三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法与流程

本发明涉及桥梁隧道建造领域，具体是一种三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法。

背景技术：

目前国内隧道的施工方法多种多样，地质条件较好的隧道在施工方法选择上较为灵活，而地质条件较差的隧道在施工方法选择上有一定的局限性，主要体现在安全与效益的有机协调统一上。

按照传统台阶法施工，一般将隧道分成上台阶、中台阶、下台阶以及仰拱四部分并按顺序依次对前述四部分进行循环开挖；通常在对隧道的每一部分开挖完成后，要立马进行初期支护以形成初支结构，快速形成初支结构的目的是为了防止隧道的开挖面坍塌造成事故，因此，相应地，隧道的初支结构也就包括四部分、上台阶初支结构、中台阶初支结构以及仰拱初支结构；又由于对隧道四部分的开挖是按顺序分开进行的，所以会导致四部分的初支结构很难及时连接成整体，也就无法及时封闭成环，进而无法有效地控制围岩变形；另外，在隧道的每部分开挖工作中都包括多个工序(例如每一部分的初支支护都包括立拱架、喷混凝土封闭等几个工序)，如果各部分的初支结构无法及时封闭成环的话，势必会影响其他工序的进度，影响各工序之间的衔接，且易造成隧道频繁出现溜坍、变形等安全隐患。

针对上述问题，传统的分部开挖法，通过复杂的工序，可以缩短仰拱初支结构与下台阶初支结构连接在一起的时间，从而在一定程度上，加快隧道的仰拱初支结构与其他部分的初支结构封闭成环的进度，由此在一定范围内控制了隧道的变形程度；但是由于传统方法中使用的工序极为复杂，致使施工效率低下，从而导致隧道成环的整体工程中会出现滞后的情况，而且在拆除施工中临时结构时也存在重大安全隐患。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法。本发明采用仰拱开挖、仰拱初期支护与下台阶开挖、下台阶初期支护工作同步进行的方法，缩短了隧道初支结构封闭成环的时间，减少了围岩暴露的时间，有效抑制了隧道的变形和坍塌。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法，所述开挖方法包括：按照预先设定的步骤对隧道进行循环施工，所述隧道开挖工作包括三部分：上台阶开挖、中台阶开挖、以及下台阶-仰拱开挖，所述下台阶-仰拱开挖包括下台阶开挖与仰拱开挖两部分，下台阶与仰拱作为整体同步开挖；

所述每一循环的步骤包括：

步骤一：中台阶、下台阶-仰拱同时爆破；

步骤二：步骤一中的爆破结束后，从仰拱的开挖面表面修建一第一道路至上台阶，对上台阶开挖，并将上台阶渣土扒向下台阶-仰拱，从下台阶-仰拱同步出渣；

步骤三：上台阶碴土清理结束后，对上台阶立拱架并打锚杆，上台阶立拱架的同时，开挖中台阶，并将中台阶渣土扒向下台阶-仰拱，从下台阶-仰拱同步出渣；

步骤四：中台阶碴土清理结束后，对中台阶立拱架并打锚杆，中台阶立拱架的同时，开挖下台阶-仰拱与第一道路，并进行出碴；

步骤五：下台阶-仰拱中的碴土清理结束后，对下台阶-仰拱立拱架；

步骤六：下台阶-仰拱完成立拱架后喷混凝土封闭；

步骤七：下台阶-仰拱混凝土封闭后，向仰拱中回填洞碴并修建第二道路至中台阶，对中台阶、上台阶喷混凝土封闭；

步骤八：拆除第二道路，进入下一循环的开挖工作；

其中，对隧道每部分的开挖方法为：从隧道左右的两侧错开开挖，所述上台阶开挖的具体方法为铣挖。

优选地是，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，所述上台阶铣挖包括：沿隧道的周向开挖弧形导坑并预留核心土。

优选地是，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，每一循环的开挖进尺为1～2榀钢架的间距。

优选地是，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，当隧道为ⅴ级围岩时，每循环开挖进尺1榀钢架间距；当隧道为ⅳ级围岩时，每循环的开挖进尺2榀钢架间距。

优选地是，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，所述上台阶高度为0.4h～0.5h，中台阶高度为0.2h、下台阶-仰拱的高度为0.3h～0.4h；

其中，h为隧道开挖的高度，12.5米≤h≤15米。

优选地是，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，上台阶长度为4～6m,中台阶长度3～5m，下台阶－仰拱长度为20～25m。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明采用仰拱开挖、仰拱初期支护与下台阶开挖、下台阶初期支护工作同步进行的方法，缩短了隧道初支结构封闭成环的时间，减少了围岩暴露的时间，有效抑制了隧道的变形和坍塌。

2、本发明采用非爆开挖与爆破开挖相结合的方法，其中，上台阶采用的铣挖是一种非爆开挖方法，中台阶与下台阶-仰拱采用的是爆破开挖方法，前述两种方法的结合使用不仅降低了爆破开挖对围岩的扰动频率，同时也减少了工程中所消耗的人力资源。

3、本发明采用了上台阶的开挖过程中预留了核心土，能够预防隧道的开挖面出现溜塌的现象，整体降低了隧道开挖工作的安全风险。

4、本发明减少了窝工、返工时间，稳步提升了施工进度。

5、本发明实现了隧道施工的机械化配套，具有巨大的潜在的社会效益。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法的其中一个技术方案中关于各部分台阶高度的示意图；

图2为本发明的其中一个技术方案中关于预留核心土开挖的示意图；

图3为本发明的其中一个技术方案中关于各部分台阶开挖面的示意图；

图4为本发明的其中一个技术方案中关于中台阶与下台阶-仰拱的打眼以及爆破示意图；

图5为本发明的其中一个技术方案中关于上台阶开挖示意图；

图6为本发明的其中一个技术方案中关于中台阶立拱架、下台阶出渣示意图；

图7为本发明的其中一个技术方案中关于仰拱出渣的示意图；

图8为本发明的其中一个技术方案中关于下台阶-仰拱立拱架的示意图；

图9为本发明的其中一个技术方案中关于下台阶-仰拱喷混凝土封闭的示意图；

图10为本发明的其中一个技术方案中关于仰拱回填洞碴以及对中台阶、上台阶喷混凝土封闭的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1至图10所示，本发明提公开了一种三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法，按照预先设定的步骤对隧道进行循环施工，所述隧道开挖工作包括三部分：上台阶1开挖、中台阶2开挖、以及下台阶-仰拱3开挖，所述下台阶-仰拱3开挖包括下台阶开挖与仰拱开挖两部分，下台阶与仰拱作为整体同步开挖；

所述每一循环的步骤包括：

步骤一：中台阶2、下台阶-仰拱3同时爆破；

步骤二：步骤一中的爆破结束后，从仰拱的开挖面表面32修建一第一道路4至上台阶1，对上台阶1铣挖，并将上台阶渣土扒向下台阶-仰拱3，从下台阶-仰拱3同步出渣；

步骤三：上台阶1碴土清理结束后，对上台阶1立拱架并打锚杆，立拱架的同时，开挖中台阶2，并将中台阶渣土扒向下台阶-仰拱3，从下台阶-仰拱3同步出渣；

步骤四：中台阶2碴土清理结束后，对中台阶2立拱架并打锚杆，中台阶2立拱架的同时，开挖下台阶-仰拱3与第一道路4，并进行出碴；

步骤五：下台阶-仰拱3中的碴土清理结束后，对下台阶-仰拱3立拱架；

步骤六：下台阶-仰拱3完成立拱架后喷混凝土封闭；

步骤七：下台阶-仰拱3混凝土封闭后，向仰拱中回填洞碴并修建第二道路5至中台阶2，对中台阶2、上台阶1喷混凝土封闭；

步骤八：拆除第二道路5，进入下一循环的开挖工作；

其中，对隧道每部分的开挖方法为：从隧道左右的两侧错开开挖，所述上台阶1开挖的具体方法为铣挖。

在上述技术方案中，在每一循环的开挖工作中，主要按照隧道的高度方向从三个层次分别对隧道依次进行开挖工作。如前所述，在此种设计方案中，相应地，每一循环的开挖工作包括对上台阶1、中台阶2、以及下台阶-仰拱3三个部分的开挖；其中，下台阶-仰拱3开挖工作包括下台阶与仰拱两个部分的开挖，相应地，其包括两个开挖面即下台阶开挖面31与仰拱开挖面32；更重要的是，在这个技术方案中，下台阶与仰拱是作为一个整体进行开挖的，从而提升了关于隧道开挖工作的效率。此外，对于每个部分的开挖工作都是沿着隧道的两侧进行错开开挖的，例如在中台阶2的开挖中，先开挖隧道左边一侧的中台阶部分，待左侧中台阶挖掘完成后，再开挖隧道左边一侧的中台阶，在这种错开开挖的思路中，能够避免在两侧同时开挖的情况下可能出现的隧道坍塌现象。

为更加具体的公开本技术方案中所蕴含的思想，以使本领域技术人员能够充分的理解，在实际挖掘工作中，每一循环的开挖工作可以按照以下所详细描述的步骤进行：

步骤一、利用打眼机61对中台阶1与下台阶-仰拱3两部分需要开挖的地方——即中台阶的开挖面21、下台阶开挖面31以及仰拱开挖面32——同时进行打眼，然后向眼洞中填装炸药，炸药填装完毕后，即可进行爆破工作；步骤一中所描述的具体情况可如图4所示。

步骤二、当步骤一中的爆破工作结束后，从仰拱的上表面修建一条第一道路4至上台阶，并将铣挖机62等铣挖设备从第一道路4上运输至上台阶1，利用铣挖机62对上台阶1中待开挖部分12进行铣挖并将渣土扒到下台阶-仰拱3上，再利用装载机63以及运输车64将下台阶-仰拱3中所接收的上台阶渣土运走，从而得以执行出渣工作；需要进一步说明的是，其中关于上台阶1的铣挖方法具体为：在上台阶中保留一部分的核心土11，只挖除上台阶1中核心土以外的环形区域12，可参照5所示。

步骤三、当上台阶1中的碴土清理结束后，立刻对上台阶1立拱架以及打锚杆，所立的上台阶拱架13可参见图6中的所记载的细节进行理解；此外，在立上台阶拱架13的同时，开挖中台阶2，由于中台阶2需要开挖的部分已经被爆破过了，也就使得中台阶2中的土壤变得更加疏松，直接利用挖掘机或者其他类型的扒碴机从中台阶开挖面21处将中台阶2中的碴土扒到下台阶-仰拱3中，然后利用装载机63以及运输车64将下台阶-仰拱3中所接收的中台阶渣土运走，即完成所述中台阶2的出渣工作。

步骤四、将中台阶2中的碴土清理结束后，立刻对中台阶2立拱架以及打锚杆，并且在立中台阶拱架22的同时，开挖下台阶-仰拱3，同时拆除第一道路4并出碴；下台阶-仰拱3的开挖工作与步骤三中的中台阶开挖类似，不再赘述。

步骤五、下台阶-仰拱3中的碴土清理结束后，对下台阶-仰拱立拱架，所立的下台阶-仰拱拱架33如图8所示。

步骤六、下台阶-仰拱3完成立拱架后，利用混凝土运输机65以及机械手66向下台阶-仰拱立拱架的地方喷混凝土，从而将下台阶-仰拱3中由于开挖以后所产生的裸露面用混凝土封闭起来，形成下台阶初支结构与仰拱初支结构，并且下台阶初支结构与前一循环的中台阶初支结构得以连接成一个整体，仰拱初支结构则与下台阶初支结构得以连接成整体组成闭环，从而维持了隧道的稳定性；同时在这种方案中下台阶初支结构与仰拱初支结构是作为一个整体同时形成的，所以进一步增加了隧道初支结构封闭成环的进度。

步骤七、下台阶-仰拱3混凝土封闭后，向仰拱中回填洞碴并修建第二道路5至中台阶2，对中台阶2、上台阶1喷混凝土封闭，形成中台阶初支结构与上台阶初支结构，且中台阶初支结构与前一循环的上台阶初支结构连接为一个整体，加快了隧道初支结构封闭成环的进度。

步骤八、拆除第二道路，进入下一循环的开挖工作。

在另一种技术方案中，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，所述上台阶铣挖包括：沿隧道的周向开挖弧形导坑12并预留核心土11。预留核心土11能够保证开挖工作的稳定性。上台阶1铣挖的具体情况可参见图2所示。

在另一种技术方案中，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，每一循环的开挖进尺为1～2榀钢架的间距。

在另一种技术方案中，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，当隧道为ⅴ级围岩时，每循环开挖进尺1榀钢架间距；当隧道为ⅳ级围岩时，每循环的开挖进尺2榀钢架间距。

在另一种技术方案中，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，所述上台阶1高度为0.4h～0.5h，中台阶2高度为0.2h、下台阶-仰拱3的高度为0.3h～0.4h；

其中，h为隧道开挖的高度，12.5米≤h≤15米。

在另一种技术方案中，所述的三台阶预留核心土带仰拱一次开挖方法中，上台阶1长度为4～6m,中台阶2长度3～5m，下台阶－仰拱3长度为20～25m。下台阶－仰拱3长度为下台阶至仰拱栈桥7靠近下台阶的端头之间的长度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。