专利名称：一种适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道的施工方法，具体涉及一种适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法。
背景技术：
由于隧道处于地下岩土层中，其所穿越的地层条件不可能是单一的，既有在横断面上的软硬不均，又有沿隧道纵断面地层条件的不断变化，尤其是大断面隧道，其所穿越地层的不均一性将更为显著。目前，针对大断面隧道的施工，根据隧道所穿越的地质条件的不同以及施工机械设备的配套情况，国内外主要采用全断面法，台阶法以及分部施工方法 (包括CD、CRD和双侧壁导坑法等)。全断面法和台阶法工法转换方便，施工速度快，但在遇到软弱破碎地层时无法保证施工安全。而CD、CRD和双侧壁导坑法等分部施工方法，化大断面为小断面，缩小了单次开挖跨度，有利于隧道施工稳定，但同时，这些分部施工方法施工工序多，各工序间的干扰大，施工速度慢，而且多次的爆破开挖对围岩造成频繁的扰动，需拆除的临时支撑又较多，达不到经济、快速施工的目的；特别是当遇到隧道的地质条件发生变化时，存在工法间转换困难、工期长、造价高、施工质量差等问题。总体来说，在复杂多变的地质条件下，隧道施工方法需要经常转换，而现有的各种分部施工方法相互间转换非常麻烦，严重影响了施工进度，无法满足隧道快速施工的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在各种复杂多变地质条件下施工速度快， 施工工期短的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法。为了解决上述技术问题，本发明提供的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，将中墙和台阶进行组合，在隧道施工过程中根据实际地质条件的变化情况和现场监测信息确定是否设置上、中、下台阶的中隔墙以及各台阶的临时仰拱；即在隧道施工过程中当围岩条件变差时，各开挖分部的临时支护均需施作，当围岩条件变好时，若干较小的开挖分部可合并成一个大的开挖分部，直至采用全断面一次开挖成型方法，施工过程中各开挖分部的划分位置不产生变化。施工中在超前地质预报的基础上，应加强隧道工作面的地质观察及现场监测，在隧道常规拱顶沉降和水平收敛监测的基础上，增加隧道上台阶初期支护应力的监测，根据观察及监测信息，确定各开挖分部的临时中隔墙及临时仰拱是否施作，从而实现动态的施
工与管理。为了保证施工安全，防止施工阶段整个隧道上半断面由于隧道拱脚的下沉而导致的整体下沉，隧道施工过程中必须采用扩大拱脚，增设锁脚锚杆或钢管等技术措施。隧道施工过程中中隔墙采用直中墙，以便于中型机械施工，加快施工进度，缩短整个隧道初支结构的闭合时间；在IV VI级围岩条件下，上台阶一般均设临时中隔墙，一方面可较好的控制地表的沉降，另一方面可保证隧道开挖后初期支护的及时施作，缩短隧道开挖后围岩的暴露时间。采用上述技术方案的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，针对现有各种隧道施工分部开挖工法中，由于开挖分部划分的不同，必须待各开挖分部到达同一开挖横断面时才能进行工法转换的实际问题，综合现有各种隧道施工方法的特点，将中墙和台阶进行组合，在隧道施工过程中根据实际地质条件的变化情况和现场监测信息确定是否设置上、中、下台阶的中隔墙以及各台阶的临时仰拱；也即在隧道施工过程中当围岩条件变差时，各开挖分部的临时支护均需施作，当围岩条件变好时，若干较小的开挖分部可合并成一个大的开挖分部，直至采用全断面一次开挖成型方法，施工过程中各开挖分部的划分位置不产生变化，从而便于围岩条件发生变化时各施工工序之间的衔接，以加快施工进度。在研发复杂多变地质条件下大断面隧道快速施工方法的过程中，进行了大量的现场试验测试工作，并进行了深入的理论分析计算研究，在此基础上获得了本发明施工方法的关键影响因素和关键控制工序，因此，本发明具有充足的理论分析和试验研究基础和依据，能够更好地保证施工安全和加快施工进度。与现有隧道施工方法相比的优点在于(1)施工中地质条件变化时不存在工法的转换问题，大大加快了施工进度；(2)在上台阶设置中隔墙，减小了浅埋隧道施工时的地表沉降；(3)中隔墙采用直中墙，便于中型机械施工，加快了施工进度；(4)缩短整个隧道初支结构的闭合时间，保证了隧道的施工安全；(5)减少了隧道施工中临时支护的工程量，一定程度上降低了工程造价。
图1为本发明不同围岩条件下工法转换的示意图。图2为本发明实施例1的开挖分部划分及施工工序示意图。图3为本发明实施例2的开挖分部划分及施工工序示意图。图4为本发明实施例3的开挖分部划分及施工工序示意图。图5为本发明实施例4的开挖分部划分及施工工序示意图。图6为本发明实施例5的开挖分部划分及施工工序示意图。图中1-上台阶左分部开挖，2-上台阶右分部开挖，3-中台阶开挖，4-下台阶开挖，5-全断面一次开挖，6-上台阶开挖，7-中台阶左分部开挖，8-中台阶右分布开挖，9-下台阶左分部开挖，10-下台阶右分部开挖，A-锁脚钢管，B-临时钢架支护，C-临时喷射混凝土支护，D-钢架初期支护，E- 二次衬砌混凝土，F-仰拱混凝土。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。参见图1，将中墙和台阶进行组合，在隧道施工过程中根据实际地质条件的变化情况和现场监测信息确定是否设置上、中、下台阶的中隔墙以及各台阶的临时仰拱；也即在隧道施工过程中当围岩条件变差时，各开挖分部的临时支护均需施作，当围岩条件变好时，若干较小的开挖分部可合并成一个大的开挖分部，直至采用全断面一次开挖成型方法，施工过程中各开挖分部的划分位置不产生变化，从而便于围岩条件发生变化时各施工工序之间
4的衔接，以加快施工进度。施工中在超前地质预报的基础上，应加强隧道工作面的地质观察及现场监测，在隧道常规拱顶沉降和水平收敛监测的基础上，增加隧道上台阶初期支护应力的监测，根据观察及监测信息，确定各开挖分部的临时中隔墙及临时仰拱是否施作，从而实现动态的施
工与管理。为了保证施工安全，防止施工阶段整个隧道上半断面由于隧道拱脚的下沉而导致的整体下沉，隧道施工过程中必须采用扩大拱脚，增设锁脚锚杆或钢管等技术措施。隧道施工过程中中隔墙采用直中墙，以便于中型机械施工，加快施工进度，缩短整个隧道初支结构的闭合时间。在IV VI级围岩条件下，上台阶一般均设临时中隔墙，一方面可较好的控制地表的沉降，另一方面可保证隧道开挖后初期支护的及时施作，缩短隧道开挖后围岩的暴露时间。实施例1 如图2所示，当整个隧道开挖断面均处于较好的岩层中，且有大型机械设备配套时，整个隧道采用全断面一次开挖施工，不划分小的开挖分部，此时上中下台阶的临时中墙和各台阶的临时仰拱均不需要施作。实施例2 如图3所示，当整个隧道开挖断面均处于较好的岩层中，且有中型机械设备配套时，可采用台阶法施工，隧道上、中、下台阶的临时中隔墙和各台阶的临时仰拱均可不施作， 具体施工工序如下①开挖1部台阶，施作1部洞身结构的初期支护，安设锁脚锚杆，锁脚锚杆要求与钢架用Φ 22钢筋L形焊接，每榀2根。②开挖2部，钻设锚杆，锚杆要求L型焊接在钢架上，喷射混凝土至设计厚度。③开挖3部，及时封闭初期支护。以上施工工序中，若工作面围岩较为软弱，可以在1部采用环形预留核心土法进行开挖；上台阶和中台阶的临时仰拱视围岩稳定情况进行设置，若较好，可以不设临时仰拱，否则设置。实施例3 如图4所示，当隧道上台阶处于较差的岩层，而中下台阶处于较好岩层时，隧道上台阶开挖施工过程中设置临时中隔墙，即用中隔墙将在上台阶分成左右两部分，具体施工工序如下①开挖1部台阶，初喷砼封闭掌子面。施作1部洞身结构的初期支护和临时支护， 安设锁脚锚杆，锁脚锚杆要求与钢架用Φ 22钢筋L形焊接，每榀2根。②跟进开挖支护2部，步骤同1部。③开挖3部，安装钢架，钻设锚杆，锚杆要求L型焊接在钢架上。喷射混凝土至设计厚度。④开挖4部，及时封闭初期支护。以上施工工序中，若上台阶围岩不能自稳，又特别软弱，可以在1部和2部采用环形预留核心土法进行开挖；上台阶和中台阶的临时仰拱视围岩稳定情况进行设置，若较好， 可以不设临时仰拱，否则设置；上台阶中隔墙一次拆除的长度不能过长。
实施例4 如图5所示，当隧道上中台阶处于较差的岩层，而下台阶处于较好岩层时，隧道上台阶及中台阶开挖施工过程中均设置临时中隔墙，即用中隔墙将上、中台阶分成左右4部分，具体施工工序如下①开挖1部台阶，初喷砼封闭掌子面，施作1部洞身结构的初期支护和临时支护， 安设锁脚锚杆，锁脚锚杆要求与钢架用Φ 22钢筋L形焊接，每榀2根。②跟进开挖支护2部，步骤同1部。③开挖支护3部，步骤同1部。④开挖支护4部，步骤同1部。⑤开挖支护5部，及时封闭初期支护。以上施工工序中，若上台阶围岩不能自稳，又特别软弱，可以在1部和2部采用环形预留核心土法进行开挖；上台阶和中台阶各部的临时仰拱视围岩稳定情况进行设置，若较好，可以不设临时仰拱，否则设置；中台阶的中隔墙可以和上台阶的保持一样，即为工字钢；也可以保留中间岩柱。实施例6 如图6所示，当整个隧道开挖断面均处于较差的岩层中时，在各台阶开挖过程中均设置临时中隔墙，即用中隔墙将上、中、下台阶分成左右6部分，此时隧道的施工工法转换为中隔墙直立的中隔墙法，具体施工工序如下①开挖1部台阶，初喷砼封闭掌子面，施作1部洞身结构的初期支护和临时支护， 安设锁脚锚杆，锁脚锚杆要求与钢架用Φ 22钢筋L形焊接，每榀2根。②跟进开挖支护2部，步骤同1部。③开挖支护3部，步骤同1部。④开挖支护4部，步骤同1部。⑤开挖支护5部，步骤同1部。⑥开挖支护6部，及时封闭初期支护。以上施工工序中，若上台阶围岩不能自稳，又特别软弱，可以在1部和2部采用环形预留核心土法进行开挖；上台阶和中台阶各部的临时仰拱视围岩稳定情况进行设置，若较好，可以不设临时仰拱，否则设置；中、下台阶的中隔墙可以和上台阶的保持一样采用工字钢，也可以保留中间岩柱，或间隔一定距离设一根工字钢立柱。
权利要求
1.一种适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，其特征在于将中墙和台阶进行组合，在隧道施工过程中根据实际地质条件的变化情况和现场监测信息确定是否设置上、中、下台阶的中隔墙以及各台阶的临时仰拱；即在隧道施工过程中当围岩条件变差时，各开挖分部的临时支护均需施作，当围岩条件变好时，若干较小的开挖分部可合并成一个大的开挖分部，直至采用全断面一次开挖成型方法，施工过程中各开挖分部的划分位置不产生变化。
2.根据权利要求1所述的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，其特征在于施工中加强地质观察及现场监测，在常规监测的基础上，增加初期支护应力的监测， 根据工作面观察及监测信息，确定临时中隔墙及临时仰拱是否施作。
3.根据权利要求1或2所述的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，其特征在于采用扩大拱脚，增设锁脚锚杆或钢管，控制隧道施工阶段拱脚的下沉。
4.根据权利要求1或2所述的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，其特征在于所述的中隔墙采用直中墙。
5.根据权利要求1或2所述的适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，其特征在于在IV VI级围岩条件下，上台阶均设临时中隔墙。
全文摘要
本发明公开了一种适应复杂多变地质条件的大断面隧道快速施工方法，将中墙和台阶进行组合，在隧道施工过程中根据实际地质条件的变化情况和现场监测信息确定是否设置上、中、下台阶的中隔墙以及各台阶的临时仰拱；即在隧道施工过程中当围岩条件变差时，各开挖分部的临时支护均需施作，当围岩条件变好时，若干较小的开挖分部可合并成一个大的开挖分部，直至采用全断面一次开挖成型方法，施工过程中各开挖分部的划分位置不产生变化。该方法施工中地质条件变化时不存在工法的转换问题，大大加快了复杂多变地质条件下大断面隧道的施工速度，缩短了施工工期，并可适当降低工程造价。
文档编号E21D9/04GK102312672SQ201110286819
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者安永林, 彭立敏, 施成华, 杨伟超, 雷明锋 申请人:中南大学