主洞上部上台阶5011的拱部的法线设置，大插角小导管512的长度为2米至4米，且大插角小导管512内灌筑有混凝土。

第三初支单元513包括第三拱部钢架，第三拱部钢架安装在主洞上部上台阶5011的拱部，第三拱部钢架的两端分别设置有大拱脚结构5132，且第三拱部钢架覆盖于中管棚511、大插角小导管512上。

隧道主洞上部中台阶支护结构包括第四初支单元521和第五初支单元522，第四初支单元521设置于主洞上部中台阶5012的第一侧的内壁，第四初支单元521的两端分别与第一侧墙结构3的第一端、第三初支单元513的第一端连接，第五初支单元522设置于主洞上部中台阶5012的第二侧的内壁，第五初支单元522的两端分别与第二侧墙结构4的第一端、第三初支单元513的第二端连接。具体地，第四初支单元521包括第五侧壁钢架，第五侧壁钢架安装在主洞上部中台阶5012的第一侧的内壁，且第五侧壁钢架分别与第一墙体钢架32、第三拱部钢架的第一端连接；第五初支单元522包括第六侧壁钢架，第六侧壁钢架安装在主洞上部中台阶5012的第二侧的内壁，且第六侧壁钢架分别与第二墙体钢架42、第三拱部钢架的第二端连接。

主洞下部支护结构53包括锚杆531和第六初支单元532，锚杆531自主洞下部503向外延伸设置，第六初支单元531设置于主洞下部503的内壁，第六初支单元531的两端分别与第一侧墙结构3的第二端、第二侧墙结构4的第二端连接。具体地，第六初支单元532包括隧底钢架，隧底钢架安装在主洞下部503的内壁，隧底钢架分别与第一基础钢架31、第二基础钢架32连接，且隧底钢架覆盖于锚杆531上，锚杆531的长度为3米至5米，且锚杆531内灌筑有混凝土。

本实用新型大断面隧道开挖支护结构的施工过程如下：

参照图2和图3，第一导坑开挖支护包括：

进行第一导坑10施工时，保证沿隧道纵向，第一导坑10的横截面与隧道断面保持部分重叠。在第一导坑10施工前，在第一导坑10的拱部处设置第一超前小导管11并进行管内注浆，第一超前小导管11优选采用3.5米长，并且，第一超前小导管11的施工为沿隧道纵向每2.4米施工一回，使得沿隧道纵向相邻的两根第一超前小导管11之间保持重叠。

接着，采用弱爆破开挖第一导坑10的上台阶101，开挖距离小于或等于两榀钢架距离，开挖完成后对岩面进行混凝土初喷，混凝土初喷厚度优选为4厘米。接着，在上台阶101远离隧道断面的一侧施作第一锁脚锚管122并进行管内注浆，在上台阶101靠近隧道断面的一侧施工第二锁脚锚管123并进行管内注浆。

接着，安装第一侧壁钢架124、第二侧壁钢架125的上台阶101部分，具体地包括钢架、钢筋网片和连接钢筋的安装和焊接固定，然后进行混凝土喷射混凝土喷射厚度优选为25厘米，并使其均匀密实，形成初期支护。其中，第一锁脚锚管122的长度优选为6米，第二锁脚锚管123的长度优选为3米。

采用弱爆破开挖第一导坑10的下台阶102，开挖距离小于或等于两榀钢架距离，开挖完成后对岩面进行混凝土初喷，混凝土初喷厚度优选为4厘米。接着，在下台阶102远离隧道断面的一侧施作第一锁脚锚管122并进行管内注浆，在下台阶102靠近隧道断面的一侧施工第二锁脚锚管123并进行管内注浆。

接着，安装第一侧壁钢架124、第二侧壁钢架125的下台阶102部分具体地包括钢架、钢筋网片和连接钢筋的安装和焊接固定，然后进行混凝土喷射混凝土喷射厚度优选为25厘米，并使其均匀密实，形成初期支护。在进行混凝土喷射时，需要在下台阶底部预留第一侧墙结构3的第一基础钢架31的位置，预留方式可采用渣土掩埋保护的方式。

参照图4，第一导坑底部锚杆及第一侧墙结构的基础施工包括：

在下台阶102底部朝外设置锚杆并进行管内注浆，其中，第一导坑10的下台阶102底部施工应滞后于上台阶101施工30米至50米。接着，安装第一侧墙结构3的第一基础钢架31并进行第一侧墙结构3的基础浇筑。

具体地，下台阶102底部设置的锚杆并进行管内猪价格，锚杆长度优选为4米。第一基础钢架31的安装包括安装侧墙下部基础钢架、钢筋网片和连接钢筋，并焊接牢固，第一侧墙结构3的基础浇筑优选采用C20混凝土进行浇筑。此外，在进行第一侧墙结构3的基础浇筑时，预留第一基础钢架31的连接板。

参照图5至图7，第二导坑开挖支护、第二导坑底部锚杆及第二侧墙结构的基础施工包括：

具体地，在第二导坑20施工前，在第二导坑20的拱部处设置第二超前小导管21施工并进行管内注浆，第二超前小导管21优选采用3.5米长，并且，第二超前小导管的施工为沿隧道纵向每2.4米施工一回，使得沿隧道纵向相邻的两根朝向小导管之间保持重叠。

接着，采用弱爆破开挖第二导坑2的上台阶201，开挖距离小于或等于两榀钢架距离，开挖完成后对岩面进行混凝土初喷，混凝土初喷厚度优选为4厘米。接着，在上台阶201两侧分别施作锚杆并进行管内注浆。接着，安装上台阶201的钢架、钢筋网片和连接钢筋、锁脚锚管，并进行焊接牢固，然后进行混凝土喷射，混凝土喷射厚度优选为25厘米，并使其均匀密实，形成初期支护。

接着，在第二导坑22的下台阶202底部设置的锚杆并进行管内注浆，锚杆长度优选为4米。第一基础钢架41的安装包括安装侧墙下部基础钢架、钢筋网片和连接钢筋，并焊接牢固，第二侧墙结构4的基础浇筑优选采用C20混凝土进行浇筑。此外，在对第二侧墙结构4的基础进行浇筑时，预留第二基础钢架41的连接板。

参照图8，第一墙体的施工、第二墙体的施工包括：

保证第一侧墙结构3的墙体施工滞后于第一侧墙结构3的基础施工9米至15米，安装第一侧墙结构3的第一墙体钢架32并进行第一侧墙结构3的墙体浇筑，第一侧墙结构3的墙体位于第一导坑10内且第一侧墙结构3的贴合于隧道断面的外轮廓。

保证第二侧墙结构4的墙体施工滞后于第二侧墙结构4的基础施工9米至15米，安装第二侧墙结构4的墙体钢架42并进行第二侧墙结构4的墙体浇筑，第二侧墙结构4的墙体位于第二导坑20内且第二侧墙结构4的贴合于隧道断面的外轮廓。

具体地，第一侧墙结构3的第一墙体钢架32的安装包括安装侧墙拱架、连接钢筋，并焊接牢固，第一侧墙结构3的墙体浇筑优选采用C20混凝土进行浇筑。第二侧墙结构4的墙体钢架42的安装包括安装侧墙拱架、连接钢筋，并焊接牢固，第二侧墙结构4的墙体浇筑优选采用C20混凝土进行浇筑。

接着，第一侧墙结构3的墙体浇筑完成后，对第一侧墙结构3的墙体顶部进行混凝土复喷封闭，即对第一导坑10与隧道断面外轮廓的空隙进行封闭，在第一侧墙结构3的墙体顶部封闭前，第一侧墙结构3的墙体顶部可为施工人员提供操作空间，使得施工人员能够在第一侧墙结构3的墙体顶部进行作业，当无需在使用第一侧墙结构3的墙体顶部时，对第一侧墙结构3的墙体顶部进行复喷封闭能够进行消除第一侧墙结构3的顶部与隧道断面外轮廓的空间间隙，保证第一侧墙结构3的受力性能。此外，在对第一侧墙结构3的墙体顶部进行混凝土复喷封闭时，预留第一侧墙结构3的墙体钢架31的连接板。

同理地，第二侧墙结构4的墙体浇筑完成后，对第二侧墙结构4的墙体顶部进行混凝土复喷封闭，即对第二导坑20与隧道断面外轮廓的空隙进行封闭，在第二侧墙结构4的墙体顶部封闭前，第二侧墙结构4的墙体顶部可为施工人员提供操作空间，使得施工人员能够在第二侧墙结构4的墙体顶部进行作业，当无需在使用第二侧墙结构4的墙体顶部时，对第二侧墙结构4的墙体顶部进行复喷封闭能够进行消除第二侧墙结构4的顶部与隧道断面外轮廓的空间间隙，保证第二侧墙结构4的受力性能。此外，在对第二墙体4的墙体顶部进行混凝土复喷封闭时，预留第二墙体4的墙体钢架41的连接板。其中，第一侧墙结构3、第二侧墙结构4均为反脚趾直立型重力式挡墙。

在第一导坑1、第二导坑2、第一侧墙结构3以及第四侧墙4均施工完成后，即可进行隧道断面主洞开挖。参照图9至图13，主洞上部施工包括：

设置主洞50拱部预支护结构，同时采用洞渣对第一导坑10、第二导坑20进行反压回填，若当前施工段为非首段时，对相邻段已开挖出的隧道核部进行局部洞渣反压回填，形成施工坡道。

采用预留核心土对主洞上部501上台阶5011进行开挖、初期支护。主洞上部501上台阶5011进尺4米至6米后，对主洞上部501中台阶5012第一侧进行开挖，在开挖完成后拆除第一导坑10顶部相应的支护结构并进行主洞上部5中台阶5012第一侧的初期支护。优选地，主洞上部501上台阶5011进尺5米后，进行主洞上部501上台阶5011开挖。

对主洞上部501中台阶5012第二侧进行开挖，在开挖完成后拆除第二导坑20顶部相应的支护结构并进行主洞上部501中台阶5012第二侧的初期支护，主洞上部501中台阶5012两侧开挖错开2米以上。

滞后于主洞上、中台阶施工5米至10米，开挖主洞上部501预留核心土部分，并在开挖完成后拆除第一导坑10、第二导坑20顶部剩余的相应的支护结构。

具体地，进行隧道主洞50开挖前，对主洞上部501上台阶5011的拱部设置中管棚511、大插角小导管512并进行管内注浆，其中，中管棚511长度优选采用15米长，大插角小导管512长度优选采用3米长，且沿隧道纵向每2.4米施工一回。同时，采用洞渣对第一导坑10、第二导坑20进行反压回填，且若当前施工段为非首段时，对相邻段已开挖出的隧道核部进行局部洞渣反压回填，其中，反压回填长度均大于或等于5米。

接着，采用预留核心土环形导坑开挖，在主洞上部501上台阶5011开挖进尺5米后，立即进行主洞上部501中台阶5012两侧开挖，按照每5米一个短台阶闭合段施工，完成一个闭合段后方可进行下一5米段循环施工。主洞上部501上台阶5011采用弱爆破开挖，开挖距离小于或等于两榀钢架距离，开挖完成后对岩面进行混凝土喷射，混凝土喷射厚度优选为4厘米，接着安装第三初支单元513的第三拱部钢架531，第三拱部钢架531的安装包括安装钢架、钢筋网片、连接钢筋和锁脚锚管并焊接牢固。此外，在台阶钢架的两侧分别设置大拱脚结构532。然后，进行混凝土喷射，并均匀密实，其中，混凝土喷射厚度优选为27厘米。

主洞上部501上台阶5011的5米挡墙循环完毕后，对主洞上部501中台阶5012两侧进行开挖，且开挖距离小于或等于两榀钢架，左右两侧中台阶512错开2米以上。开挖时，采用弱爆破对主洞上部501中台阶5012第一侧进行开挖，随后对开挖出的岩面进行混凝土初喷，混凝土初喷厚度优选为4厘米。接着，拆除第一导坑10顶部相应的支护结构，并安装第四支护单元521的第五侧壁钢架，第二侧壁钢架5211的安装包括安装钢架、大拱脚结构、钢筋网片、连接钢筋和锁紧锚管，并焊接固定，其中，第五侧壁钢架521的两端分别与第三拱部钢架第一端预留的连接板、第一侧墙结构3的第一墙体钢架32预留的连接板连接，并保证连接的精度和连接的稳固性。

采用弱爆破对主洞上部501中台阶5012第二侧进行开挖，随后对开挖出的岩面进行混凝土初喷，混凝土初喷厚度优选为4厘米。接着，拆除第二导坑20顶部相应的支护结构，并安装第五支护单元522的第六侧壁钢架，第六侧壁钢架的安装包括安装钢架、大拱脚结构、钢筋网片、连接钢筋和锁紧锚管，并焊接固定，其中，第六侧壁钢架的两端分别与第三拱部钢架的第二端预留的连接板、第二侧墙结构4的第二墙体钢架32预留的连接板连接，并保证连接的精度和连接的稳固性。

滞后于主洞50上、中台阶施工5米至10米，开挖预留核心土部分，并在开挖后对第一导坑10、第二导坑20顶部剩余的支护结构进行拆除，及拆除第一导坑10、第二导坑20位于隧道断面内的顶部的剩余钢架结构。

参照图14，主洞中部施工包括：

滞后于主洞上部501施工5米至10米，开挖主洞中部502并同步开挖第一导坑10、第二导坑20内的回填土，并在开挖完成后拆除第一导坑10、第二导坑20相应的支护结构。其中，第一导坑10、第二导坑20内回填土的高度与台阶高度平齐。

参照图15，主洞下部施工包括：

滞后于主洞中部502施工5米至10米，开挖主洞下部503并同步开挖第一导坑10、第二导坑20内的回填土，在开挖完成后拆除第一导坑10、第二导坑20相应的支护结构，并进行隧道隧底初期支护。

具体地，采用弱爆破对主洞下部503进行开挖，并保证隧道断面隧底开挖距离小于或等于3米，开挖时同步开挖第一导坑10、第二导坑20内的回填土，在开挖完成后拆除第一导坑10、第二导坑20相应的支护结构。接着，对主洞下部503的隧底岩面进行混凝土初喷，混凝土初喷厚度为4厘米。接着，朝隧底施作锚杆并进行管内注浆，锚杆长度优选为4米。接着，安装第六支护单元532的隧底钢架和连接钢筋，并焊接牢固，其中，隧底钢架的两端分别与第一基础钢架31的连接板、第二基础钢架41的连接板连接，并保证连接的精度和连接的稳固性。然后，进行混凝土喷射，并均匀密实，混凝土喷射厚度优选为27厘米。

参照图16，隧道仰拱施工包括:

进行衬砌钢筋绑扎，在对衬砌钢筋和仰拱进行安装后进行混凝土浇筑，其中，衬砌钢筋为双层钢筋，混凝土优选采用C35混凝土。

隧道仰拱填充施工包括：

隧道仰拱施工完成后，安装仰拱填充模板，并进行仰拱填充混凝土浇筑，混凝土优选采用C20混凝土。

参照图17，隧道二衬施工包括：

隧道仰拱填充施工完成后，进行二衬模板安装，并进行隧道二衬混凝土浇筑，二衬模板所用衬砌钢筋为双层钢筋，混凝土优选采用C35混凝土。

综上可见，本实用新型提供的大断面隧道开挖支护结构及其施工方法具有以下特点：

第一，隧道断面环向初支钢拱架多段连接，且为由下而上安装，使得初支钢拱架安装的垂直度、初支钢拱架间的连接质量及连接精度均能得到有效控制，保证闭合成环后的受力性能。

第二，通过对导坑结构及侧墙的设置，使得导坑侧壁的临时钢架能够跟随主洞的开挖进行同步拆除，提高施工效率。

第三，通过侧墙的位置设置和结构设置，使得侧墙具有抵抗水平高地应力的效果。

第四，在导坑和隧道断面拱部开挖及支护施工过程中，采用反压导坑、反压回填和短台阶快速封闭落地的施工方式，能够快速将隧道断面拱部支护落在导坑、侧墙顶部，并形成整体封闭式初支结构，从而将隧道断面拱部应力向侧墙的墙体和基础进行转移，进而确保隧道上部施工安全。

第五，导坑内部的反压回填还可确保中隔墙开挖时应力向两侧导坑分散，使反压回填部分与中隔墙之间形成一个稳定的整体结构，并大大降低了导坑内侧临时支护钢架拆除时的安全风险。

第六，主洞下部仰拱开挖支护采用短台阶施工，进而实现快速开挖、快速封闭，此外，结合侧墙的结构设置实现抑制仰拱发生隆起变形，从而彻底解决隧道断面不良地质中施工的技术难题。

综上，在导坑内设置侧墙，并使侧墙与隧道断面的外轮廓贴合，使得侧墙能够接收隧道断面传递的应力荷载，使应力荷载向侧墙的墙体和基础转移，以保证隧道上部施工的安全，并达到抵抗水平高地应力的效果。此外，侧墙还能够与隧道开挖过程中的对导坑、主洞反压回填处理以及短台阶开挖施工相配合，使得能够快速将隧道断面拱部支护落在导坑和侧墙顶部，并与导坑、侧墙形成封闭式初期支护结构，实现应力荷载的传递和转移。再者，导坑及侧墙配合隧道主洞开挖过程中的反压回填还能够确保中隔墙开挖时应力向两侧导坑分散，使反压回填部分与中隔墙形成整体稳定结构，大大降低了导坑内侧立式支护钢架拆除时的安全风险。另外，导坑及侧墙配合主洞下部仰拱开挖短台阶施工，能够实现快速开挖、快速封闭，通过侧墙结构起到抑制仰拱发生隆起变形，解决隧道断面在不良地质中的技术难题。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.大断面隧道开挖支护结构，其特征在于，包括：

第一导坑支护结构，所述第一导坑支护结构包括第一超前小导管和第一初支单元，所述第一超前小导管设置于第一导坑的拱部，所述第一初支单元设置于所述第一导坑的内壁，沿隧道的纵向，所述第一导坑与隧道断面部分重叠；

第二导坑支护结构，所述第二导坑支护结构包括第二超前小导管和第二初支单元，所述第二超前小导管设置于第二导坑的拱部，所述第二初支单元设置于所述第二导坑的内壁，沿隧道的纵向，所述第二导坑与所述隧道断面部分重叠；

第一侧墙结构，所述第一侧墙结构设置于所述第一导坑内，所述第一侧墙结构位于所述隧道断面外，所述第一侧墙结构与所述第一初支单元邻接；

第二侧墙结构，所述第二侧墙结构设置于所述第二导坑内，所述第二侧墙结构位于所述隧道断面外，所述第二侧墙结构与所述第二初支单元邻接；

主洞上部上台阶支护结构，所述主洞上部上台阶支护结构包括中管棚、大插角小导管和第三初支单元，所述中管棚、所述大插角小导管均设置于主洞上部上台阶的拱部，所述第三初支单元设置于所述主洞上部上台阶的内壁；

主洞上部中台阶支护结构，所述主洞上部中台阶支护结构包括第四初支单元和第五初支单元，所述第四初支单元设置于主洞上部中台阶的第一侧的内壁，所述第四初支单元的两端分别与所述第一侧墙结构的第一端、所述第三初支单元的第一端连接，所述第五初支单元设置于所述主洞上部中台阶的第二侧的内壁，所述第五初支单元的两端分别与所述第二侧墙结构的第一端、所述第三初支单元的第二端连接；

主洞下部支护结构，所述主洞下部支护结构包括锚杆和第六初支单元，所述锚杆自主洞下部向外延伸设置，所述第六初支单元设置于所述主洞下部的内壁，所述第六初支单元的两端分别与所述第一侧墙结构的第二端、所述第二侧墙结构的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第一侧墙结构、所述第二侧墙结构均呈L型设置；

所述第一侧墙结构、所述第二侧墙结构呈对称设置；

所述第一侧墙结构的墙趾与所述第二侧墙结构的墙趾相向设置。

3.根据权利要求2所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第一侧墙结构包括第一基础钢架、第一墙体钢架和第一混凝土结构，所述第一基础钢架与所述第一墙体钢架固定连接，所述第一墙体钢架与所述第四初支单元连接，所述第一基础钢架与所述第六初支单元的第一端连接，所述第一混凝土结构包裹所述第一基础钢架、所述第一墙体钢架；

所述第二侧墙结构包括第二基础钢架、第二墙体钢架和第二混凝土结构，所述第二基础钢架与所述第二墙体钢架固定连接，所述第二墙体钢架与所述第五初支单元连接，所述第二基础钢架与所述第六初支单元的第二端连接，所述第二混凝土结构包裹所述第二基础钢架、所述第二墙体钢架。

4.根据权利要求3所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第一初支单元包括第一拱部钢架、第一锁脚锚管、第二锁脚锚管、第一侧壁钢架和第二侧壁钢架，所述第一拱部钢架安装在所述第一导坑的拱部，所述第一拱部钢架分别与所述第一侧壁钢架、所述第二侧壁钢架固定连接，所述第一锁脚锚管安装在所述第一导坑远离所述隧道断面的一侧，所述第二锁脚锚管安装在所述第一导坑靠近所述隧道断面的一侧，所述第一侧壁钢架安装在所述第一导坑远离所述隧道断面的一侧并覆盖于所述第一锁脚锚管上，所述第二侧壁钢架安装在所述第一导坑靠近所述隧道断面的一侧并覆盖于所述第二锁脚锚管上；

所述第二初支单元包括第二拱部钢架、第三锁脚锚管、第四锁脚锚管、第三侧壁钢架和第四侧壁钢架，所述第二拱部钢架安装在所述第二导坑的拱部，所述第二拱部钢架分别与所述第三侧壁钢架、所述第四侧壁钢架固定连接，所述第三锁脚锚管安装在所述第二导坑远离所述隧道断面的一侧，所述第四锁脚锚管安装在所述第二导坑靠近所述隧道断面的一侧，所述第三侧壁钢架安装在所述第二导坑远离所述隧道断面的一侧并覆盖于所述第三锁脚锚管上，所述第四侧壁钢架安装在所述第二导坑靠近所述隧道断面的一侧并覆盖于所述第四锁脚锚管上。

5.根据权利要求4所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第一锁脚锚管、所述第三锁脚锚管的长度均为5米至7米；

所述第二锁脚锚管、所述第四锁脚锚管的长度均为2米至4米。

6.根据权利要求4所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第三初支单元包括第三拱部钢架，所述第三拱部钢架安装在所述主洞上部上台阶的拱部，所述第三拱部钢架的两端分别设置有大拱脚结构，且所述第三拱部钢架覆盖于所述中管棚、所述大插角小导管上。

7.根据权利要求6所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第四初支单元包括第五侧壁钢架，所述第五侧壁钢架安装在所述主洞上部中台阶的第一侧的内壁，且所述第五侧壁钢架分别与所述第一墙体钢架、所述第三拱部钢架的第一端连接；

所述第五初支单元包括第六侧壁钢架，所述第六侧壁钢架安装在所述主洞上部中台阶的第二侧的内壁，且所述第六侧壁钢架分别与所述第二墙体钢架、所述第三拱部钢架的第二端连接。

8.根据权利要求7所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第六初支单元包括隧底钢架，所述隧底钢架安装在所述主洞下部的内壁，所述隧底钢架分别与所述第一基础钢架、所述第二基础钢架连接，且所述隧底钢架覆盖于所述锚杆上；

所述锚杆的长度为3米至5米，且所述锚杆内灌筑有混凝土。

9.根据权利要求1至8任一项所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述第一超前小导管、所述第二超前小导管均沿隧道的纵向设置，所述第一超前小导管、所述第二超前小导管的长度均为2.5米至4.5米，且所述第一超前小导管、所述第二超前小导管内均灌筑有混凝土。

10.根据权利要求9所述的大断面隧道开挖支护结构，其特征在于：

所述中管棚沿隧道的纵向设置，所述中管棚的长度为13米至17米，且所述中管棚内灌筑有混凝土；

所述大插角小导管沿所述主洞上部台阶的拱部的法线设置，所述大插角小导管的长度为2米至4米，且所述大插角小导管内灌筑有混凝土。