CN108286442A - 适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明从开了一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法，两台阶隧道包括上台阶、下台阶以及仰拱，开挖方法包括：对隧道的掌子面的前方围岩做超前地质预报，并获得地质预报结果；基于地质预报结果，对掌子面的前方围岩进行预注浆加固；按照上台阶开挖循环进尺沿隧道的开挖轮廓线对掌子面进行挖掘，并在挖掘的同时施作掌子面混凝土封闭及对上台阶的初期支护，直至形成预定长度的上台阶；铺设栈桥，将上台阶末端与栈桥的连接处开挖成斜坡以搭设栈桥；按照下台阶开挖循环进尺挖掘下台阶及仰拱凹坑，并同时施作对下台阶的初期支护，直至上台阶初期支护与下台阶初期支护封闭成环；循环执行上述方法，直至完成两台阶隧道的挖掘。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法。
背景技术
随着国家实力的不断提升，国家对于基础设施的建设力度不断加大。由于我国的地址条件复杂多样，需要在各种路况下进行搭桥修路，尤其在南方，由于地势的原因，因此存在各种山或丘陵的地貌，此时需要继续搭桥修路，例如铁路建设，就需要进行隧道挖掘。
在隧道施工的技术领域，已经出现了多种成熟的隧道施工方法，例如先拱后墙法、漏斗棚架法、台阶法、全断面法、上下导坑先墙后拱法、蘑菇形法、侧壁导坑先墙后拱法、***开挖、矿山法等，其中，在铁路断面软弱围岩隧道的开挖方法中，比较常用的主要有三台阶临时仰拱法与台阶(不带仰拱)法。
在大断面(一般为140-180平方米)软弱围岩隧道的施工过程中，本领域技术人员主要发现了如下技术问题：对于三台阶临时仰拱法，由于将隧道分为了多个台阶，因此每个台阶所占用的空间较小，导致作业空间狭小，不利于大型机械的施工，因此工效低，且围岩的暴露时间长，同时在地质条件发生变化时，不能灵活、及时地转换施工方法，无法保证稳定的施工进度，同时还存在着施工繁琐，隧道仰拱安全步距容易超标等技术问题。对于台阶(不带仰拱)法，当应用于IV、V级围岩大断面铁路隧道时，不能有效抑制围岩的变形，同时由于该方法不带仰拱，因此隧道不能及早封闭成环，初期支护收敛变形较大，存在较大的安全隐患，在施工过程中，仰拱初期支护安全步距容易超标，不满足现行规范要求，且该方法同样存在施工繁琐，不利于大机施工的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的隧道挖掘方法作业空间狭小、施工效率低下以及施工安全性不高的技术问题，本发明提供了一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法，通过采用两台阶施工以及下台阶和仰拱一起挖掘和支护的施工方法，增大了作业空间，提升了作业安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法，所述两台阶隧道包括上台阶、下台阶以及仰拱，所述开挖方法包括：对所述隧道的掌子面的前方围岩做超前地质预报，并获得地质预报结果；基于所述地质预报结果，对所述掌子面的前方围岩进行预注浆加固；按照上台阶开挖循环进尺沿隧道的开挖轮廓线对所述掌子面进行挖掘，并在挖掘的同时施作掌子面混凝土封闭及对上台阶的初期支护，直至形成预定长度的上台阶；铺设栈桥，将所述上台阶末端与所述栈桥的连接处开挖成斜坡以搭设所述栈桥；按照下台阶开挖循环进尺挖掘下台阶及仰拱凹坑，并同时施作对下台阶的初期支护，直至所述上台阶初期支护与所述下台阶初期支护封闭成环；循环执行上述方法，直至完成所述两台阶隧道的挖掘。
优选地，在对所述掌子面进行挖掘之前，沿着所述掌子面留有1:0.1的坡度。
优选地，对所述掌子面的挖掘高度为7-8m，所述上台阶的预定长度为15-35m，所述混凝土封闭的厚度为3-5cm。
优选地，所述上开挖循环进尺为1-3m。
优选地，所述斜坡的宽度小于等于5m，坡度为10％-15％。
优选地，在所述上台阶末端与所述仰拱之间设置有3-6m的施工空间，所述栈桥设置于所述施工空间上方。
优选地，所述下台阶开挖循环进尺小于等于3榀。
优选地，所述初期支护包括：初步喷射混凝土以封闭岩石表面；在所述岩石周围施作***锚杆，并在所述***锚杆上挂设钢筋网；基于所述钢筋网安装钢架；在所述钢架上再次喷射混凝土。
优选地，所述上台阶开挖循环进尺根据对上台阶施作的首次初期支护的钢架之间的距离确定。
优选地，所述开挖方法还包括仰拱的施工步骤，所述仰拱的施工步骤包括：对所述下台阶以及隧道底部进行挖掘；在完成对所述隧道底部的挖掘后对所述隧道底部进行清理，以获得清理后隧道底部；在挖掘形成仰拱凹坑之后，对所述仰拱凹坑进行循环浇筑以一次成型所述仰拱，其中每循环浇筑的浇筑长度为12m。
通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：
通过采用两台阶施工的施工方法，使得每个台阶的占用空间增大，增大了工作空间，因此可以使用更大型的机械进入作业，极大的提升了工作效率；由于只具有两台阶，因此减少了支护的次数，能够将隧道尽早的封闭成环，能有效控制隧道的收敛变形；同时采用下台阶和仰拱一起挖掘和支护的施工方法，减少了***对隧道围岩的扰动次数，避免了仰拱安全步距超标的问题，提升了作业安全性，同时在围岩变形较大时，能够在保证安全和满足净空断面的情况下,可尽快调整隧道的闭合时间，进一步保证了施工的安全性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法的具体实现流程图；
图2为本发明实施例提供的适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法的开挖透视图；
图3为本发明实施例提供的初期支护的具体实现流程图；
图4为本发明实施例提供的仰拱的施工步骤的具体实现流程图。
具体实施方式
针对现有技术中的隧道挖掘方法作业空间狭小、施工效率低下以及施工安全性不高的技术问题，本发明提供了一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法，通过采用两台阶施工以及下台阶和仰拱一起挖掘和支护的施工方法，增大了作业空间，提升了作业安全性。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参见图1，本发明实施例提供一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法，所述两台阶隧道包括上台阶、下台阶以及仰拱，所述开挖方法包括：
S10)对所述隧道的掌子面的前方围岩做超前地质预报，并获得地质预报结果；
S20)基于所述地质预报结果，对所述掌子面的前方围岩进行预注浆加固；
S30)按照上台阶开挖循环进尺沿隧道的开挖轮廓线对所述掌子面进行挖掘，并在挖掘的同时施作掌子面混凝土封闭及对上台阶的初期支护，直至形成预定长度的上台阶；
S40)铺设栈桥，将所述上台阶末端与所述栈桥的连接处开挖成斜坡以搭设所述栈桥；
S50)按照下台阶开挖循环进尺挖掘下台阶及仰拱凹坑，并同时施作对下台阶的初期支护，直至所述上台阶初期支护与所述下台阶初期支护封闭成环；
S60)循环执行上述方法，直至完成所述两台阶隧道的挖掘。
在本发明实施例中，通过采用两台阶施工的施工方法，使得每个台阶的占用空间增大，增大了工作空间，因此可以使用更大型的机械进入作业，极大的提升了工作效率；由于只具有两台阶，因此减少了支护的次数，能够将隧道尽早的封闭成环，能有效控制隧道的收敛变形；同时采用下台阶和仰拱一起挖掘和支护的施工方法，减少了***对隧道围岩的扰动次数，避免了仰拱安全步距超标的问题，提升了作业安全性，同时在围岩变形较大时，能够在保证安全和满足净空断面的情况下,可尽快调整隧道的闭合时间，进一步保证了施工的安全性。
在本发明实施例中，在对所述掌子面进行挖掘之前，沿着所述掌子面留有1:0.1的坡度。
在一种可能的实施方式中，请参见图2，在进行隧道挖掘施工的过程中，首先按照隧道的跨度和高度要求，将围岩挖掘成具有上台阶、下台阶以及仰拱的坡面状，然后采用本发明实施例的施工方法，首先对需要挖掘的掌子面前方的围岩做一个超前地质预报，从而获得该掌子面前方围岩的地质情况，此时，结合前一循环已经挖掘的掌子面所揭示的围岩破碎情况，得到地质预报，根据该地质预报对前方围岩做超前注浆加固。
此时，在上一个施工循环施作超前支护后，沿着隧道的开挖轮廓线对掌子面进行挖掘，需要说明的是，在对该掌子面进行挖掘之前，为确保掌子面的稳定性，防止坍塌，沿着该掌子面留有1:0.1的坡度。在对所述掌子面进行一次循环进尺的挖掘后，立即喷射混凝土以对该掌子面进行封闭，同时对挖掘出的上台阶立即进行初期支护，然后不断循环上述开挖方法，直到形成预定长度的上台阶。
在本发明实施例中，在每一个循环进尺的挖掘之后都立即对掌子面以及上台阶的围岩施作初期支护，从而能够有效控制由掌子面处的受力不均匀导致的围岩变形，以及隧道侧面的围岩由于受力不均匀导致的周围围岩变形，从而最大化保证了在施工过程中的***以及受力不均匀等因素导致的隧道变形，进一步保证了施工过程中的安全性。
在本发明实施例中，对所述掌子面的挖掘高度可以为7-8m，所述上台阶的预定长度可以为15-35m，所述混凝土封闭的厚度可以为3-5cm。
在本发明实施例中，所述上开挖循环进尺可以为1-3m。
在所述隧道的围岩的稳定性较好时，所述上台阶的预定长度可以为30-35m，一次挖掘的循环进尺可以为2-3m；当所述隧道的围岩的稳定性较差时，所述上台阶的预定长度可以为15-25m，一次挖掘的循环进尺可以为1-1.5m。
通过根据地质预报以及隧道围岩的稳定性来控制上台阶的挖掘长度以及挖掘速度，能够在保证安全的情况下，最大程度的提高工作效率，加快施工进度。
在本发明实施例中，在开挖过程中还要铺设栈桥，为了让栈桥与上台阶有效的连接同时便于汽车或大型设备通过使用，因此将上台阶的末端开挖成斜坡，并搭设栈桥以将该栈桥与斜坡连接，从而便于大型设备、汽车或行人的通行，例如汽车通过栈桥进入隧道挖掘的内部，从而将挖掘的碎渣、泥沙等杂物尽快运出隧道中，从而加快施工进度，提升工作效率，大型设备通过栈桥可以进入隧道挖掘的最深处，从而辅助进行大力度或高强度的挖掘作业，大大提升了挖掘的工作效率。
在本发明实施例中，为了确保上台阶拱架拱脚落在实处，所述斜坡的宽度小于等于5m，同时为了便于车辆或大型设备的通行，斜坡的坡度为10％-15％。
在本发明实施例中，在所述上台阶末端与所述仰拱之间设置有3-6m的施工空间，所述栈桥设置于所述施工空间上方。
在本发明实施例中，通过在施工空间上方搭设栈桥，从而能够在上台阶进行施工作业的同时，不影响下台阶的施工作业，提升了隧道挖掘的工作效率，降低了隧道开挖后的初期支护未闭合的时间，从而进一步减少了隧道围岩的形变，提高了隧道挖掘的安全性。
进一步地，在本发明实施例中，在上台阶开挖的过程中，还可以进行下台阶的挖掘作业，根据预设的下台阶开挖循环进尺，施工人员对下台阶以及仰拱的凹坑同时进行挖掘，并在每一个下台阶开挖循环进尺施工完成后都立即对下台阶以及仰拱施作初期支护，从而以最快的速度将隧道在该位置的初期支护封闭成环，保证了隧道的围岩在每一个开挖循环进尺的范围内都具有最小的形变，大大提高了施工作业过程中的安全性，提升了所挖掘出的隧道的总体质量，使得所挖掘出的隧道具有更高的稳定性。
在本发明实施例中，所述下台阶开挖循环进尺小于等于3榀。
进一步地，请参见图3，在本发明实施例中，所述初期支护包括以下步骤：
S801)初步喷射混凝土以封闭岩石表面；
S802)在所述岩石周围施作***锚杆，并在所述***锚杆上挂设钢筋网；
S803)基于所述钢筋网安装钢架；
S804)在所述钢架上再次喷射混凝土。
在本发明实施例中，所述上台阶开挖循环进尺根据对上台阶施作的首次初期支护的钢架之间的距离确定。
在本发明实施例中，通过对挖掘出的隧道围岩立即进行初期支护，减小了挖掘出的围岩的形变量，同时在本发明实施例的开挖方法中，通过两次喷射混凝土，结合安装的钢架，从而对挖掘出的隧道围岩进行了及时、稳固的支撑固定，并根据初期支护的钢架之间的距离确定循环进尺的大小，从而进一步保证了施工过程中的安全性。
请参见图4，在本发明实施例中，所述开挖方法还包括仰拱的施工步骤，所述仰拱的施工步骤包括：
S901)对所述下台阶以及隧道底部进行挖掘；
S902)在完成对所述隧道底部的挖掘后对所述隧道底部进行清理，以获得清理后隧道底部；
S903)在挖掘形成仰拱凹坑之后，对所述仰拱凹坑进行循环浇筑以一次成型所述仰拱，其中每循环浇筑的浇筑长度为12m。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种适用于软弱围岩隧道两台阶一次快速封闭成环的开挖方法，所述两台阶隧道包括上台阶、下台阶以及仰拱，其特征在于，所述开挖方法包括：
对所述隧道的掌子面的前方围岩做超前地质预报，并获得地质预报结果；
基于所述地质预报结果，对所述掌子面的前方围岩进行预注浆加固；
按照上台阶开挖循环进尺沿隧道的开挖轮廓线对所述掌子面进行挖掘，并在挖掘的同时施作掌子面混凝土封闭及对上台阶的初期支护，直至形成预定长度的上台阶；
铺设栈桥，将所述上台阶末端与所述栈桥的连接处开挖成斜坡以搭设所述栈桥；
按照下台阶开挖循环进尺挖掘下台阶及仰拱凹坑，并同时施作对下台阶的初期支护，直至所述上台阶初期支护与所述下台阶初期支护封闭成环；
循环执行上述方法，直至完成所述两台阶隧道的挖掘。
2.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，在对所述掌子面进行挖掘之前，沿着所述掌子面留有1:0.1的坡度。
3.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，对所述掌子面的挖掘高度为7-8m，所述上台阶的预定长度为15-35m，所述混凝土封闭的厚度为3-5cm。
4.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，所述上开挖循环进尺为1-3m。
5.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，所述斜坡的宽度小于等于5m，坡度为10％-15％。
6.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，在所述上台阶末端与所述仰拱之间设置有3-6m的施工空间，所述栈桥设置于所述施工空间上方。
7.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，所述下台阶开挖循环进尺小于等于3榀。
8.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，所述初期支护包括：
初步喷射混凝土以封闭岩石表面；
在所述岩石周围施作***锚杆，并在所述***锚杆上挂设钢筋网；
基于所述钢筋网安装钢架；
在所述钢架上再次喷射混凝土。
9.根据权利要求8所述的开挖方法，其特征在于，所述上台阶开挖循环进尺根据对上台阶施作的首次初期支护的钢架之间的距离确定。
10.根据权利要求9所述的开挖方法，其特征在于，所述开挖方法还包括仰拱的施工步骤，所述仰拱的施工步骤包括：
对所述下台阶以及隧道底部进行挖掘；
在完成对所述隧道底部的挖掘后对所述隧道底部进行清理，以获得清理后隧道底部；
在挖掘形成仰拱凹坑之后，对所述仰拱凹坑进行循环浇筑以一次成型所述仰拱，其中每循环浇筑的浇筑长度为12m。
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