一种无导洞连拱隧道简捷开挖与支护实施方法与流程

1.本发明涉及建筑施工领域，具体来讲涉及的是一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖与支护实施方法。


背景技术：

2.随山区公路和城市道路不断延伸，因双连拱或多连拱隧道具有可上、下行车分离、接线难度小、占地少、环境友好且在平面线路、洞口位置选择自由等优点，而且造型优美，且便于运营管理而日益被广泛应用，特别是在深山峡谷，连拱隧道成桥隧连接主要结构型式，但双连拱或多连拱隧道施工中，中隔墙柱的稳定决定着连拱隧道施作的成败，中隔岩柱开挖与衬砌是桥隧连接项目控制性分部分项工程。
3.已有双连拱或多连拱隧道开挖特点：1、绝大多数连拱隧道都是采用中导洞先行开挖法进行施工；将连拱隧道中隔墙柱所在部位中导洞先行开挖贯通，而后从中导洞中部朝隧道两端洞口修筑中隔墙柱，待中隔墙柱能够承载后，再进行连拱隧道两侧正洞开挖并进行相应的支护结构施作。中导洞先行开挖法早期形成中隔墙柱，从本质上讲就是为按照普通隧道正常开挖准备条件。
4.传统双连拱隧道开挖施工工序为超前支护施工、中导洞开挖、中隔墙混凝土模板架设，混凝土浇筑、养护，待中隔墙混凝土强度达到设计强度后再进行主洞套拱施作。
5.中隔墙柱施工工期长，而且主洞套拱施工不能与中导洞施工进行平行作业。
6.连拱隧道中导洞先行开挖法，工艺复杂，中导洞开挖完成后，再行（钢构）混凝土充填而形成人工墙柱，其存在以下缺陷：1）中导洞断面小，不便于进行大型机械运转，必然投入人力较多；2）如果裸洞开挖，安全风险高，如果支护，操作空间必然更加狭小，因此作业条件差，作业人员易烦躁；3）中隔墙柱顶部不易接顶，削弱中隔岩柱支撑作用；4）大型混凝土浇筑应采取降温措施，而中隔墙柱浇筑不易采取降温措施而导致中隔墙柱出现温度裂缝而影响浇筑质量，也必然使支撑效果受到影响；5）正面关模板不易，中隔墙柱浇筑施工繁琐，工序太多，工艺复杂，且搭接施工缝较多，必然影响中隔墙柱支撑效果；6）中导洞横向两边支护侵位，正洞开挖需拆除侵位部分，不但浪费严重，而且影响中隔墙柱稳定性；7）钻爆开挖或人工或机械开挖、铲装运以及通风因中导洞空间不但狭窄而且独头而运转困难；8）正洞衬砌钢构与中隔墙柱预埋件链接处易应力集中，极易破坏中隔墙，实际施工中也很普遍。
7.9）因中隔墙柱顶易积水而难解决连拱隧道渗漏水问题。
8.10）施工速度慢，整个工期较长，成本也高。
9.2、极少数连拱隧道施工采用中隔墙柱跳槽开挖法假借矿山房柱采矿法，进行地压管理，先行开挖连拱隧道一侧正洞，施作初期支护，同时顺带将中隔岩柱隔段跳槽开挖，同时将中隔岩柱开挖的部分进行浇筑支护，后行按照普通隧道开挖衬砌另一侧正洞。
10.优点：减少了施工工序，加快了施工进度；缺陷：隔段跳槽开挖中隔墙柱槽段时，同部位隧道拱部支护结构处于悬空状态，极易造成隧道拱部结构整体下沉，甚至整个隧道坍塌，造成较大的安全隐患，因此只能在较好的围岩条件下才能使用；其次采用该方法纵向施工缝较多，也影响了隧道结构的质量、稳定性与耐久性。目前国内外仅有个别连拱隧道采用中隔墙柱跳槽开挖法进行施工。
11.3、一种软弱围岩大断面连拱隧道的快速施工方法中南大学施成华等老师发明一种软弱围岩大断面连拱隧道的快速施工方法，在隧道施工过程中，将先行洞及中隔墙所在的部位同步开挖，该洞室开挖采用双侧壁导坑法进行施工，而后施作初期支护及中隔墙，再施作该洞室二次衬砌，最后采用单侧壁导坑法开挖连拱隧道另一侧正洞，并施作相应的支护结构。和传统连拱隧道施工方法相比，不需要先贯通中导洞及施作中隔墙，再开挖两侧正洞，其大大加快了连拱隧道的施工速度，缩短了施工工期，并可适当降低工程造价。
12.特点：先行洞双侧壁导坑法，靠中隔岩柱侧壁导洞异型开挖，出现另侧正洞被侵位，必然后行洞开挖时必然切除侵位部分，因而初支处理工艺复杂，干扰性强，影响中隔岩柱稳定性，同时支护闭环工艺也很复杂。
13.4、全断面或台阶法无导洞开挖法；仍有极少数采用无导洞开挖法，将连拱隧道一侧正洞和中隔墙柱所在部位同步采用全断面或台阶法开挖，施作初期支护，而后开挖另一侧的正洞并施作相应的支护结构。全断面或台阶法无导洞开挖法工序简单，施工进度快。但洞室跨度大，安全风险高，隧道易塌方，存在很大的安全隐患，因此一般只在较好的围岩条件使用。


技术实现要素：

14.因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种无导洞连拱隧道简捷开挖与支护实施方法，即是一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖与支护实施方法。
15.本发明是这样实现的，构造一种无导洞连拱隧道简捷开挖与支护实施方法，其特征在于；实施时，洞外先行预制中隔墙柱支撑钢构，在中隔岩柱随先行洞一起开挖后，将预制好的中隔墙柱支撑钢构精准固定中隔墙柱位置，随先行洞支护，一起对中隔墙柱浇筑。
16.根据本发明所述一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖与支护实施方法，其特征在于；所述中隔墙柱分曲中墙和直中墙，仅是结构形式不一样，本质是一致的，仅是曲中墙衬砌闭环力学性质更好；实施时，确定左右洞先行开挖与普通隧道一样，中隔岩柱与先行洞开挖同步；非全断面开挖先行洞，先行开挖中隔岩柱侧，恰当设置滞后步距，应及时跟进中隔岩柱浇筑支护，确保施工安全，保证开挖进度。
17.中隔墙柱支撑钢构洞外预制，不影响隧道开挖衬砌施工进度，中隔墙柱浇筑可与正洞初支衬砌同步进行；后行洞可按照普通隧道施工滞后一定距离推进。
18.根据本发明一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖与支护实施方法，其特征在于；人工中隔墙柱支撑制作与安装如下；结合中隔墙柱支撑钢构安装特点，按照中隔墙柱支撑力大小，计算中隔墙柱支撑钢构强度，在洞外预制场先行制作；为精准安装中隔岩柱支撑钢构避免施工过程中发生偏移，开挖中隔岩柱基础时，可适当下沉凹形基准面，或上、下向锚固，确保精准定位，保证支护强度。
19.与普通隧道初支钢构一样，在洞外预制厂加工好后，运至支护点位，精准定位后与上一循环进行纵向焊接，再进行浇筑，同时与正洞初支钢构进行连接板栓接，然后进行初喷。
20.根据本发明一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖与支护实施方法，其特征在于；人工中隔岩柱开挖操作如下；与普通隧道一样，基于围岩岩层产状、厚度与延伸特点、岩性构成、岩石物理力学性质，受力状态、水文条件以及局域地质构造以及隧道断面大小确定开挖方法；先行洞连带中隔岩柱一起开挖可全断面开挖方法，也可自撑开挖法；(1）、全断面开挖法：适应条件：全断面法主要适用于ⅰ至ⅲ级围岩，注浆等辅助施工措施加固地层或小断面可适当降低围岩级别；中隔岩柱钻爆应与主洞起爆顺序结合起来，一次钻爆成型，起爆顺序应自下陡倾斜向上，自主洞至中隔岩柱；振动大，可逐孔起爆；开挖后进行径向系统支护，轴向超前支护。
21.(2）、自撑开挖法：台阶法、单双侧壁导坑法或中隔壁法或环形开挖留核心土法本质均为自撑开挖法；自撑开挖法适用于地质条件较差、地层不稳定、围岩（ⅳ至
ⅴ
类至软土）差、地压大、隧道跨度大、扁平率低、沉降控制严场合，特别适合于双线或多线隧道施工；针对软土连拱隧道，可人工或悬臂式掘进机或其他机械将包括中隔岩柱隧道局部铣削成槽或硐室，对槽或硐室应及时进行系统支护、超前支护，安装中隔墙柱支撑钢构，相邻钢构纵向连接并及时浇筑；后期再按照普通隧道留核心土环形开挖或铣削开槽，拱部形成环形凹槽后，在里立钢构支撑，通过连接板与中隔岩柱钢构进行栓连接，并跟上径向系统支护和超前支护。在拱部初次支护保护下，用人工或悬臂式掘进机等机械铣削或开挖核心部分。施作仰拱并迅速与中隔墙柱、主洞初支连接成环；台阶开挖法改为“l
ꢀ”
型台阶开挖法，以提前施做中隔墙柱。
22.中隔墙柱位置多余空间可在后行洞初支侧设置薄板，填塞可回收、易开挖、不易压缩物沙或其他物，便于后行洞施做二衬，同时也为后行洞钻爆施工隔振降振；一个初支循环结束，安排施工二次衬砌作业；坚硬岩层中大跨度洞室开挖也可用自撑开挖法，可利用其核心支承顶拱和边墙，减少临时支撑，甚至完全免除。
23.根据本发明一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖与支护实施方法，其特征在于；对于双连拱隧道施工，当先行洞施工超前后行洞一定距离后后行洞可按照普通开挖推进；
对于多连拱隧道，可按双连连拱隧道成等差。
24.本发明具有如下优点：一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速安全开挖与支护发明优点：1、无中导洞开挖。
25.2、既适合双连拱隧道，又适合多连拱隧道开挖与衬砌。
26.3、既适合岩爆岩层，又适合大变形岩层，也适合稳定性岩层连拱隧道开挖与衬砌。
27.4、既适合大断面也适合小断面双连拱或多连拱隧道开挖与衬砌。
28.5、双连拱或多连拱隧道施工基于普通隧道施工创新改进，施工工艺工序变化不大易掌握。
29.6、与普通隧道开挖与衬砌一样，开挖洞口没有增加，施工组织简单、大型设备适宜性强，铲装运空间大，通风条件好。
30.7、人工中隔墙柱很好与正洞开挖、衬砌相结合，特别是仰拱，与普通隧道一样完美闭合，减少隧道沉降与变形。
31.8、从施工工艺确保了施工质量、安全。
32.9、不但缩短了施工工期，降低了施工成本。
33.10、解决中隔墙渗水问题。
附图说明
34.图1是曲中墙和直中墙示意图；图2是直、曲（厚、薄）中隔墙柱支撑钢构示意图；图3是全断面开挖示意图；图4是开挖后进行径向系统支护示意图；图5先行洞中隔岩柱侧“l”型台阶开挖示意图图6是中隔墙柱钢构减少临时支撑状态示意图。
具体实施方式
35.下面将结合附图1
‑
图6对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明通过改进在此提供一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速开挖法与支护实施方法，具体实施操作如下；1、基本理论：双连拱或多连拱隧道中隔岩柱正常情况最宽4.5m,最窄2m，通常3m，最大断面近40m2,最小近20m2，一般近30m3，如采用直中墙面积相应更小，而两车道隧道宽度近12m,断面积近100m2，连拱隧道总宽度27m,总断面230m2,三车道隧道宽度近16.6m,断面积近170m2，连拱隧道总宽度近37m,总断面近370m2,因此中隔岩柱断面较隧道断面很小，因此中隔岩柱开挖暴露面轮廓远小于单个洞或连拱隧道开挖最终形成的应力拱或应力椭圆，未到达畸变点，因此从岩土力学上讲，一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道开挖法是可行的。中隔岩柱采取预制特殊支撑钢构体系，可使连拱隧道简易快速施工。
37.一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速安全开挖法与支护发明，从本质上讲，洞外先行预制中隔墙柱支撑钢构，在中隔岩柱随先行洞一起开挖后，将预制好的中隔墙柱支撑钢构精准固定中隔墙柱位置，随先行洞支护，一起对中隔墙柱浇筑。
38.2、发明特点如下：不用中导洞开挖，直接随主洞开挖。
39.随主洞开挖初支施作，同步开展中隔墙钢构混凝土浇筑。
40.中隔墙柱支撑钢构洞外预制厂定制，结构简单，安装快速。
41.3、钢构需要精准定位，可上、下向锚固或下沉中隔墙柱基础以固定安装。
42.双连拱或多连拱隧道施工工法与中隔墙柱初支发明实施时；中隔墙柱分曲中墙和直中墙（如图1所示），仅是结构形式不一样，本质是一致的，仅是曲中墙衬砌闭环力学性质更好。
43.确定左右洞先行开挖与普通隧道一样，中隔岩柱与先行洞开挖同步。
44.非全断面开挖先行洞，先行开挖中隔岩柱侧，恰当设置滞后步距，应及时跟进中隔岩柱浇筑支护，确保施工安全，保证开挖进度。
45.中隔墙柱支撑钢构洞外预制，不影响隧道开挖衬砌施工进度，中隔墙柱浇筑可与正洞初支衬砌同步进行。后行洞可按照普通隧道施工滞后一定距离推进。
46.（一）人工中隔墙柱支撑制作与安装发明结合中隔墙柱支撑钢构安装特点，按照中隔墙柱支撑力大小，计算中隔墙柱支撑钢构强度，在洞外预制场先行制作。如图2所示。
47.为精准安装中隔岩柱支撑钢构避免施工过程中发生偏移，开挖中隔岩柱基础时，可适当下沉凹形基准面，或上、下向锚固，确保精准定位，保证支护强度。
48.与普通隧道初支钢构一样，在洞外预制厂加工好后，运至支护点位，精准定位后与上一循环进行纵向焊接，再进行浇筑，同时与正洞初支钢构进行连接板栓接，然后进行初喷。
49.（二）人工中隔岩柱开挖方法与普通隧道一样，基于围岩岩层产状、厚度与延伸特点、岩性构成、岩石物理力学性质，受力状态、水文条件以及局域地质构造以及隧道断面大小确定开挖方法。先行洞连带中隔岩柱一起开挖可全断面开挖方法，也可自撑开挖法。
50.1、全断面开挖法：适应条件：全断面法主要适用于ⅰ至ⅲ级围岩，注浆等辅助施工措施加固地层或小断面可适当降低围岩级别。如图3所示。
51.中隔岩柱钻爆应与主洞起爆顺序结合起来，一次钻爆成型，起爆顺序应自下陡倾斜向上，自主洞至中隔岩柱。
52.振动大，可逐孔起爆。
53.开挖后进行径向系统支护，轴向超前支护。如图4所示。
54.2、自撑开挖法：单、双侧壁导坑法或中隔壁法或环形开挖留核心土法本质均为自撑开挖法；自撑开挖法适用于地质条件较差、地层不稳定、围岩（ⅳ至
ⅴ
类至软土）差、地压
大、隧道跨度大、扁平率低、沉降控制严场合，特别适合于双线或多线隧道施工。
55.针对软土连拱隧道，可人工或悬臂式掘进机或其他机械将包括中隔岩柱隧道局部铣削成槽或硐室，对槽或硐室应及时进行系统支护、超前支护，安装中隔墙柱支撑钢构，相邻钢构纵向连接并及时浇筑。
56.后期再按照普通隧道留核心土环形开挖或铣削开槽，拱部形成环形凹槽后，在里立钢构支撑，通过连接板与中隔岩柱钢构进行栓连接，并跟上径向系统支护和超前支护。在拱部初次支护保护下，用人工或悬臂式掘进机等机械铣削或开挖核心部分。施作仰拱并迅速与中隔墙柱、主洞初支连接成环。
57.台阶开挖法改为“l
ꢀ”
型台阶开挖法，以提前施做中隔墙柱如图5所示。
58.中隔墙柱位置多余空间可在后行洞初支侧设置薄板，填塞可回收、易开挖、不易压缩物沙或其他物，便于后行洞施做二衬，同时也为后行洞钻爆施工隔振降振。
59.一个初支循环结束，安排施工二次衬砌作业。
60.坚硬岩层中大跨度洞室开挖也可用自撑开挖法，可利用其核心支承顶拱和边墙，减少临时支撑，甚至完全免除。如图6所示。
61.双连拱或多连拱隧道施工工序：对于双连拱隧道施工，当先行洞施工超前后行洞一定距离后后行洞可按照普通开挖推进。
62.对于多连拱隧道，可按双连连拱隧道成等差距离拉开距离按照先行洞依次推进，也可隔一定距离跳格按照先行洞施工。
63.一种适用于各种围岩不同大小断面双连拱或多连拱隧道简易快速安全开挖与支护发明优点：1、无中导洞开挖。
64.2、既适合双连拱隧道，又适合多连拱隧道开挖与衬砌。
65.3、既适合岩爆岩层，又适合大变形岩层，也适合稳定性岩层连拱隧道开挖与衬砌。
66.4、既适合大断面也适合小断面双连拱或多连拱隧道开挖与衬砌。
67.5、双连拱或多连拱隧道施工基于普通隧道施工创新改进，施工工艺工序变化不大易掌握。
68.6、与普通隧道开挖与衬砌一样，开挖洞口没有增加，施工组织简单、大型设备适宜性强，铲装运空间大，通风条件好。
69.7、人工中隔墙柱很好与正洞开挖、衬砌相结合，特别是仰拱，与普通隧道一样完美闭合，减少隧道沉降与变形。
70.8、从施工工艺确保了施工质量、安全。
71.9、不但缩短了施工工期，降低了施工成本。
72.10、解决中隔墙渗水问题。
73.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。