十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法
2023-06-05 10:53:46
十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法，解決了現有技術在帶狀深層風化構造帶巖體地層上開挖隧道時存在的極易發生坍塌湧泥事故的問題。包括在隧道開挖輪廓線以外施作超前支護加固圈(1)；分六塊開挖位於超前支護加固圈內的導坑，並將豎向臨時支護鋼架依次銜接，使支撐力分級傳遞，在沿著隧道開挖方向支護各導坑初期支護鋼架，在各導坑初期支護鋼架內安裝各導坑網格狀排水板，在各導坑網格狀排水板內灌築各導坑二次襯砌層；在仰拱二次襯砌層(30)上部灌注仰拱填充混凝土(31)。本發明的施工方法大大的降低了對深風化巖體的擾動，使軟弱富水深風化圍巖的變形和下沉得到及時有效的控制，縮短了隧道穿越深風化軟弱層開挖循環時間。
【專利說明】十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鐵路大斷面隧道穿越帶狀深風化富水軟弱構造地帶的開挖及支護施工方法。
【背景技術】
[0002]帶狀深層風化構造帶巖體，具有以下幾個特徵:軟弱夾層規模巨大，極為富水，水壓高，軟弱帶物質組成複雜，風化深度大，擾動後極易流失，容易造成湧泥。在這種地質條件下修建鐵路隧道時不能採用全斷面、臺階、CRD等常規方法進行隧道開挖與支護作業，這些傳統的施工方法施工時圍巖荷載全部是由初期支護承擔的，一般要經過較長時間後才進行二次襯砌的施工，靠初期支護承擔圍巖荷載時間較長對於極軟地層在這段時間裡極易發生坍塌、突水湧泥事故，使隧道施工不能正常進行，威脅到施工作業人員的安全，拖延整體工期，加大工程投資費用。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法，解決了現有技術在帶狀深層風化構造帶巖體地層上開挖隧道時存在的極易發生坍塌、突水湧泥事故的問題。
[0004]一種十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法，包括以下步驟:
[0005]第一步、在隧道開挖輪廓線以外施作超前支護加固圈；
[0006]第二步、開挖位於超前支護加固圈左上位置的小扇形的I號導坑，I號導坑開挖深度為10-15米；在I號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼，在I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼與I號導坑右側壁頂部之間支護I號導坑豎向臨時支護鋼架，在I號導坑豎向臨時支護鋼架上向右上方打設固定錨管，在I號導坑的左側壁底部沿隧道開挖方向放置I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼，在I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼之間安裝I號導坑橫向臨時支護鋼架，在I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼上沿著隧道開挖方向支護I號導坑初期支護鋼架，在I號導坑初期支護鋼架內側安裝I號導坑網格狀排水板，在I號導坑網格狀排水板內側灌築I號導坑二次襯砌層；
[0007]第三步、開挖位於超前支護加固圈右上位置的大扇形的II號導坑，II號導坑開挖深度為10-15米；在II號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼，在II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與II號導坑右側壁頂部之間支護II號導坑初期支護鋼架，在II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼之間安裝II號導坑橫向臨時支護鋼架，在II號導坑初期支護鋼架內側安裝II號導坑網格狀排水板，II號導坑網格狀排水板內側灌築II號導坑二次襯砌層；
[0008]第四步、開挖位於I號導坑下面的長條形的III號導坑，III號導坑開挖深度為8-10米；在III號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼，在III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼之間支護III號導坑右側壁豎向臨時支撐支架，在III號導坑左側壁底部沿著開挖方向安裝III號導坑左側壁底部槽鋼，在III號導坑左側壁底部槽鋼與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼之間安裝III號導坑橫向臨時支護鋼架，在III號導坑左側壁底部槽鋼與I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼之間支護III號導坑左側壁豎向初期支護鋼架，在III號導坑左側壁豎向初期支護鋼架內側安裝III號導坑網格狀排水板，在III號導坑網格狀排水板內側灌築III號導坑二次襯砌層；
[0009]第五步、開挖位於大扇形的II號導坑下面的長條形的IV號導坑，IV號導坑開挖深度為8-10米；在長條形的IV號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼，在IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼之間支護IV號導坑右側壁豎向初期支護鋼架，在IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼之間安裝IV號導坑橫向臨時支護鋼架，在IV號導坑豎向初期支護鋼架內安裝IV號導坑網格狀排水板，在IV號導坑網格狀排水板內灌築IV號導坑二次襯砌層；
[0010]第六步、開挖位於長條形的III號導坑下面的左半仰拱V號導坑，左半仰拱V號導坑開挖深度為5-8米；在左半仰拱V號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置左半仰拱V號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼，在左半仰拱V號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼之間支護V號導坑豎向臨時支護鋼架；開挖位於IV號導坑下面的右半仰拱VI號導坑，右半仰拱VI號導坑開挖深度為5-8米；在III號導坑左側壁底部槽鋼與IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼之間沿仰拱底部安裝仰拱初期支護鋼架，在仰拱初期支護鋼架內側安裝仰拱網格狀排水板，在仰拱網格狀排水板內側安裝仰拱二次襯砌層，在仰拱二次襯砌層上面灌注仰拱填充混凝土。
[0011]本發明的施工方法大大的降低了對敏感巖石層的擾動，使軟弱富水深風化圍巖的變形和下沉得到及時有效的控制，圍巖荷載分步及時向二次襯砌轉移，使整個結構體系受力由初期支護和二次襯砌組成的支撐體系共同承擔，提高了軟弱深化帶巖層隧道開挖的安全性，加快了施工進度，提高了施工質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]一種十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法，包括以下步驟:
[0014]第一步、在隧道開挖輪廓線以外施作超前支護加固圈I ;
[0015]第二步、開挖位於超前支護加固圈左上位置的小扇形的I號導坑，I號導坑開挖深度為10-15米；在I號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼9，在I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼9與I號導坑右側壁頂部之間支護I號導坑豎向臨時支護鋼架6，在I號導坑豎向臨時支護鋼架6上向右上方打設固定錨管8，在I號導坑的左側壁底部沿隧道開挖方向放置I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼2，在I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼2與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼9之間安裝I號導坑橫向臨時支護鋼架7，在I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼2上沿著隧道開挖方向支護I號導坑初期支護鋼架3，在I號導坑初期支護鋼架3內側安裝I號導坑網格狀排水板4，在I號導坑網格狀排水板4內側灌築I號導坑二次襯砌層5 ；
[0016]第三步、開挖位於超前支護加固圈右上位置的大扇形的II號導坑，II號導坑開挖深度為10-15米；在II號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼10，在II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼10與II號導坑右側壁頂部之間支護II號導坑初期支護鋼架12，在II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼10與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼9之間安裝II號導坑橫向臨時支護鋼架11，在II號導坑初期支護鋼架12內側安裝II號導坑網格狀排水板13，II號導坑網格狀排水板13內側灌築II號導坑二次襯砌層14 ；
[0017]第四步、開挖位於I號導坑下面的長條形的III號導坑，III號導坑開挖深度為8-10米；在III號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼15，在III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼15與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼9之間支護III號導坑右側壁豎向臨時支撐支架16,在III號導坑左側壁底部沿著開挖方向安裝III號導坑左側壁底部槽鋼17，在III號導坑左側壁底部槽鋼17與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼15之間安裝III號導坑橫向臨時支護鋼架18，在III號導坑左側壁底部槽鋼17與I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼2之間支護III號導坑左側壁豎向初期支護鋼架19，在III號導坑左側壁豎向初期支護鋼架19內側安裝III號導坑網格狀排水板20，在III號導坑網格狀排水板20內側灌築III號導坑二次襯砌層21 ；
[0018]第五步、開挖位於大扇形的II號導坑下面的長條形的IV號導坑，IV號導坑開挖深度為8-10米；在長條形的IV號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼22，在IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼22與II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼10之間支護IV號導坑右側壁豎向初期支護鋼架23，在IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼22與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼15之間安裝IV號導坑橫向臨時支護鋼架32，在IV號導坑豎向初期支護鋼架23內側安裝IV號導坑網格狀排水板24，在IV號導坑網格狀排水板24內側灌築IV號導坑二次襯砌層25 ；
[0019]第六步、開挖位於長條形的III號導坑下部的左半仰拱V號導坑，左半仰拱V號導坑開挖深度為5-8米；在左半仰拱V號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置左半仰拱V號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼26，在左半仰拱V號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼26與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼15之間支護V號導坑豎向臨時支護鋼架27 ;開挖位於IV號導坑下部的右半仰拱VI號導坑，右半仰拱VI號導坑開挖深度為5-8米；在III號導坑左側壁底部槽鋼17與IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼22之間沿仰拱底部安裝仰拱初期支護鋼架28，在仰拱初期支護鋼架28內側安裝仰拱網格狀排水板29，在仰拱網格狀排水板29內側安裝仰拱二次襯砌層30，在仰拱二次襯砌層30上面灌注仰拱填充混凝土 31。
[0020]本發明技術是在隧道穿越帶狀深風化富水陡傾軟弱構造層實踐中總結出的。與傳統方法相比，本方法主要有以下創新點:本十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法，由於在拆除臨時支撐前，二次襯砌已經形成封閉結構，因此在拆除臨時支撐的瞬間，二次襯砌將與初期支護組成新的承載體系，圍巖荷載由初期支護和二次襯砌組成的支撐體系共同承擔，確保施工的安全；二次襯砌混凝土分部澆築，最後成環；在每一塊的開挖當中，都是由初期支護及臨時支撐來共同擔當承載主體，每一塊都要分部施作二次襯砌，當二次襯砌成環後，荷載將由初期支護、臨時支撐以及二次襯砌共同承擔，並且能保證在臨時支撐拆除後，二次襯砌能夠瞬間與初期支護共同組成新的承載體系。整個工作面的開挖，是採用「化大為小，步步成環，將大斷面改為小斷面」的原則施工，減少對圍巖的擾動，使圍巖的變形和下沉得到控制。
[0021]本發明的施工方法在隧道穿越深風化富水軟弱層可一次開挖進尺5-15米，縮短了循環時間，大大加快了施工進度。
【權利要求】
1.一種十字交叉開挖支撐後拆式隧道施工方法，包括以下步驟: 第一步、在隧道開挖斷面輪廓線以外施作超前支護加固圈(I); 第二步、開挖位於超前支護加固圈內左上位置的小扇形的I號導坑，I號導坑開挖深度為10-15米；在I號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼(9)，在I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼(9)與I號導坑右側壁頂部之間支護I號導坑豎向臨時支護鋼架(6)，在I號導坑豎向臨時支護鋼架(6)上向右上方打設固定錨管(8)，在I號導坑的左側壁底部沿隧道開挖方向放置I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(2)，在I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(2)與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼(9)之間安裝I號導坑橫向臨時支護鋼架(7)，在I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(2)上沿著隧道開挖方向支護I號導坑初期支護鋼架(3)，在I號導坑初期支護鋼架(3)內側安裝I號導坑網格狀排水板(4)，在I號導坑網格狀排水板(4)內側灌築I號導坑二次襯砌層(5)；第三步、開挖位於超前支護加固圈右上位置的大扇形的II號導坑，II號導坑開挖深度為10-15米；在II號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(10)，在II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(10)與II號導坑右側壁頂部之間支護II號導坑初期支護鋼架(12)，在II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(10)與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼(9)之間安裝II號導坑橫向臨時支護鋼架(11)，在II號導坑初期支護鋼架(12)內側安裝II號導坑網格狀排水板(13)，II號導坑網格狀排水板(13)內側灌築II號導坑二次襯砌層(14)； 第四步、開挖位於I號 導坑下面的長條形的III號導坑，III號導坑開挖深度為8-10米；在III號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(15)，在III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(15)與I號導坑的豎向臨時支護鋼架支撐槽鋼(9)之間支護III號導坑右側壁豎向臨時支撐支架(16)，在III號導坑左側壁底部沿著開挖方向安裝III號導坑左側壁底部槽鋼(17)，在III號導坑左側壁底部槽鋼(17)與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(15)之間安裝III號導坑橫向臨時支護鋼架(18)，在III號導坑左側壁底部槽鋼(17)與I號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(2)之間支護III號導坑左側壁豎向初期支護鋼架(19)，在III號導坑左側壁豎向初期支護鋼架(19)內側安裝III號導坑網格狀排水板(20)，在III號導坑網格狀排水板(20)內側灌築III號導坑二次襯砌層(21)； 第五步、開挖位於大扇形的II號導坑下面的長條形的IV號導坑，IV號導坑開挖深度為8-10米；在長條形的IV號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(22)，在IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(22)與II號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(10)之間支護IV號導坑右側壁豎向初期支護鋼架(23)，在IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(22)與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(15)之間安裝IV號導坑橫向臨時支護鋼架(32)，在IV號導坑豎向初期支護鋼架(23)內側安裝IV號導坑網格狀排水板(24)，在IV號導坑網格狀排水板(24)內側灌築IV號導坑二次襯砌層(25)； 第六步、開挖位於長條形的III號導坑下面的左半仰拱V號導坑，左半仰拱V號導坑開挖深度為5-8米；在左半仰拱V號導坑的右側壁底部沿隧道開挖方向放置左半仰拱V號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(26)，在左半仰拱V號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(26)與III號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(15)之間支護V號導坑豎向臨時支護鋼架(27);開挖位於IV號導坑下面的右半仰拱VI號導坑，右半仰拱VI號導坑開挖深度為5-8米；在III號導坑左側壁底部槽鋼(17)與IV號導坑初期支護鋼架支撐槽鋼(22)之間沿仰拱底部安裝仰拱初期支護鋼架(28)，在仰拱初期支護鋼架(28)內側安裝仰拱網格狀排水板(29)，在仰拱網格狀排水板(29)內側安裝仰拱二次襯砌層(30)，在仰拱二次襯砌層(30)上面灌注仰拱填充混凝土(31)。`
【文檔編號】E21D9/04GK103670427SQ201310716954
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】趙立財 申請人:中鐵十九局集團第三工程有限公司