一种城市分岔隧道大拱段辅助挖掘支撑结构及挖掘方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程领域，特别是涉及一种城市分岔隧道大拱段衬砌型结构及开挖方法。
【背景技术】
[0002]为缓解日益突出的交通拥堵问题，以北京和上海为代表的国内一线城市的地下公路(又称城市地下道路)即将迎来建设高潮，作为连接其与地面交通纽带的大量分岔隧道将随之产生。分岔隧道是一类由大拱段、连拱段和小净距段共同构成的组合隧道型式，其线形设计上的多断面、多尺度和施工工序及围岩荷载频繁转换的特点导致其开挖支护体系在复杂应力空间中表现为一个难度自增值系统。分岔隧道是一种新型隧道结构型式，目前尚无相应的设计、施工技术规范和标准可循，在国内建成并投入使用的例子并不多。而且与山岭分岔隧道相比，城市地下道路分岔隧道具有断面和结构更加复杂，地质条件更差和环境影响敏感性更强等特点。
[0003]大拱段是城市地下道路分岔隧道这一结构型式中重要的组成部分，并具有超大的开挖断面特征，围岩应力变化和围岩与结构相互作用关系复杂，并且具有以下特点:
[0004](1)大拱段隧道断面尺寸大，并且由于在隧道出口处土质条件较差，导致普通的洞间净距基本上不能达到最小净距的要求，于是产生了大跨度的隧道经常是小净距隧道这种情况；
[0005](2)大拱段隧道断面面积大，就拿单洞四车道公路隧道来说，净断面面积通常都大于220m2。当车道数增加的时候，隧道开挖跨度也随之增大，在施工过程中，如果采用一般双车道公路隧道设计方法设计断面时，将会造成较大的空间浪费，断面的利用率会随之降低，从一定程度上来说会造成施工不经济，因此，大拱段隧道一般情况下会设计成扁平形状；
[0006](3)在软弱围岩中，大拱段隧道施工过程将会由于断面较大的特征而采取分部开挖的方式。在围岩条件较好的时候，施工过程将控制扰动，基本上不会采用一次爆破然后进行全断面开挖的方法，因此将会采取复杂的施工工序和方法。故而在大拱段隧道施工过程中更加需要重视施工力学效应影响，从而研究出较为合理的施工步骤。
[0007]由于大拱段隧道复杂的力学特性，再加上隧道工程的地质环境也很复杂，因此在设计和施工过程中没有统一的规范。而且，大拱段隧道断面形式、衬砌结构参数以及施工工艺等方面的研究还比较少，可以借鉴的工程实例并不多，设计与管理尚无明确的经验可循，数值模拟、系统分析等数值和理论研究也并不深入，还有很多关键性的问题亟待解决。因此，开展城市地层中分岔隧道大拱段的力学特征研究，将为支护结构设计参数制定提供理论基础，具有重要而现实的意义。
[0008]隧道扁平率是指隧道高度与跨度的比值。隧道在断面尺寸设计时，在保证建筑限界的基础上，尽量减小拱顶高度，减小限界以上多余净空，减少土方开挖，进而节约工程造价，此时需要减小扁平率，但扁平率的降低会造成隧道稳定性降低，结构受力更加不利，带来安全隐患。因此，如何在保证结构安全的同时降低工程造价，选择合适的扁平率则成为研究的重点。
[0009]扁平、超大断面隧道的基本力学特性可以概括为:(1)超大断面隧道在几何特征上表现为一个扁平的拱结构，进行力学特性分析时可近似看作椭圆；(2)跨度与断面面积加大，应力重分布趋于不利；(3)拱脚处应力集中，需要较高的地基承载力；(4)拱顶稳定性差；(5)松弛压力较大；(6)支护结构承载力较小。扁平率是实际工程中存在的大问题，扁平率过大，安全性问题，衬砌过厚，也不经济；扁平率过小，开挖面积过大，不经济。
[0010]因此，需要提供一种新型的挖掘方法，以满足超大跨度扁平隧道支护结构的安全性的需求。
【发明内容】
[0011]本发明要解决的技术问题是提供一种城市分岔隧道大拱段辅助挖掘支撑结构及挖掘方法，以解决在城市分岔隧道大拱段衬砌结构安全性不足和施工难度大的问题。
[0012]为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案:
[0013]—种城市分岔隧道大拱段辅助挖掘支撑结构，该结构包括依次铺设在隧道内壁上的第一衬砌和第二衬砌；
[0014]该结构进一步包括垂直于水平面支撑在隧道内部的多个支撑部，所述支撑部通过第一纵梁和第二纵梁固定在第一衬砌和第二衬砌上。
[0015]优选的，所述第一衬砌为喷射混凝土，第二衬砌为模筑钢筋混凝土。
[0016]优选的，所述支撑部为钢筋混凝土管柱。
[0017]优选的，所述支撑结构进一步包括用于协助所述第一衬砌、第二衬砌和多个支撑部对新挖掘成的隧道结构进行支撑的多个临时支撑部。
[0018]优选的，所述临时支撑部为喷射混凝土并内嵌工字形型钢的支撑架。
[0019]—种城市分岔隧道大拱段挖掘方法，该方法的步骤包括
[0020]S1、基于预先设计的隧道蓝图的截面图，在该隧道的顶部附近的位置开凿一贯通隧道的第一导洞，并在该第一导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第一导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第一导洞内壁形成封闭环；
[0021]S2、在所述隧道中与第一导洞对称位置的隧道底部附近的位置开凿一贯通隧道的第二导洞，并在该第二导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第二导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第二导洞内壁形成封闭环；
[0022]S3、在第一导洞的底部每隔一段距离向第二导洞施作钻孔灌注粧，该粧体的顶部通过第一纵梁固定在第一导洞内的第一衬底上，该粧体的底部通过第二纵梁固定在第二导洞内的第一衬底上；
[0023]S4、在所述隧道的左侧壁与所述粧体之间距离的三分之一处和左侧壁之间的空间的上半部分开凿一贯通隧道的第三导洞，并在该第三导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第三导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第三导洞内壁形成封闭环；
[0024]S5、在所述隧道的左侧壁与所述粧体之间距离的三分之一处和左侧壁之间的空间的下半部分开凿一贯通隧道的第四导洞，并在该第四导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第四导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第四导洞内壁形成封闭环；
[0025]S6、在所述隧道的右侧壁与所述粧体之间距离的三分之一处和右侧壁之间的空间的上半部分开凿一贯通隧道的第五导洞，并在该第五导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第五导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第五导洞内壁形成封闭环；
[0026]S7、在所述隧道的右侧壁与所述粧体之间距离的三分之一处和右侧壁之间的空间的下半部分开凿一贯通隧道的第六导洞，并在该第六导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第六导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第六导洞内壁形成封闭环；
[0027]S8、在所述隧道的所述粧体与第三导洞之间距离的二分之一处和第三导洞之间的空间开凿一贯通隧道的第七导洞，并在该第七导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第七导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第七导洞内壁形成封闭环；
[0028]S9、在所述隧道的所述粧体与第四导洞之间距离的二分之一处和第四导洞之间的空间开凿一贯通隧道的第八导洞，并在该第八导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第八导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第八导洞内壁形成封闭环；
[0029]S10、在所述隧道的所述粧体与第五导洞之间的空间，并拆除该空间与第一导洞重叠空间内的第一导洞的临时支撑部，开凿一贯通隧道的第九导洞，并在该第九导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第九导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第九导洞内壁形成封闭环；
[0030]S11、在所述隧道的所述粧体与第六导洞之间的空间，并拆除该空间与第二导洞重叠空间内的第二导洞的临时支撑部，开凿一贯通隧道的第十导洞，并在该第十导洞的内壁与隧道内壁重合的部分铺设第一衬砌，该第十导洞的其它内壁部分铺设临时支撑部，在第十导洞内壁形成封闭环；
[0031]S12、在所述隧道的所述粧体与第七导洞之间的空间，并拆除该空间与第一导洞重叠空间内的第一导洞的临时支撑部，开凿一贯通隧道的第十一导洞，并在该第十一导洞的内壁与隧道内壁重