软弱地层拱盖法大跨结构二层初支拱脚稳定性的控制方法

1.本发明属于地下工程建设的技术领域，具体涉及一种软弱地层拱盖法大跨结构二层初支拱脚稳定性的控制方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，我国越来越重视对地下空间的开发和利用，地下工程迅速地发展，伴随着地下工程多样性的增加。尤其近年来，随着地下轨道交通的发展，出现了越来越多的大跨、甚至超大跨地下结构。面对大跨、超大跨隧道工程，通常采用分部开挖、多重支护的手段，以确保施工安全，减小对周围环境的影响。在多重支护中，以基于拱盖法的双层初支加二衬的结构形式较为常见，在进行模筑二衬之前，双层初支承担着隧道周围土体的全部荷载，而双层初支中，二层初支又承担了绝大部分荷载，因此二层初支对隧道开挖过程中的施工安全和控制周围围岩变形有着决定性影响。
3.对于二层初支，拱脚部位是应力集中、应力最大的部位，有发生强度破坏和拱脚部位倾覆、滑移的危险，因此如何确保二层初支拱脚的稳定性是整个大跨结构体系的重中之重。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种软弱地层拱盖法大跨结构二层初支拱脚稳定性的控制方法，以解决现有拱脚部位是应力集中、应力最大的部位，有发生强度破坏和拱脚部位倾覆、滑移危险的问题。
5.为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
6.一种软弱地层拱盖法大跨结构二层初支拱脚稳定性的控制方法，其包括以下步骤：
7.s1、采用钻爆法进行拱脚部位导洞开挖；
8.s2、施做拱脚部位导洞一层初支和临时支撑；
9.s3、当一层初支与临时支撑施做封闭成环后，则进行纵梁施做；
10.s4、清理靠近纵梁处的钢架板面；
11.s5、绑扎纵梁钢筋，并将纵梁纵向主筋与第一层初支裸露钢架焊接；
12.s6、安装模板，并沿纵向对纵梁进行分段浇筑混凝土；
13.s7、待纵梁模筑混凝土达到预设强度后，施做二层初支。
14.本发明进一步地技术方案，在进行步骤s1拱脚部位导洞开挖前，在导洞底部拱脚设置坡度2％的向内排水坡，水沟置于边导洞内边角。
15.本发明进一步地技术方案，在步骤s1进行钻爆前，采用密排减震孔进行试验，若控制爆破能力和规格不满足预设要求，则采用绳锯进行围岩切割隔离。
16.本发明进一步地技术方案，将拱脚部位导洞划分为拱顶部位区域、边墙部位区域和底部区域，并依次开挖拱顶部位区域，边墙部位区域和底部区域；
17.拱顶部位区域和边墙部位区域为爆破开挖区域，拱顶部位区域根据光面爆破方法，先起爆掏槽眼，最后起爆周边眼；
18.边墙部位区域采用从上往下逐层爆破，在每一层中，先起爆中间炮眼，再对称起爆两边炮眼；
19.采用人工或机械进行底部区域开挖。
20.本发明进一步地技术方案，在步骤s1中拱脚部位导洞开挖后，在边墙和导洞底部位置打设锁脚锚杆或同时在导洞底部打设微型桩，以增强导洞底部围岩的承载力。
21.本发明进一步地技术方案，步骤s2中一层初支采用型钢钢架加喷射混凝土，一层初支钢架为沿纵向间距分布的工字钢或h型钢架；且在一层初支施工中，与纵梁相交边界位置处施做一层初支钢架；并在拱脚部位导洞一层初支与基岩基础面预留注浆孔，超挖部分采用喷射混凝土回填；
22.在拱脚部位导洞一层初支与临时支撑结构施做封闭前，以10m/组对纵梁所在地层取芯，以进行地基承载力、岩石强度试验，当地基承载力和岩石强度满足预设要求时，将导洞一层初支结构封闭成环后，施做纵梁；
23.其中，采用轻型钻机在纵梁所在边导洞内部及端部设取芯孔，进行钻孔取样。
24.本发明进一步地技术方案，步骤s3中纵梁的高宽比小于1。
25.本发明进一步地技术方案，步骤s5中的钢筋包括纵向主筋和箍筋，纵向主筋与纵梁侧面一层初支型钢钢架和纵梁底部一层初支型钢钢架焊接，且焊缝均为满焊。
26.本发明进一步地技术方案，步骤s6中侧模板采用p3015标准组合钢模板，外楞采用100mm*100mm方木；纵梁沿纵向分段浇筑，相邻两端浇筑时间间隔不超过混凝土的初凝时间，且浇筑速度不大于1.5m/h。
27.本发明进一步地技术方案，步骤s7中二层初支为内置有格栅钢架的模筑混凝土。
28.本发明提供的软弱地层拱盖法大跨结构二层初支拱脚稳定性的控制方法，具有以下有益效果：
29.本发明改良拱脚位置爆破开挖方法，将纵梁和一层初支整体浇筑和拱脚部位多方位布设锁脚锚杆或施加微型桩的几种方法进行联合应用，减小爆破开挖对拱脚部位围岩完整性和承载能力的影响。
30.当支护结构承受较大隧道地层荷载时，一层初支、二层初支与纵梁所形成的结构体系将二层初支拱脚应力进行分散，结构体系的受力、传力效果更优，降低了拱脚位置二层初支应力集中发生破坏或纵梁受力脚底而发生倾覆和滑移的风险，同时充分发挥了一层初支的承载性能，通过打设锚杆或将微型桩打入下部承载能力较好的地层，极大的发挥和利用了围岩的承载能力，也更有利于拱顶和周边地表沉降的控制。
附图说明
31.图1为本发明实施例大跨结构断面图。
32.图2为本发明实施例纵梁与一层初支链接示意图。
33.图3为本发明实施例拱脚位置导洞爆破开挖炮眼分布示意图。
34.其中，1、一层初支；2、二层初支；3、拱脚部位导洞；4、纵梁；5、临时支撑；6、侧面锁脚锚杆；7、底部锁脚锚杆；8、纵梁侧面一层初支型钢钢架；9、纵梁底部一层初支型钢钢架；
10、纵向主筋；11、箍筋；12、拱顶部位区域；13、边墙部位区域；14、底部区域。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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作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.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.根据本技术的实施例1，本方案的软弱地层拱盖法大跨结构二层初支2拱脚稳定性的控制方法，包括以下步骤：
39.步骤s1、采用钻爆法进行拱脚部位导洞3开挖；
40.步骤s2、施做拱脚部位导洞3一层初支1和临时支撑5；
41.步骤s3、当一层初支1与临时支撑5施做封闭成环后，则进行纵梁4施做；
42.步骤s4、清理靠近纵梁4处的钢架板面；
43.步骤s5、绑扎纵梁4钢筋，并将纵梁4纵向主筋10与第一层初支1裸露钢架焊接；
44.步骤s6、安装模板，并沿纵向对纵梁4进行分段浇筑混凝土；
45.步骤s7、待纵梁4模筑混凝土达到预设强度后，施做二层初支2。
46.本发明通过从开挖方式、结构链接形式和锚杆、微型桩支护构件三方面进行优化设计，以减小开挖对拱脚部位底层完整性和稳定性的影响，优化拱脚部位结构体系的受力，充分发挥拱脚部位及拱脚以下围岩的承载能力，降低了拱脚部位发生倾覆、滑移的风险，保障了大跨结构二层初支2拱脚部位的稳定性，易于施做，结构也更安全可靠。
47.根据本技术的实施例2，参考图1～图3，本实施例为对实施例1进一步的技术方案，其具体包括：
48.步骤s1、采用钻爆法进行拱脚部位导洞3开挖，其具体包括以下内容：
49.拱脚部位导洞3开挖前，在导洞底部拱脚设置坡度2％的向内排水坡，水沟置于边导洞内边角，以防止拱脚部位导洞3基底土壤泡水软化。在拱脚部位导洞3开挖前，先采用密排减震孔进行试验，若控制爆破效果仍不满足要求，则采用绳锯进行围岩切割隔离，以防止拱脚部位导洞3开挖过程中爆破开挖对纵梁4下部围岩密实度及完整性的破坏，以及超挖破坏，从而造成地基承载力的损失。
50.拱脚部位导洞3开挖，具体采用控制爆破的方式进行拱脚部位导洞3的开挖，并将拱脚部位导洞3划分为三个区域，分别为导洞拱顶部位区域12、边墙部位区域13和底部区域14，先开挖拱顶部位区域12，然后开挖边墙部位区域13，最后开挖底部区域14。
51.拱顶部位区域12和边墙部位区域13为爆破开挖区域。
52.拱顶部位区域12根据光面爆破思路，先起爆掏槽眼，最后起爆周边眼。
53.边墙部位区域13采用从上往下逐层爆破的方式，在每一层中，先起爆中间炮眼，再对称起爆两边炮眼；
54.底部区域14为占导洞边墙少量厚度的土体，通过人工或机械进行开挖，以减小爆破开挖对纵梁4底部土体的完整性与承载能力的影响。
55.拱脚部位导洞3开挖后，应及时在边墙和导洞底部位置打设侧面锁脚锚杆6和底部锁脚锚杆7，如遇围岩条件比较差的情况，可同时在拱脚部位导洞3底部打设微型桩，将微型桩底端置于承载能力较好的地层，以增强导洞底部围岩的承载力。
56.步骤s2、施做拱脚部位导洞3一层初支1和临时支撑5，其具体包括以下内容：
57.一层初支1采用纵向一定间距布置的工字钢或h型钢架加喷射混凝土，同时在一层初支1施工中，与纵梁4相交边界位置处，只施做一层初支1钢架，即纵梁侧面一层初支型钢钢架8或纵梁底部一层初支型钢钢架，不进行喷射混凝土的施做，并在拱脚部位导洞3一层初支1与基岩基础面预留注浆孔，超挖部分采用喷射混凝土回填。
58.在拱脚部位导洞3一层初支1与临时支撑5结构施做封闭前，按10m/组对纵梁4所在地层取芯进行地基承载力、岩石强度试验，待试验结果满足要求后，将导洞一层初支1结构封闭成环后，施做纵梁4。
59.其中，为防止拱脚底部围岩夹层，采用轻型钻机在拱脚部位导洞3内部(10m/个)及端部设取芯孔，防止夹层影响承载力。
60.步骤s3、当一层初支1与临时支撑5施做封闭成环后，则进行纵梁4施做，其具体包括以下内容：
61.为使得纵梁4自身具有较高的抗倾覆稳定性，纵梁4尺寸宜满足高宽比小于1，且高宽比越小，纵梁4自身结构抵抗二层初支2所传递的力时抗倾覆稳定性的能力越好。
62.步骤s4、清理靠近纵梁4处的钢架板面，包括对纵梁侧面一层初支型钢钢架8和纵梁底部一层初支型钢钢架的钢架板面进行清理。
63.步骤s5、绑扎纵梁4钢筋，并将纵梁4纵向主筋10与第一层初支1裸露钢架焊接，其具体包括以下内容：
64.钢筋包括纵向主筋10和箍筋11，纵向主筋10与纵梁侧面一层初支型钢钢架8和纵梁底部一层初支型钢钢架焊接，焊缝均为满焊，以在浇筑混凝土后加强纵梁4与一层初支1的整体性。
65.步骤s6、安装模板，并沿纵向对纵梁4进行分段浇筑混凝土，其具体包括以下内容：
66.其中的侧模板采用p3015标准组合钢模板，外楞采用100mm*100mm方木。纵梁4沿纵向分段浇筑，相邻两端浇筑时间间隔不超过混凝土的初凝时间，以保证纵梁4结构在纵向上为一个整体，同时，浇筑速度不大于1.5m/h，以防止模板由于混凝土侧压力而发生变形。
67.步骤s7、待纵梁4模筑混凝土达到预设强度后，施做二层初支2，二层初支2为内置有格栅钢架的模筑混凝土，且格栅钢架的模筑混凝土沿纵向间隔分布。
68.本发明用于保障大跨结构二层初支2拱脚部位的稳定性和结构安全，在开挖方式、结构链接形式和锚杆、微型桩支护构件三方面，开挖采用爆破开挖，分区爆破对各个区域的爆破顺序进行改良；钢筋与型钢钢架底板焊接及进行整体浇筑混凝土，将纵梁4与一层初支
1链接为一个整体，并对纵梁4的横截面尺寸进行限制，以保障其自身有一定的抗倾覆稳定性；在拱脚部位导洞3边墙和底部位置及时打设锁脚锚杆或微型桩。先进行拱脚部位导洞3爆破开挖，再进行导洞一层初支1及临时支撑5的施做，然后将纵梁4与一层初支1钢架整体模筑，最后再进行二层初支2模筑混凝土的浇筑。
69.虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。