专利名称：软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法
技术领域：
本发明涉及铁路隧道开挖施工方法，特别涉及一种软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法。
背景技术：
进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，随着西南山区高速铁路的快速和大规模修建，由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高等多种因素的制约，铁路沿线部分地段设站条件极为困难。因此，为提高艰险山区修建高速铁路选线、设站的自由度，使得山区车站布置型式更为灵活、车站功能更易得到保证，特大跨度四线车站隧道的修建将愈来愈多。目前，铁路单双线隧道及公路隧道开挖的基本方法有主要有全断面法、台阶法、 台阶分部法、上下导坑法、上导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法及双侧壁导坑法等。对于跨度达到20 30m的四线大跨隧道，当围岩地层主要为泥岩，泥质砂岩及砂质泥岩等软(质)岩地层时，若采用上述开挖施工方法非常困难，存在临时支撑多、拆撑距离受限、围岩易变形、 不稳定以及施工操作不便等问题，施工安全、工期进度将不能保证。因此，为了保证确保施工安全，提高施工质量，加快施工进度，节约工程投资，必须采用新的开挖施工方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，具有施工安全、快速、操作简单和特点，而且适合大型机械进行施工，有利于降低工程造价。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下本发明软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，将隧道开挖断面由上而下分为上台阶、中台阶和下台阶，包括如下步骤①将上台阶分为三个上台阶开挖部，先分别开挖两侧上台阶开挖部，再开挖中间上台阶开挖部；或者，将上台阶分为二个上台阶开挖部，分别开挖两侧上台阶开挖部；开挖前先施作相应超前支护，开挖后立即施作相应初期支护和临时支护，并在两侧上台阶开挖部相应初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索；②将中台阶分为二个中台阶开挖部，分别开挖两侧中台阶开挖部，开挖后立即施作相应初期支护；③将下台阶分为二个下台阶开挖部，分别开挖两侧下台阶开挖部，开挖后立即施作相应初期支护；④灌筑仰拱，灌筑仰拱填充至设计高度，一次性灌筑拱墙二次衬砌。本发明的有益效果是，在四线大跨隧道施工中，通过拱部撑索转换实现临时支撑的安全拆除，一方面突破了传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制，提高拆撑安全度及灵活性，另一方面为后续施工提供了较大的工作面；在四线大跨隧道施工中，利用锚索代替临时横撑，避免软(质)岩大跨度隧道临时横撑施作，一方面使得开挖更灵活，另一方面规避了临时横撑拆除风险，适合大型机械进行施工，有利于降低工程造价；对四线大跨隧道，通过“外锚”代替“内撑”达到“减跨”目的，从而形成无内撑的超大跨结构；由锚索与钢架、 喷射混凝土、系统锚杆等初支共同受力而组成的联合支护体系，作为隧道永久支护的一部分，使结构安全度更高。
本说明书包括如下十五幅附图图1为本发明实施例1的施工工序正面示意图；图2为本发明实施例1的施工工序纵断面示意图；图3为本发明实施例1的施工工序平面示意图；图4 12为本发明本发明实施例1施工步骤分解示意图；图13为本发明实施例2的施工工序正面示意图；图14为本发明实施例2的施工工序纵断面示意图；图15为本发明实施例2的施工工序平面示意图.图中示构件、部位名称及所对应的标记上台阶开挖部1、2、3，中台阶开挖部4、5， 下台阶开挖部6、7 ；仰拱VIII，仰拱填充层IX、拱墙二次衬砌X ；超前支护20、20a、20b、20c ； 初期支护 21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g，锁脚锚管 211 ；系统锚杆 22、22a、22b、22c、 22d、22e、22f、22g ；临时支护23a、23b、锁脚锚管231 ；预应力锚索31a、31b。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。参照图1和图15，软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，将隧道开挖断面由上而下分为的上台阶、中台阶和下台阶，包括如下步骤①将上台阶分为三个上台阶开挖部1、2、3，先分别开挖两侧上台阶开挖部1、2，再开挖中间上台阶开挖部3 ；或者，将上台阶分为二个上台阶开挖部1、2，分别开挖两侧上台阶开挖部1、2 ；开挖前先施作相应超前支护，开挖后立即施作相应初期支护和临时支护，并在两侧上台阶开挖部1、2相应初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索；②将中台阶分为二个中台阶开挖部4、 5，分别开挖两侧中台阶开挖部4、5，开挖后立即施作相应初期支护；③将下台阶分为二个下台阶开挖部6、7，分别开挖两侧下台阶开挖部6、7，开挖后立即施作相应初期支护；④灌筑仰拱VIII，灌筑仰拱填充IX至设计高度，一次性灌筑拱墙二次衬砌X。通过拱部撑索转换实现临时支撑的安全拆除，一方面突破了传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制，提高拆撑安全度及灵活性，另一方面为后续施工提供了较大的工作面，适合大型机械进行施工， 有利于降低工程造价。参照图1、图2和图3示出的本发明实施例1的施工工序，本发明的软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，将隧道开挖断面由上而下分为上台阶、中台阶和下台阶，按如下步骤施工①参照图4，开挖一侧上台阶开挖部1，开挖前先施作相应超前支护20a，开挖后立即施作相应初期支护21a和临时支护23a，在初期支护21a两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索31a;②参照图5，开挖另一侧上台阶开挖部2，开挖前先施作相应超前支护20b，开挖后立即施作相应初期支护21b和临时支护23b，在初期支护21b两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索31b ；③参照图6，开挖中间上台阶开挖部3，开挖前先施作相应超前支护20c，开挖后立即施作相应初期支护21c，并拆除临时支护23a、23b ；④参照图7，开挖一侧中台阶开挖部4，开挖后立即施作相应初期支护21d ；⑤参照图8，开挖另一侧中台阶开挖部5，开挖后立即施作相应初期支护21e ；⑥参照图9，开挖一侧下台阶开挖部6，开挖后立即施作相应初期支护21f ；⑦参照图10，开挖另一侧下台阶开挖部7，开挖后立即施作相应初期支护21g ；⑧参照图10，灌筑仰拱VIII ；⑨参照图10，待仰拱VIII砼初凝后灌筑仰拱填充IX至设计高度；⑩参照图11，一次性灌筑拱墙二次衬砌X，(11)待拱墙二次衬砌X砼达到设计强度后，对衬砌拱顶进行充填注浆；重复上述步骤① (11)若干次，直至隧道设计段落全长开挖完工。参照图13、图14和图15示出的本发明实施例2的施工工序，本发明的软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，将隧道开挖断面由上而下分为上台阶、中台阶和下台阶，也可按如下步骤施工①参照图13，开挖一侧上台阶开挖部1，开挖前先施作相应超前支护20a，开挖后立即施作相应初期支护21a和临时支护23a，在初期支护(21a)两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索31a;②参照图13，开挖另一侧上台阶开挖部2，开挖前先施作相应超前支护20b，开挖后立即施作相应初期支护21b和临时支护23b，并拆除临时支护23a ；③参照图7，开挖一侧中台阶开挖部4，开挖后立即施作相应初期支护21d ；④参照图8，开挖另一侧中台阶开挖部5，开挖后立即施作相应初期支护21e ；⑤参照图9，开挖一侧下台阶开挖部6，开挖后立即施作相应初期支护21f ；⑥参照图10，开挖另一侧下台阶开挖部7，开挖后立即施作相应初期支护21g ；⑦参照图10，灌筑仰拱VIII ；⑧参照图10，待仰拱VIII砼初凝后灌筑仰拱填充IX至设计高度；
⑨参照图11，一次性灌筑拱墙二次衬砌X ；⑩待拱墙二次衬砌X砼达到设计强度后，对衬砌拱顶进行充填注浆；重复上述步骤① ⑩若干次，直至隧道设计段落全长开挖完工。在以上两实施例中，所述相应初期支护21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g由喷射混凝土层、型钢钢架、锁脚锚管211和相应的系统锚杆22、2h、22b、22c、22d、2&、22f、 22g构成，内设钢筋网的喷射混凝土层覆盖相应开挖部围岩，型钢钢架沿隧道开挖方向间隔布设且埋设在喷射混凝土层内，锁脚锚管211设置在型钢钢架下端与围岩锚固连接。系统锚杆22、2h、22b、22c、22d、2&、22f、22g沿相应开挖部围岩侧壁面呈梅花形布置。各相应初期支护21a、21b、21C、21d、21e、21f、21g之和即构成隧道全断面初期支护21结构。应用实例改建铁路贵(阳)昆(明)线六盘水至沾益段乌蒙山二号隧道，该隧道全长 12260m，为六沾铁路最长隧道，受扒挪块车站地形限制和运营管理需要，扒挪块车站伸入乌蒙山二号隧道出口段，形成四线车站隧道，长538m。最大开挖跨度达观.42m，最大开挖面积为354. 30m2。该段通过地层主要为泥质灰岩夹泥灰岩、泥岩、砂岩、页岩、页岩夹砂岩，岩质软，节理裂隙极发育，岩体较破碎。对本车站隧道深埋V级围岩部分段落采用本发明的开挖施工方法。参照图1、图2和图3，根据隧道断面面积、施工机具和地质资料，设计该开挖施工方法中各台阶高度及导洞断面尺寸，具体为上层开挖部高度(距拱顶)约7m，中层开挖部约4. 5m，下层开挖部高度约5m，两侧上层开挖部宽约7m。该隧道开挖施工方法的具体步骤如下①参照图4，开挖一侧上台阶开挖部1，开挖前先施作相应超前支护20a，开挖后立即施作相应初期支护21a和临时支护23a，在初期支护21a两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索31a;②参照图5，开挖另一侧上台阶开挖部2，开挖前先施作相应超前支护20b，开挖后立即施作相应初期支护21b和临时支护23b，在初期支护21b两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索31b ；③参照图6，开挖中间上台阶开挖部3，开挖前先施作相应超前支护20c，开挖后立即施作相应初期支护21c，并拆除临时支护23a、23b ；以上三步骤中，超前支护20a、20b、20c由Φ 75mm中管棚构成，外插角3 5°，每根长8. 0m，环向间距0.細，纵向每5.細一环。临时支护23a、2 包括覆盖上台阶开挖部1、 2内侧围岩的C25临时喷射混凝土层和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于C25临时喷射混凝土层内的12 临时支护钢架，其锁脚锚管231采用Φ 50mm钢管，长3. 5m。预应力锚索 31a、31b每根长21m，纵向间距1. 2m，设计预应力500KN。锚索安装并注浆后，待砂浆达到设计强度，分3次逐级进行张拉，锚索张拉完成后锁定。④参照图7，开挖一侧中台阶开挖部4，开挖后立即施作相应初期支护21d ；⑤参照图8，开挖另一侧中台阶开挖部5，开挖后立即施作相应初期支护21e ；⑥参照图9，开挖一侧下台阶开挖部6，开挖后立即施作相应初期支护21f ；⑦参照图10，开挖另一侧下台阶开挖部7，开挖后立即施作相应初期支护21g ；⑧参照图10，采用C35钢筋混凝土灌筑仰拱VIII ；⑨参照图10，待仰拱VIII砼初凝后采用C20混凝土灌筑仰拱填充层IX至设计高度；⑩参照图11，利用衬砌模板台车采用C35钢筋混凝土一次性灌筑拱墙二次衬砌 X ；(11)待拱墙二次衬砌X砼达到设计强度后，对衬砌拱顶进行充填注浆；重复上述步骤① (11)若干次，直至隧道设计段落全长开挖完工。所述相应初期支护21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g，喷射混凝土层采用C25混凝土，钢架采用I28b型钢钢架，系统锚杆2h、22b、22c、22d、2&采用Φ 25mm中空锚杆、 22f、22g采用Φ 22mm砂浆锚杆，锁脚锚管211采用Φ 50mm钢管、长5. Om。以上所述只是用图解说明本发明软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
权利要求
1.软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，将隧道开挖断面由上而下分为的上台阶、中台阶和下台阶，包括如下步骤①将上台阶分为三个上台阶开挖部(1、2、3)，先分别开挖两侧上台阶开挖部(1、2)，再开挖中间上台阶开挖部(3)；或者，将上台阶分为二个上台阶开挖部(1、2)，分别开挖两侧上台阶开挖部(1、2)；开挖前先施作相应超前支护，开挖后立即施作相应初期支护和临时支护，并在两侧上台阶开挖部(1、2)相应初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索；②将中台阶分为二个中台阶开挖部G、5)，分别开挖两侧中台阶开挖部0、5)，开挖后立即施作相应初期支护；③将下台阶分为二个下台阶开挖部(6、7)，分别开挖两侧下台阶开挖部(6、7)，开挖后立即施作相应初期支护；④灌筑仰拱(VIII)，灌筑仰拱填充(IX)至设计高度，一次性灌筑拱墙二次衬砌(X)。
2.如权利要求1所述软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，按如下步骤施工①开挖一侧上台阶开挖部(1)，开挖前先施作相应超前支护OOa)，开挖后立即施作相应初期支护(21a)和临时支护03a)，在初期支护(21a)两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31a)；②开挖另一侧上台阶开挖部O)，开挖前先施作相应超前支护OOb)，开挖后立即施作相应初期支护(21b)和临时支护0北)，在初期支护(21b)两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31b)；③开挖中间上台阶开挖部(3)，开挖前先施作相应超前支护OOc)，开挖后立即施作相应初期支护Olc)，并拆除临时支护(23a、23b)；④开挖一侧中台阶开挖部G)，开挖后立即施作相应初期支护Old)；⑤开挖另一侧中台阶开挖部(5)，开挖后立即施作相应初期支护Ole)；⑥开挖一侧下台阶开挖部(6)，开挖后立即施作相应初期支护(21f)；⑦开挖另一侧下台阶开挖部(7)，开挖后立即施作相应初期支护(21g)；⑧灌筑仰拱(VIII)；⑨待仰拱(VIII)砼初凝后灌筑仰拱填充(IX)至设计高度；⑩一次性灌筑拱墙二次衬砌(X)；(11)待拱墙二次衬砌(X)砼达到设计强度后，对衬砌拱顶进行充填注浆； 重复上述步骤① (11)若干次，直至隧道设计段落全长开挖完工。
3.如权利要求1所述软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，按如下步骤施工①开挖一侧上台阶开挖部(1)，开挖前先施作相应超前支护OOa)，开挖后立即施作相应初期支护(21a)和临时支护03a)，在初期支护(21a)两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索(31a)；②开挖另一侧上台阶开挖部O)，开挖前先施作相应超前支护OOb)，开挖后立即施作相应初期支护(21b)和临时支护0北)，并拆除临时支护(23a)；③开挖一侧中台阶开挖部G)，开挖后立即施作相应初期支护(21d)；④开挖另一侧中台阶开挖部(5)，开挖后立即施作相应初期支护Qle)；⑤开挖一侧下层开挖部(6)，开挖后立即施作相应初期支护(21f)；⑥开挖另一侧下层开挖部(7)，开挖后立即施作相应初期支护(21g)；⑦灌筑仰拱(VIII)；⑧待仰拱(VIII)砼初凝后灌筑仰拱填充(IX)至设计高度；⑨一次性灌筑拱墙二次衬砌(X)；⑩待拱墙二次衬砌(X)砼达到设计强度后，对衬砌拱顶进行充填注浆； 重复上述步骤① ⑩若干次，直至隧道设计段落全长开挖完工。
4.如权利要求2或3所述软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，其特征是 所述预应力锚索(31a、31b)安装并注浆后，待砂浆达到设计强度，分3次逐级进行张拉，张拉完成后锁定。
全文摘要
软岩四线大跨隧道三台阶以索代撑开挖施工方法，具有施工安全、快速、操作简单和特点，而且适合大型机械进行施工。该方法包括如下步骤①将上台阶分为三个上台阶开挖部，先分别开挖两侧上台阶开挖部，再开挖中间上台阶开挖部；或者，将上台阶分为二个上台阶开挖部，分别开挖两侧上台阶开挖部；开挖前先施作相应超前支护，开挖后立即施作相应初期支护和临时支护，并在两侧上台阶开挖部相应初期支护的两端部位施作与围岩锚固连接的预应力锚索；②分别开挖两侧中台阶开挖部，开挖后立即施作相应初期支护；③分别开挖两侧下台阶开挖部，开挖后立即施作相应初期支护；④灌筑仰拱，灌筑仰拱填充至设计高度，一次性灌筑拱墙二次衬砌。
文档编号E21D9/04GK102226399SQ20111014820
公开日2011年10月26日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者仇文革, 卿伟宸, 吴孟, 孙福君, 朱勇, 李敬, 杨昌宇, 苗增润, 陶伟明, 高扬 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司