一種淺埋大跨小淨距黃土隧道開挖技術的製作方法
2023-05-25 00:37:31 2
一種淺埋大跨小淨距黃土隧道開挖技術的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種淺埋大跨小淨距黃土隧道施工方法，以解決現行大斷面小淨距黃土隧道中施工難度大、危險係數高以及沉降難以控制的情況。所述的方法為，隧道雙洞同時施工，且分為雙導洞施工，後行洞掌子面距離先行洞仰拱封閉成環面為一倍洞徑，其中單洞分左、右兩側導洞開挖且均先開挖遠離中夾土柱一側的導洞，兩導洞掌子面之間間距保持在5-8m，每側導洞分上臺階、中臺階和下臺階三步開挖，臺階間距保持在3-5m。與類似隧道施工技術的方法相比，本方法有效地的保證了隧道的安全施工，合理的控制了隧道的沉降，減小了施工對地表的影響，並且使施工效率得到了一定提高。
【專利說明】一種淺埋大跨小淨距黃土隧道開挖技術
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隧道結構的開挖方法，尤其涉及一種大跨小淨距黃土隧道的開挖方法。
【背景技術】
[0002]隨著經濟以及交通的發展，大跨小淨距隧道的建設越來越多，同時黃土為一種特殊土體，對於穿越黃土的隧道的開挖工法尚未成熟，而對於小淨距黃土隧道的修建更為少見。因此，由於這類隧道的特殊性和新穎性，在設計和施工過程中均存在許多難題急需解決。
[0003]對於大跨度小淨距隧道，由於隧道的跨度較大、結構受力複雜以及施工期間雙線開挖過程中諸多工序相互影響等因素，很容易發生圍巖失穩或者隧道襯砌結構開裂破壞的現象，通常對於大跨度隧道，根據工程地質狀況不同，可採用雙側壁導坑法、弧形導洞超前法、臺階法等方法，但小淨距隧道中雙洞之間相互影響，雙洞開挖會造成不同程度的隧道偏壓，同時隧道中夾巖難以保護或者加強，規範中尚未有針對小淨距隧道的詳細說明，通常採用單洞隧道的進行小淨距隧道的設計，在施工過程中有一定的風險，容易造成隧道塌方，尤其對於軟弱圍巖地段，雙洞開挖造成圍巖擾動更為嚴重，傳統的工法與設計有存在一定的風險。
[0004]對於穿越黃土地層的隧道，尚未有成熟的工法，黃土隧道施工過程中隧道洞內拱部一般為整體沉降且沉降較大，地表容易出現貫通裂縫，隧道拱肩部位受力較大以及初期支護出現裂縫，這些問題在施工過程中都難以解決。對於黃土中夾土柱的保護也是施工中的關鍵關節，相應的施工技術研究也很少見，而對於超小淨距黃土隧道，隧道雙線間距小，施工影響大，如何採用一種有效的工法，如何對薄弱位置進行加固加強都不明確，在隧道施工過程中難以保證施工快速安全有效的進行。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決上述【背景技術】中的不足之處，提供一種在V級黃土圍巖中大跨小淨距隧道的開挖方法。
[0006]本發明的一種淺埋大跨小淨距黃土隧道開挖方法，分為左、右洞施工；施工完後的左、右洞結構相同，可以先開挖左洞，也可以先開挖右洞；左、右洞每側導洞分上臺階、中臺階和下臺階三步開挖，設當先開挖左洞時，其開挖步驟是:
[0007]先開挖左洞
[0008]步驟I開挖左洞左側上部，
[0009]步驟2開挖左洞左側中部，
[0010]步驟3開挖左洞左側下部的左側，
[0011]步驟4開挖左洞左側下部的右側，
[0012]步驟5開挖左洞右側上部，[0013]步驟6開挖左洞右側中部，
[0014]步驟7開挖左洞右側下部的右側，
[0015]步驟8開挖左洞右側下部的左側；
[0016]再開挖右洞
[0017]右洞的施工步驟與左洞的施工步驟相當於一種軸對稱施工:即步驟I為先施工右洞右側上部，步驟8為施工右洞左側下部的右側。
[0018]所述的隧道兩洞埋深在40-60m，左、右洞的截面積各為100_120m2，左洞與右洞的隧道外輪廓線的間距為5-10m。
[0019]右洞在左洞開挖且仰拱封閉成環一倍洞徑或15-20m後再開挖。
[0020]左、右洞導洞的開挖都優先開挖遠離小淨距一側的導洞，兩導洞間距為5_8m。
[0021]步驟I到步驟4各個臺階開挖深度的間距在3_5m，步驟5到步驟8各個臺階開挖深度的間距在3-5m。
[0022]在上述每一步驟後都要及時進行初期支護的施工，然後再進行下一步驟；每一步驟初期支護在開挖之後立即施工；並且，在步驟1、步驟2和步驟4後還要進行中壁臨時支護的施工；所述的初期支護包括支護在隧道外壁處的拱架支護層、擴大拱腳和鎖腳錨杆；拱架支護層由外層的格柵鋼架，內層的鋼筋網片，以及在格柵鋼架、鋼筋網片內的噴射混凝土組成；在所有步驟施工完後，將中壁臨時支護拆除。
[0023]本發明的優點是:
[0024]首先，此工法隧道雙洞都採用雙導洞開挖，後行洞的開挖距離先行洞開挖後斷面成環一倍洞徑左右，單洞左右側導洞採用三臺階留核心土的方法，在開挖過程中相比於同時開挖能很大程度的減少開挖對與圍巖的擾動，能減小沉降並保證隧道的安全性。
[0025]其次，在隧道施工過程中首先開挖遠離小淨距中夾土柱的一側，能儘量減少中夾土柱的圍巖承載力的喪失，保證隧道土體的穩定，為後行洞施工提高安全保障。
[0026]再次，各個開挖面合理的布置保證了隧道開挖過程中圍巖以及初期支護的穩定性，採用這種工法整體能上加快施工進度，同時保證施工安全以及結構穩定。
[0027]綜上所述，本發明創造性的提出了一種小淨距黃土隧道開挖方法，具有較大的工程應用價值及學術價值，對以後相似圍巖情況的隧道的設計與施工有極大的推廣與參考價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明隧道雙洞斷面的示意圖；
[0029]圖2是本發明單洞開挖方法步驟圖；
[0030]圖3是本發明隧道雙洞施工過程中掌子面距離示意圖；
[0031]圖4是本發明實施例所述的隧道鋼拱架外側應力圖；
[0032]圖5是本發明實施例所述的隧道鋼拱架內側應力圖；
[0033]圖6是本發明實施例所述的隧道圍巖壓力分布圖；
[0034]圖中:1初期支護，1-1拱架支護層，1-2擴大拱腳，1-3鎖腳錨杆，2臨時支護【具體實施方式】[0035]本發明隧道雙線同時施工，都採用雙導洞開挖，隧道雙線的兩個導洞都採用三臺階留核心土的方法，對於先行洞後行洞都優先開挖遠離中夾土柱的一側。
[0036]本發明的一種大跨小淨距黃土隧道開挖方法，分為左、右洞施工。施工完後的左、右洞結構相同，圖1中所示的是其結構。施工時，可以先開挖左洞，也可以先開挖右洞。左右洞每側導洞分上臺階、中臺階和下臺階三步開挖，為方便敘述，本發明以先開挖左洞為例作說明。
[0037]參照圖1所示，本發明的一種大跨小淨距黃土隧道開挖工法，其開挖步驟是:
[0038]一、開挖左洞
[0039]步驟I開挖左洞左側上部(A部)，
[0040]步驟2開挖左洞左側中部(B部)，
[0041]步驟3開挖左洞左側下部的左側(C部)，
[0042]步驟4開挖左洞左側下部的右側(D部)，
[0043]步驟5開挖左洞右側上部(E部)，
[0044]步驟6開挖左洞右側中部(F部)，
[0045]步驟7開挖左洞右側下部的右側(G部)，
[0046]步驟8開挖左洞右側下部的左側(H部)。
[0047]即(參照圖1 )，開挖步驟為:A-B-C-D-E-F-G-H。
[0048]在上述每一步驟後都要及時進行初期支護I的施工，然後再進行下一步驟。圖1中，初期支護I的施工見圖中①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧的順序，每一初期支護I的施工均在所述的步驟1-8之後。並且，在步驟1、步驟2和步驟4後還要進行中壁臨時支護2的施工(順序見圖1中⑴-⑵-⑶，分別在步驟1、步驟2和步驟4後施工)。所述的初期支護I包括拱架支護層1-1、擴大拱腳1-2和鎖腳錨杆1-3。擴大拱腳1-2由混凝土製成，與拱架支護層1-1固結為一體，插接在巖、土內。拱架支護層1-1由外層的格柵鋼架，內層的鋼筋網片，以及在格柵鋼架、鋼筋網片內的噴射混凝土組成。所述的鎖腳錨杆1-3焊接在格柵鋼架上，另一端插入在外側的土中並用藥包錨固。
[0049]在所有步驟施工完後，將臨時支護2拆除。
[0050]參照圖2，為左洞的施工中，各步驟挖掘深度表。表中的1-珊對應於所述步驟
1-步驟8 (即圖1中的A-Η)。在左右側導洞的施工方法中，採用三臺階留核心土的方法。兩導洞間距為5-8m，步驟I到步驟4各個臺階開挖深度的間距在3-5m，步驟5到步驟8各個臺階開挖深度的間距在3-5m。
[0051]上述步驟1-步驟8作為一施工周期，當步驟8施工完後，按上述步驟再一次向內施工。
[0052]二、開挖右洞
[0053]右洞在左洞開挖一倍洞徑或15-20米後再開挖。
[0054]右洞的施工步驟和施工方法與左洞的施工步驟和施工方法相當於一種軸對稱施工:即步驟I為先施工右洞右側上部，步驟8為施工右洞左側下部的右側。(B卩，開挖步驟為圖1中E-F-G-H-A-B-C-D)。右洞的施工中，與左洞相同。
[0055]所述的隧道埋深在50m左右，左、右洞的每一單洞的面積各為100-120m2，左洞與右洞的間距為5-10m。[0056]參照圖3所示，為左洞與右洞的施工順序和施工深度對照表。
[0057]下面給出了本發明的一種優選實施例。
[0058]本實施例所述隧道裡程K36+650~K37+260，全長610m，為淺埋大跨小淨距黃土隧道。單洞開挖跨度約17.3m，開挖斷面達173.8m2，埋深多在20m左右，最大埋深55m，最小埋深不足lm。隧道下穿風景區以及一個村莊。隧道位於邙山黃土丘陵區，地形起伏很大。地面標高約157.6~206.3m,隧道洞體覆蓋層最大厚度約55.5m，最小覆蓋層不足lm。隧道勘探深度範圍內上部為第四系上更新系統黃土狀粉土、黃土狀粉質粘土，其中表層為非自重溼陷性黃土，具輕微溼陷性，工程性質較差，其下各層呈密實、硬塑狀，工程性質好；下部為第四系中更新統地層，工程性質均較好；隧道勘探深度範圍內均為第四系上更新統稍密~密實狀黃土狀粉土，孔隙發育，結構鬆散，強度較弱，工程性質差，圍巖級別定為V類。選取試驗段支護參數:
[0059]I)初期支護:採用格柵鋼架、掛網噴混凝土，鋼架淨為0.5m。
[0060]2)超前支護:採用壁厚8mm的Φ 50單層小導管，在拱頂110°範圍每2榀拱架施作，長度為400cm。
[0061]試驗段的現場測試項目設置在隧道洞內，測量試驗的內容包括有以下的幾個方面。隧道內:(1)先行洞ZK37+030、ZK37+020、ZK37+010、ZK37+000為位移監測斷面，後行洞ZK37+020、ZK37+010為位移監測斷面；(2) ZK37+020、ZK37+010兩個斷面監測項目包括圍巖-初期支護接觸壓力、鋼架應力，監測斷面布置在先行洞；
[0062]1、給出本實施例所述試驗段拱頂沉降；
[0063]斷面ZK37+030、ZK37+020、ZK37+010、ZK37+000 以及 ZK37+020、ZK37+010 斷面沉降變形的量測時間持續約兩個月，直到二襯施作，得到表1和表2。
[0064]表1先行洞試驗段初期支護拱頂位移
【權利要求】
1.一種淺埋大跨小淨距黃土隧道開挖方法，分為左、右洞施工；施工完後的左、右洞結構相同，可以先開挖左洞，也可以先開挖右洞；左、右洞每側導洞分上臺階、中臺階和下臺階三步開挖，設當先開挖左洞時，其開挖步驟是: 先開挖左洞 步驟I開挖左洞左側上部， 步驟2開挖左洞左側中部， 步驟3開挖左洞左側下部的左側， 步驟4開挖左洞左側下部的右側， 步驟5開挖左洞右側上部， 步驟6開挖左洞右側中部， 步驟7開挖左洞右側下部的右側， 步驟8開挖左洞右側下部的左側； 再開挖右洞 右洞的施工步驟與左洞的施工步驟相當於一種軸對稱施工:即步驟I為先施工右洞右側上部，步驟8為施工右洞左側下部的右側。
2.根據權利要求1所述的隧道開挖方法，其特徵在於:所述的隧道兩洞埋深在40-60m，左、右洞的截面積各為100-120m2，左洞與右洞的隧道外輪廓線的間距為5-10m。
3.根據權利要求1所述的隧道開挖方法，其特徵在於:右洞在左洞開挖且仰拱封閉成環一倍洞徑或15-20m後再開挖。
4.根據權利要求1所述的隧道開挖方法，其特徵在於:左、右洞導洞的開挖都優先開挖遠離小淨距一側的導洞，兩導洞掌子面間距為5-8m。
5.根據權利要求1所述的隧道開挖方法，其特徵在於，在左、右洞的施工方法中:步驟I到步驟4各個臺階開挖深度的間距在3-5m，步驟5到步驟8各個臺階開挖深度的間距在3_5m0
6.根據權利要求1所述的隧道開挖方法，其特徵在於，在上述每一步驟後都要立即進行初期支護的施工，然後再進行下一步驟；每一初期支護的施工均在所述的步驟1-8之後；並且，在步驟1、步驟2和步驟4後還要進行中壁臨時支護的施工；所述的初期支護包括支護在隧道外壁處的拱架支護層、擴大拱腳和鎖腳錨杆；拱架支護層由外層的格柵鋼架，內層的鋼筋網片，以及在格柵鋼架、鋼筋網片內的噴射混凝土組成；在所有步驟施工完後，將中壁臨時支護拆除。
【文檔編號】E21D9/00GK103510959SQ201310418571
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】譚忠盛, 張旭斌, 何歷超, 石新棟, 吳全立 申請人:北京交通大學