一种浅埋大跨小净距黄土隧道开挖技术的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种浅埋大跨小净距黄土隧道施工方法，以解决现行大断面小净距黄土隧道中施工难度大、危险系数高以及沉降难以控制的情况。所述的方法为，隧道双洞同时施工，且分为双导洞施工，后行洞掌子面距离先行洞仰拱封闭成环面为一倍洞径，其中单洞分左、右两侧导洞开挖且均先开挖远离中夹土柱一侧的导洞，两导洞掌子面之间间距保持在5-8m，每侧导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，台阶间距保持在3-5m。与类似隧道施工技术的方法相比，本方法有效地的保证了隧道的安全施工，合理的控制了隧道的沉降，减小了施工对地表的影响，并且使施工效率得到了一定提高。
【专利说明】一种浅埋大跨小净距黄土隧道开挖技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道结构的开挖方法，尤其涉及一种大跨小净距黄土隧道的开挖方法。
【背景技术】
[0002]随着经济以及交通的发展，大跨小净距隧道的建设越来越多，同时黄土为一种特殊土体，对于穿越黄土的隧道的开挖工法尚未成熟，而对于小净距黄土隧道的修建更为少见。因此，由于这类隧道的特殊性和新颖性，在设计和施工过程中均存在许多难题急需解决。
[0003]对于大跨度小净距隧道，由于隧道的跨度较大、结构受力复杂以及施工期间双线开挖过程中诸多工序相互影响等因素，很容易发生围岩失稳或者隧道衬砌结构开裂破坏的现象，通常对于大跨度隧道，根据工程地质状况不同，可采用双侧壁导坑法、弧形导洞超前法、台阶法等方法，但小净距隧道中双洞之间相互影响，双洞开挖会造成不同程度的隧道偏压，同时隧道中夹岩难以保护或者加强，规范中尚未有针对小净距隧道的详细说明，通常采用单洞隧道的进行小净距隧道的设计，在施工过程中有一定的风险，容易造成隧道塌方，尤其对于软弱围岩地段，双洞开挖造成围岩扰动更为严重，传统的工法与设计有存在一定的风险。
[0004]对于穿越黄土地层的隧道，尚未有成熟的工法，黄土隧道施工过程中隧道洞内拱部一般为整体沉降且沉降较大，地表容易出现贯通裂缝，隧道拱肩部位受力较大以及初期支护出现裂缝，这些问题在施工过程中都难以解决。对于黄土中夹土柱的保护也是施工中的关键关节，相应的施工技术研究也很少见，而对于超小净距黄土隧道，隧道双线间距小，施工影响大，如何采用一种有效的工法，如何对薄弱位置进行加固加强都不明确，在隧道施工过程中难以保证施工快速安全有效的进行。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决上述【背景技术】中的不足之处，提供一种在V级黄土围岩中大跨小净距隧道的开挖方法。
[0006]本发明的一种浅埋大跨小净距黄土隧道开挖方法，分为左、右洞施工；施工完后的左、右洞结构相同，可以先开挖左洞，也可以先开挖右洞；左、右洞每侧导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，设当先开挖左洞时，其开挖步骤是:
[0007]先开挖左洞
[0008]步骤I开挖左洞左侧上部，
[0009]步骤2开挖左洞左侧中部，
[0010]步骤3开挖左洞左侧下部的左侧，
[0011]步骤4开挖左洞左侧下部的右侧，
[0012]步骤5开挖左洞右侧上部，[0013]步骤6开挖左洞右侧中部，
[0014]步骤7开挖左洞右侧下部的右侧，
[0015]步骤8开挖左洞右侧下部的左侧；
[0016]再开挖右洞
[0017]右洞的施工步骤与左洞的施工步骤相当于一种轴对称施工:即步骤I为先施工右洞右侧上部，步骤8为施工右洞左侧下部的右侧。
[0018]所述的隧道两洞埋深在40-60m，左、右洞的截面积各为100_120m2，左洞与右洞的隧道外轮廓线的间距为5-10m。
[0019]右洞在左洞开挖且仰拱封闭成环一倍洞径或15-20m后再开挖。
[0020]左、右洞导洞的开挖都优先开挖远离小净距一侧的导洞，两导洞间距为5_8m。
[0021]步骤I到步骤4各个台阶开挖深度的间距在3_5m，步骤5到步骤8各个台阶开挖深度的间距在3-5m。
[0022]在上述每一步骤后都要及时进行初期支护的施工，然后再进行下一步骤；每一步骤初期支护在开挖之后立即施工；并且，在步骤1、步骤2和步骤4后还要进行中壁临时支护的施工；所述的初期支护包括支护在隧道外壁处的拱架支护层、扩大拱脚和锁脚锚杆；拱架支护层由外层的格栅钢架，内层的钢筋网片，以及在格栅钢架、钢筋网片内的喷射混凝土组成；在所有步骤施工完后，将中壁临时支护拆除。
[0023]本发明的优点是:
[0024]首先，此工法隧道双洞都采用双导洞开挖，后行洞的开挖距离先行洞开挖后断面成环一倍洞径左右，单洞左右侧导洞采用三台阶留核心土的方法，在开挖过程中相比于同时开挖能很大程度的减少开挖对与围岩的扰动，能减小沉降并保证隧道的安全性。
[0025]其次，在隧道施工过程中首先开挖远离小净距中夹土柱的一侧，能尽量减少中夹土柱的围岩承载力的丧失，保证隧道土体的稳定，为后行洞施工提高安全保障。
[0026]再次，各个开挖面合理的布置保证了隧道开挖过程中围岩以及初期支护的稳定性，采用这种工法整体能上加快施工进度，同时保证施工安全以及结构稳定。
[0027]综上所述，本发明创造性的提出了一种小净距黄土隧道开挖方法，具有较大的工程应用价值及学术价值，对以后相似围岩情况的隧道的设计与施工有极大的推广与参考价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明隧道双洞断面的示意图；
[0029]图2是本发明单洞开挖方法步骤图；
[0030]图3是本发明隧道双洞施工过程中掌子面距离示意图；
[0031]图4是本发明实施例所述的隧道钢拱架外侧应力图；
[0032]图5是本发明实施例所述的隧道钢拱架内侧应力图；
[0033]图6是本发明实施例所述的隧道围岩压力分布图；
[0034]图中:1初期支护，1-1拱架支护层，1-2扩大拱脚，1-3锁脚锚杆，2临时支护【具体实施方式】[0035]本发明隧道双线同时施工，都采用双导洞开挖，隧道双线的两个导洞都采用三台阶留核心土的方法，对于先行洞后行洞都优先开挖远离中夹土柱的一侧。
[0036]本发明的一种大跨小净距黄土隧道开挖方法，分为左、右洞施工。施工完后的左、右洞结构相同，图1中所示的是其结构。施工时，可以先开挖左洞，也可以先开挖右洞。左右洞每侧导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，为方便叙述，本发明以先开挖左洞为例作说明。
[0037]参照图1所示，本发明的一种大跨小净距黄土隧道开挖工法，其开挖步骤是:
[0038]一、开挖左洞
[0039]步骤I开挖左洞左侧上部(A部)，
[0040]步骤2开挖左洞左侧中部(B部)，
[0041]步骤3开挖左洞左侧下部的左侧(C部)，
[0042]步骤4开挖左洞左侧下部的右侧(D部)，
[0043]步骤5开挖左洞右侧上部(E部)，
[0044]步骤6开挖左洞右侧中部(F部)，
[0045]步骤7开挖左洞右侧下部的右侧(G部)，
[0046]步骤8开挖左洞右侧下部的左侧(H部)。
[0047]即(参照图1 )，开挖步骤为:A-B-C-D-E-F-G-H。
[0048]在上述每一步骤后都要及时进行初期支护I的施工，然后再进行下一步骤。图1中，初期支护I的施工见图中①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧的顺序，每一初期支护I的施工均在所述的步骤1-8之后。并且，在步骤1、步骤2和步骤4后还要进行中壁临时支护2的施工(顺序见图1中⑴-⑵-⑶，分别在步骤1、步骤2和步骤4后施工)。所述的初期支护I包括拱架支护层1-1、扩大拱脚1-2和锁脚锚杆1-3。扩大拱脚1-2由混凝土制成，与拱架支护层1-1固结为一体，插接在岩、土内。拱架支护层1-1由外层的格栅钢架，内层的钢筋网片，以及在格栅钢架、钢筋网片内的喷射混凝土组成。所述的锁脚锚杆1-3焊接在格栅钢架上，另一端插入在外侧的土中并用药包锚固。
[0049]在所有步骤施工完后，将临时支护2拆除。
[0050]参照图2，为左洞的施工中，各步骤挖掘深度表。表中的1-珊对应于所述步骤
1-步骤8 (即图1中的A-Η)。在左右侧导洞的施工方法中，采用三台阶留核心土的方法。两导洞间距为5-8m，步骤I到步骤4各个台阶开挖深度的间距在3-5m，步骤5到步骤8各个台阶开挖深度的间距在3-5m。
[0051]上述步骤1-步骤8作为一施工周期，当步骤8施工完后，按上述步骤再一次向内施工。
[0052]二、开挖右洞
[0053]右洞在左洞开挖一倍洞径或15-20米后再开挖。
[0054]右洞的施工步骤和施工方法与左洞的施工步骤和施工方法相当于一种轴对称施工:即步骤I为先施工右洞右侧上部，步骤8为施工右洞左侧下部的右侧。(B卩，开挖步骤为图1中E-F-G-H-A-B-C-D)。右洞的施工中，与左洞相同。
[0055]所述的隧道埋深在50m左右，左、右洞的每一单洞的面积各为100-120m2，左洞与右洞的间距为5-10m。[0056]参照图3所示，为左洞与右洞的施工顺序和施工深度对照表。
[0057]下面给出了本发明的一种优选实施例。
[0058]本实施例所述隧道里程K36+650~K37+260，全长610m，为浅埋大跨小净距黄土隧道。单洞开挖跨度约17.3m，开挖断面达173.8m2，埋深多在20m左右，最大埋深55m，最小埋深不足lm。隧道下穿风景区以及一个村庄。隧道位于邙山黄土丘陵区，地形起伏很大。地面标高约157.6~206.3m,隧道洞体覆盖层最大厚度约55.5m，最小覆盖层不足lm。隧道勘探深度范围内上部为第四系上更新系统黄土状粉土、黄土状粉质粘土，其中表层为非自重湿陷性黄土，具轻微湿陷性，工程性质较差，其下各层呈密实、硬塑状，工程性质好；下部为第四系中更新统地层，工程性质均较好；隧道勘探深度范围内均为第四系上更新统稍密~密实状黄土状粉土，孔隙发育，结构松散，强度较弱，工程性质差，围岩级别定为V类。选取试验段支护参数:
[0059]I)初期支护:采用格栅钢架、挂网喷混凝土，钢架净为0.5m。
[0060]2)超前支护:采用壁厚8mm的Φ 50单层小导管，在拱顶110°范围每2榀拱架施作，长度为400cm。
[0061]试验段的现场测试项目设置在隧道洞内，测量试验的内容包括有以下的几个方面。隧道内:(1)先行洞ZK37+030、ZK37+020、ZK37+010、ZK37+000为位移监测断面，后行洞ZK37+020、ZK37+010为位移监测断面；(2) ZK37+020、ZK37+010两个断面监测项目包括围岩-初期支护接触压力、钢架应力，监测断面布置在先行洞；
[0062]1、给出本实施例所述试验段拱顶沉降；
[0063]断面ZK37+030、ZK37+020、ZK37+010、ZK37+000 以及 ZK37+020、ZK37+010 断面沉降变形的量测时间持续约两个月，直到二衬施作，得到表1和表2。
[0064]表1先行洞试验段初期支护拱顶位移
【权利要求】
1.一种浅埋大跨小净距黄土隧道开挖方法，分为左、右洞施工；施工完后的左、右洞结构相同，可以先开挖左洞，也可以先开挖右洞；左、右洞每侧导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，设当先开挖左洞时，其开挖步骤是: 先开挖左洞 步骤I开挖左洞左侧上部， 步骤2开挖左洞左侧中部， 步骤3开挖左洞左侧下部的左侧， 步骤4开挖左洞左侧下部的右侧， 步骤5开挖左洞右侧上部， 步骤6开挖左洞右侧中部， 步骤7开挖左洞右侧下部的右侧， 步骤8开挖左洞右侧下部的左侧； 再开挖右洞 右洞的施工步骤与左洞的施工步骤相当于一种轴对称施工:即步骤I为先施工右洞右侧上部，步骤8为施工右洞左侧下部的右侧。
2.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于:所述的隧道两洞埋深在40-60m，左、右洞的截面积各为100-120m2，左洞与右洞的隧道外轮廓线的间距为5-10m。
3.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于:右洞在左洞开挖且仰拱封闭成环一倍洞径或15-20m后再开挖。
4.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于:左、右洞导洞的开挖都优先开挖远离小净距一侧的导洞，两导洞掌子面间距为5-8m。
5.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，在左、右洞的施工方法中:步骤I到步骤4各个台阶开挖深度的间距在3-5m，步骤5到步骤8各个台阶开挖深度的间距在3_5m0
6.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，在上述每一步骤后都要立即进行初期支护的施工，然后再进行下一步骤；每一初期支护的施工均在所述的步骤1-8之后；并且，在步骤1、步骤2和步骤4后还要进行中壁临时支护的施工；所述的初期支护包括支护在隧道外壁处的拱架支护层、扩大拱脚和锁脚锚杆；拱架支护层由外层的格栅钢架，内层的钢筋网片，以及在格栅钢架、钢筋网片内的喷射混凝土组成；在所有步骤施工完后，将中壁临时支护拆除。
【文档编号】E21D9/00GK103510959SQ201310418571
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】谭忠盛, 张旭斌, 何历超, 石新栋, 吴全立 申请人:北京交通大学