CN103899318B - 中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，包括对上台阶中心部分用大破碎锤开挖成抛物面状，对上台阶中心外部分用铣挖机开挖、修整成垂直于隧道轴线的开挖面后，对上台阶进行支护，形成稳定的承载拱，接着对中台阶核心土部分用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移，对中台阶左、右侧边墙部分用铣挖机开挖、修边，并初期支护，然后对下台阶核心土部分用大破碎锤开挖，对下台阶左、右侧边墙部分用铣挖机开挖、修边，并初期支护，然后出渣，重复上述步骤，直至整个隧道开挖结束。本发明充分发挥了铣挖机配套机械化施工的优势，实现了隧道轮廓的精确成型，围岩扰动小，超欠挖控制良好，作业环境及施工安全性高，避免了***震动带来的影响。

Description

中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法

技术领域

本发明涉及一种中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，属于隧道施工工法技术领域。

背景技术

目前隧道开挖施工主要根据新奥法原理，开挖方法分为钻爆法和非钻爆法两种。随着隧道修建范围的急速扩大，其难免会近距离穿越既有道路、隧道以及下穿各类构筑物，若钻爆法施工时***振动控制不当，会引起地表建筑物的变形过大、震动破坏，甚至坍塌；同时，随着社会安全意识的提高，工程领域火工品的使用限制将逐步严格，这就要求采用非***法来严格控制隧道施工造成的变形和震动，完成施工。非钻爆法包括全断面岩石掘进机、单臂掘进机法和铣挖法。实践证明，当隧道长度与直径之比大于600，即隧道长度大于3.6km时，采用全断面岩石掘进机进行隧道施工比较经济。单臂掘进机是一套集开挖、出渣、喷雾除尘于一体的***，且为电力驱动，因此在动力驱动方面和施工灵活性方面具有一定的局限性，且价格较贵。相对于全断面岩石掘进机和单臂掘进机法，铣挖机则体现出灵活、经济的特点。铣挖机在软弱破碎地层中开挖效率可达25-40m³/h，但对强度较大或完整性较好的中硬岩地层，铣挖效率急剧下降，单独铣挖施工将影响施工效率。

发明内容

本发明的目的是在于：提供了一种中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，解决中硬地层隧道在施工时无法采用***施工或对于岩体强度偏大、完整性良好的围岩施工时引起的***扰动大、超挖严重、地表变形严重的技术难题。

本发明的技术方案：为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：一种中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，根据三台阶法将中硬地层隧道横断面划分为上台阶中心部分、上台阶中心外部分、中台阶核心土部分、中台阶左侧边墙部分、右侧边墙部分、下台阶核心土部分、下台阶左侧边墙部分以及右侧边墙部分，对于各部的施工按如下步骤进行：

A、对上台阶中心部分采用大破碎锤开挖成半个抛物面状；

B、上台阶中心外部分采用铣挖机将上台阶中心部分形成的抛物面状开挖面铣挖、修整成垂直于隧道轴线的平面；

C、上台阶开挖完后，对上台阶进行初期支护，形成稳定承载拱；

D、对中台阶核心土部分采用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移；

E、对中台阶左侧边墙部分、右侧边墙部分采用铣挖机开挖、修边，并施做初期支护；

F、对下台阶核心土部分采用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移；

G、对下台阶左侧边墙部分、右侧边墙部分采用铣挖机开挖、修边，并施做初期支护，然后采用自卸式出渣车出渣；

H、重复A~G步骤，直至整个隧道开挖结束。

上述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，所述步骤E中对中台阶左侧边墙部分、中台阶右侧边墙部分连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀，待一侧施作完成初期支护后，再进行另一侧边墙铣挖并施作初期支护。

上述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，所述步骤G中对下台阶左侧边墙部分、下台阶右侧边墙部分连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀，待一侧施作完成初期支护后，再进行另一侧边墙铣挖并施作初期支护。

上述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，所述步骤A中对上台阶采用大破碎锤开挖时，同时进行步骤E或G用铣挖机进行边墙开挖与修整。

上述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，所述步骤B中对上台阶用进行铣挖开挖时，同时进行步骤D或F用大破碎锤进行核心土开挖。

本发明的有益效果：与现有的隧道施工工法相比，本发明所述的中硬地层隧道铣挖机配套机械化施工工法，由软弱地层隧道铣挖施工工法衍变而来，严格遵循“段开挖、快支护、勤量测、紧封闭、早成环、稳重求快”的新奥法施工原则，根据不同地质条件选择三台阶法或上下台阶法进行施工。

本发明的优点在于：

1、该工法适用于节理发育的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级中硬强度围岩体大断面下穿既有线路、采空区等的公路隧道、铁路隧道及临近建筑物而对减震要求较高的市政等地下隧道工程。

2、该工法充分发挥了机械铣挖法的优势,实现了隧道轮廓的精确成型,围岩扰动小,超欠挖控制效果好,作业环境及施工安全性高,减小了超欠挖,保护了围岩,避免大变形及局部塌方。

3、在对上台阶进行铣挖或破碎开挖的时候,可同时进行下台阶的开挖以及初期支护,工作效率提高,加快了工程进度,缩短了整个施工时间,降低了生产成本。

4、该工法避免了***冲击力对周边岩体的影响，减小了围岩损伤，可降低围岩支护等级，节约支护成本。

附图说明

图1是本发明施工隧道横断面示意图；

图2是本发明施工隧道纵向剖视图；

图3是本发明施工隧道俯视剖视图。

附图标记：1-上台阶中心部分，2-上台阶中心外部分,3-中台阶核心土部分,4-中台阶左侧边墙部分,5-中台阶右侧边墙部分,6-下台阶核心土部分,7-下台阶左侧边墙部分,8-下台阶右侧边墙部分,9-仰拱部分。

具体实施方式

下面结合附图与具体实例对本发明作进一步详细描述：一种中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，根据三台阶法将中硬地层隧道横断面划分为如附图1、附图2和附图3所示几个部分，上台阶中心部分1、上台阶中心外部分2、中台阶核心土部分3、中台阶左侧边墙部分4、中台阶右侧边墙部分5、下台阶核心土部分6、下台阶左侧边墙部分7以及下台阶右侧边墙部分8，对于各部的施工按如下步骤进行：

A、对上台阶中心部分1采用斗山DXB160型大破碎锤开挖至钎杆漂移，使掘进工作面成半抛物面状；根据不同围岩级别每一次开挖循环进尺1.2m~2.4m(1~2榀拱架)。

B、上台阶中心外部分2采用德国艾卡特ER1500型号铣挖机将上台阶中心部分形成的抛物面状开挖面铣挖、修整成垂直于隧道轴线的平面，扒渣车修整出水平面，为施做初期支护提供平台；考虑铣挖机作业，上台阶开挖高度宜为2.5~3米。

C、上台阶开挖完后，及时进行初喷混凝土、架立钢支撑、锚网施作***支护，架设工字钢架，并保证钢拱架与围岩密贴，并复喷至设计厚度，形成稳定的承载拱，当拱脚承载力不足时，要特别加强每一分部锁脚锚杆或锚管的施作，形成稳定承载拱；

D、对中台阶核心土部分3采用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移；中台阶开挖高度宜为2~2.5米。

E、对中台阶左侧边墙部分4、右侧边墙部分5采用铣挖机开挖、修边，铣挖修边后及时接腿(型刚拱架中台阶部分接长)、及时封闭，悬空长度不超过2榻拱架，施工中，使同一断面处暴露开挖面仅限于一侧。

F、对下台阶核心土部分6采用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移；下台阶开挖高度宜为2~2.5米左右。

G、对下台阶左侧边墙部分7、右侧边墙部分8采用铣挖机开挖、修边，并施做初期支护，然后采用自卸式出渣车出渣；

H、重复A~G步骤，直至整个隧道开挖结束。

在上述步骤E中对中台阶左侧边墙部分、中台阶右侧边墙部分连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀，待一侧施做完成初喷混凝土、架立钢支撑、锚网施做、复喷混凝土作业后，再进行另一侧边墙铣挖切槽并施作初期支护。若两边型钢支撑同时处于悬空状态，易造成隧道拱顶塌陷，错开后一边悬空，有一边还处于支撑状态。

在步骤G中对下台阶左侧边墙部分、下台阶右侧边墙部分连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀，待一侧施作完成初期支护后，再进行另一侧边墙铣挖并施作初期支护。

本说明书中三台阶施工工法针对不同地质条件可调整为上下两台阶，将上下两台阶台阶间距为5~10米。

同时为了加快施工进度，在实施步骤A对上台阶采用大破碎锤开挖时，同时进行步骤E或G用铣挖机进行边墙开挖与修整。在实施步骤B中对上台阶进行铣挖开挖时，同时进行步骤D或F用大破碎锤进行核心土开挖。

而在出渣完成后应马上开挖仰拱部分9，施做仰拱，使其尽早封闭成环，使结构受力更加合理。为尽快封闭成环5~10m开挖一次，仰拱铺底采用人工配合短臂挖掘机捡底，捡底处配有过轨梁、浮放道岔设备，减少了施工干扰。开挖完后安装初期支护的钢支撑和仰拱钢筋同时绑扎，浇注砼，待砼终凝固一天后回填，再往前推进施工。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

Claims (6)

1.一种中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，其特征在于，采用三台阶法进行施工，三台阶法将中硬地层隧道横断面划分为上台阶中心部分（1）、上台阶中心外部分（2）、中台阶核心土部分（3）、中台阶左侧边墙部分（4）、中台阶右侧边墙部分（5）、下台阶核心土部分（6）、下台阶左侧边墙部分（7）以及下台阶右侧边墙部分（8），对于各部的施工按如下步骤进行：

A、对上台阶中心部分（1）采用大破碎锤开挖成抛物面状；

B、上台阶中心外部分（2）采用铣挖机将上台阶中心部分（1）形成的抛物面铣挖、修整成垂直于隧道轴线的平面；

C、上台阶开挖完后，对上台阶进行初期支护，形成稳定的承载拱；

D、对中台阶核心土部分（3）采用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移；

E、对中台阶左侧边墙部分（4）、中台阶右侧边墙部分（5）采用铣挖机结合小破碎锤开挖、修边，并施做初期支护；

F、对下台阶核心土部分（6）采用大破碎锤开挖至大破碎锤钎杆漂移；

G、对下台阶左侧边墙部分（7）、下台阶右侧边墙部分（8）采用铣挖机结合小破碎锤开挖、修边，并施做初期支护，然后采用自卸式出渣车出渣；

H、重复A~G步骤，直至整个隧道开挖结束。

2.根据权利要求1所述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，其特征是:所述步骤E中对中台阶左侧边墙部分(4)、中台阶右侧边墙部分(5)连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀，待一侧施作完成初期支护后，再进行另一侧边墙铣挖并施作初期支护。

3.根据权利要求1所述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，其特征是:所述步骤G中对下台阶左侧边墙部分(7)、下台阶右侧边墙部分(8)连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀，待一侧施作完成初期支护后，再进行另一侧边墙铣挖并施作初期支护。

4.根据权利要求1所述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，其特征是:所述步骤A中对上台阶采用大破碎锤开挖时，同时进行步骤E或G用铣挖机进行边墙开挖与修整。

5.根据权利要求1所述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，其特征是:所述步骤B中对上台阶进行铣挖开挖时，同时进行步骤D或F用大破碎锤进行核心土开挖。

6.根据权利要求1所述的中硬地层隧道铣挖及配套机械化施工工法，其特征在于，采用上下两台阶施工法，将上下两台阶间距为5~10米。