CN104653197B - 超大变断面隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超大变断面隧道施工方法，首先开挖左导洞并及时施作初期支护、临时支护；之后完成靴型大墙脚的灌筑，并采用相同工序完成右导洞施工。开挖主洞左侧上半部分并及时施作第一层初期支护、临时竖撑、临时仰拱；之后开挖其下半部并及时施作第一层初期支护、临时竖撑。采用相同程序完成主洞右侧上半部施工后开挖中部拱部并及时施作第一层初期支护。施作第二层初期支护后拆除拱部临时竖撑、临时仰拱。然后开挖核心，并及时施作仰拱初期支护。拆除左、右下导洞的临时支护后，灌筑仰拱二次衬砌，之后进行隧底填充灌注；最后用模板台车一次性灌筑拱墙二次衬砌。本发明有效降低拆除临时支撑的安全风险，增加作业自由度，加快施工进度。
Description
技术领域
本发明涉及软弱围岩中的隧道施工领域，具体涉及一种超大变断面隧道施工方法。
背景技术
随着隧道工程建设的发展，以及施工技术研究的深入和机械设备的不断更新，超大断面隧道施工方法有了长足的进步。目前，交通隧道开挖的具体方法主要有：全断面法、台阶法、台阶分部法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)及侧壁导坑法等。但在工程实践中，对于软弱围岩中修建跨度达到20～30m的特大跨度隧道，若采用上述施工方法非常困难，前三者施工安全不能保证，围岩变形不可控，易塌方；后三者存在临时支撑多，不经济且施工操作不便，降低施工自由度，拆除临时支撑有受力体系转换风险，导致一次拆撑距离受限等问题，工期进度将不能保证。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种超大变断面隧道施工方法，减少临时支撑的使用，降低拆除临时支撑的安全风险，增加作业自由度，加快施工进度。
本发明提供了一种超大变断面隧道施工方法，包括以下步骤：
A.开挖左导洞和右导洞，并及时施作相应的导洞初期支护和导洞临时支护；
B.现场采用混凝土灌注左导洞和右导洞内的靴型大墙脚；
C.在左导洞和右导洞之间开挖主洞，并及时施作相应的第一层初期支护、临时横撑和临时竖撑；
D.一次性施作主洞的第二层初期支护；
E.在第一层初期支护和第二层初期支护的保护下，拆除主洞的临时竖撑和临时横撑；
F.开挖主洞的核心土，并及时施作仰拱初期支护；
G.拆除左导洞和右导洞的导洞临时支护；
H.采用钢筋混凝土现场模筑主洞的二次衬砌，完成隧道结构施工。
所述步骤A中先开挖左导洞和右导洞上半部，并及时施作相应的导洞拱墙初期支护和导洞临时支护；再开挖左导洞和右导洞下半部，并及时施作相应的导洞接长初期支护、导洞仰拱初期支护和导洞临时支护，使导洞拱墙初期支护、导洞接长初期支护、导洞仰拱初期支护和导洞临时支护封闭成环。
所述步骤C中先开挖主洞拱部左侧上半部，施作相应的第一层初期支护、临时横撑和临时竖撑；再开挖主洞拱部左侧下半部，施作相应的第一层初期支护和临时竖撑；然后开挖主洞拱部右侧上半部，施作相应的第一层初期支护、临时横撑和临时竖撑；再开挖主洞拱部右侧下半部，施作相应的第一层初期支护和临时竖撑；最后开挖主洞拱部中部上半部，施作相应的第一层初期支护，使主洞拱部的第一层初期支护连接成拱形后开挖主洞拱部中部下半部；
所述二衬衬砌包括封闭成环的仰拱二次衬砌和拱墙二次衬砌，仰拱二次衬砌和拱墙二次衬砌的施工缝位于靴型大墙脚的中部。
所述步骤H中先采用钢筋混凝土现场模筑仰拱二次衬砌，并用混凝土进行隧底填充灌筑；再采用钢筋混凝土一次性模筑拱墙二次衬砌，完成隧道结构施工。
所述左导洞、右导洞、主洞的拱部和核心土均采用台阶法进行开挖。
所述主洞拱部的第二层初期支护位于第一层初期支护的内侧，第二层初期支护和第一层初期支护两端均支承于左导洞和右导洞的靴型大墙脚。
所述导洞拱墙初期支护和导洞接长初期支护构成导洞初期支护，所述导洞初期支护由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成。
所述主洞拱部的第一层初期支护由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成；主洞拱部的第二层初期支护由格栅钢架和喷射混凝土组 成，主洞的仰拱初期支护由钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成。
所述步骤A之前先沿隧道开挖方向在待挖掘的主洞的核心土施作超前玻纤锚管，然后在待挖掘的主洞拱顶处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作沿隧道纵向方向布置的两层高压水平旋喷桩，在两层旋喷桩之间施作沿隧道纵向方向布置的超前长管棚。在待挖掘的左导洞的拱顶处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作一层沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩，在待挖掘的左右导洞与待挖掘的主洞之间的拱脚处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作多根沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩。然后沿隧道开挖方向在待挖掘的主洞的掌子面拱部施作沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩。
本发明先行施工位于主洞两侧边墙的外扩式导洞，其结构形式既满足了施工稳定要求，探明了前方地质条件，也为扩大的靴型基础施作留下了空间。本发明在软弱地层中通过扩大隧道支护墙脚形成靴型大墙脚，为上部结构提供稳定基础，同时强化与仰拱的连接。本发明形成的施工结构通过第一层初期支护和第二层初期支护形成复合的加劲拱部结构，满足拱部大跨结构的复杂受力要求，并能根据监控量测情况灵活掌控下步结构施作时机。本发明为全断面协调性开挖方法，使得各部开挖断面化大为小，同时能保证流水式的协同作业，合理加快施工进度；本发明精心设计了临时支护、初期支护和二衬结构体系，使得各部支护体系有机衔接、工序转换有序而灵活、衔接有效，具有良好的协调性和稳定性以及施工灵活性。
附图说明
图1为本发明施工结构示意图
图2为本发明施工过程示意图a
图3为本发明施工过程示意图b
图4为本发明施工过程示意图c
图5为本发明施工过程示意图d
图6为本发明施工过程示意图e
图7为本发明施工过程示意图f
图8为本发明施工过程示意图g
图9为本发明施工过程示意图h
图10为本发明施工过程示意图i
图11为本发明施工过程示意图j
图12为本发明施工过程示意图k
图13为本发明施工过程示意图l
图14为本发明施工过程示意图m
图15为本发明施工过程示意图n
图16为本发明施工过程示意图o
图17为本发明施工过程示意图p
图18为本发明的超前支护示意图
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明提供了一种超大变断面隧道施工方法，包括以下步骤：
A.采用上、下台阶法开挖左导洞11上半部，如图2所示，及时施作相应的由砂浆锚杆、工字钢钢架与喷射混凝土组成的导洞拱墙初期支护16，以及由工字钢钢架与喷射混凝土组成的导洞临时支护17；
B.采用上、下台阶法开挖左导洞11下半部，如图3所示，及时施作相应的带有砂浆锚杆的导洞接长初期支护15、导洞仰拱初期支护14和导洞临时支护17，使导洞拱墙初期支护16、导洞接长初期支护15、导洞仰拱初期支护14和导洞临时支护17封闭成环；
C.现场采用C30混凝土灌注左导洞11内的靴型大墙脚13，如图4所示；
D.采用上、下台阶法开挖右导洞12上半部，如图5所示，及时施作相应的由砂浆锚杆、工字钢钢架与喷射混凝土组成的导洞拱墙初期支护16，以及由工字钢钢架与喷射混凝土组成的导洞临时支护17；
E.采用上、下台阶法开挖右导洞12下半部，并及时施作相应的带有砂浆锚杆的导洞接长初期支护15、导洞仰拱初期支护14和导洞临时支护17， 使导洞拱墙初期支护16、导洞接长初期支护15、导洞仰拱初期支护14和导洞临时支护17封闭成环；
F.现场采用C30混凝土灌注右导洞12内的靴型大墙脚13；
G.如图6所示，开挖主洞拱部左侧上半部31，施作相应的由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成的第一层初期支护23，以及工字钢钢架与喷射混凝土组成的临时竖撑91和临时横撑92；
H.如图7所示，开挖主洞拱部左侧下半部32，施作相应的由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成的第一层初期支护23，以及工字钢钢架与喷射混凝土组成的临时竖撑91；
I.如图8所示，开挖主洞拱部右侧上半部41，施作相应的由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成的第一层初期支护23，以及工字钢钢架与喷射混凝土组成的临时竖撑91和临时横撑92；
J.开挖主洞拱部右侧下半部42，施作相应的由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成的第一层初期支护23，以及工字钢钢架与喷射混凝土组成的临时竖撑91；
K.如图9所示，开挖主洞拱部中部上半部51，施作相应的由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成的第一层初期支护23，使主洞2拱部的第一层初期支护23连接成拱形后开挖主洞拱部中部下半部52，如图10所示；
L.如图11所示，一次性施作由格栅钢架和喷射混凝土组成的主洞拱部的第二层初期支护24；
M.如图12所示，在第一层初期支护23和第二层初期支护24的保护下，拆除拱部的临时竖撑91和临时横撑92，降低拆除临时支撑的安全风险，减少临时支撑的使用，增加作业自由度，加快施工进度；
N.如图13、14所示，先后开挖主洞的核心土上部6和核心土下部7，并及时施作由钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成的仰拱初期支护8；
O.如图15所示，拆除左导洞11和右导洞12的导洞临时支护17；
P.如图16所示，采用C35钢筋混凝土现场模筑仰拱二次衬砌21，并用混凝土进行隧底25填充灌筑；
Q.如图17所示，采用C35钢筋混凝土一次性模筑拱墙二次衬砌22，完成隧道结构施工。
如图18所示，进行上述步骤之前可进行超前支护结构的施工，先完成核心土的超前玻纤锚管7的施工锚喷，保证主洞2掌子面在旋喷过程中的稳定性。然后按照“先周边、后掌子面”顺序进行旋喷施工，周边按照每次间隔一孔，孔位从下到上左、右交替进行。跳跃式成桩，两边强度平衡，可以减少因钻杆偏移造成桩间咬合率低的问题。后施工的旋喷桩必须在相邻桩超过初凝时间，达到一定强度时才能开钻，确保相邻桩相互咬合。双层旋喷预加固结构应先施工外层旋喷桩，后施工内层旋喷桩。旋喷桩施作完成后，在两层高压水平旋喷桩3之间打设超前长管棚4并注浆，形成水平旋喷与大管棚复合隧道预支护结构。在左导洞11和右导洞12拱顶外轮廓处围岩施作一层高压水平旋喷桩3，在待挖掘的左右导洞与待挖掘的主洞2之间的拱脚处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作多根沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩3。待挖掘的左右导洞拱顶外侧的相邻高压水平旋喷桩的咬合处和待挖掘的主洞拱顶外侧的相邻高压水平旋喷桩的咬合处间隙可施作超前小导管并注浆，超前小导管将桩串联成整体受力，实现旋喷桩的整体加固。最后沿隧道开挖方向在待挖掘的主洞2的掌子面拱部施作沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩3。
如图1所示，本发明的施工结构分为左导洞11、主洞2和右导洞12。左导洞11和右导洞12分别位于主洞2的边墙两侧，两个导洞既满足了施工稳定要求，探明了前方地质条件，也为扩大的靴型基础施作留下了空间。左右导洞内部的靴型大墙脚13为上部结构提供稳定基础，同时强化与主洞仰拱的连接。本发明形成的施工结构通过主洞的第一层初期支护23和第二层初期支护24形成复合的加劲拱部结构，第一层初期支护23和第二层初期支护24两端支承于左导洞和右导洞的靴型大墙脚，满足拱部大跨度结构 的复杂受力要求，并能根据监控量测情况灵活掌控下步结构施作时机。主洞1的拱部为分为多块施工，包括拱部左侧上半部31、拱部左侧下半部32、拱部右侧上半部41、拱部右侧下半部42、拱部中部上半部51、拱部中部下半部52、核心土上部6、核心土下部7，使得各部开挖断面化大为小，同时能保证流水式的协同作业，合理加快施工进度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种超大变断面隧道施工方法，其特征在于包括以下步骤：
A.开挖左导洞(11)和右导洞(12)，并及时施作相应的导洞初期支护和导洞临时支护；
B.现场采用混凝土灌注左导洞(11)和右导洞(12)内的靴型大墙脚(13)；
C.在左导洞(11)和右导洞(12)之间开挖主洞，并及时施作相应的第一层初期支护(23)、临时横撑(92)和临时竖撑(91)；其中先开挖主洞拱部左侧上半部(31)，施作相应的第一层初期支护(23)、临时横撑(92)和临时竖撑(91)；再开挖主洞拱部左侧下半部(32)，施作相应的第一层初期支护(23)和临时竖撑(91)；然后开挖主洞拱部右侧上半部(41)，施作相应的第一层初期支护(23)、临时横撑(92)和临时竖撑(91)；再开挖主洞拱部右侧下半部(42)，施作相应的第一层初期支护(23)和临时竖撑(91)；最后开挖主洞拱部中部上半部(51)，施作相应的第一层初期支护(23)，使主洞拱部的第一层初期支护(23)连接成拱形后开挖主洞拱部中部下半部(52)；
D.一次性施作主洞(2)的第二层初期支护(24)；
E.在第一层初期支护(23)和第二层初期支护(24)的保护下，拆除主洞(2)的临时竖撑(91)和临时横撑(92)；
F.开挖主洞的核心土，并及时施作仰拱初期支护(8)；
G.拆除左导洞(11)和右导洞(12)的导洞临时支护(17)；
H.采用钢筋混凝土现场模筑主洞的二次衬砌，完成隧道结构施工。
2.根据权利要求1所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于步骤A中先开挖左导洞(11)和右导洞(12)上半部，并及时施作相应的导洞拱墙初期支护(16)和导洞临时支护(17)；再开挖左 导洞(11)和右导洞(12)下半部，并及时施作相应的导洞接长初期支护(15)、导洞仰拱初期支护(14)和导洞临时支护(17)，使导洞拱墙初期支护(16)、导洞接长初期支护(15)、导洞仰拱初期支护(14)和导洞临时支护(17)封闭成环。
3.根据权利要求1所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于二衬衬砌包括封闭成环的仰拱二次衬砌(21)和拱墙二次衬砌(22)，仰拱二次衬砌和拱墙二次衬砌的施工缝位于靴型大墙脚(13)的中部。
4.根据权利要求3所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于步骤H中先采用钢筋混凝土现场模筑仰拱二次衬砌(21)，并用混凝土进行隧底(25)填充灌筑；再采用钢筋混凝土一次性模筑拱墙二次衬砌(22)，完成隧道结构施工。
5.根据权利要求1所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于左导洞(11)、右导洞(12)、主洞(2)的拱部和核心土均采用台阶法进行开挖。
6.根据权利要求1所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于主洞(2)拱部的第二层初期支护(24)位于第一层初期支护(23)的内侧，第二层初期支护(24)和第一层初期支护(23)两端均支承于左导洞和右导洞的靴型大墙脚(13)。
7.根据权利要求2所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于导洞拱墙初期支护(16)和导洞接长初期支护(17)构成导洞初期支护，所述导洞初期支护由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成。
8.根据权利要求1所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于主洞拱部的第一层初期支护(23)由自钻式锚杆、钢筋网、型钢钢架与喷射混凝土组成；主洞拱部的第二层初期支护(24)由格栅钢架和喷射混凝土组成，主洞的仰拱初期支护(8)由钢筋网、型钢钢架 与喷射混凝土组成。
9.根据权利要求1所述的超大变断面隧道施工方法，其特征在于在步骤A之前先沿隧道开挖方向在待挖掘的主洞(2)的核心土施作超前玻纤锚管(7)；然后在待挖掘的主洞(2)拱顶处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作沿隧道纵向方向布置的两层高压水平旋喷桩(3)，两层旋喷桩(3)之间施作沿隧道纵向方向布置的超前长管棚(4)；在待挖掘的左导洞(11)和右导洞(12)的拱顶处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作一层沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩(3)，在待挖掘的左右导洞与待挖掘的主洞之间的拱脚处围岩沿隧道开挖轮廓线外施作多根沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩(3)；再沿隧道开挖方向在待挖掘的主洞(2)的掌子面拱部施作沿隧道纵向方向布置的高压水平旋喷桩(3)。
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