一种适用于特大断面黄土隧道的组合施工方法

本发明涉及特大断面隧道施工，特别是涉及一种适用于特大断面黄土隧道的组合施工方法。

背景技术：

1、随着中西部地区黄土隧道建设的快速发展，传统的双车道隧道已不能满足通行需求，越来越多的三车道、四车道隧道应运而生。但是增加车道数势必会增加隧道宽度，导致隧道开挖面积增大，产生了特大断面黄土隧道。又由于黄土具有垂直裂隙发育、剪切强度低的特点，在黄土地层中开挖隧道通常会引发土体突然坍塌和支护结构变形过大的现象。尤其是对于开挖断面积大于100m2的隧道，施工安全风险很高。

2、目前国内针对特大断面黄土隧道的开挖普遍采用双侧壁导坑法施工。双侧壁导坑法将隧道断面分为数个部分，分步开挖，双侧壁导坑法施工断面如附图1所示，施工顺序如下表1所示。

3、表1传统双侧壁导坑法施工顺序

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6、可见现有的双侧壁导坑法施工过程中需要不断架设、拆除临时钢架，并且施工中对各个小断面的支护结构连接工艺要求较高，工序繁多、复杂，容易相互影响，特别是作业空间狭小不利于机械化施工，导致施工进度缓慢，各道工序的实际变形量难以控制。

7、目前，对于隧道施工方法还有传统单侧壁导坑法，传统单侧壁导坑法是将隧道断面分为四部分，分部进行开挖，其施工断面如附图2所示，施工顺序如下表2所示。

8、表2传统单侧壁导坑法施工顺序

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10、该传统单侧壁导坑法虽然施工步骤较为简单，但其并不适合特大断面黄土隧道的开挖，存在围岩不稳定状态，安全性无法保证。

11、还有，三台阶七步法由于具有施工进度快、成本低的优点，也被普遍应用于黄土隧道的开挖。现有的三台阶七步法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护为沿隧道纵向错开平行推进的隧道施工方法。三台阶七步法施工断面如图3所示，施工顺序如表3所示。

12、表3三台阶七步法施工顺序

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14、可见现有的三台阶七步法将隧道断面分为数块分布开挖，并在开挖之后施作初期支护，但是由于开挖步较多，导致初期支护闭合成环较晚，未能及时形成完整的受力结构，对施工的安全性有一定影响，尤其对于特大断面黄土隧道的开挖，存在围岩不稳定状态，安全性无法保证。

15、由此可见，上述现有的传统单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、三台阶七步法均存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的适用于特大断面黄土隧道的组合施工方法，使其根据不同黄土条件选择不同施工工法，既保证施工安全，又能保证施工安全性，从而克服现有传统隧道施工方法存在的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种适用于特大断面黄土隧道的组合施工方法，使其根据不同黄土条件选择不同施工工法，满足特大断面黄土隧道的施工要求，既保证施工安全，又能保证施工安全性，从而克服现有的隧道施工方法的不足。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于特大断面黄土隧道的组合施工方法，采用双侧壁导坑法，还包括从所述双侧壁导坑法依次转换的五步单侧壁导坑法和单核心土三台阶七步法，所述五步单侧壁导坑法的适用条件为:弹性模量大于50mpa，含水率小于21％，密度大于1.50g/cm3且小于1.68g/cm3，所述单核心土三台阶七步法的适用条件为:弹性模量大于70mpa，含水率小于15％，密度大于1.60g/cm3且小于1.76g/cm3。

3、进一步改进，所述五步单侧壁导坑法包括如下步骤：

4、s1.将隧道开挖断面内的土体划分为左上区域、左下区域、右上区域和右下区域，对左上区域开挖，同时对左上区域开挖后的左侧壁上半断面进行初期支护，以及对其右侧断面进行临时支护；其中，左上区域的底部宽度小于整个隧道开挖断面宽度的50％；

5、s2.对左下区域开挖，同时对左下区域开挖后的左侧壁下半断面进行初期支护，以及对其右侧断面进行临时支护；其中，左下区域的顶部宽度与左上区域的底部宽度相等；

6、s3.对右上区域开挖，留核心土，所述核心土的底部小于整个隧道开挖断面宽度的40％，同时对右上区域开挖后的右侧壁上半断面进行初期支护；

7、s4.开挖所述核心土；

8、s5.对右下区域开挖，同时对右下区域开挖后的右侧壁下半断面进行初期支护；

9、s6.拆除由临时支护形成的中隔壁，再依次进行全断面仰拱二次衬砌、全断面仰拱填充和全断面拱墙二次衬砌，完成特大断面黄土隧道施工。

10、进一步改进，所述五步单侧壁导坑法中左上区域的底部宽度占整个隧道开挖断面宽度的40-45％，核心土的底部占整个隧道开挖断面宽度的34-40％，所述核心土的高度占整个隧道开挖断面宽度的22-30％。

11、进一步改进，步骤s1中左上区域开挖导坑超前步骤s2中左下区域开挖导坑4-6m，且超前步骤s3中右上区域开挖导坑12-14m，步骤s3中右上区域开挖导坑超前步骤s4中核心土开挖2-4m，步骤s4中核心土开挖超前步骤s5中右下区域开挖导坑1-3m，且施工过程中各开挖面之间距离保持不变，各步骤的开挖进尺为1m。

12、进一步改进，所述单核心土三台阶七步法包括如下步骤：

13、t1.将隧道开挖断面内的土体划分为上、中、下三台阶，首先对上台阶的弧形导坑开挖，同时对上台阶开挖后的弧形断面进行初期支护；

14、t2.对中台阶的左侧区域开挖，同时对左侧区域开挖后的中台阶左侧断面进行初期支护；其中，中台阶左侧区域的底部宽度小于整个隧道开挖断面宽度的25％；

15、t3.对中台阶的右侧区域开挖，同时对右侧区域开挖后的中台阶右侧断面进行初期支护；其中，中台阶右侧区域的底部宽度与中台阶左侧区域的底部宽度相等；

16、t4.对上台阶和中台阶的核心土开挖；

17、t5.对下台阶的左侧区域开挖，同时对左侧区域开挖后的下台阶左侧断面进行初期支护；其中，下台阶左侧区域的顶部宽度小于中台阶左侧区域的底部宽度；

18、t6.对下台阶的右侧区域开挖，并对右侧区域开挖后的下台阶右侧断面进行初期支护；其中，下台阶右侧区域的顶部宽度与下台阶左侧区域的顶部宽度相等；

19、t7.对下台阶的中心区域开挖，并对下台阶的仰拱断面进行初期支护；

20、t8.依次进行全断面仰拱二次衬砌、全断面仰拱填充和全断面拱墙二次衬砌，完成特大断面黄土隧道施工。

21、进一步改进，所述单核心土三台阶七步法中中台阶左侧区域的底部宽度占整个隧道开挖断面宽度的15-25％，下台阶左侧区域的底部宽度占整个隧道开挖断面宽度的10-15％，中台阶和下台阶的分界线为隧道拱腰处。

22、进一步改进，步骤t1中上台阶开挖的弧形导坑超前步骤t2中中台阶左侧区域开挖导坑4-6m，步骤t2中中台阶左侧区域导坑超前步骤t3中右侧区域导坑2-4m，步骤t3中中台阶右侧区域导坑超前步骤t4中核心土开挖2-4m，步骤t4中核心土开挖与步骤t5中下台阶左侧区域导坑同步进行，步骤t5中中台阶左侧区域导坑超前步骤t6中右侧区域导坑2-4m，步骤t6中下台阶右侧区域导坑超前步骤t7中下台阶中心区域导坑2-4m，且施工过程中各开挖面之间距离保持不变，各步骤的开挖进尺为1m。

23、进一步改进，各步骤中初期支护的支护参数为：采用hw175型钢拱架，纵向间距50cm，挂φ8钢筋网20cm×20cm，喷射c25混凝土30cm；

24、临时支护的支护参数为：采用i20a型钢拱架，纵向间距50cm，挂φ6钢筋网20cm×20cm，喷射c25混凝土22cm；

25、二次衬砌的支护参数为：主筋φ25，分布筋φ14，喷射c35混凝土70cm。进一步改进，所述五步单侧壁导坑法和单核心土三台阶七步法中均包括对断面初期支护后的拱腰、拱腰上部和拱腰下部分别施工锁脚锚管的步骤，所述锁脚锚管采用φ60*5mm的锁脚锚管，其长度为400cm，垂直向外倾角为30-45°。

26、进一步改进，所述特大断面黄土隧道的隧道开挖宽度小于20m，开挖高度小于14m，隧道开挖截面面积小于190m2。

27、采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

28、本发明中五步单侧壁导坑法通过对传统单侧壁导坑法进行改进，通过缩小了左侧区域开挖的跨度，降低左侧开挖时拱顶沉降以及围岩变形，又通过在右上区域开挖时预留核心土，能更好的控制围岩变形，适合作为双侧壁导坑法的替代工法，并适合作为双侧壁导坑法与单核心土三台阶七步法之间的转换工法，既能保证特大断面黄土隧道的施工安全性，又能保证施工进度，提升施工效率。

29、本发明中单核心土三台阶七步法通过对传统三台阶七步法进行改进，基于“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”的原则，简化了核心土的施工流程，减少了对围岩的扰动，有利于发挥围岩的自承能力；并缩短仰拱与掌子面的距离，更早地使支护闭合成环，有利于控制围岩变形，改善支护结构受力，使支护和围岩能进入良好的工作状态，进一步缩短工期，保证特大断面黄土隧道的施工安全性。