十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法，解决了现有技术在带状深层风化构造带岩体地层上开挖隧道时存在的极易发生坍塌涌泥事故的问题。包括在隧道开挖轮廓线以外施作超前支护加固圈(1)；分六块开挖位于超前支护加固圈内的导坑，并将竖向临时支护钢架依次衔接，使支撑力分级传递，在沿着隧道开挖方向支护各导坑初期支护钢架，在各导坑初期支护钢架内安装各导坑网格状排水板，在各导坑网格状排水板内灌筑各导坑二次衬砌层；在仰拱二次衬砌层(30)上部灌注仰拱填充混凝土(31)。本发明的施工方法大大的降低了对深风化岩体的扰动，使软弱富水深风化围岩的变形和下沉得到及时有效的控制，缩短了隧道穿越深风化软弱层开挖循环时间。
【专利说明】十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁路大断面隧道穿越带状深风化富水软弱构造地带的开挖及支护施工方法。
【背景技术】
[0002]带状深层风化构造带岩体，具有以下几个特征:软弱夹层规模巨大，极为富水，水压高，软弱带物质组成复杂，风化深度大，扰动后极易流失，容易造成涌泥。在这种地质条件下修建铁路隧道时不能采用全断面、台阶、CRD等常规方法进行隧道开挖与支护作业，这些传统的施工方法施工时围岩荷载全部是由初期支护承担的，一般要经过较长时间后才进行二次衬砌的施工，靠初期支护承担围岩荷载时间较长对于极软地层在这段时间里极易发生坍塌、突水涌泥事故，使隧道施工不能正常进行，威胁到施工作业人员的安全，拖延整体工期，加大工程投资费用。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法，解决了现有技术在带状深层风化构造带岩体地层上开挖隧道时存在的极易发生坍塌、突水涌泥事故的问题。
[0004]一种十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法，包括以下步骤:
[0005]第一步、在隧道开挖轮廓线以外施作超前支护加固圈；
[0006]第二步、开挖位于超前支护加固圈左上位置的小扇形的I号导坑，I号导坑开挖深度为10-15米；在I号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢，在I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢与I号导坑右侧壁顶部之间支护I号导坑竖向临时支护钢架，在I号导坑竖向临时支护钢架上向右上方打设固定锚管，在I号导坑的左侧壁底部沿隧道开挖方向放置I号导坑初期支护钢架支撑槽钢，在I号导坑初期支护钢架支撑槽钢与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢之间安装I号导坑横向临时支护钢架，在I号导坑初期支护钢架支撑槽钢上沿着隧道开挖方向支护I号导坑初期支护钢架，在I号导坑初期支护钢架内侧安装I号导坑网格状排水板，在I号导坑网格状排水板内侧灌筑I号导坑二次衬砌层；
[0007]第三步、开挖位于超前支护加固圈右上位置的大扇形的II号导坑，II号导坑开挖深度为10-15米；在II号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置II号导坑初期支护钢架支撑槽钢，在II号导坑初期支护钢架支撑槽钢与II号导坑右侧壁顶部之间支护II号导坑初期支护钢架，在II号导坑初期支护钢架支撑槽钢与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢之间安装II号导坑横向临时支护钢架，在II号导坑初期支护钢架内侧安装II号导坑网格状排水板，II号导坑网格状排水板内侧灌筑II号导坑二次衬砌层；
[0008]第四步、开挖位于I号导坑下面的长条形的III号导坑，III号导坑开挖深度为8-10米；在III号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置III号导坑初期支护钢架支撑槽钢，在III号导坑初期支护钢架支撑槽钢与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢之间支护III号导坑右侧壁竖向临时支撑支架，在III号导坑左侧壁底部沿着开挖方向安装III号导坑左侧壁底部槽钢，在III号导坑左侧壁底部槽钢与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢之间安装III号导坑横向临时支护钢架，在III号导坑左侧壁底部槽钢与I号导坑初期支护钢架支撑槽钢之间支护III号导坑左侧壁竖向初期支护钢架，在III号导坑左侧壁竖向初期支护钢架内侧安装III号导坑网格状排水板，在III号导坑网格状排水板内侧灌筑III号导坑二次衬砌层；
[0009]第五步、开挖位于大扇形的II号导坑下面的长条形的IV号导坑，IV号导坑开挖深度为8-10米；在长条形的IV号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢，在IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢与II号导坑初期支护钢架支撑槽钢之间支护IV号导坑右侧壁竖向初期支护钢架，在IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢之间安装IV号导坑横向临时支护钢架，在IV号导坑竖向初期支护钢架内安装IV号导坑网格状排水板，在IV号导坑网格状排水板内灌筑IV号导坑二次衬砌层；
[0010]第六步、开挖位于长条形的III号导坑下面的左半仰拱V号导坑，左半仰拱V号导坑开挖深度为5-8米；在左半仰拱V号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置左半仰拱V号导坑初期支护钢架支撑槽钢，在左半仰拱V号导坑初期支护钢架支撑槽钢与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢之间支护V号导坑竖向临时支护钢架；开挖位于IV号导坑下面的右半仰拱VI号导坑，右半仰拱VI号导坑开挖深度为5-8米；在III号导坑左侧壁底部槽钢与IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢之间沿仰拱底部安装仰拱初期支护钢架，在仰拱初期支护钢架内侧安装仰拱网格状排水板，在仰拱网格状排水板内侧安装仰拱二次衬砌层，在仰拱二次衬砌层上面灌注仰拱填充混凝土。
[0011]本发明的施工方法大大的降低了对敏感岩石层的扰动，使软弱富水深风化围岩的变形和下沉得到及时有效的控制，围岩荷载分步及时向二次衬砌转移，使整个结构体系受力由初期支护和二次衬砌组成的支撑体系共同承担，提高了软弱深化带岩层隧道开挖的安全性，加快了施工进度，提高了施工质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]一种十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法，包括以下步骤:
[0014]第一步、在隧道开挖轮廓线以外施作超前支护加固圈I ;
[0015]第二步、开挖位于超前支护加固圈左上位置的小扇形的I号导坑，I号导坑开挖深度为10-15米；在I号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢9，在I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢9与I号导坑右侧壁顶部之间支护I号导坑竖向临时支护钢架6，在I号导坑竖向临时支护钢架6上向右上方打设固定锚管8，在I号导坑的左侧壁底部沿隧道开挖方向放置I号导坑初期支护钢架支撑槽钢2，在I号导坑初期支护钢架支撑槽钢2与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢9之间安装I号导坑横向临时支护钢架7，在I号导坑初期支护钢架支撑槽钢2上沿着隧道开挖方向支护I号导坑初期支护钢架3，在I号导坑初期支护钢架3内侧安装I号导坑网格状排水板4，在I号导坑网格状排水板4内侧灌筑I号导坑二次衬砌层5 ；
[0016]第三步、开挖位于超前支护加固圈右上位置的大扇形的II号导坑，II号导坑开挖深度为10-15米；在II号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置II号导坑初期支护钢架支撑槽钢10，在II号导坑初期支护钢架支撑槽钢10与II号导坑右侧壁顶部之间支护II号导坑初期支护钢架12，在II号导坑初期支护钢架支撑槽钢10与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢9之间安装II号导坑横向临时支护钢架11，在II号导坑初期支护钢架12内侧安装II号导坑网格状排水板13，II号导坑网格状排水板13内侧灌筑II号导坑二次衬砌层14 ；
[0017]第四步、开挖位于I号导坑下面的长条形的III号导坑，III号导坑开挖深度为8-10米；在III号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置III号导坑初期支护钢架支撑槽钢15，在III号导坑初期支护钢架支撑槽钢15与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢9之间支护III号导坑右侧壁竖向临时支撑支架16,在III号导坑左侧壁底部沿着开挖方向安装III号导坑左侧壁底部槽钢17，在III号导坑左侧壁底部槽钢17与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢15之间安装III号导坑横向临时支护钢架18，在III号导坑左侧壁底部槽钢17与I号导坑初期支护钢架支撑槽钢2之间支护III号导坑左侧壁竖向初期支护钢架19，在III号导坑左侧壁竖向初期支护钢架19内侧安装III号导坑网格状排水板20，在III号导坑网格状排水板20内侧灌筑III号导坑二次衬砌层21 ；
[0018]第五步、开挖位于大扇形的II号导坑下面的长条形的IV号导坑，IV号导坑开挖深度为8-10米；在长条形的IV号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢22，在IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢22与II号导坑初期支护钢架支撑槽钢10之间支护IV号导坑右侧壁竖向初期支护钢架23，在IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢22与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢15之间安装IV号导坑横向临时支护钢架32，在IV号导坑竖向初期支护钢架23内侧安装IV号导坑网格状排水板24，在IV号导坑网格状排水板24内侧灌筑IV号导坑二次衬砌层25 ；
[0019]第六步、开挖位于长条形的III号导坑下部的左半仰拱V号导坑，左半仰拱V号导坑开挖深度为5-8米；在左半仰拱V号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置左半仰拱V号导坑初期支护钢架支撑槽钢26，在左半仰拱V号导坑初期支护钢架支撑槽钢26与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢15之间支护V号导坑竖向临时支护钢架27 ;开挖位于IV号导坑下部的右半仰拱VI号导坑，右半仰拱VI号导坑开挖深度为5-8米；在III号导坑左侧壁底部槽钢17与IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢22之间沿仰拱底部安装仰拱初期支护钢架28，在仰拱初期支护钢架28内侧安装仰拱网格状排水板29，在仰拱网格状排水板29内侧安装仰拱二次衬砌层30，在仰拱二次衬砌层30上面灌注仰拱填充混凝土 31。
[0020]本发明技术是在隧道穿越带状深风化富水陡倾软弱构造层实践中总结出的。与传统方法相比，本方法主要有以下创新点:本十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法，由于在拆除临时支撑前，二次衬砌已经形成封闭结构，因此在拆除临时支撑的瞬间，二次衬砌将与初期支护组成新的承载体系，围岩荷载由初期支护和二次衬砌组成的支撑体系共同承担，确保施工的安全；二次衬砌混凝土分部浇筑，最后成环；在每一块的开挖当中，都是由初期支护及临时支撑来共同担当承载主体，每一块都要分部施作二次衬砌，当二次衬砌成环后，荷载将由初期支护、临时支撑以及二次衬砌共同承担，并且能保证在临时支撑拆除后，二次衬砌能够瞬间与初期支护共同组成新的承载体系。整个工作面的开挖，是采用“化大为小，步步成环，将大断面改为小断面”的原则施工，减少对围岩的扰动，使围岩的变形和下沉得到控制。
[0021]本发明的施工方法在隧道穿越深风化富水软弱层可一次开挖进尺5-15米，缩短了循环时间，大大加快了施工进度。
【权利要求】
1.一种十字交叉开挖支撑后拆式隧道施工方法，包括以下步骤: 第一步、在隧道开挖断面轮廓线以外施作超前支护加固圈(I); 第二步、开挖位于超前支护加固圈内左上位置的小扇形的I号导坑，I号导坑开挖深度为10-15米；在I号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢(9)，在I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢(9)与I号导坑右侧壁顶部之间支护I号导坑竖向临时支护钢架(6)，在I号导坑竖向临时支护钢架(6)上向右上方打设固定锚管(8)，在I号导坑的左侧壁底部沿隧道开挖方向放置I号导坑初期支护钢架支撑槽钢(2)，在I号导坑初期支护钢架支撑槽钢(2)与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢(9)之间安装I号导坑横向临时支护钢架(7)，在I号导坑初期支护钢架支撑槽钢(2)上沿着隧道开挖方向支护I号导坑初期支护钢架(3)，在I号导坑初期支护钢架(3)内侧安装I号导坑网格状排水板(4)，在I号导坑网格状排水板(4)内侧灌筑I号导坑二次衬砌层(5)；第三步、开挖位于超前支护加固圈右上位置的大扇形的II号导坑，II号导坑开挖深度为10-15米；在II号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置II号导坑初期支护钢架支撑槽钢(10)，在II号导坑初期支护钢架支撑槽钢(10)与II号导坑右侧壁顶部之间支护II号导坑初期支护钢架(12)，在II号导坑初期支护钢架支撑槽钢(10)与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢(9)之间安装II号导坑横向临时支护钢架(11)，在II号导坑初期支护钢架(12)内侧安装II号导坑网格状排水板(13)，II号导坑网格状排水板(13)内侧灌筑II号导坑二次衬砌层(14)； 第四步、开挖位于I号 导坑下面的长条形的III号导坑，III号导坑开挖深度为8-10米；在III号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置III号导坑初期支护钢架支撑槽钢(15)，在III号导坑初期支护钢架支撑槽钢(15)与I号导坑的竖向临时支护钢架支撑槽钢(9)之间支护III号导坑右侧壁竖向临时支撑支架(16)，在III号导坑左侧壁底部沿着开挖方向安装III号导坑左侧壁底部槽钢(17)，在III号导坑左侧壁底部槽钢(17)与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢(15)之间安装III号导坑横向临时支护钢架(18)，在III号导坑左侧壁底部槽钢(17)与I号导坑初期支护钢架支撑槽钢(2)之间支护III号导坑左侧壁竖向初期支护钢架(19)，在III号导坑左侧壁竖向初期支护钢架(19)内侧安装III号导坑网格状排水板(20)，在III号导坑网格状排水板(20)内侧灌筑III号导坑二次衬砌层(21)； 第五步、开挖位于大扇形的II号导坑下面的长条形的IV号导坑，IV号导坑开挖深度为8-10米；在长条形的IV号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢(22)，在IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢(22)与II号导坑初期支护钢架支撑槽钢(10)之间支护IV号导坑右侧壁竖向初期支护钢架(23)，在IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢(22)与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢(15)之间安装IV号导坑横向临时支护钢架(32)，在IV号导坑竖向初期支护钢架(23)内侧安装IV号导坑网格状排水板(24)，在IV号导坑网格状排水板(24)内侧灌筑IV号导坑二次衬砌层(25)； 第六步、开挖位于长条形的III号导坑下面的左半仰拱V号导坑，左半仰拱V号导坑开挖深度为5-8米；在左半仰拱V号导坑的右侧壁底部沿隧道开挖方向放置左半仰拱V号导坑初期支护钢架支撑槽钢(26)，在左半仰拱V号导坑初期支护钢架支撑槽钢(26)与III号导坑初期支护钢架支撑槽钢(15)之间支护V号导坑竖向临时支护钢架(27);开挖位于IV号导坑下面的右半仰拱VI号导坑，右半仰拱VI号导坑开挖深度为5-8米；在III号导坑左侧壁底部槽钢(17)与IV号导坑初期支护钢架支撑槽钢(22)之间沿仰拱底部安装仰拱初期支护钢架(28)，在仰拱初期支护钢架(28)内侧安装仰拱网格状排水板(29)，在仰拱网格状排水板(29)内侧安装仰拱二次衬砌层(30)，在仰拱二次衬砌层(30)上面灌注仰拱填充混凝土(31)。`
【文档编号】E21D9/04GK103670427SQ201310716954
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】赵立财 申请人:中铁十九局集团第三工程有限公司