一种超大跨度隧道开挖支护的施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种超大跨度隧道开挖支护的施工方法，具体涉及一种跨度大于25m的暗挖地下车站隧道开挖支护的施工方法。

背景技术：

超大跨度隧道(通常跨度大于25m)由于开挖断面大，形状扁平，围岩整体稳定性较一般断面差，增加了隧道施工变形和稳定控制的难度，稍有不慎，就会出现塌方等事故。如何选择正确的开挖支护方法，保证施工过程安全和控制围岩变形是隧道施工成功的关键。

对于超大跨度隧道，国内外多采用CD法、CRD法、双侧壁导坑法和多导坑法等施工方法进行施工，通过设置多导坑、多道横竖向临时支撑，将大断面分成多个小断面进行施工。这种方法不仅导坑断面小，无法采用大型机械施工，工序交叉多，施工进度慢，而且临时支撑多，临时支撑拆除时围岩变形大、安全风险高。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种超大跨度隧道开挖支护的施工方法，其具有工法简洁、工序转换少、施工安全可靠、机械化程度高，可以组织安全快速施工的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种超大跨度隧道开挖支护的施工方法，将隧道沿断面划分为十一部进行施工，所述十一部自上而下、从左往右包括顶层左边洞、顶层中洞、顶层右边洞、中台阶左边洞、中台阶中部核心土、中台阶右边洞、下台阶左边洞、下台阶中部核心土、下台阶右边洞、左侧仰拱和右侧仰拱，所述十一部按照以下步骤进行施工：

S1：顶层中洞开挖与初期支护；

S2：顶层左边洞开挖与初期支护；

S3：顶层右边洞开挖与初期支护；

S4：中台阶左边洞开挖与初期支护；

S5：中台阶右边洞开挖与初期支护；

S6：下台阶左边洞开挖与初期支护；

S7：下台阶右边洞开挖与初期支护；

S8：中台阶中部核心土开挖；

S9：下台阶中部核心土开挖；

S10：左侧仰拱开挖与初期支护；

S11：右侧仰拱开挖与初期支护。

本发明对跨度大于25m的暗挖地下车站隧道采用顶洞超前、分层开挖、核心预留、重点锚定的方法，按照横竖向基本均匀的原则，将超大断面隧道划分为十一部进行开挖，首先开挖顶层中洞；然后自上而下、左右交替、分层开挖两边的各部分，每部分开挖后进行初期支护；最后逐步分层开挖核心土及仰拱，形成封闭成环的支护体系。相对于现有技术，本发明工法简洁、工序转换少；中间不设临时支撑，施工空间大，每一步均可采用大型施工机械组织平行流水作业，施工工效高，施工进度快；且无需拆除临时支撑，施工安全可靠。

进一步地，所述初期支护包括安装钢架、喷射混凝土、施作预应力锚杆和预应力锚索。采用预应力锚杆和预应力锚索支护体系，可以充分发挥围岩的自承载能力，减少围岩的变形，确保施工安全。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：开挖顶层中洞；

S12：顶层中洞开挖完成后对顶层中洞拱部进行初喷混凝土，安装拱部钢架和型钢斜撑，对顶层中洞拱部喷射第二次混凝土，对顶层中洞边墙喷射临时封闭混凝土；

S13：顶层中洞开挖20m后开始施工顶层中洞拱部预应力锚杆和预应力锚索，挂设钢筋网，对顶层中洞拱部喷射第三次混凝土；

S14：顶层中洞拱部预应力锚杆和预应力锚索施工完成后，拆除拱部型钢斜撑；

所述步骤S2包括以下步骤：

S21：顶层中洞拱部预应力锚杆和预应力锚索施工结束后，开挖顶层左边洞，滞后顶层中洞30m～35m；

S22：顶层左边洞开挖完成后对顶层左边洞拱部进行初喷混凝土，安装拱部钢架，打设锁脚锚杆或锚管，喷射第二次混凝土；

S23：顶层左边洞开挖20m后开始施工顶层左边洞拱部预应力锚杆和预应力锚索，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土；

所述步骤S3包括以下步骤：

S31：顶层左边洞拱部预应力锚杆和预应力锚索施工结束后，开挖顶层右边洞，滞后顶层左边洞30m～35m；

S32：顶层右边洞开挖完成后对顶层右边洞拱部进行初喷混凝土，安装拱部钢架，打设锁脚锚杆或锚管，喷射第二次混凝土；

S33：顶层右边洞开挖20m后开始施工顶层右边洞拱部预应力锚杆和预应力锚索，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土。

进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：

S41：顶层右边洞拱部预应力锚杆和预应力锚索施工结束后，开挖中台阶左边洞；

S42：中台阶左边洞开挖完成后对中台阶左边洞拱墙进行初喷混凝土，安装拱墙钢架，打设锁脚锚杆或锚管，喷射第二次混凝土；

S43：中台阶左边洞开挖20m后开始施工中台阶左边洞拱墙预应力锚杆和预应力锚索，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土；

所述步骤S5包括以下步骤：

S51：中台阶左边洞拱墙预应力锚杆和预应力锚索施工结束后，开挖中台阶右边洞；

S52：中台阶右边洞开挖完成后对中台阶右边洞拱墙进行初喷混凝土，安装拱墙钢架，打设锁脚锚杆或锚管，喷射第二次混凝土；

S53：中台阶右边洞开挖20m后开始施工中台阶右边洞拱墙预应力锚杆和预应力锚索，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土。

进一步地，所述步骤S6包括以下步骤：

S61：中台阶右边洞拱墙预应力锚杆和预应力锚索施工结束后，开挖下台阶左边洞；

S62：下台阶左边洞开挖完成后对下台阶左边洞边墙进行初喷混凝土，安装边墙钢架，挂设钢筋网，喷射第二次混凝土；

所述步骤S7包括以下步骤：

S71：滞后下台阶左边洞20m，开挖下台阶右边洞；

S72：下台阶右边洞开挖完成后对下台阶右边洞边墙进行初喷混凝土，安装边墙钢架，挂设钢筋网，喷射第二次混凝土。

进一步地，所述步骤S8中，滞后下台阶右边洞20m，开挖中台阶中部核心土；所述步骤S9中，滞后中台阶中部核心土20m，开挖下台阶中部核心土。

进一步地，所述步骤S10包括以下步骤：

S101：滞后下台阶中部核心土20m，开挖左侧仰拱；

S102：左侧仰拱开挖完成后对左侧仰拱进行初喷混凝土，安装钢架，挂设钢筋网，喷射第二次混凝土；

所述步骤S11包括以下步骤：

S111：滞后左侧仰拱3m，开挖右侧仰拱；

S112：右侧仰拱开挖完成后对右侧仰拱进行初喷混凝土，安装钢架，挂设钢筋网，喷射第二次混凝土。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为实施例的超大跨度隧道开挖支护的施工方法的施工顺序示意图。

图2为实施例的顶层中洞开挖后示意图。

图3为实施例的顶层开挖后示意图。

图4为实施例的核心土预留示意图。

具体实施方式

请同时参阅图1-图4，本实施例提供了一种超大跨度隧道开挖支护的施工方法，所述超大跨度隧道的围岩为V级强风化花岗岩，开挖断面高19.7m，宽32.7m。本实施例按照横竖向基本均匀的原则，将大断面隧道划分为十一部进行施工，所述十一部自上而下、从左往右包括顶层左边洞B、顶层中洞A、顶层右边洞C、中台阶左边洞D、中台阶中部核心土H、中台阶右边洞E、下台阶左边洞F、下台阶中部核心土I、下台阶右边洞G、左侧仰拱J和右侧仰拱K。首先开挖顶层中洞A，然后自上而下、左右交替、分层开挖两边的各部分，每部分开挖后在拱部和边墙施作预应力锚杆和预应力锚索进行锚定，最后逐步分层开挖核心土及仰拱，形成封闭成环的支护体系。具体包括以下步骤：

步骤一：顶层中洞A开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，开挖顶层中洞A，开挖断面高6.5m，宽8m，测量放样后进行弱爆破开挖，每循环进尺1m；

第二，顶层中洞A开挖完成后对顶层中洞拱部初喷5cm厚C30混凝土，安装拱部格栅钢架和型钢斜撑2，型钢斜撑2的顶端与钢架连接、底端支撑在两侧围岩上，对拱部喷射第二次18cm厚C30混凝土1，对边墙喷射5cm厚C30混凝土3临时封闭；

第三，顶层中洞A开挖20m后，开始施作拱部预应力锚杆5和预应力锚索4，预应力锚杆5长11m，环纵向间距均为1.2m，预应力锚索4长25m，15.2，设计张拉力1000kN，环纵向间距均为2.4m；预应力锚杆5和预应力锚索4施工完成后拱部挂设6mm@20cm*20cm的钢筋网，对拱部喷射第三次12cm厚C30混凝土，覆盖锚杆端头和锚索锚头；

第四，拆除拱部型钢斜撑2。

步骤二：顶层左边洞B开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，顶层中洞A拱部预应力锚杆5和预应力锚索4施工结束后，开挖顶层左边洞B；

第二，顶层左边洞B开挖完成后对顶层左边洞拱墙部进行初喷混凝土，安装接长钢架，打设4根长5m的42锁脚锚杆7，喷射第二次混凝土6；

第三，顶层左边洞B开挖20m后开始施工顶层左边洞拱墙部预应力锚杆9和预应力锚索8，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土。

步骤三：顶层右边洞C开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，顶层左边洞B拱墙部预应力锚杆9和预应力锚索8施工结束后，开挖顶层右边洞C；

第二，顶层右边洞C开挖完成后对顶层右边洞拱墙部进行初喷混凝土，安装接长钢架，打设锁脚锚杆11，喷射第二次混凝土10；

第三，顶层右边洞C开挖20m后开始施工顶层右边洞拱部预应力锚杆13和预应力锚索12，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土。

步骤四：中台阶左边洞D开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，顶层右边洞C拱部预应力锚杆13和预应力锚索12施工结束后，开挖中台阶左边洞D；

第二，中台阶左边洞D开挖完成后对中台阶左边洞拱墙进行初喷混凝土，安装拱墙钢架，打设锁脚锚管15，喷射第二次混凝土14；

第三，中台阶左边洞D开挖20m后开始施工中台阶左边洞拱墙预应力锚杆17和预应力锚索16，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土。

步骤五：中台阶右边洞E开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，中台阶左边洞D拱墙预应力锚杆17和预应力锚索16施工结束后，开挖中台阶右边洞E；

第二，中台阶右边洞E开挖完成后对中台阶右边洞拱墙进行初喷混凝土，安装拱墙钢架，打设锁脚锚管19，喷射第二次混凝土18；

第三，中台阶右边洞E开挖20m后开始施工中台阶右边洞拱墙预应力锚杆21和预应力锚索20，挂设钢筋网，喷射第三次混凝土。

步骤六：下台阶左边洞F开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，中台阶右边洞E拱墙预应力锚杆21和预应力锚索20施工结束后，开挖下台阶左边洞F；

第二，下台阶左边洞F开挖完成后对下台阶左边洞边墙进行初喷混凝土，安装边墙钢架，挂设钢筋网，喷射混凝土22。

步骤七：下台阶右边洞G开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，滞后下台阶左边洞20m，开挖下台阶右边洞G；

第二，下台阶右边洞G开挖完成后对下台阶右边洞边墙进行初喷混凝土，安装边墙钢架，挂设钢筋网，喷射混凝土23。

步骤八：中台阶中部核心土H开挖，包括：滞后下台阶右边洞G部20m，开挖中台阶中部核心土H。

步骤九：下台阶中部核心土I开挖，包括：滞后中台阶中部核心土H部20m，开挖下台阶中部核心土I。

步骤十：左侧仰拱J开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，滞后下台阶中部核心土I部20m，开挖左侧仰拱J；

第二，左侧仰拱J开挖完成后对左侧仰拱进行初喷混凝土，安装钢架，挂设钢筋网，喷射混凝土24。

步骤十一：右侧仰拱K开挖与初期支护，包括以下过程：

第一，滞后左侧仰拱J部3m，开挖右侧仰拱K；

第二，右侧仰拱K开挖完成后对右侧仰拱进行初喷混凝土，安装钢架，挂设钢筋网，喷射混凝土25。

当上述十一个步骤完成后，初期支护封闭成环，此时超大跨度隧道开挖支护完成。

相对于现有技术，本发明具有工法简洁、工序转换少、施工安全可靠、机械化程度高，可以组织安全快速施工的优点：

1)拱墙采用预应力锚杆和预应力锚索支护体系，可充分发挥围岩的自承载能力，减少围岩的变形，确保施工安全；

2)中间不设临时支撑，施工空间大，每一步均可采用大型施工机械组织平行流水作业，施工工效高，施工进度快；

3)无需拆除临时支撑，施工安全可靠。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。