一种软岩超大断面隧道的开挖支护施工方法与流程

本发明涉及一种隧道的施工方法，具体涉及一种软弱围岩、软硬互层有水围岩﹙Ⅴ、Ⅵ级围岩﹚隧道的开挖支护施工方法。

背景技术：

软弱、软硬互层围岩具有地基承载力低、含水量大、粘结力差、开挖困难和易塌方等特点。我国现修建该类软岩较大断面(断面面积150m²～250m²)隧道时，Ⅴ、Ⅵ级围岩主要采用双侧壁导坑法等工法，该工法沉降变形较大。随着我国国民经济的不断发展，在基础建设过程中出现了很多超大断面隧道(断面面积250m²～400m2)，诸如市政工程四车道隧道、高速公路三车道隧道、铁路工程三线、四线、车站隧道等。许多超大断面隧道位于软弱围岩地层，埋深浅、稳定性差，施工难度大。软岩超大断面隧道，如采用双侧壁导坑法施工，不能很好地控制隧道沉降变形，施工安全质量风险较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种沉降变形控制好、施工安全性高的软岩超大断面隧道的开挖支护施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的软岩超大断面隧道的开挖支护施工方法，在隧道开挖前，洞口段采用双层水平咬合旋喷桩+洞口长管棚联合超前支护，利用拱顶双层旋喷桩相互咬合，在全风化地层隧道拱顶形成封闭的拱壳结构；然后超大断面隧道分割成上下部复合双侧壁导坑、中导洞等多个小断面导坑进行开挖与初期支护。

所述的拱部双层旋喷桩加固体直径500mm，桩体环向中心间距400mm，旋喷桩相互咬合10cm，水平旋喷桩长度30m；喷嘴2.8mm；旋喷压力35-38Mpa；转速12r/min；回拔速度20-25cm/min；水灰比1:1；拱部120°角范围拱顶双层φ500水平旋喷桩内打设φ180洞口长管棚，管棚间距400mm，钢管材料为φ180×10mm热轧无缝钢管，长管棚内套置钢筋笼，钢筋笼由4根Φ22螺纹钢组成。

具体包括以下步骤：

步骤一、下部侧壁导坑开挖支护：

三台阶法开挖1#侧壁导坑和2#侧壁导坑，超前支护为φ42超前小导管，钢架采用I18工字钢，钢架间距0.8m，湿喷C30混凝土封闭，每循环进尺一榀钢架距离；1#侧壁导坑和2#侧壁导坑开挖支护完毕后，隧底φ89钢花管注浆加固；

步骤二、上部侧壁导坑开挖支护：

上部的3#侧壁导坑和4#侧壁导坑开挖支护施工滞后下部的1#侧壁导坑和2#侧壁导坑为5m～6m，3#侧壁导坑与4#侧壁导坑开挖支护相互错开5m～6m，上部的3#侧壁导坑和4#侧壁导坑采用环形台阶法开挖；HW200型钢支护，间距0.8m，打设Φ32自钻式锚杆，湿喷C30钢纤维混凝土封闭；临时竖撑和临时仰拱及时闭合成环，采用I20工字钢；形成第一层初期支护6；

步骤三、大墙脚混凝土基础施工：

下部的1#侧壁导坑和2#侧壁导坑内底部注浆完成后，分段、分层浇筑C35的靴型大墙脚基础，并在靴型大墙脚基础顶部预埋钢板，便于靴型大墙脚基础顶面预埋钢板与拱部的第一层初期支护的钢架底面焊接连接；

步骤四、上下导坑连接断面开挖支护：

上部的3#侧壁导坑与下部的1#侧壁导坑的第一连接断面、上部的4#侧壁导坑与下部的2#侧壁导坑的第二连接断面，滞后3#侧壁导坑和4#侧壁导坑开挖支护5m～6m的距离，待下部的1#侧壁导坑和2#侧壁导坑的靴型大墙脚混凝土基础强度达到70％以后，人工风镐开挖上、下部侧壁导坑的第一连接断面和第二连接断面，将第一层初期支护的HW200钢架接长并与靴型大墙脚基础的顶面预埋钢板满焊加固，湿喷C35钢纤维混凝土封闭；

步骤五、中导洞上部开挖支护：

待上、下部侧壁导坑的第一连接断面和第二连接断面开挖支护5m～6m距离后，进行5#中导洞上部开挖支护，将HW200钢架与两侧上部3#侧壁导坑和4#侧壁导坑的钢架通过螺栓连接，拱部打设φ32自钻式锚杆，湿喷C30钢纤维混凝土封闭；

步骤六、第二层初期支护施工：

将临时支撑之间的混凝土凿穿，全环架设第二层格栅钢架，钢架脚趾与靴型大墙脚基础的顶面预埋钢板进行满焊加固，湿喷C30钢纤维混凝土封闭包裹第二层格栅钢架，形成第二层初期支护；

步骤七、中导洞下部及仰拱开挖支护：

第二层格栅钢架支护完毕后，根据监控量测数据分析，双层初期支护稳定，变形不超过允许范围时，逐榀拆除侧壁导坑临时支撑，机械开挖中导洞下部；开挖仰拱，仰拱钢架与两侧靴型大墙脚基础连接，湿喷混凝土封闭仰拱钢架，形成仰拱初期支护。

采用上述技术方案的软岩超大断面隧道的开挖支护施工方法，与现有双侧壁导坑法施工技术相比具有以下有益效果：采用复合双侧壁双层支护法进行多部开挖，及时施加支护结构，有效地减小了软岩超大断面隧道变形沉降，减少了施工中围岩过度变形带来的施工风险，保障了施工安全；大墙脚的施作降低了底部导洞支护结构及周边围岩由于受力变形过大带来的破坏风险；由于临时支撑拆除体系转换使得结构内力产生复杂的变化，采用的双层支护很好的起到荷载分担作用，减少了该变化带来的安全隐患，为结构受力提供的很好的安全保障；无需投入特种设备，投入小，操作性强，易推广。

综上所述，本发明是一种沉降变形控制好、施工安全性高的软岩超大断面隧道的开挖支护施工方法。

附图说明

图1为本发明的施工顺序即下部侧壁导坑开挖支护示意图。

图2为本发明的施工顺序即上部侧壁导坑开挖支护示意图。

图3为本发明的施工顺序即大墙脚混凝土基础施工示意图。

图4为本发明的施工顺序即上下导坑连接断面开挖支护示意图。

图5为本发明的施工顺序即中导洞上部开挖支护示意图。

图6为本发明的施工顺序即第二层初期支护施工示意图。

图7为本发明的施工顺序即中导洞下部及仰拱开挖支护示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的软岩超大断面隧道的开挖支护施工方法，采用复合双侧壁开挖及大墙脚基础结合双层支护，在隧道开挖前，洞口段采用双层水平咬合旋喷桩+Ф180mm洞口长管棚联合超前支护；利用拱顶双层Ф500旋喷桩相互咬合，在全风化地层隧道拱顶形成封闭的拱壳结构；Ф180mm洞口长管棚，有效发挥了管棚的棚架作用，稳定洞顶，减少拱顶沉降，保证结构安全；然后超大断面隧道分割成上下部复合双侧壁导坑、中导洞等多个小断面导坑进行开挖与初期支护。拱顶双层Ф500旋喷桩施工参数：旋喷桩加固体直径500mm，桩体环向中心间距400mm，旋喷桩相互咬合10cm，水平旋喷桩长度30m；喷嘴2.8mm；旋喷压力35-38Mpa；转速12r/min；回拔速度20-25cm/min；水灰比1:1。拱部120°角范围拱顶双层φ500水平旋喷桩内打设φ180洞口长管棚，Ф180洞口长管棚施工参数：φ180×10mm热轧无缝钢管，管棚间距400mm，长管棚内套置钢筋笼，钢筋笼由4根Φ22螺纹钢组成。

洞口超前支护完成后，采用复合双侧壁开挖及大墙脚基础结合双层支护进行软岩超大断面隧道施工，具体包括以下步骤：

步骤一、下部侧壁导坑开挖支护：

参见图1，三台阶法开挖1#侧壁导坑1和2#侧壁导坑2，超前支护为φ42超前小导管，钢架采用I18工字钢，钢架间距0.8m，湿喷C30混凝土封闭，每循环进尺一榀钢架距离；1#侧壁导坑1和2#侧壁导坑2开挖支护完毕后，隧底φ89钢花管注浆加固；

步骤二、上部侧壁导坑开挖支护：

参见图2，上部的3#侧壁导坑3和4#侧壁导坑4开挖支护施工滞后下部的1#侧壁导坑1和2#侧壁导坑2为5m～6m，3#侧壁导坑3与4#侧壁导坑4开挖支护相互错开5m～6m，上部的3#侧壁导坑3和4#侧壁导坑4采用环形台阶法开挖。HW200型钢支护，间距0.8m，打设Φ32自钻式锚杆，湿喷C30钢纤维混凝土封闭。临时竖撑和临时仰拱及时闭合成环，采用I20工字钢。形成第一层初期支护6。

步骤三、大墙脚混凝土基础施工：

参见图3，下部的1#侧壁导坑1和2#侧壁导坑2内底部注浆完成后，分段、分层浇筑C35的靴型大墙脚基础5，并在靴型大墙脚基础5顶部预埋钢板，便于靴型大墙脚基础5顶面预埋钢板与拱部的第一层初期支护6的钢架底面焊接连接。

步骤四、上下导坑连接断面开挖支护：

参见图4，上部的3#侧壁导坑3与下部的1#侧壁导坑1的第一连接断面3-2、上部的4#侧壁导坑4与下部的2#侧壁导坑2的第二连接断面4-2，滞后3#侧壁导坑3和4#侧壁导坑4开挖支护5m～6m的距离，待下部的1#侧壁导坑1和2#侧壁导坑2的靴型大墙脚混凝土基础5强度达到70％以后，人工风镐开挖上、下部侧壁导坑的第一连接断面3-2和第二连接断面4-2，将第一层初期支护6的HW200钢架接长并与靴型大墙脚基础5的顶面预埋钢板满焊加固，湿喷C35钢纤维混凝土封闭。

步骤五、中导洞上部开挖支护：

参见图5，待上、下部侧壁导坑的第一连接断面3-2和第二连接断面4-2开挖支护5m～6m距离后，进行5#中导洞7上部开挖支护，将HW200钢架与两侧上部3#侧壁导坑3和4#侧壁导坑4的钢架通过螺栓连接，拱部打设φ32自钻式锚杆，湿喷C30钢纤维混凝土封闭。

步骤六、第二层初期支护施工：

参见图6，将临时支撑之间的混凝土凿穿，全环架设第二层格栅钢架，钢架脚趾与靴型大墙脚基础5的顶面预埋钢板进行满焊加固，湿喷C30钢纤维混凝土封闭包裹第二层格栅钢架，形成第二层初期支护8。

步骤七、中导洞下部及仰拱开挖支护：

参见图7，第二层格栅钢架支护完毕后，根据监控量测数据分析，双层初期支护稳定，变形不超过允许范围时，逐榀拆除侧壁导坑临时支撑，机械开挖中导洞下部。开挖仰拱，仰拱钢架与两侧靴型大墙脚基础5连接，湿喷混凝土封闭仰拱钢架，形成仰拱初期支护9。