CN110700841B - 用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法 - Google Patents

用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其包括以下步骤：(1)将隧道断面划分为导坑开挖区、核心土开挖区和隧底开挖区；(2)具备超前支护的情况下，开挖导坑开挖区；(3)具备导坑侧壁及主洞超前支护的情况下，从隧道顶到隧道底分次开挖核心土开挖区；(4)开挖隧底开挖区，架设支护以与已有支护闭合成环；(5)拆除临时支架，浇筑主洞仰拱；(6)敷设防水板，采用模板台车进行二次衬砌；(7)循环按照上述步骤，直至隧道贯通。导坑开挖区先于核心土开挖区施工，核心土开挖区的土体用作支撑，起到减少隧道掌子面土体纵向推力、预防围岩拱顶坍塌的作用，有效减少隧道初支拱顶下沉、净空水平收敛的情况，确保施工安全。

Description

用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法
技术领域
本申请涉及铁路隧道施工领域，尤其涉及一种用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法。
背景技术
近些年来，我国城市铁路快速发展，建设数量和建设里程逐年增加，并取得巨大成就。但是城市铁路浅埋暗挖大断面渐变隧道，因其跨度大，施工工序复杂，渐变段初支难以批量化生产，施工效率低，严重影响施工进度，尤其是在软弱围岩中，地表沉降和渐变段的水平位移难以控制，施工难度极大。城市地铁浅埋暗挖大断面渐变隧道，尤其是V级浅埋段、土质围岩端或风化、破碎较为严重的洞口地段(S-Va)，强度及稳定性差，开挖时易坍塌。因此如何确保挖掘的断面暗挖隧道的稳定性以及安全性是一大考验。
发明内容
本申请的目的旨在提供一种隧道稳定性高、施工安全的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法。
为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：
用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其包括以下步骤：
(1)将隧道断面划分为导坑开挖区、核心土开挖区和隧底开挖区，其中，所述导坑开挖区和核心土开挖区的边界线从预设的拱圈和边墙接壤处向隧道中线的方向延伸，至与隧底开挖区的边界线交叉为止；所述导坑开挖区包括左导坑开挖区和右导坑开挖区；所述核心土开挖区包括上核心土开挖区、中核心土开挖区及下核心土开挖区；
(2)在具备超前支护的情况下，依次开挖左导坑开挖区和右导坑开挖区，或者依次开挖右导坑开挖区和左导坑开挖区；
(3)在具备侧壁及主洞超前支护的情况下，先开挖上核心土开挖区，施作初期支护，再依次开挖中核心土开挖区及下核心土开挖区；
(4)开挖所述隧底开挖区，架设支护以与已有支护闭合成环；
(5)拆除临时支架，浇筑主洞仰拱；
(6)敷设防水板，采用模板台车一次模筑二次衬砌；
(7)循环按照步骤(1)～(6)，直至隧道贯通。
进一步设置：上述步骤(2)中，先行导坑开挖区的掌子面与后行导坑开挖区的掌子面相距至少大于15m。
进一步设置：先行导坑开挖区的掌子面比核心土开挖区的掌子面超前30～50m。
进一步设置：所述左导坑开挖区及右导坑开挖区均包括上、下两个开挖区，且所述导坑开挖区由上及下进行开挖。
进一步设置：上导坑开挖区比下导坑开挖区超前开挖3～5m。
进一步设置：所述步骤(3)中，所述核心土开挖区的上行开挖区比下行开挖区超前开挖3～5m。
进一步设置：所述导坑开挖区的开挖进尺为0.8～1.2m。
进一步设置：所述步骤(1)～(5)中，每个区域开挖完成后进行掌子面的喷砼封闭，且所述掌子面喷砼厚度为3～5m。
进一步设置：所述导坑开挖区总跨度为隧道跨度的1/3。
进一步设置：开挖方式采用弱***或机械开挖。
相比现有技术，本申请的方案具有以下优点：
本申请的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，采用导坑开挖区先于核心土开挖区施工的方式，核心土开挖区的土体可作为支撑土体，以起到减少隧道掌子面土体纵向推力、预防围岩拱顶坍塌的作用，并且采用双侧壁导坑式开挖方法能够控制围岩拱顶下沉，净空水平收敛，保持掌子面的稳定，可有效减少初期支护变形的情况，安全可靠，从而确保了施工人员在施工过程中的安全。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法的施工流程图；
图2为本申请用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法的工序横断面示意图；
图3为本申请用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法的工序纵断面示意图；
图4为本申请用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法的工序平面示意图。
图中，1、左导坑开挖区；11、第一开挖部；12、第二开挖部；2、右导坑开挖区；21、第三开挖部；22、第四开挖部；3、核心土开挖区；31、第五开挖部；32、第六开挖部；33、第七开挖部；4、隧底开挖区；41、第八开挖部；100、拱圈；200、仰拱；300、边墙。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
请参见图1至图4，本申请涉及一种用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其过程通过将隧道端面划分为导坑开挖区、核心土开挖区3和隧底开挖区4，并将导坑开挖区分为位于核心土开挖区3左右的两个开挖区，采用弱***或机械开挖的方式，使得在挖掘过程中，隧道具有良好的结构稳定性，可防止围岩拱顶坍塌。
本申请预挖设隧道的结构包括主洞(图中未标示，下同)及位于主洞顶部的拱圈100、主洞底部的仰拱200以及位于主洞两侧并用于连接拱圈100和仰拱200的边墙300，所述拱圈100为隧道断面起拱线以上的拱形衬砌，其位于隧道的中线位置处，所述拱圈100与所述边墙300的边界线恰好位于所述导坑开挖区的两个开挖区各自的中线位置处，且所述导坑开挖区和核心土开挖区3的边界线从预设的拱圈100和边墙300接壤处朝向隧道主洞中线的方向延伸，并延伸至与隧底开挖区4的边界线交叉为止，则通过双侧壁导坑式开挖方法进行隧道施工时，所述导坑开挖区位于隧道左右两侧的两个开挖区先行，所述核心土开挖区3可作为隧道的支撑土体，以确保挖掘过程中隧道掌子面的稳定性。并且将隧道断面划分为导坑开挖区、核心土开挖区3和隧底开挖区4三个区域进行开挖，可适应不同跨度和多种断面形式，并在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。
请结合图1和图2，所述用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法包括以下步骤：
(1)首先，将隧道断面划分为导坑开挖区、核心土开挖区3和隧底开挖区4，其中，所述导坑开挖区包括左导坑开挖区1和右导坑开挖区2，所述核心土开挖区3位于所述左导坑开挖区1和右导坑开挖区2之间以作为中间的支撑土体。
此外，可分别将左导坑开挖区1和右导坑开挖区2均分别划分为上、下两个开挖区，还可将核心土开挖区3按照由上及下的顺序划分为上核心土开挖区、中核心土开挖区、下核心土开挖区三个区域，并且定义左导坑开挖区1的上开挖区为第一开挖部11，其下开挖区为第二开挖部12，定义右导坑开挖区2的上开挖区为第三开挖部21，其下开挖区为第四开挖部22，定义核心土开挖区3的上核心土开挖区为第五开挖部31，其中核心土开挖区为第六开挖部32，其下核心土开挖区为第七开挖部33，定义隧底开挖区4为第八开挖部41。
(2)施作超前支护，具体为施作拱部超前大管棚+超前小导管注浆工艺以加固底层，随后在具备超前支护的情况下，依次开挖左导坑开挖区1和右导坑开挖区2，或者依次开挖右导坑开挖区2和左导坑开挖区1。
以依次开挖左导坑开挖区1和右导坑开挖区2为例，左导坑开挖区1作为先行开挖区，右导坑开挖区2作为后行开挖区。先对左导坑开挖区1的上开挖区(即第一开挖部11)进行开挖，随后开挖左导坑开挖区1的下开挖区(即第二开挖部12)，并且第一开挖部11需比第二开挖部12超前开挖3～5m，即采用台阶法进行隧道断面的施工，有利于控制围岩的变形。
完成第一开挖部11的挖掘工作后，需喷厚砼以封闭掌子面，且所喷涂混凝土的厚度可为3～5cm，随后施作第一开挖部11的导坑周边的洞身锚杆，同时初喷4cm的厚砼，并架设I20钢架及I18临时钢架，并开设锁脚钢管，安设I18横撑，以完成对第一开挖部11的初期支护和临时封闭支护，随后再进行第二开挖的挖掘工作，在第二开挖部12挖掘到设定深度时，对其施作与第一开挖部11相同的初期支护和临时封闭支护的步骤。
完成左导坑开挖区1的挖掘作业后，在右导坑区具备超前支护的基础上，按照左导坑开挖区1的施工顺序及方法进行右导坑开挖区2的第三开挖部21和第四开挖部22的挖掘作业。并且，左导坑开挖区1和右导坑开挖区2的跨度总长宜为整个隧道跨度的1/3，此外，左导坑开挖区1的开挖深度应比右导坑开挖区2的开挖深度至少大于15m，反之，右导坑开挖区2作为先行开挖区时，其开挖深度应比左导坑开挖区1的开挖深度至少大于15m。
所述导坑开挖区的施工完成后，需在其周边架立钢架，必要时应该导坑开挖区底部设置横撑，同时施作锚喷支护。
另外需要注意的是，当现场导坑开挖区的大小及台阶高度进行适当调整时，应保证侧壁导坑临时支护与主洞洞身钢架的连接牢固，施工中若导坑开挖区的收敛过大，则应设置底部横撑，横撑位置可根据监控量测结构进行适当调整，并考虑导坑开挖区自身的稳定以及施工的便捷性。
(3)具备隧道侧壁及主洞超前支护的情况下，从隧道顶到隧道底分次开挖所述核心土开挖区3，其中，步骤(2)中所设置的超前支护、初期支护以及临时封闭支护可作为步骤(3)的超前支护。
从隧道顶部往下到隧道底部采用台阶法依次对第五开挖部31、第六开挖部32和第七开挖部33进行开挖，并且第五开挖部31开挖深度比第六开挖部32的开挖深度超前3～5m，第六开挖部32的开挖深度比第七开挖部33的开挖深度超前3～5m。
在完成第五开挖部31的挖掘工作后，需对其施作初期支护和临时封闭支护，具体为喷涂5cm厚砼封闭掌子面，导坑周边初喷4cm厚砼，并架设拱部I22b钢架，最后钻设***锚杆后复喷砼至设计厚度，同时还需对第五开挖部31施作临时仰拱。随后再完成第六开挖部32及第七开挖部33的挖掘作业，同时施作初期支护和临时封闭支护，在第七开挖部33挖掘完成后还需安设I18横撑以进行支撑。
若核心土开挖区3与导坑开挖区同时施工时，先行导坑开挖区的掌子面应超前核心土开挖区3的掌子面30～50m。
(4)开挖所述隧底开挖区，架设支护以与已有支护闭合成环。
对隧底开挖区4(即第八开挖部41)进行开挖作业，挖掘作业完成后对其底部初喷4cm厚砼，架设I20b钢架，拆除上述步骤中所架设的横撑，并使所架设的钢架支护与上述步骤中的支护闭合成环，而后复喷砼至设计厚度。
(5)拆除临时支架，浇筑主洞仰拱。
在拆除临时支架前，需进行监控量测，分析洞身结构的稳定性，当主洞初期支护钢拱架闭合且变形稳定后方可拆除临时支护，在拆除前还应加强拱顶下沉量及周边位移的观测，并且每次拆除长度不大于一次仰拱回填施工长度，随后进行导坑周边的遂底填充、浇筑主洞仰拱。
此外，临时拱架的拆除与所浇筑完成仰拱的距离不宜超过10m，仰拱回填必须紧跟，且拉开距离不得超过20m。
(6)敷设防水板，采用模板台车一次模筑二次衬砌；
敷设土工布及防水板，再进行二次衬砌施工，利用衬砌模板台车进行一次性浇筑拱墙衬砌。此外，上述所拆除临时支护的底部钢架单元应在已完成二次衬砌区域的6～8cm范围内。
(7)循环按照上述步骤(1)～(6)，直至隧道贯通。
上述已完成步骤中所拆除的临时支护的材料可循环利用以作为下一循环隧道施工的临时封闭支护的材料，同时上述步骤(2)和步骤(3)中的超前支护以及临时封闭支护可利用前一轮的支护结构来充当，以提高钢架使利用率，减少浪费。
本申请的隧道开挖作业应坚持“弱***、短进尺、强支护、勤测量”的原则开挖时严格控制超欠挖，每次开挖进尺范围在0.8～1.2m之间，开挖后及时处理危石、欠挖和出渣，并将开挖掌子面上的粉尘和松散物清理干净，立即喷砼厚度4～6cm以封闭掌子面。并且采用***开挖时，需严格控制炮眼深度及装药量，避免***强度过大导致隧道的坍塌的可能，若遇到石方，尽量采用机械开挖，减少洞内作业人员的作业，尽量减少对围岩的扰动，并且隧道开挖后的支护需及时闭合成环，以对围岩起到支撑作用。
还需注意的是，上述临时钢架与永久钢架之间的连接钢板应按照施工图设计采用整体连接，不得分块焊接。
本申请的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，左导坑开挖区1及右导坑开挖区2先于核心土开挖区3进行开挖，核心土开挖区3的土体可作为支撑土体，以起到减少隧道掌子面土体纵向推力、预防围岩拱顶坍塌的作用，并且采用双侧壁导坑式开挖方法能够控制围岩拱顶下沉，净空水平收敛，保持掌子面的稳定，可有效减少隧道初期支护变形的情况，安全可靠，确保了施工人员在施工过程中的安全。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将隧道断面划分为导坑开挖区、核心土开挖区和隧底开挖区，其中，所述导坑开挖区和核心土开挖区的边界线从预设的拱圈和边墙接壤处向隧道中线的方向延伸，至与隧底开挖区的边界线交叉为止；所述导坑开挖区总跨度为隧道跨度的1/3，所述导坑开挖区包括左导坑开挖区和右导坑开挖区，所述左导坑开挖区及右导坑开挖区均包括上、下两个开挖区，且所述导坑开挖区由上及下进行开挖；所述核心土开挖区包括上核心土开挖区、中核心土开挖区及下核心土开挖区；
(2)在具备超前支护的情况下，依次开挖左导坑开挖区和右导坑开挖区，或者依次开挖右导坑开挖区和左导坑开挖区；
(3)在具备侧壁及主洞超前支护的情况下，先开挖上核心土开挖区，施作初期支护，再依次开挖中核心土开挖区及下核心土开挖区；
(4)开挖所述隧底开挖区，架设支护以与已有支护闭合成环；
(5)拆除临时支架，浇筑主洞仰拱；
所述步骤(1)～(5)中，每个区域开挖完成后进行掌子面的喷砼封闭，且掌子面喷砼厚度为3～5m；
(6)敷设防水板，采用模板台车一次模筑二次衬砌；
(7)循环按照步骤(1)～(6)，直至隧道贯通。
2.根据权利要求1所述的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，上述步骤(2)中，先行导坑开挖区的掌子面与后行导坑开挖区的掌子面相距至少大于15m。
3.根据权利要求1所述的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，先行导坑开挖区的掌子面比核心土开挖区的掌子面超前30～50m。
4.根据权利要求3所述的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，上导坑开挖区比下导坑开挖区超前开挖3～5m。
5.根据权利要求1所述的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述核心土开挖区的上行开挖区比下行开挖区超前开挖3～5m。
6.根据权利要求1所述的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，所述导坑开挖区的开挖进尺为0.8～1.2m。
7.根据权利要求1所述的用于隧道开挖的双侧壁导坑式开挖方法，其特征在于，开挖方式采用弱***或机械开挖。
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