一种下穿城市主干道上软下硬地层小断面隧道开挖方法与流程

适用于下穿城市主干道上软下硬地层浅埋小断面隧道开挖施工的方法。

背景技术：

近年来，各大城市相续发展地下公共交通设施，在城市地下交通的建设过程中不可避免的会遇到一些下穿城市主干道的浅埋隧道，由于隧道埋深较浅往往会处在上软下硬的复合地层中，隧道成洞条件差，此时采用传统的钻爆开挖方法施工风险极大，针对下穿城市主干道上软下硬复合地层条件下的浅埋暗挖小断面隧道施工，为有效控制地面沉降，保证隧道施工安全，需采用一种特定的隧道开挖施工方法。

技术实现要素：

一种下穿城市主干道上软下硬地层小断面隧道开挖方法，其目的是开挖时由软到硬、由上至下将隧道按地质情况分5个部分依次交替开挖，因开挖面的减小在开挖时可以有效控制进尺减少对隧道周边原始地层的扰动，在开挖完成后能快速的进行封闭支护，减少开挖面的暴露时间保护围岩，从而保证隧道的施工安全。

其主要内容为，在下穿城市主干道上软下硬的浅埋小断面隧道施工中，开挖前采用超前小导管对隧道顶部土层进行超前预支护；开挖时将隧道按地质情况分为5个部分，先交替开挖顶部覆土层并施做临时支撑结构形成临时的封闭支撑体系减少覆土层的凌空时间，然后再分左右两侧交替开挖隧道中部岩体并施做中部临时支撑结构使隧道支护步步成环及时封闭，最后开挖隧道下部岩体完成隧道开挖施工。

1.一种下穿城市主干道上软下硬地层小断面隧道开挖方法，其特征在于：

(1)隧道开挖前在拱顶软弱回填土层范围内施做超前小导管进行超前支护，小导管长度为2.5米，直径42mm，间距0.3米，入射方向与水平面呈3～5°仰角，每进尺0.5米施做一次；

(2)开挖A部分回填土层，先开挖弧形导坑待支护形成后再开挖核心土，每次开挖进尺长度不超过0.5m；开挖完成后立即采用型钢拱架对开挖部位进行支护，并设置竖向和横向临时支撑使拱架及时封闭；

(3)A部分开挖进尺1.5m后同时开始开挖B部分回填土层和C部分砂岩；B部分开挖前施做超前小导管，先开挖弧形导坑待支护形成后再开挖核心土，每次开挖进尺长度不超过0.5m；采用型钢拱架对开挖部位进行支护，并设横向临时支撑使拱架封闭；C部分采用绳锯切割挖机破碎开挖，开挖时先开挖边墙弧形导坑预留核心土，每次进尺长度不超过0.5m，开挖完成后立即支护并施做系统锚杆和锁脚锚杆；

(4)B、C部分开挖进尺1.5m后，开始开挖D部分砂岩，开挖采用绳锯切割挖机破碎开挖，开挖时先开挖边墙弧形导坑预留核心土，每次进尺长度不超过0.5m，开挖完成后支护并施做系统锚杆和锁脚锚杆；待D部分初支施做完毕后拆除A、B部分水平临时支撑并开挖C、D部分核心土，开挖完毕后施做竖向中间临时支撑和水平临时支撑，使A、B、C、D四个部分支护体系封闭；

(5)按上述步骤依次开挖A、B、C、D四个部分，待D部分开挖进尺达到1.5m后开始开挖E部分，开挖时先开挖E部分左右侧弧形导坑，每次开挖进尺0.5m，开挖完毕后支护拱架并施做系统锚杆和锁脚锚杆；待左右两侧弧形导坑开挖支护完成1.5m后拆除E部分上部临时支撑拱架开挖中间核心土并施做底部仰拱。

利用本施工工艺，具有以下优点：

(1)施工安全性高，风险可控；

(2)每部开挖完成后支护体系都能及时封闭，步步成环，保护了围岩(覆土)的稳定性；

(3)对围岩(覆土)扰动小，开挖施工无震动，对地面道路影响小。

附图说明

图1为开挖分部示意图。

A、B、C、D、E－五个开挖分部；1—岩土分界线，上部为回填土层，下部为砂岩。

图2为A部分开挖支护。

2—Φ42超前小导管；3—竖向型钢临时支撑；4—横向型钢临时支撑；5—型钢拱架。

图3为B部分开挖支护和C部分边墙导坑开挖支护。

6—系统锚杆；7—锁脚锚杆。

图4为D部分边墙导坑开挖支护。

图5为开挖C、D部分核心土开挖及临时支护。

图6为开挖E部分边墙导坑开挖支护。

图7为开挖支护完成后的隧道。

图8为A、B、C、D、E五个开挖部分开挖顺序示意图。

具体实施方式

本工艺具体实施方式如下：

(1)隧道开挖前在拱顶软弱回填土层范围内施做超前小导管进行超前支护，小导管长度为2.5米，直径42mm，间距0.3米，入射方向与水平面呈3～5°仰角，每进尺0.5米施做一次。

(2)开挖A部分回填土层，采用人工开挖，先开挖弧形导坑待支护形成后再开挖核心土，每次开挖进尺长度不超过0.5m。开挖完成后立即采用型钢拱架对开挖部位进行支护，并设置竖向和横向临时支撑使拱架及时封闭。初支拱脚和临时支撑拱脚必须落在基底硬岩上，保证拱脚稳定密实。

(3)A部分开挖进尺1.5m后同时开始开挖B部分回填土层和C部分砂岩。B部分开挖前施做超前小导管，开挖时采用人工开挖，先开挖弧形导坑待支护形成后再开挖核心土，每次开挖进尺长度不超过0.5m。采用型钢拱架对开挖部位进行支护，并设横向临时支撑使拱架及时封闭。初支拱脚必须落在基底硬岩上，保证拱脚稳定密实，拱架顶部与A部分拱架连接处应连接紧密，连接板应进行围焊加固。C部分采用绳锯切割挖机破碎开挖，开挖时先开挖边墙弧形导坑预留核心土，每次进尺长度不超过0.5m，开挖完成后立即支护并施做系统锚杆和锁脚锚杆。

(4)B、C部分开挖进尺1.5m后，开始开挖D部分砂岩，开挖采用绳锯切割挖机破碎开挖，开挖时先开挖边墙弧形导坑预留核心土，每次进尺长度不超过0.5m，开挖完成后立即支护并施做系统锚杆和锁脚锚杆。待D部分初支施做完毕后拆除A、B部分水平临时支撑并开挖C、D部分核心土，开挖完毕后施做竖向中间临时支撑和水平临时支撑，使A、B、C、D四个部分支护体系封闭。

(5)按上述步骤依次开挖A、B、C、D四个部分，待D部分开挖进尺达到1.5m后开始开挖E部分，开挖时先开挖E部分左右侧弧形导坑，每次开挖进尺0.5m，开挖完毕后立即支护拱架并施做系统锚杆和锁脚锚杆。待左右两侧弧形导坑开挖支护完成1.5m后拆除E部分上部临时支撑拱架开挖中间核心土并施做底部仰拱。