一种在浅埋隧道软弱围岩中使用十字支撑的分步开挖方法与流程

本发明涉及隧道开挖施工方法，尤其适用于对地表沉降要求较为严格的城市超浅埋隧道。

背景技术：

随着城市基础设施建设规模的扩大，越来越多的超浅埋暗挖隧道需要投入建设。超浅埋暗挖隧道的软弱围岩段由于开挖扰动容易发生危险，造成人员、财产的损失，并且由于控制不当，很容易造成隧道断面变形，需要进行控制，保证施工安全和施工质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于ⅳ级围岩超浅埋暗挖隧道的临时竖撑加强分步开挖施工方法，以解决现有技术在开挖ⅳ级围岩超浅埋暗挖隧道时拱顶变形大，地表沉降易超标的问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种在浅埋隧道软弱围岩中使用十字支撑的分步开挖方法，包括以下施工步骤：

1）将上台阶分成左右两部先后进行开挖，在开挖的左部导坑和右部导坑处分别施作初期支护和临时支护，并将左右两侧的初期支护和临时支护对接；所述初期支护包括在导坑周边架设拱部钢架和喷射混凝土，所述临时支护包括在导坑中十字型设置的临时型钢竖撑和临时型钢横撑；

2）与上台阶错开一段距离后开挖中台阶，将中台阶分成左右两部先后进行开挖，将已施作完毕的上台阶的临时型钢竖撑使用法兰盘固定接长，使延长后的临时型钢竖撑下部落到中台阶的底部，并施作拱部钢架与上台阶连接，施工过程中中台阶导坑周边喷射混凝土；

3）与中台阶错开一段距离后开挖下台阶，将下台阶分成左右两部先后进行开挖，将已施作完毕的中台阶的临时型钢竖撑使用法兰盘固定接长，使延长后的临时型钢竖撑下部落到下台阶底部，并施作拱部钢架与中台阶连接，施工过程中下台阶导坑周边喷射混凝土；

4）与下台阶错开一段距离后开挖仰拱，将仰拱分成左右两部分先后进行开挖，将已施作完毕的下台阶的临时型钢竖撑使用法兰盘固定接长，使延长后的临时型钢竖撑下部落到仰拱底部，并施作拱部钢架与下台阶连接，施工过程中仰拱导坑周边喷射混凝土；

5）仰拱施工之后，拆除临时型钢竖撑和临时横撑。

进一步的，步骤1）施作初期支护和临时支护的具体步骤为：

沿右部导坑周边初喷混凝土，架设右部的拱部钢架和右部的临时型钢竖撑，并设锁脚钢管；沿右部导坑周边复喷混凝土，且在上台阶底部喷射混凝土，并安装右部的临时型钢横撑；在右部导坑周边第三次喷射混凝土至施工要求厚度；

沿左部导坑周边初喷混凝土，架设左部的拱部钢架和左部的临时型钢竖撑，并设锁脚钢管；沿左部导坑周边复喷混凝土，且在上台阶底部喷射混凝土，并安装左部的临时型钢横撑；在左部导坑周边第三次喷射混凝土至施工要求厚度；

设置左部的拱部钢架与右部的拱部钢架进行连接，设置左部的临时型钢竖撑和右部的临时型钢竖撑进行连接；设置左部的临时型钢横撑和右部的临时型钢横撑进行连接。

进一步的，步骤1）中，初喷混凝土的厚度为4cm，复喷混凝土的厚度为24cm，第三次喷射混凝土的厚度为5cm。

进一步的，步骤2）和步骤3）中导坑周边喷射混凝土均分3次完成，初喷混凝土的厚度为4cm，复喷混凝土的厚度为24cm，第三次喷射混凝土的厚度为5cm。

进一步的，拱部钢架采用的是i20b钢架，临时型钢竖撑和临时横撑采用的是i18型钢。

进一步的，上台阶、中台阶和下台阶错开的台阶长度为6～8m，每次开挖进尺控制在0.5m/榀。

本发明的有益效果：

本发明的在浅埋隧道软弱围岩中使用十字支撑的分步开挖方法，采用十字支撑和分步开挖的方法，既保证了施工安全，又保证了开挖断面的轮廓质量，使用的刚才可以循环使用，成本低廉，避免了人员和财产发生不必要的损失。

下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。

附图说明

图1为发明中开挖导坑的俯视图。

图2为本发明台阶步距示意图。

符号说明：

1：上台阶；2：中台阶；3：下台阶；4：仰拱；5：预留核心土；6：型钢竖撑；7：拱部钢架；8：喷射混凝土；9：锁脚钢管；10：法兰盘；11：型钢横撑。

具体实施方式

如图1、2所示，一种在浅埋隧道软弱围岩中使用十字支撑的分步开挖方法，包括以下施工步骤：

1）将上台阶1分成左右两部先后进行开挖，在开挖的左部导坑和右部导坑处分别施作初期支护和临时支护，并将左右两侧的初期支护和临时支护对接；所述初期支护包括在导坑周边架设拱部钢架7和喷射混凝土8，所述临时支护包括在导坑中十字型设置的临时型钢竖撑6和临时型钢横撑11；

2）与上台阶1错开一段距离后开挖中台阶2，将中台阶2分成左右两部先后进行开挖，将已施作完毕的上台阶1的临时型钢竖撑6使用法兰盘固定接长，使延长后的临时型钢竖撑6下部落到中台阶2的底部，并施作拱部钢架7与上台阶连接，施工过程中中台阶导坑周边喷射混凝土；

3）与中台阶2错开一段距离后开挖下台阶3，将下台阶3分成左右两部先后进行开挖，将已施作完毕的中台阶2的临时型钢竖撑6使用法兰盘固定接长，使延长后的临时型钢竖撑6下部落到下台阶3底部，并施作拱部钢架7与中台阶连接，施工过程中下台阶导坑周边喷射混凝土；

4）与下台阶3错开一段距离后开挖仰拱4，将仰拱4分成左右两部分先后进行开挖，将已施作完毕的下台阶3的临时型钢竖撑6使用法兰盘固定接长，使延长后的临时型钢竖撑6下部落到仰拱4底部，并施作拱部钢架7与下台阶连接，施工过程中仰拱导坑周边喷射混凝土；

5）仰拱4施工之后，拆除临时型钢竖撑6和临时横撑11。

步骤1施作初期支护和临时支护的具体步骤为：

沿右部导坑周边初喷混凝土8，架设右部的拱部钢架7和右部的临时型钢竖撑6，并设锁脚钢管9；沿右部导坑周边复喷混凝土8，且在上台阶1底部喷射混凝土8，并安装右部的临时型钢横撑11；在右部导坑周边第三次喷射混凝土至施工要求厚度；

沿左部导坑周边初喷混凝土8，架设左部的拱部钢架7和左部的临时型钢竖撑6，并设锁脚钢管9；沿左部导坑周边复喷混凝土8，且在上台阶1底部喷射混凝土8，并安装左部的临时型钢横撑11；在左部导坑周边第三次喷射混凝土至施工要求厚度；

设置左部的拱部钢架7与右部的拱部钢架7进行连接，设置左部的临时型钢竖撑6和右部的临时型钢竖撑6进行连接；设置左部的临时型钢横撑11和右部的临时型钢横撑11进行连接。

步骤1中，初喷混凝土的厚度为4cm，复喷混凝土的厚度为24cm，第三次喷射混凝土的厚度为5cm。

步骤2和步骤3中导坑周边喷射混凝土均分3次完成，初喷混凝土的厚度为4cm，复喷混凝土的厚度为24cm，第三次喷射混凝土的厚度为5cm。

拱部钢架7采用的是i20b钢架，临时型钢竖撑6和临时横撑11采用的是i18型钢。上台阶1、中台阶2和下台阶3错开的台阶长度为6～8m，每次开挖进尺控制在0.5m/榀。

在本实施方式具体操作为中：

第一步、施作超前支护后，先开挖上台阶1右部，施作此部导坑周边的初期支护和临时支护，喷射4cm厚的喷射混凝土8，架设拱部钢架7和临时型钢支撑6，并设锁脚钢管9，复喷喷射混凝土8厚度为24cm，上台阶1底部喷射5㎝喷射混凝土8，安装临时型钢横撑11做临时仰拱，复喷混凝土至设计厚度。

开挖上断面左部，设置左部拱部钢架7与右部拱部钢架7进行连接，设置左部的临时型钢支撑6和临时型钢横撑11与右部进行连接，同右部一样施作此部导坑周边的初期支护和临时支护，步骤和工序同右部，上台阶1靠近掌子面的预留核心土5不进行开挖，保证围岩的稳定性。

第二步、与上台阶1错开一段距离后开挖中台阶2，也是将中台阶2分成左右两部分进行开挖，将已施作完毕的上台阶1临时型钢竖撑6使用法兰盘固定接长，临时型钢竖撑6下部落到中台阶底部，并施作拱部钢架7与上台阶连接，喷射混凝土，步骤和工序同上台阶1。

第三步，与中台阶2错开一段距离后开挖下台阶3，也是将下台阶3分成左右两部分进行开挖，将已施作完毕的中台阶2临时型钢竖撑6使用法兰盘固定接长，临时型钢竖撑6下部落到下台阶3底部，并施作拱部钢架7，喷射混凝土，步骤和工序同中台阶2。

第四步，与下台阶3错开一段距离后开挖仰拱4，也是将仰拱4分成左右两部分进行开挖，将已施作完毕的下台阶3临时型钢竖撑6使用法兰盘固定接长，临时型钢竖撑6下部落到仰拱4底部，并施作拱部钢架7，喷射混凝土，步骤和工序同下台阶3。

这样，临时型钢竖撑6和临时横撑11构成了十字支撑，有效的组织了开挖轮廓的横向收敛和上下收敛，保证了施工安全。等到仰拱跟进施工之后，拆除临时型钢竖撑6和临时横撑11组成的十字支撑即可。

拱部钢架7采用的是i20b钢架，临时型钢竖撑6和临时横撑11采用的是i18型钢，上台阶1、中台阶2和下台阶2错开的台阶长度建议为6～8m，每次开挖进尺控制在0.5m/榀。

本发明是在城市地铁超浅埋隧道软弱围岩开挖施工过程中根据实际施工经验总结得到的。与传统隧道开挖方法相比，本适用于超浅埋暗挖隧道软弱围岩段的开挖施工，使用十字支撑，用于限制隧道拱部沉降、底部隆起和两侧的收缩，保证断面形状不会发生过大的变形，分上述几步进行开挖，可以减小对围岩的扰动，避免发生掉块、坍塌的危险，保证施工人员的安全。同时十字支撑所用的型钢还可以在施做仰拱、二衬的时候进行拆除，循环使用，节约钢材，降低了成本。