一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法
【专利摘要】一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，包括以下步骤：1）斜井：开挖斜井并支护，开挖与正洞正交的至少15m的斜井，此段斜井为单车道断面，平、立两面都与正洞正交；2）导洞：沿着正洞开挖轮廓线布置导洞纵面；3）正洞的进、出口方向各1～2倍隧道开挖宽度范围，采用三台阶法开挖正洞；具有结构简单，施工便捷、安全可靠、经济实用的优点，避免了支护结构不合理断面、不合理悬臂结构、拆除前次支护的支点等不合理、不确定带来的安全风险。
【专利说明】一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于软岩隧道施工【技术领域】，具体涉及一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法。
【背景技术】
[0002]隧道及地下工程由于要加快进度，这就要采取斜井、横洞等方案来增加新的工作面来实现既定目标，或者由于地形的影响或者地面建筑物的影响，而不得不采取“另辟蹊径”的方法，采取斜井或横洞进入正洞，通常新开工作面会首先选择地质较好的地段，一般选择I1、111级围岩地段进入正洞，但是有时遇到没有好围岩可选的情况，这就不得不选择从软岩进入正洞的方案。
[0003]现行的隧道支护结构设计都设定了平面假设的前提，也即隧道支护结构一般只考虑垂直隧道(斜井、导洞)掘进方向的横向，而斜井与正洞相交处存在应力集中现象，此处的应力状态并非平面二维，而是三维的高应力(应力有叠加)，这与上述一般的隧道支护结构设计不符，因此就带来施工安全风险。所以，此处的隧道支护结构承载能力必须是纵横两个方向的，方可与围岩应力状态相对应，而现行一般采取“挑顶”的方法，这种工法，不论何种结构、何种工序，其支护结构的设计原则内涵是“平面”二维结构，所以存在先天不足的风险。
[0004]“挑顶”方法按照导洞在正洞的部位，可分为“由上而下”和“由下而上”两种方法，由于斜井断面一般小于正洞，而底部必须同高，所以就形成了这两种方法。“由下而上”方法是由斜井直接进入正洞，然后向上扩挖，这个方法进入正洞时容易，但是，向上扩挖却风险极高；采取“由上而下”的方法正是因为考虑向上扩挖所带来的高风险而采取的针对措施，这种作法又有两种型式，一是先施工导洞(沿着正洞开挖轮廓线)，然后施工正洞钢架支护；二是，导洞与正洞钢架同时施作。前一种型式相对安全，至少在此工序是安全的；而后一种，由于正洞钢架呈分段连接的悬臂状态，所以风险较高。这两种型式都有一个不足一一导洞的支护结构型式是梯形的，这在导洞断面较大、围岩应力较高的情况下是有风险的。
[0005]“挑顶”方法在斜井与正洞连接处的钢架底脚是坐落在斜井矩形门架上的，这里存在极高的风险:一是门架顶为梁结构，承载正洞的几榀钢架集中荷载，结构承载十分不利；二是由于导洞是梯形断面，决定了其断面宽度不可能大，其往往远小于斜井的宽度，所以，就有导洞向正洞进、出口方向扩挖的工序，这就造成支撑正洞钢架的门架横梁要分段施工，这样就有在扩挖时，原先已经施作的横梁一端支点被破坏，而使得几榀正洞钢架一端底脚呈“悬空”的未支撑状态，十分危险。
[0006]各种“挑顶”方法的施工，要求施工人员有较丰富的施工经验，现场施工组织必须高度紧张，方有可能取得成功。实践证明，采用“挑顶”方法施工成功的案例很少，即使成功，也是在紧张的气氛中实现的，施工的效果往往是:为了加固支护，不断补强，最终虽然隧道变形稳定了，但是，隧道净空不足了，为后续二次衬砌施工留下困难和安全隐患。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，为实现软岩隧道斜井进入正洞施工安全可控，并且结构简单、组织简易、经济合理的双曲拱结构支护体系。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，包括以下步骤:
1)斜井:开挖斜井并支护，开挖与正洞正交的大于等于15m的斜井，此段斜井为单车道断面，平、立两面都与正洞正交；
2)导洞:沿着正洞开挖轮廓线布置导洞纵面:
①导洞为斜井位于正洞范围拱部上台阶的部分，导洞断面采取圆拱直墙的型式，拱部圆弧矢跨比(f/L)大于1/5，或为1/4，宽度斜井宽度相等；
②导洞钢架在拱墙交界处墙顶处以钢板内外两层焊接连接，钢板中间部位开Φ50πιπι圆孔，由此孔插入超前小导管，超前小导管与钢板焊接牢固；
3)正洞的进、出口方向各I?2倍隧道开挖宽度范围，采用三台阶法开挖正洞。
[0009]①切割正洞开挖范围内导洞边墙支护的钢架，导洞拱部钢架为双曲拱的拱波，沿正洞开挖轮廓范围布置的导洞钢架纵向连接以及沿此布置的正洞超前小导管为双曲拱的拱肋；
②拱部钢架以隧道中线为基准，采用不对称结构单元正反交替布置的方式施工。
[0010]所述的步骤3中双曲拱拱波由导洞拱部钢架、导洞法向锚杆及导洞喷射混凝土共同组成。
[0011]所述的步骤2中双曲拱拱肋由导洞的钢架纵向连接钢板、超前小导管组成。
[0012]所述的步骤3中双曲拱底座由混凝土、底脚锚杆组成。
[0013]所述的斜井与正洞交叉处采取钢架加强支护，或采取二次衬砌加强处理。
[0014]所述的步骤I中斜井口对面正洞边墙采取支护加强措施。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明采用三维结构设计，且其三维结构设计是按照施工顺序由二维转换过来的，结构与工序相对应，可以实现每一个工序进行质量、安全检验，以此决定能否进入下一个工序，安全可控。本发明具有结构简单，施工便捷、安全可靠、经济实用的优点，导洞与斜井宽度一致，施工“由上而下”，使得施工过程中的支护结构和施工工序就只有纵横两个方向、一次转换，避免了支护结构不合理断面、不合理悬臂结构、拆除前次支护的支点等不合理、不确定带来的安全风险，广泛用于铁路和公路隧道、城市地铁、煤矿、冶金、水利、国防等软岩地下工程斜井或横洞进入正洞的施工中。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法的结构示意图；
图2为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法的结构示意图；
图3为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法中斜井、导洞的结构示意图；
图4为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法中正洞中台阶的结构示意图；
图5为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法中正洞下台阶的结构示意图； 图6为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法中正洞仰拱、填充的结构示意图；
图7为本发明的斜井进入正洞双曲拱施工方法中的进入正洞完全实现的结构示意图。
[0017]其中，I为斜井；2为导洞；3为正洞；4为拱助；5为拱波；6为超前小导管；7为双曲拱底座；8为导洞法向锚杆；9为正洞变强加强支护；10为加强钢架；11为导洞钢架纵向连接钢板；12为边墙钢架。
【具体实施方式】
[0018]以下结合具体实施对本发明进一步叙述。
[0019]一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，包括以下步骤:
I)斜井1:开挖斜井I并支护，开挖与正洞3正交的至少15m的斜井，此段斜井I为单车道断面，平、立两面都与正洞正交，平面正交为了使交叉处的围岩应力最小，以及进入正洞3的支护结构更简便，立面正交，为了行车安全，车辆在进入正洞前，车辆处于水平状态，便于控制车速。
[0020]2)导洞2:沿着正洞开挖轮廓线布置导洞2纵面:
①导洞2为斜井I位于正洞3范围拱部上台阶的部分，导洞2断面采取圆拱直墙的型式，拱部圆弧矢跨比(f/L)不应小于1/5，一般为1/4，宽度一般同斜井宽度；
②导洞2钢架在拱墙交界处墙顶处以钢板内外两层焊接连接，钢板中间部位开约ΦδΟππιι圆孔，由此孔插入超前小导管6，超前小导管6与钢板焊接牢固；
3)导洞2完成后，正洞3的进、出口方向各I?2倍隧道开挖宽度范围，采用三台阶法开挖正洞，切割正洞3开挖范围内导洞2边墙钢架12，导洞2拱部钢架为双曲拱的拱波5骨架，由导洞2拱部钢架、导洞法向锚杆8及导洞喷射混凝土共同组成拱波5 ;而由导洞钢架纵向连接钢板11、超前小导管6组成双曲拱结构的拱肋4，导洞2的拱部钢架以隧道中线为基准，采用不对称结构单元正反交替布置的方式施工，保证拱结构稳定，斜井口的拱脚稳定是采取加强钢架10处理的，或者可进一步采取二次衬砌加强处理；斜井I 口对面的双曲拱底座7是由混凝土及底脚锚杆组成的。
[0021]除导洞2范围(正洞上台阶)之外，其余正洞3初期支护都按照正洞一般设计，但是，在斜井I 口对面正洞边墙9是个应力集中及支护薄弱环节，应采取加强措施。
[0022]所述的步骤3中拱波5的骨架由导洞2拱部钢架、导洞法向锚杆8及导洞喷射混凝土共同组成。
[0023]所述的步骤2中导洞2的钢架纵向连接钢板11、超前小导管6组成拱肋4。
[0024]所述的步骤3中双曲拱底座7由混凝土、底脚锚杆组成。
[0025]所述的斜井I与正洞3交叉处采取钢架加强支护，或采取二次衬砌加强处理。
[0026]所述的步骤I中斜井I 口对面正洞边墙采取支护9加强措施。
【权利要求】
1.一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)斜井:开挖斜井并支护，开挖与正洞正交的大于等于15m的斜井，此段斜井为单车道断面，平、立两面都与正洞正交； 2)导洞:沿着正洞开挖轮廓线布置导洞纵面: ①导洞为斜井位于正洞范围拱部上台阶的部分，导洞断面采取圆拱直墙的型式，拱部圆弧矢跨比(f/L)大于1/5，或为1/4，宽度斜井宽度相等； ②导洞钢架在拱墙交界处墙顶处以钢板内外两层焊接连接，钢板中间部位开Φ50πιπι圆孔，由此孔插入超前小导管，超前小导管与钢板焊接牢固； 3)正洞的进、出口方向各I?2倍隧道开挖宽度范围，采用三台阶法开挖正洞； ①切割正洞开挖范围内导洞边墙支护的钢架，导洞拱部钢架为双曲拱的拱波，沿正洞开挖轮廓范围布置的导洞钢架纵向连接以及沿此布置的正洞超前小导管为双曲拱的拱肋； ②拱部钢架以隧道中线为基准，采用不对称结构单元正反交替布置的方式施工。
2.根据权利要求1所述的一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，其特征在于，所述的步骤3中双曲拱拱波由导洞拱部钢架、导洞法向锚杆及导洞喷射混凝土共同组成。
3.根据权利要求1所述的一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，其特征在于，所述的步骤2中双曲拱拱肋由导洞的钢架纵向连接钢板、超前小导管组成。
4.根据权利要求1所述的一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，其特征在于，所述的步骤3中双曲拱的底座由混凝土、底脚锚杆组成。
5.根据权利要求1所述的一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，其特征在于，所述的斜井与正洞交叉处采取钢架加强支护，或采取二次衬砌加强处理。
6.根据权利要求1所述的一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，其特征在于，所述的步骤I中斜井口对面正洞边墙采取支护加强措施。
【文档编号】E21D11/00GK104481546SQ201410684083
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】剧仲林 申请人:中铁十二局集团有限公司, 中铁十二局集团第四工程有限公司