专利名称：一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法
技术领域：
本发明涉及斜井挑顶施工领域，具体为一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法。
背景技术：
斜井挑顶施工，通常采用小导洞挑顶方法设钢拱架棚洞临时支护，上导范围内小导洞开挖及临时支护完成后，安装钢拱架，之后拆除钢拱架棚洞临时支护，向两侧扩挖，施工正洞上导初期支护。对于软弱破碎岩层斜交式斜井，以上方法具有一定的局限性，主要表现在小导洞设钢拱架棚洞临时支护，棚洞断面为梯形，若遇软弱破碎岩层极易坍塌，不利安全；因小导洞断面较小，一般采用人工开挖方法，工效极低；小导洞通视条件差，测量放样复杂，施工精度不易控制；斜井与正洞斜交，交叉口位置跨度过长，不利受力，安全风险大。
发明内容
本发明为了解决现有对于软弱破碎岩层斜交式斜井挑顶施工，通常采用小导洞挑顶方法存在诸多问题，提供一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法。本发明是采用如下技术方案实现的一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，包括以下步骤(I)斜井开挖及支护；(2)在距正洞与斜井交叉口位置10 20m开始， 设曲线过渡，使斜井口与正洞正交；(3)交叉口段加强支护在斜井与正洞交叉口处架立至少3榀并排设置的门型钢架，外侧设型钢钢架支撑柱及落脚横梁，正洞钢拱架与门型钢架横梁之间焊接牢固，在与正洞交叉口相接9 llm范围设套拱加固，底板混凝土增设工字钢横撑，与已施工完的初期支护形成整体受力；(4)上弧导挑顶支护正洞范围内采用上弧导挑顶，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐，挑顶段上弧导临时支护采用钢拱架，开挖断面同斜井上导，开挖每循环进尺I. O I. 5m,施作超前小导管；(5)正洞扩挖支护上弧导挑顶到位后，继续向前开挖，开挖断面同正洞尺寸，在上弧导临时支撑的基础上进行扩挖，扩挖第一榀间距不超过60cm，扩挖到位后及时喷射混凝土封闭，快速安装钢拱架；(6)正洞上导挑顶段初期支护在正洞上导扩挖长度达到3 6m后，反向施作另一侧正洞上导初期支护，每拆除一榀上弧导临时支撑，及时安装上导钢拱架，钢拱架间距不超过O. 6m； (7)斜井挑顶段上导施工完成后，继续进行正洞上导开挖及支护，及时施作仰拱及二衬，正洞范围开始正常施工，挑顶完成。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1、通过在交叉口附近设曲线过渡，使斜井口与正洞正交，不仅优化了受力结构，同时缩短了斜井长度，节约了投资，此外斜井口与正洞正交，为上弧导挑顶施工提供了作业条件， 方便施工；
2、与正洞交叉口相邻段斜井采用套拱加固，相对于二衬混凝土加固等工艺而言，简化了施工工艺，缩短了加固周期，加快了施工进展，同时节约了费用；3、采用上弧导挑顶，为大型机械设备提供了作业空间、提高了工效，缩短了挑顶施工时间，减少施工成本，经济效益显著；
4、上弧导挑顶，开挖断面为拱形，充分利用围岩的自稳能力，有效避免拱部掉块、坍塌； 上弧导挑顶至正洞位置后，在上弧导的保护下，进行正洞扩挖，保证了施工安全；
5、上弧导临时支护体系，相对于小导洞挑顶棚洞支护体系而言，空间相对较大，降低了粉尘污染及噪音污染，作业环境得到改善；
总之，对于软弱破碎岩层斜交斜井挑顶施工，提高了工效、加快了施工进展、降低了安全风险，安全、快速、优质、高效地完成了斜井挑顶施工，取得了良好的效果，为软弱破碎岩层挑顶施工积累了宝贵的经验。
图I为本发明斜井挑顶段平面示意图2为本发明斜井挑顶纵断面示意图3为本发明所述门型钢架结构示意图4为本发明所述套拱断面结构示意图中1-斜井；2-正洞；3-门型钢架；4-套拱；5_隧道左中线；6_隧洞右中线；7-隧道中线；8_平坡段；9_斜井底板；10-正洞混凝土底板；11-纵坡段。
具体实施例方式—种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，其特征是包括以下步骤
O斜井I开挖及支护斜井断面小，一般采用上下台阶法施工，台阶长度控制在3 5m，有利于施工设备作业，加快施工进展，施工中，遵循“弱爆破、短进尺”原则，以挖机辅以人工开挖为主。按照设计参数施作，超前小导管、锁脚锚管等施作到位，若遇围岩较差时，加密超前小导管及缩脚锚管数量。底板混凝土紧跟，底板混凝土距掌子面距离不超过35m。底板两侧设排水沟，以避免拱脚位置积水。2)在距正洞2与斜井交叉口位置10 20m开始，设曲线过渡，使斜井口与正洞正交，具体根据斜井斜交角度及断面尺寸确定，以方便施工车辆行驶并满足测量通视为原则。 曲线半径R=IOO 150m，曲线地段斜井断面相应加大，与正常断面间顺接过渡，曲线内侧与斜井一边平齐，曲线外侧钢架呈扇形支护，过渡段支护相应加强，采用120以上工字钢支护。正洞与斜井交叉口向斜井方向不小于IOm长度范围设为平坡段8，斜井底板9标高与正洞混凝土底板10相同，并与斜井范围底板混凝土面顺接。斜井挑顶段平面图如图1，斜井挑顶纵断面图如图2。3)交叉口段加强支护
在斜井与正洞交叉口处架立至少3榀并排设置的门型钢架3，外侧设型钢钢架支撑柱及落脚横梁，门型钢架采用工字钢不小于I 20，采用Φ22钢筋纵向连接、焊接牢固，喷射混凝土封闭。喷射混凝土前，门型钢架顶梁位置用彩条布或其他材料包裹，在安装挑顶段正洞钢拱架时扯掉彩条布即可，正洞钢拱架与门型钢架横梁之间焊接牢固。在与正洞交叉口相接film范围设套拱加固，套拱钢拱架工字钢不小于I 16，底板混凝土增设工字钢横撑，与已施工完的初期支护形成整体受力，确保安全。门型钢架如图3，套拱断面如图4。
4)上弧导挑顶支护
正洞范围内采用上弧导挑顶，平面位置及标高逐渐过渡，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐，可提前设曲线进行理论计算或通过CAD模拟画图，根据理论数据进行现场放样。挑顶段上弧导临时支护采用钢拱架，开挖断面同斜井上导，开挖每循环进尺I. O I. 5m，施作超前小导管，小导管间距控制在30cm左右，拱脚部位设3. 5m长 Φ42锁脚锚管，钢架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固，喷C25混凝土封闭。5)正洞扩挖支护
上弧导挑顶到位后，继续向前开挖，开挖断面同正洞尺寸，在上弧导临时支撑的基础上进行扩挖，扩挖第一榀间距不超过60cm，扩挖到位后及时喷射混凝土封闭，快速安装钢拱架，钢拱架规格同设计，拱脚部位设Φ 42锁脚锚管，锁脚锚管可根据围岩情况适当加强，钢架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固，喷C25混凝土封闭。6)正洞上导挑顶段初期支护
在正洞上导扩挖长度达到3 6m后，反向施作另一侧正洞上导初期支护，每拆除一榀上弧导临时支撑，及时安装上导钢拱架，钢拱架间距不超过O. 6m，钢拱架一侧位于上台阶拱脚处，采用28槽钢支垫，拱脚部位设Φ 42锁脚锚管，锁脚锚管可根据围岩情况适当加强，钢架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固；另一侧与门型钢架横梁连接牢固，并周边焊接加强，喷射混凝土封闭。挑顶段预留沉落量按不小于30cm设置。7)斜井挑顶段上导施工完成后，继续进行正洞上导开挖及支护，当掌子面围岩松散、自稳能力差时，采用弱爆破方式，上导预留核心土开挖；当施工空间具备中、下导施工条件时，及时接中、下导施工，按照三台阶七步开挖法施工。挑顶段每侧IOm范围支护参数比设计适当加强，钢拱架规格不小于I 20，钢架间距不大于O. 6m，上、中、下导位置施作Φ42 锁脚锚管，锁脚锚管加倍设置，钢拱架与锁脚锚管之间通过“L”型或“U”型钢筋焊接牢固。 锁脚锚管下倾30 45° ;钢架应架设在坚实的基岩面上，当岩层软弱时，应在拱脚处加垫槽钢或木板；台阶长度为3 5m，左右相错开挖，相错量为2榀以上拱架间距。及时施作正洞仰拱、二衬混凝土，保证结构安全，正洞段开始正常施工，挑顶结束。工程实例
山西中南部铁路通道武家岭隧道全隧以砂岩、泥质砂岩、泥岩为主，强风化 弱风化， 节理裂隙发育，岩体破碎、结构松散，I号斜井与正洞相交处富含水，拱顶易掉块、坍塌，属软弱破碎岩层，斜井与正洞斜交。设计为小导洞挑顶方案，设棚洞临时支护。经分析挑顶段围岩结构复杂、岩体破碎、富含水，安全风险极高。若采用设计挑顶方案，存在的主要问题为小导洞钢拱架棚洞临时支护断面为梯形，在软弱破碎岩层地段极易坍塌，不利安全；小导洞断面较小，一般采用人工开挖方法，工效极低；斜井与正洞斜交，交叉口位置跨度过长，不利受力，安全风险大。为有效解决以上问题，经过反复论证必选后，优化了设计方案，施工中采用了本发明所述的上弧导挑顶施工，提高了工效、加快了施工进展、降低了安全风险，取得了良好的效果。斜井缩短32m，节约投资50万元；与正洞交叉口相邻段斜井采用套拱加固，相对于二衬混凝土加固等工艺而言，节约了施工成本，加固段按共30m考虑，每米节约投资I. 5万元，合计节约45万元；采用本发明所述方法，施工效率高，施工进展大大加快，提前10天左右完成挑顶施工，节约成本20万元，合计节约费用115万元，经济效益显著。进一步推广该方法，在武家岭隧道2号斜井挑顶施工中再次得到成功应用，安全、 快速、优质、高效地完成了斜井挑顶施工，取得了良好的效果，得到了各方的较高评价，取得了良好的社会效益。
权利要求
1.一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，其特征是包括以下步骤1)斜井(I)开挖及支护；2)在距正洞(2)与斜井交叉口位置10 20m开始，设曲线过渡，使斜井口与正洞正交；3)交叉口段加强支护在斜井与正洞交叉口处架立至少3榀并排设置的门型钢架(3)，外侧设型钢钢架支撑柱及落脚横梁，正洞钢拱架与门型钢架横梁之间焊接牢固，在与正洞交叉口相接film范围设套拱(4)加固，底板混凝土增设工字钢横撑，与已施工完的初期支护形成整体受力；4)上弧导挑顶支护正洞范围内采用上弧导挑顶，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐，挑顶段上弧导临时支护采用钢拱架，开挖断面同斜井上导，开挖每循环进尺I. O I.5m,施作超前小导管；5)正洞扩挖支护上弧导挑顶到位后，继续向前开挖，开挖断面同正洞尺寸，在上弧导临时支撑的基础上进行扩挖，扩挖第一榀间距不超过60cm，扩挖到位后及时喷射混凝土封闭，快速安装钢拱架；6)正洞上导挑顶段初期支护在正洞上导扩挖长度达到:T6m后，反向施作另一侧正洞上导初期支护，每拆除一榀上弧导临时支撑，及时安装上导钢拱架，钢拱架间距不超过O. 6m ；7)斜井挑顶段上导施工完成后，继续进行正洞上导开挖及支护，及时施作仰拱及二衬， 正洞范围开始正常施工，挑顶完成。
全文摘要
本发明涉及斜井挑顶领域，具体为一种软弱破碎岩层斜交斜井上弧导挑顶施工方法，解决现有现有斜井挑顶施工，采用小导洞挑顶存在诸多问题，在斜井与正洞交叉口设曲线过渡，使斜井口与正洞正交，；交叉口设门型钢架支撑，正洞钢拱架与门型钢架连接牢固；紧邻正洞斜井段落设套拱支护，底板增设工字钢横撑；正洞范围内利用上弧导挑顶，上弧导最后一榀拱架与线路方向垂直，拱顶与正洞拱顶平齐；按正洞断面扩挖，施作正洞上导初期支护；反向逐榀拆除上弧导钢拱架临时支撑，施作另一侧正洞上导初期支护；正洞范围正常施工，挑顶完成。提高了工效、加快了施工进展、降低了安全风险，安全、快速、优质、高效地完成了斜井挑顶施工，取得了良好的效果。
文档编号E21D11/10GK102587922SQ20121004369
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者王兴林, 雷军 申请人:中铁十二局集团有限公司, 中铁十二局集团第二工程有限公司