隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法
2023-05-13 12:52:41 2
專利名稱：隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法
技術領域：
本發明涉及隧道施工方法，具體涉及用於大跨度隧道的雙側壁導洞結合拱部跳挖法。
背景技術：
開挖是隧道施工的第一道工序，在隧道的開挖過程中，圍巖的穩定與否，除了與隧道周圍的地質條件和注漿、管棚等預支護措施相關以外，還受到隧道斷面的開挖方法的直接影響，尤其對於大跨度、大斷面隧道，其開挖步驟較多，開挖步驟導致應力變化頻繁，從而引起隧道周圍大範圍塑性區，更易產生土體極限破壞。隧道工程施工質量的重要衡量標準是地表沉降以及圍巖的穩定，大量的工程實踐經驗表明，針對隧道斷面的大小及形狀、圍巖的工程地質條件、支護措施工期要求、工區長度、機械配備能力、經濟等相關因素綜合分析，採用恰當的隧道開挖方法，能夠有效的改善開挖對於圍巖穩定的影響，減小隧道開挖引起的地表沉降。目前採用的開挖方法主要有全斷面法、臺階法以及分部開挖法，對於軟弱地層中的大斷面隧道，由於全斷面法一次性開挖斷面面積過大以及臺階法支護結構的閉合時間長造成這兩種開挖方法很難控制圍巖的穩定以及地表的沉降。因此，目前在軟弱地層中進行大斷面隧道開挖多採用分部開挖方法， 主要包括環形開挖預留核心土法、雙側壁導坑法、中隔壁法等，這些施工方法雖然在穩定圍巖、減小沉降方面有了較大進步，但在其施工時為按部就班地由洞口往後進行隧道土體的開挖施工，使得洞口的應力集中現象明顯、受力複雜，未考慮隧道土體開挖的空間效應，不利於圍巖穩定。
發明內容
本發明的目的是針對大斷面隧道開挖方法的不足之處，提供一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，該方法的總原則是先牆後拱法，即雙側壁導洞及初支完成後，先施作邊牆二次襯砌，然後再分塊開挖拱部土體，施作初支結構，澆築拱部二襯混凝土。開挖隧道拱部時首先開挖拱部中導洞，離開洞口從中導洞底部向兩邊開挖，形成拱部初支結構後立即施作拱部二襯混凝土，由裡向外逐步完成大跨度隧道拱部結構的開挖。本發明目的實現由以下技術方案完成
一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，用於大跨度、大斷面隧道，其特徵在於所述方法首先開挖位於隧道兩側的側壁導洞部分，之後開挖隧道拱部土體，其步驟是首先開挖隧道拱部中導洞；之後離開拱部洞口從所述中導洞開挖深度的底部位置向隧道兩側邊開挖位於隧道拱部兩旁側壁導洞；最後再由裡向外逐步完成隧道拱部的開挖。所述側壁導洞分塊、逐一完成開挖，並施作臨時支護結構，兩側壁導坑開挖時各側導洞分塊之間沿縱向必須具有一定的錯距，即錯距施工。之後進行隧道拱部中導洞開挖，開挖後左右兩側架立臨時支撐、底部鋪設臨時橫撐，然後從拱部中導洞底部向兩邊開挖拱部側導洞，施作其拱部以及底部中導洞的支護結構和兩邊側壁導洞的二襯混凝土襯砌，待拱部支護結構與邊牆的支護結構閉合後，分段拆除兩側壁導洞臨時支護結構。然後從裡向外逐步完成隧道拱部土體的開挖，並拆除中導洞側向臨時支撐與臨時橫撐。本發明的優點在於充分考慮大跨度隧道拱部開挖的空間效應，減少開挖斷面的應力集中，從而利於圍巖穩定，並減少開挖引起的圍巖擾動與變形。該方法可以起到控制大斷面隧道開挖引起的較大的地面沉降，同時採用拱部中導洞先開挖然後從中導洞內部向兩側開挖拱部側壁導坑的方法可以增加開挖面，提高開挖效率節約工期。
圖1為側洞上導坑開挖示意圖； 圖2為側洞中導坑開挖示意圖3為側洞下導坑開挖示意圖； 圖4為拱部中導洞開挖示意圖； 圖5為模築側牆二襯混凝土示意圖； 圖6為開挖拱部中導坑底部側導坑示意圖； 圖7為開挖洞口部位拱部側導坑示意圖； 圖8為開挖上部核心土示意圖； 圖9為開挖下部核心土示意圖； 圖10為隧道開挖完成示意圖； 圖11為本發明設計拱部跳挖三維示意圖； 圖12為本發明設計拱部跳挖平面示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖通過實施例對本發明設計特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明， 以便於同行業技術人員的理解
附圖1-12中標號1-20代表的是左側上導坑1、右側上導坑2、左側中導坑3、右側中導坑4、左側下導坑5、右側下導坑6、拱部中導坑7、拱部側導坑8、上部核心土 9、下部核心土 10、側導坑初期支護11、測導坑臨時支護12、橫聯13、中導坑立柱14、拱部初期支護15、仰拱初期支護16、側牆二次襯砌17、仰拱二次襯砌18、中導坑橫撐19、拱部二次襯砌20。如圖1-10所示，本實施例針對的大跨度隧道是指高跨比小於0. 8且隧道跨度大於 10m。施工工序如下依次為
圖1所示為側洞上導坑開挖示意圖。開挖左側上導坑1和右側上導坑2，施作側導坑初期支護11、側導坑臨時支護12 (即中隔牆)以及橫聯13。圖2所示為側洞中導坑開挖示意圖。開挖左側中導坑3和右側中導坑4，施作側導坑初期支護11、側導坑臨時支護12以及橫聯13。圖3所示為側洞下導坑開挖示意圖。開挖左側下導坑5和右側下導坑6，施作側導坑初期支護11、側導坑臨時支護12。
圖4所示為拱部中導洞開挖示意圖。開挖拱部中導坑7，左右側架立立柱14，底部鋪設臨時橫撐19，拱部施工初期支護15。圖5所示為模築側牆二襯混凝土示意圖。施工左側洞與右側洞邊牆二襯混凝土 17。圖6所示為開挖拱部中導坑底部的側導坑示意圖。離開洞口從拱部中導坑底部向兩邊開挖拱部側導坑8，施作拱部兩側初支結構15以及中導洞底部和兩邊側導洞的二襯混凝土襯砌(即拱部二次襯砌20)，待拱部支護結構與邊牆支護結構閉合後，分段拆除左側導洞1、2、3與右側導洞4、5、6的橫聯13。圖7所示為開挖洞口部位拱部側導坑8示意圖。從圖6施工完成的隧道拱部結構向洞口方向繼續開挖剩餘的拱部側導坑8，分段拆除拱部中導坑7的臨時支護結構兩側工字鋼立柱14以及底部的鋼管橫撐19，逐步完成大跨度隧道的拱部結構開挖。圖8所示為開挖上部核心土示意圖。開挖上部核心土 9，分段拆除左側導洞1、2、3 與右側導洞4、5、6的部分臨時支護中隔牆12。圖9所示為開挖下部核心土示意圖。開挖下部核心土 10，分段拆除左側導洞1、2、 3與右側導洞4、5、6的部分臨時支護中隔牆12，施工仰拱初期支護16，隧道初期支護結構閉合成環。圖10所示為隧道開挖完成示意圖。施工仰拱二次襯砌18，隧道二次襯砌結構閉合成環，本循環大跨度隧道開挖完成。圖11所示為本發明設計拱部跳挖三維示意圖，即隧道一次開挖循環的縱斷面示意圖。圖12所示為本發明設計拱部跳挖平面示意圖，即隧道一次開挖循環的橫斷面示意圖。為了減小大跨隧道開挖引起的地表沉降量及地表沉降槽的範圍，本發明設計在實施中須遵循以下原則(1)兩側導洞不能齊頭並進，必須在縱向前後保持一定的錯距，單一側導洞分三步開挖，每步至少保持4m的錯距，以利於掌子面穩定；(2)拱部分三塊開挖，先開挖拱部中導坑，然後從裡向外跳挖兩側土體；(3)施作邊牆及拱部二襯之後再開挖核心土，最後施作仰拱。
權利要求
1.一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，用於大跨度、大斷面隧道，其特徵在於所述方法首先開挖位於隧道兩側的側壁導洞部分，之後開挖隧道拱部土體，其步驟是首先開挖隧道拱部中導洞；之後離開拱部洞口從所述中導洞開挖面向隧道兩側邊開挖位於隧道拱部兩旁側壁導洞；最後再由裡向外逐步完成隧道拱部的開挖。
2.根據權利要求1所述的一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，其特徵在於所述側導洞分塊、逐一完成開挖，並施作臨時支護結構，兩側壁導坑開挖時各側導洞分塊之間沿縱向必須具有一定的錯距，即錯距施工。
3.根據權利要求1所述的一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，其特徵在於位於隧道兩側的側壁導洞完成開挖後，先施作完成隧道邊牆的二次襯砌，然後再分塊、逐一開挖拱部土體。
4.根據權利要求3所述的一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，其特徵在於側壁導洞完成開挖後，首先進行隧道拱部中導洞開挖，左右兩側架立臨時支撐、底部鋪設臨時橫撐，然後從拱部中導洞底部向兩邊開挖拱部側導坑，施作拱部以及中導洞底部的支護結構和兩邊側壁導洞的二襯混凝土襯砌，待拱部支護結構與邊牆的支護結構閉合後，分段拆除兩側壁導洞臨時支護結構。
5.根據權利要求4所述的一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，其特徵在於隧道拱部中導洞底部兩旁拱部側導坑開挖完成後，立即施作隧道拱部初支結構、模築拱部二襯混凝土，及時閉合邊牆與拱部的支護結構。
6.根據權利要求5所述的一種隧道雙側壁導坑結合拱部跳挖開挖方法，其特徵在於所述支護結構閉合後，從裡向外逐步完成隧道拱部土體的開挖，然後拆除中導洞側向臨時支撐與臨時橫撐。
全文摘要
本發明設計涉及一種新型的大跨度隧道開挖施工方法，即雙側壁導洞結合拱部跳挖的開挖方法，在雙側壁導洞與邊牆二次襯砌施工完成後，分塊開挖大跨隧道拱部土體。開挖隧道拱部時首先開挖拱部中導洞，之後離開洞口從中導洞開挖面向兩邊開挖隧道拱部兩側導洞，施作此位置拱部的初支結構與二次襯砌，然後再由裡向外逐步完成大跨度隧道拱部結構的開挖。本發明設計考慮了隧道開挖與支護的空間效應，減小了拱部開挖時洞口處的應力集中，在保證大跨度隧道斷面開挖圍巖的穩定以及控制隧道開挖引起的較大地面沉降方面效果顯著。
文檔編號E21D11/10GK102182466SQ201110087799
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者李永利, 李濤, 王立達, 魏雋 申請人:中鐵上海設計院集團有限公司