专利名称：双侧壁导坑分部台阶法施工方法
技术领域：
本发明涉及城市轨道交通工程技术领域，具体来说涉及一种城市浅埋暗挖大断面隧道开挖施工方法。
背景技术：
随着我国发展大中型城市轨道交通的步伐日渐加快，城市地铁、轻轨等线路经常需要建设城市浅埋隧道。部分区段线路交叉汇集，形成大断面甚至特大断面隧道。大断面隧道施工对周围的建筑物、路面及环境等影响较大。此外，城市轨道交通多处于人口密集区域，施工致使人们出行交通压力大，对工期要求高，很多地方甚至不能使用爆破技术。、
如何在城市繁华市区中快速、安全地修建城市地下隧道成为急需解决的问题。目前针对大断面浅埋暗挖隧道的施工方法多为分部开挖施工。常用的有九步、七步开挖等施工方法。这些方法初期支护整体性较差，反复扰动造成隧道结构受力较大，先两侧再中间的施工方法也需要较长的施工工期。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种双侧壁导坑分部台阶法施工方法，以改善作业步骤，力口强初期支护，缩短施工工期，减少施工扰动。为了实现上述目的，本发明提供一种双侧壁导坑分部台阶法施工方法，包括步骤一，开挖上台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；步骤二，开挖上台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护；步骤三，开挖下台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；以及步骤四，开挖下台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护。本发明将全断面分解为六个施工组成部分，并按顺序依次实施，在加强临时支撑的基础上，以提高施工工期、减少对围岩扰动为主要控制目标，同时结合了分部开挖法、双侧壁导坑法以及台阶法的施工特点。其优点是，大断面隧道六部开挖通过减少工序交替提高作业效率，增大了工作面，加快了施工进度；对围岩体扰动影响优于现有技术；提高了围岩收敛变形约束能力；提高初期支护的整体性能；通过减少临时支撑来减小对围岩的扰动。本发明具有如下特点(I)减少工期；(2)减少对围岩的扰动；(3)提闻围岩收敛变形约束能力；以及(4)安全性能良好。
图I是根据本发明一实施方式的双侧壁导坑分部台阶法施工方法示意图。图2示出步序1-1，注浆加固。
图3示出步序1-2，开挖左上导洞。图4示出步序1-3，开挖右上导洞和支护左上导洞。图5示出步序1-4，开挖中上导洞和支护右上导洞。图6示出步序1-5，开挖左下导洞+支护中上导洞。图7示出步序1-6，开挖右下导洞+支护左下导洞。图8示出步序1-7，开挖中下导洞+支护右下导洞。图9示出步序1-8，支护中下导洞。图10示出步序2-1，注浆加固。
图11示出步序2-2，开挖左上导洞。图12示出步序2-3，开挖右上导洞+支护左上导洞。图13示出步序2-4，开挖左下导洞+支护右上导洞。图14示出步序2-5，开挖右下导洞+支护左下导洞。图15示出步序2-6，开挖上中导洞+支护右下导洞。图16示出步序2-7，开挖下中导洞+支护上中导洞。图17示出步序2-8，支护下中导洞。图18示出工况I步序1-2竖向位移云图。图19示出工况2步序2-2竖向位移云图。图20示出工况I步序1-3竖向位移云图。图21示出工况2步序2-3竖向位移云图。图22示出工况I步序1-4竖向位移云图。图23示出工况2步序2-4竖向位移云图。图24示出工况I步序1-5竖向位移云图。图25示出工况2步序2-5竖向位移云图。图26示出工况I步序1-6竖向位移云图。图27示出工况2步序2-6竖向位移云图。图28示出工况I步序1-7竖向位移云图。图29示出工况2步序2-7竖向位移云图。图30示出工况I步序1-8竖向位移云图。图31示出工况2步序2-8竖向位移云图。图32示出工况I步序1-2水平位移云图。图33示出工况2步序2-2水平位移云图。图34示出工况I步序1-3水平位移云图。图35示出工况2步序2-3水平位移云图。图36示出工况I步序1-4水平位移云图。图37示出工况2步序2-4水平位移云图。图38示出工况I步序1-5水平位移云图。图39示出工况2步序2-5水平位移云图。图40示出工况I步序1-6水平位移云图。图41示出工况2步序2-6水平位移云图。
图42示出工况I步序1-7水平位移云图。图43示出工况2步序2-7水平位移云图。图44示出工况I步序1-8水平位移云图。图45示出工况2步序2-8水平位移云图。
具体实施例方式以下详细说明本发明。图I是根据本发明一实施方式的双侧壁导坑分部台阶法施工方法示意图。如图I所示，该双侧壁导坑分部台阶法施工方法包括下述步骤(I)首先开挖上台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；·(2)然后开挖上台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护；(3)开挖下台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；(4)开挖下台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护。也就是说，如图I所示，开挖顺序为①一②一③一④一⑤一⑥。先沿隧道拱部打设大管棚，注浆加固地层，然后采用人工开挖，先开挖上台阶，开挖进尺按设计格栅钢架纵向间距控制，及时初喷，封闭掌子面，架设格栅钢架，打设锁脚锚管，挂网喷混凝土 ；下台阶紧跟，上下台阶间距长度控制在2 5m左右，下台阶开挖及时初喷，随即架设格栅钢架，挂网喷混凝土，完成初支封闭。本发明的具体施工工序如下I)施做大管棚，注浆加固地层；采用台阶法开挖I部土体，施做锁脚锚管及初期支护并及时封闭掌子面。2)待I部完成5米后，采用台阶法开挖2部土体，施做锁脚锚管及初期支护并及时封闭掌子面。3)待2部完成5米后，用台阶法开挖3部土体，施做锁脚锚管及拱部初支并及时封闭掌子面。4)待3部完成5米后，采用台阶法开挖4部土体，施做锁脚锚管及初期支护并及时封闭掌子面。5)待4部完成5米后，用台阶法开挖5部土体，施做初期支护并及时封闭掌子面。6)待5部完成5米后，开挖6导洞，施做初期支护封闭成环，并及时封闭掌子面。7)通过围岩收敛变形监控数据确定二次衬砌施做时机。作为本发明的隧道双侧壁导坑分部台阶施工方法，可作为城市轨道工程、山体隧道工程、地下硐室等掩埋结构物施工提供参考。与已有的施工方法对比分析现有的双侧壁导坑施工方法有很多种，通常有九步、六步、七步等。相较于七步、九步双侧壁导坑施工法，六步能减少围岩扰动的次数，通常情况下，在围岩及支护结构的位移能满足要求的条件下，通常优先选用步数较少的施工方法。现在常见的双侧壁导坑六步施工方法主要是先施工两侧导洞，然后施工中间的导洞，或者是先施工中间导洞，然后施工两侧导洞。本施工方法先开挖上部分两侧导洞，然后开挖上部分中间导洞，接着开挖下部分两侧导洞，最后开挖下部分中间导洞，在每部开挖完后进行相应的支护。
现针对最常用的先施工两侧导洞，后施工中间导洞和本发明施工方法进行数值模拟对比。本发明的施工方法为工况1，先施工两侧导洞，后施工中间导洞的施工方法为工况2。工况I的有限元模型及相应的施工工序如图2 9所示。工况2的有限元模型及相应的施工工序如图10 17所示。通过有限元模拟分析，得到各施工步围岩及支护结构的位移及内力。图18 31为两种施工方法的各施工工序的竖向位移云图(拱顶沉降与底部隆起)，图32 45为两种施工方法的各施工工序的水平位移云图。、
将分析结果整理成表I。表I两种施工方法各工序围岩及支护结构位移对比
竖向位移DY ( mm )水平位移
__拱顶沉降底部隆起DX (mm)
步序 1-2(工况 I) 3.74__8.492.99_
步序 2-2 (工况 2) 3.74__8.492.99
步序 1-3 (工况 I) 4.63__12.453.17_
步序 2-3 (工况 2) 4.63__12.453.17
步序 1-4 (工况 I) 7.31__20.164.24
Γ 步序 2-4(工况 2) 5.4112.836.19—----
步序 1-5 (工况 I)12 .37__28.506.15
步序 2-5 (工况 2)5.30__13.816 . 66
步序 1-6 (工况 I)16.62__39.7313.92
步序 2-6 (工况 2)6.44__20.856.04_
步序 1-7 (工况 I)15.55__38.005.7 6
步序 2-7 (工况 2)7.68__32 . 623.90_
步序 1-8 (工况 I)15.34__4 4 . 7 85 . 4 7
步序 2-8(工况 2)12.2841.775.19从表I可以看出，工况I拱顶沉降最大位移为-16. 62mm,地表隆起为+44. 78mm, 7jC平位移为13. 92mm ;工况2拱顶沉降最大位移为_12. 28mm，地表隆起为+41. 77mm，水平位移为5. 19_。通过对比可知，在相同的支护条件下，按照传统的施工方法围岩及支护结构的位移均比本发明的施工方法要略小，特别是水平位移。但总体说来，两种施工方法围岩及支护结构的位移均不大，在可以控制的范围内。图18 31为两种施工方法的各施工工序的竖向位移云图(拱顶沉降与底部隆起)，图32 45为两种施工方法的各施工工序的水平位移云图。从图可以看出，本发明的施工方法临时钢支撑内力的规律如下上部钢支撑的轴力大于下部钢支撑的轴力，竖向钢支撑均受压，横向钢支撑局部受轴拉力，在隧道断面施作完成阶段(步序1-8)，横向钢支撑的最大轴拉力为78kN。上中导洞临时仰拱钢支撑局部受拉力作用，且上中导洞临时仰拱钢支撑所受轴力相对于其他部位钢支撑的轴力小。临时钢支撑的最大弯矩值均出现在钢支撑与初次衬砌接触的位置。上部导洞的钢支撑的弯矩值大于下部导洞的弯矩值，临时钢支撑的最大弯矩值均出现在上部导洞的钢支撑处，中部导洞临时仰拱横向钢支撑下边缘受拉。常规施工方法临时钢支撑内力的规律如下上部钢支撑的轴力大于下部钢支撑的轴力，竖向、横向钢支撑基本均受压，在大洞(双线)施作完成阶段(步序1-8)，钢支撑的最大轴压力为1102kN。上中导洞临时仰拱钢支撑所受轴力大于上左导洞、上右导洞临时仰拱 的轴力值。临时钢支撑的最大弯矩值均出现在钢支撑与初次衬砌接触的位置，中部导洞临时仰拱横向钢支撑下边缘受拉，且弯矩值较大，最大弯矩为198kN · m(步序2-8)。两种施工方法各步序临时钢支撑轴力弯矩值见表2所示。表2两种施工方法各工序临时支撑内力
I
权利要求
1.一种双侧壁导坑分部台阶法施工方法，包括 步骤一开挖上台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护； 步骤二 开挖上台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护； 步骤三开挖下台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；以及 步骤四开挖下台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护。
2.根据权利要求I所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，开挖时，上、下台阶间距长度控制在2 5m。
3.根据权利要求I或2所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，开挖上台阶时的临时支撑及初期支护包括对上台阶进行初喷、封闭掌子面、架设格栅钢架、打设锁脚锚管和挂网喷混凝土。
4.根据权利要求I或2所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，开挖下台阶时的临时支撑及初期支护包括初喷、架设格栅钢架和挂网喷混凝土。
5.根据权利要求I所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，在步骤一之前，沿隧道拱部打设大管棚，注浆加固地层。
6.根据权利要求I所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，采用台阶法依次开挖上台阶的一侧、上台阶的另一侧和上台阶的中间导洞。
7.根据权利要求6所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，开挖上台阶的一侧、另一侧和中间导洞的间隔为5米。
8.根据权利要求6或7所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，在开挖上台阶的中间导洞后，采用台阶法依次开挖下台阶的所述一侧、下台阶的所述另一侧和下台阶的中间导洞。
9.根据权利要求8所述的双侧壁导坑分部台阶法施工方法，其特征在于，开挖下台阶的所述一侧、所述另一侧和中间导洞的间隔为5米。
全文摘要
一种双侧壁导坑分部台阶法施工方法，包括步骤一，开挖上台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；步骤二，开挖上台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护；步骤三，开挖下台阶两侧导坑，进行临时支撑及初期支护；以及步骤四，开挖下台阶中间导洞，进行临时支撑及初期支护。本发明的优点是，大断面隧道六部开挖对围岩体扰动影响优于现有技术；增大了工作面，提高了工作效率；提高了围岩收敛变形约束能力；提高初期支护的整体性能；通过减少工序交替提高作业效率以及减少临时支撑来减小对围岩的扰动。
文档编号E21D9/00GK102720504SQ20121019286
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者吕嘉, 周世生, 孙景凤, 李凌宜, 杨玉杰, 阳文华 申请人:北京市公路桥梁建设集团有限公司