軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法
2023-05-13 13:00:31
專利名稱：軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法
技術領域：
本發明涉及鐵路隧道開挖施工方法，特別涉及一種軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法。
背景技術：
進入二十一世紀後我國鐵路建設高速發展，隨著西南山區高速鐵路的快速和大規模修建，由於受曲線半徑大、地形地質條件複雜、環保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設站條件極為困難。因此，為提高艱險山區修建高速鐵路選線、設站的自由度，使得山區車站布置型式更為靈活、車站功能更易得到保證，特大跨度四線車站隧道的修建將愈來愈多。目前，鐵路單雙線隧道及公路隧道開挖的基本方法有主要有全斷面法、臺階法、 臺階分部法、上下導坑法、上導坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法及雙側壁導坑法等。對於跨度達到20 30m的四線大跨隧道，當圍巖地層主要為泥巖，泥質砂巖及砂質泥巖等軟(質)巖地層時，若採用上述開挖施工方法非常困難，存在臨時支撐多、拆撐距離受限、圍巖易變形、 不穩定以及施工操作不便等問題，施工安全、工期進度將不能保證。因此，為了保證確保施工安全，提高施工質量，加快施工進度，節約工程投資，必須採用新的開挖施工方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種軟巖四線大跨隧道的開挖施工方法，具有施工安全、快速和操作簡單的特點，而且工程造價較低，適合大型機械進行施工。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下本發明的軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，包括如下步驟 ①開挖兩側側壁導洞，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護；②灌築兩側臺座基礎；③分別開挖兩側拱部側導洞，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護，並在相應初期支護的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索，該相應初期支護的下端支承於臺座基礎頂面；④分臺階開挖拱部核心土，開挖其上臺階前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護，並在該初期支護的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索，拆除步驟③中設立的臨時支護；⑤灌築拱部二次襯砌；⑥分臺階開挖下部核心土 ；⑦灌築仰拱，灌築仰拱填充至設計高度。本發明的有益效果是，四線大跨隧道邊牆腳受力集中且圍巖軟弱，先施工兩側壁導洞，並在導洞中施工臺座基礎，作為拱部支護體系的承載基礎，解決軟巖四線大跨隧道施工中拱頂沉降不宜控制，支護結構易變形的問題；採用「外錨」替換「內撐」，在拱部臨時鋼架拆除後，不改變結構受力形式，內力重分布不明顯，保證拱部臨時鋼架拆除後支護體系的穩定，保證施工安全；在錨索施作後，可大範圍拆除拱部臨時鋼架，從而大大增加作業空間； 拱部二次襯砌可一次性整體澆築，工藝簡便；拱部二襯施工完成後，下臺階未開挖部位作業安全，工作面大，可大臺階進行下部施工，有利於大型機械作業，快速施工。
本說明書包括如下十五幅附圖圖1為本發明實施例1的施工工序正面示意圖；圖2為本發明實施例1的施工工序縱斷面示意圖；圖3 14為本發明實施例1施工步驟分解示意圖；圖15為本發明實施例1的另一種施工工序正面示意圖。圖中示構件、部位名稱及所對應的標記側壁導洞1、上臺階la、下臺階lb，拱部側導洞3、4，拱部核心土 5a、5b，下部核心土 7a、7b、7c ；臺座基礎II、仰拱VIII、仰拱填充 IX、拱部二次襯砌 VI ；超前支護 20、20a、20b、20c、20d、20e ；初期支護 21、21a、21b、21c、21d、 21e、21f、21g，鎖腳錨管 211 ；系統錨杆 22、22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g ；臨時支護 23a、 23b、23c、23d、23e、23f、鎖腳錨管 231 ；預應力錨索 31a、31b、31c。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。參照圖1、圖2和圖15，軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，包括如下步驟①開挖兩側側壁導洞1，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護；②灌築兩側臺座基礎II ；③分別開挖兩側拱部側導洞3、4，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護，並在相應初期支護的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索，該相應初期支護的下端支承於臺座基礎II頂面；④分臺階開挖拱部核心土，開挖其上臺階前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護，並在該初期支護的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索，拆除步驟③中設立的臨時支護；⑤灌築拱部二次襯砌VI ；⑥分臺階開挖下部核心土 ；⑦灌築仰拱VIII，灌築仰拱填充IX至設計高度。按照上述步驟，先施工兩側側壁導洞，並在導洞中施工臺座基礎，作為拱部支護體系的承載基礎，解決軟巖四線大跨隧道施工中拱頂沉降不宜控制，支護結構易變形的問題。 採用「外錨」替換「內撐」，在拱部臨時鋼架拆除後，不改變結構受力形式，內力重分布不明顯，保證拱部臨時鋼架拆除後支護體系的穩定，保證施工安全。在錨索施作後，可大範圍拆除拱部臨時鋼架，從而大大增加作業空間。拱部二次襯砌可一次性整體澆築，工藝簡便。拱部二襯施工完成後，下臺階未開挖部位作業安全，工作面大，可大臺階進行下部施工，有利於大型機械作業，快速施工。參照圖1、圖2示出的本發明實施例1的施工工序，本發明軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，具體按如下步驟施工①參照圖3，開挖兩側側壁導洞1上臺階la，開挖前先施作相應超前支護20a、20b，開挖後立即施作相應初期支護21a、21b和臨時支護23a、23b ；②參照圖4，開挖兩側側壁導洞1下臺階lb，開挖後立即施作相應初期支護21c、 2Id和臨時支護23c、23d ；③參照圖5，灌築兩側臺座基礎II ；④參照圖6，開挖一側拱部側導洞3，開挖前先施作相應超前支護20c，開挖後立即施作相應初期支護21e和臨時支護23e，並在相應初期支護21e的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索31a，該相應初期支護21e的下端支承於臺座基礎II頂面；⑤參照圖7，開挖另一側拱部側導洞4，開挖前先施作相應超前支護20d，開挖後立即施作相應初期支護21f和臨時支護23f，並在相應初期支護21f的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索31b，該相應初期支護21f的下端支承於臺座基礎II頂面；⑥參照圖8，開挖拱部核心土 5a，開挖前先施作相應超前支護20e，開挖後立即施作相應初期支護21g，並在該初期支護21g的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索 31(，拆除臨時支護236、23€;⑦參照圖9，開挖拱部核心土 5b ；⑧參照圖10，灌築拱部二次襯砌VI ；⑨參照圖11至圖13，分臺階開挖下部核心土 7a、7b、7c，拆除臨時支護23a、23b、 23c、23d ；⑩參照圖14，灌築仰拱VIII ；(11)參照圖14，待仰拱VIII砼初凝後灌築仰拱填充IX至設計高度；重複上述步驟① (11)若干次，直至隧道該方法設計段落全長開挖完工。參照圖15示出的本發明實施例2的施工工序，本發明的軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法也可按如下步驟施工①參照圖4，開挖兩側側壁導洞1，開挖前先施作相應超前支護20a、20b，開挖後立即施作相應初期支護21a、21b、21c、21d和臨時支護23a、23b、23c、23d ；②參照圖5，灌築兩側臺座基礎II ；③參照圖6，開挖一側拱部側導洞3，開挖前先施作相應超前支護20c，開挖後立即施作相應初期支護21e和臨時支護23e，並在相應初期支護21e的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索31a，該相應初期支護21e的下端支承於臺座基礎II頂面；④參照圖7，開挖另一側拱部側導洞4，開挖前先施作相應超前支護20d，開挖後立即施作相應初期支護21f和臨時支護23f，並在相應初期支護21f的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索31b，該相應初期支護21g的下端支承於臺座基礎II頂面；⑤參照圖8，開挖拱部核心土 5a，開挖前先施作相應超前支護20e，開挖後立即施作相應初期支護21g，並在該初期支護21g的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索 31(，拆除臨時支護236、23€;⑥參照圖9，開挖拱部核心土 5b ；⑦參照圖10，灌築拱部二次襯砌VI ；⑧參照圖11至圖13，分臺階開挖下部核心土 7a、7b、7c，拆除臨時支護23a、23b、 23c、23d ；⑨參照圖14，灌築仰拱VIII ；
⑩待仰拱VIII砼初凝後灌築仰拱填充IX至設計高度；重複上述步驟① ⑩若干次，直至隧道該方法設計段落全長開挖完工。在以上兩實施例中，所述相應初期支護21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g由噴射混凝土層、型鋼鋼架、鎖腳錨管211和相應的系統錨杆22￡1、2213、22(3、22(1、226、22廠228構成，內設鋼筋網的噴射混凝土層覆蓋相應開挖部圍巖，型鋼鋼架沿隧道開挖方向間隔布設且埋設在噴射混凝土層內，鎖腳錨管211設置在型鋼鋼架下端與圍巖錨固連接。系統錨杆 22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g沿隧道拱牆周邊呈梅花形布置。各相應初期支護21、21a、 21b、21c、21d、21e、21f、21g之和即構成隧道全斷面初期支護21結構。運用實例改建鐵路貴(陽)昆(明)線六盤水至霑益段烏蒙山二號隧道，該隧道全長 12260m，為六沾鐵路最長隧道，受扒挪塊車站地形限制和運營管理需要，扒挪塊車站伸入烏蒙山二號隧道出口段，形成四線車站隧道，長538m。最大開挖跨度達觀.42m，最大開挖面積為354.30m2。其中出口淺埋段設計長度為110m，該段通過地層為泥巖、頁巖夾砂巖，巖質軟，節理裂隙極發育，巖體較破碎。洞口端因地層風化，土體鬆散，有流塌現象，因此洞口段 35米(DK288+350 +315)採用雙層大管棚支護。根據隧道斷面面積、施工機具及地質資料，設計該工法中各導洞斷面尺寸。具體為左右兩側壁導洞1寬約7. 5m，高約8. 5m ；拱部核心土 5a、5b寬約6. 5m ；拱部側導洞3、4高約6. 5m。該隧道DI^88+350 +240段開挖施工方法的具體步驟如下①參照圖3，開挖兩側側壁導洞1上臺階la，開挖前先施作相應超前支護20a、20b， 開挖後立即施作相應初期支護21a、21b和臨時支護23a、23b ；②參照圖4，開挖兩側側壁導洞1下臺階lb，開挖後立即施作相應初期支護21c、 2Id和臨時支護23c、23d ；以上兩步驟中，超前支護20a、20b由Φ 75mm中管棚構成，外插角3 5°，每根長 8. 0m，環向間距0. 4m,縱向每5. 6m 一環。臨時支護23a、23b、23c、23d包括覆蓋側壁導洞1 內側圍巖的C25臨時噴射混凝土層和沿隧道開挖方向間隔布設且埋設於C25臨時噴射混凝土層內的I20a臨時支護鋼架，其鎖腳錨管231採用Φ 50mm鋼管，長3. 5m。所述相應初期支護21a、21b、21c、21d，噴射混凝土層採用C25混凝土，鋼架採用I20a型鋼鋼架，系統錨杆 22a、22b、22c、22d採用Φ 22mm砂漿錨杆，鎖腳錨管211採用Φ 50mm鋼管、長5. Om。③參照圖5，兩側側壁導洞1開挖IlOm後，採用C35混凝土沿隧道軸向向洞口倒退澆注兩側臺座基礎II ；④參照圖6，開挖一側拱部側導洞3，開挖前先施作相應超前支護20c，開挖後立即施作相應初期支護21e和臨時支護23e，並在相應初期支護21e的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索31a，該相應初期支護21e的下端支承於臺座基礎II頂面；⑤參照圖7，開挖另一側拱部側導洞4，開挖前先施作相應超前支護20d，開挖後立即施作相應初期支護21f和臨時支護23f，並在相應初期支護21f的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索31b，該相應初期支護21f的下端支承於臺座基礎II頂面；⑥參照圖8，開挖拱部核心土 5a，開挖前先施作相應超前支護20e，開挖後立即施作相應初期支護21g，並在該初期支護21g的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索 31(，拆除臨時支護236、23€;
④、⑤、⑥三步驟中，超前支護20c、20d、20e，在DK288+350 +315段由Φ 108mm 大管棚構成，外插角1 3°，每根長40m，每層環向間距0.6m，在DD88+315 +240段由 Φ 75mm中管棚構成，外插角3 5°，每根長8. 0m，環向間距0.細，縱向每5. 6m—環。臨時支護23e、23f、23g包括覆蓋拱部側導洞3、4內側圍巖的C25臨時噴射混凝土層和沿隧道開挖方向間隔布設且埋設於C25臨時噴射混凝土層內的I20b臨時支護鋼架，其鎖腳錨管231 採用Φ 50mm鋼管，長3. 5m。所述相應初期支護21e、21f、21g，噴射混凝土層採用C25混凝土，鋼架採用HW300型鋼鋼架，系統錨杆22e、22f、22g採用Φ25πιπι中空錨杆。預應力錨索 31a、31b、31c每根長21m，縱向間距1. 2m，設計預應力500KN。錨索安裝並注漿後，待砂漿達到設計強度，分3次逐級進行張拉，錨索張拉完成後鎖定。⑦參照圖9，開挖拱部核心土 5b ；⑧參照圖10，灌築拱部二次襯砌VI ；⑨參照圖11至圖13，分臺階開挖下部核心土 7a、7b、7c，拆除臨時支護23a、23b、 23c、23d ；⑩參照圖14，灌築仰拱VIII ；(11)參照圖14，待仰拱VIII砼初凝後灌築仰拱填充IX至設計高度；重複上述步驟① (11)若干次，直至隧道DK288+350 +240段開挖完工。以上所述只是用圖解說明本發明軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法的一些原理，並非是要將本發明局限在所示和所述的具體結構和適用範圍內，故凡是所有可能被利用的相應修改以及等同物，均屬於本發明所申請的專利範圍。
權利要求
1.軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，包括如下步驟①開挖兩側側壁導洞(1)，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護；②灌築兩側臺座基礎(II)；③分別開挖兩側拱部側導洞(3、4)，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護，並在相應初期支護的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索，該相應初期支護的下端支承於臺座基礎(II)頂面；④分臺階開挖拱部核心土，開挖其上臺階前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護，並在該初期支護的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索，拆除步驟③ 中設立的臨時支護；⑤灌築拱部二次襯砌(VI)；⑥分臺階開挖下部核心土；⑦灌築仰拱(VIII)，灌築仰拱填充(IX)至設計高度。
2.如權利要求1所述軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，按如下步驟施工①開挖兩側側壁導洞(1)上臺階(Ia)，開挖前先施作相應超前支護Q0a、20b)，開挖後立即施作相應初期支護(21a、21b)和臨時支護(23a、23b)；②開挖兩側側壁導洞(1)下臺階(Ib)，開挖後立即施作相應初期支護(21c、21d)和臨時支護(23c,23d)；③灌築兩側臺座基礎(II)；④開挖一側拱部側導洞(3)，開挖前先施作相應超前支護OOc)，開挖後立即施作相應初期支護(21e)和臨時支護0 ),並在相應初期支護(21e)的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索(31a)，該相應初期支護Qle)的下端支承於臺座基礎(II)頂面；⑤開挖另一側拱部側導洞，開挖前先施作相應超前支護OOd)，開挖後立即施作相應初期支護(21f)和臨時支護03f)，並在相應初期支護(21f)的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索(31b)，該相應初期支護(21f)的下端支承於臺座基礎(II)頂面；⑥開挖拱部核心土( ),開挖前先施作相應超前支護OOe)，開挖後立即施作相應初期支護Olg)，並在該初期支護(21g)的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索 (31c)，拆除臨時支護(23e、23f)；⑦開挖拱部核心土(5b)；⑧灌築拱部二次襯砌(VI)；⑨分臺階開挖下部核心土(7a、7b、7c)，拆除臨時支護(23a、23b、23c、23d)；⑩灌築仰拱(VIII)；(11)待仰拱(VIII)砼初凝後灌築仰拱填充(IX)至設計高度；重複上述步驟① (11)若干次，直至隧道該方法設計段落全長開挖完工。
3.如權利要求1所述軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，按如下步驟施工①開挖兩側側壁導洞(1)，開挖前先施作相應超前支護O0a、20b)，開挖後立即施作相應初期支護(21a、21b、21c、21d)和臨時支護(23a、23b、23c、23d)；②灌築兩側臺座基礎(II)；③開挖一側拱部側導洞(3)，開挖前先施作相應超前支護OOc)，開挖後立即施作相應初期支護(21e)和臨時支護0 ),並在相應初期支護(21e)的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索(31a)，該相應初期支護Qle)的下端支承於臺座基礎(II)頂面；④開挖另一側拱部側導洞G)，開挖前先施作相應超前支護OOd)，開挖後立即施作相應初期支護(21f)和臨時支護03f)，並在相應初期支護(21f)的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索(31b)，該相應初期支護Qlg)的下端支承於臺座基礎II頂面；⑤開挖拱部核心土( ),開挖前先施作相應超前支護OOe)，開挖後立即施作相應初期支護Olg)，並在該初期支護(21g)的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索 (31c)，拆除臨時支護(23e、23f)；⑥開挖拱部核心土(5b)；⑦灌築拱部二次襯砌(VI)；⑧分臺階開挖下部核心土(7a、7b、7c)，拆除臨時支護(23a、23b、23c、23d)；⑨灌築仰拱(VIII)；⑩待仰拱(VIII)砼初凝後灌築仰拱填充(IX)至設計高度；重複上述步驟① ⑩若干次，直至隧道該方法設計段落全長開挖完工。
4.如權利要求2或3所述的軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，其特徵是所述預應力錨索(31a、31b、31c)安裝並注漿後，待砂漿達到設計強度，分3次逐級進行張拉，張拉完成後鎖定。
全文摘要
軟巖四線大跨隧道複合雙側壁撐索轉換開挖施工方法，具有施工安全、快速和操作簡單的特點，而且適合大型機械進行施工。該方法包括如下步驟①開挖兩側側壁導洞，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護；②灌築兩側臺座基礎；③分別開挖兩側拱部側導洞，開挖前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護和臨時支護，並在相應初期支護的頂部施作與圍巖錨固連接的預應力錨索；④分臺階開挖拱部核心土，開挖其上臺階前先施作相應超前支護，開挖後立即施作相應初期支護，並在該初期支護的兩端部位施作與圍巖錨固連接的預應力錨索；⑤灌築拱部二次襯砌；⑥分臺階開挖下部核心土；⑦灌築仰拱，灌築仰拱填充至設計高度。
文檔編號E21D20/00GK102226398SQ20111014651
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月2日 優先權日2011年6月2日
發明者於茂春, 卿偉宸, 吳孟, 孫福君, 朱勇, 楊昌宇, 林本濤, 苗增潤, 陶偉明, 高揚 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司