实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系及其施工方法与流程

[0001]
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系及其施工方法。


背景技术：

[0002]
当地铁线路需要设置交叉双停车线时，一般将其置于地铁车站，采用明挖法施工，受线路敷设、车站埋深、以及施工方法等方面的要求，有时需将双停车线纳入区间隧道内，布置大跨隧道断面；受线间距影响，大跨隧道纵向又接入两个超小净距隧道。
[0003]
常规的大跨隧道多采用双侧壁导坑法开挖，受工期、开挖工作面、施工设备及周边环境等影响，不具备传统双侧壁导坑法的施作空间。超小净距隧道风险极大，一般通过拉大线间距、设置安全隔离桩等措施解决，受线路平面技术要求、线路埋深、地面环境等影响，亦不具备采取上述措施的条件。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系及其施工方法，解决了超大跨、超小净距等多断面同时集中、近距离密贴开挖的难题、大大降低了异形断面突变产生的偏压和应力集中风险，实现了不必按常规方法要求车站提供端头井或增设临时竖井工作面，大大缩短了工作时间，同时避免通过地面开挖占地面积大对周边环境的不利影响，仅利用洞内原位空间即可满足内部施工大跨度隧道结构的需要，该可变联合支护体系设置灵活，具备较强的适应性，还能满足周边环境保护的苛刻要求。
[0005]
本发明所采用的技术方案为：实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系，其特征在于：所述联合支护结构体系沿隧道开挖方向依次包括超小净距隧道o型支护结构、扩挖段可变o型支护结构和大跨隧道可变o型支护结构；超小净距隧道o型支护结构用于左、右线超小净距隧道，其中左线为双线、右线为单线，均呈类椭圆o形，截面沿水平开挖方向相同；大跨隧道可变o型支护结构用于大跨隧道，呈拱状o形，开始截面沿水平开挖方向挑高可变，后过渡形成稳定的大跨隧道支护结构；扩挖段可变o型支护结构用于扩挖段隧道，在超小净距隧道o型支护结构与大跨隧道可变o型支护结构之间形成挑高过渡实现扩展，组成联合支护体系。
[0006]
超小净距o型隧道采用分部开挖法施工，左、右线隧道o型曲率可灵活设置，但需满足中间夹持岩柱稳定性计算要求，左、右线临时型钢横撑同时架立于中间岩柱上，并打设对拉锚杆加固中间岩柱，与超小净距隧道o型支护结构闭合成整体。
[0007]
扩挖段可变o型支护结构的隧道断面自超小净距隧道一侧扩挖，具有拱顶挑高斜面，斜面的斜率不超过1：0.25。
[0008]
扩挖段可变o型支护结构设置有双排小导管，斜向上方打设，呈梅花型布置，小导
管与格栅钢架支护焊接。
[0009]
扩挖段可变o型支护结构每榀格栅采用临时型钢支撑，并采用钢筋纵向拉紧两榀格栅钢架。
[0010]
扩挖段可变o型支护结构的临时型钢支撑处均打设有锁脚锚杆。
[0011]
超小净距隧道o型支护结构经扩挖段可变o型支护结构的纵、横向扩展，过渡到大跨隧道可变o型支护结构，大跨隧道可变o型支护结构侧壁空间设置双排小导管注浆加固，横向分段开挖大跨隧道中岩柱上部，顶部空腔形成后施作拱盖混凝土，施作边墙及拱脚混凝土，拱脚采用直角型式。
[0012]
大跨隧道拱脚采用多根锁脚锚杆及临时横撑固定，待拱盖成型稳定后分段破除中间岩柱，最后施作仰拱。
[0013]
扩挖段可变o型支护结构的斜面空腔内回填有素混凝土。
[0014]
实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：首先施工左、右线超小净距隧道o型支护结构，开挖后架立格栅钢架，拱部120
°
范围架设双排小导管，小导管均焊接在格栅钢架上，小导管采用φ42超前小导管，l=4.0m，环向间距0.3m，纵向间距2.5m，注浆采用1:1水泥浆,边墙设置φ22，l=3m的边墙锚杆；步骤二：超小净距隧道o型支护结构格栅钢架直边墙部位中距拱墙交界处0.5m位置架设一排临时支撑，临时支撑采用工20工字钢，纵向间距1m，临时横撑同时架立，左、右线对撑布置，并打设对拉锚杆加固中间岩柱，与超小净距隧道o型支护结构焊接，闭合成整体；步骤三：每个格栅钢架拱脚处开挖过程中临时支撑角点个设置两根φ22锁脚锚杆，l=4m；步骤四：在超小净距隧道o型支护结构支撑稳定后开始进行扩挖段可变o型断面结构施工，严格控制挑高扩挖的斜率不超过1：0.25，同时严格控制挑高扩挖段隧道格栅钢架纵向间距不大于0.5m，刚开始扩挖时的3m无间距密布格栅钢架，可变o型支护同时纵、横向掏槽加宽，同时采用φ22钢筋对可变o型支护格栅纵向拉紧，最终形成大跨隧道两侧壁导坑o型支护；步骤五：扩挖段可变o型隧道与指定里程利用隧道侧壁空间横向分段开挖中岩柱上部，分段距离不小于6m，横向分段开挖时设置密排格栅和双排小导管，参数为φ42，l=3.0m，环向间距0.3m，纵向间距1.5m，注浆采用1:1水泥浆；步骤六：大跨隧道顶部空腔形成后施作拱盖支护，形成大跨隧道o型支护的拱部，施作边墙及拱脚支护，拱脚采用直角型式，直角水平段不小于3m；步骤七：拱脚采用多根φ22锁脚锚杆及工20工字钢临时横撑固定，待拱盖成型稳定后分段破除中间岩柱，最后施作仰拱，最终形成大跨隧道的闭环拱状o型支护体系。
[0015]
本发明具有以下优点：本发明在实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系中设置有密闭格栅及锁脚锚杆、焊接在格栅上的小导管、隧道支护内的临时型钢支撑、加强联合支护体系的纵向连接的拉筋、对拉锚杆等，以上涉及的钢材、水泥砂浆、小导管打设所用的机械、搭设格栅的洞内台车、钢筋焊接设备及搭设临时型钢支撑的固定锚栓等均为常规材料或设备，其相应尺寸为工程中的常规类型，便于加工制造及采购，包括小导管长度可根据围岩稳定性和现场地质
条件动态调整加工，根据加固效果进行动态优化调整，具备很强的操作性。
[0016]
本发明的结构体系直接在洞内进行开挖及支护，不必按常规方法要求车站提供端头井或增设临时竖井工作面，可实现线路的超近距离敷设和建筑空间需要，整个体系具有灵活多变、适应性强、安全可靠等特点。隧道扩挖挑高斜率根据地层稳定情况控制在1:0.25内，超小净距隧道通过岩柱稳定性计算拟合o型隧道曲率，格栅钢架、临时型钢支撑布置与纵向拉筋的间距设置可根据开挖地层情况灵活调整。通过小导管的超前地层预加固措施，对拉锚杆加固中间岩柱，隧道扩挖段斜率的控制，以及隧道格栅钢架的加密、设置内部临时型钢支撑及纵向拉结钢筋，可以实现扩挖段结构的安全，最终将各种o型隧道连接形成联合支护体系，确保结构完整安全。由于大跨隧道在城市轨道交通工程中是一种常见的结构型式，本发明解决了超大跨、超小净距等多断面同时集中、近距离密贴开挖的难题、大大降低了异形断面突变产生的偏压和应力集中风险，实现了不必按常规方法要求车站提供端头井或增设临时竖井工作面，大大缩短了工作时间，同时避免通过地面开挖占地面积大对周边环境的不利影响，仅利用洞内原位空间即可满足内部施工大跨度隧道结构的需要，该可变联合支护体系设置灵活，具备较强的适应性，还能满足周边环境保护的苛刻要求。因此，本发明具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通行业有着广泛的应用前景。
附图说明
[0017]
图1为超小净距o型联合支护结构图图2为可变o型联合支护结构图（左洞）。
[0018]
图3为可变o型联合支护结构图（右洞）。
[0019]
图4为可变o型联合支护结构图。
[0020]
图5为联合支护结构a-a剖面图。
[0021]
图6为联合支护锁脚锚杆细部构造图。
[0022]
图7为联合支护小导管细部构造图。
[0023]
图中标识为：1-左洞小断面马蹄形o型支护结构，2-右洞小断面马蹄形o型支护结构，3-临时型钢支撑，4-锁脚锚杆，5-左洞扩挖段可变o型支护结构，6-右洞扩挖段可变o型支护结构，7-左洞大跨隧道分部导洞o型支护结构，8-右洞大跨隧道分部导洞o型支护结构，9-大跨隧道可变o型支护拱部结构，10-大跨隧道o型支护仰拱结构，11-小导管，12-素混凝土，13-焊接钢板，14-固定钢板，15-边墙锚杆，16-对拉锚杆。
具体实施方式
[0024]
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
[0025]
本发明涉及一种实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系，丰富了现有大跨、小净距隧道集中出现的开挖方式，其可直接在既有隧道洞内进行开挖及支护，不必按常规方法要求车站提供端头井或增设临时竖井工作面，后再采用如cd、crd等繁琐的工艺进行施工，也不必要求线路拉开线间距或进行隔离处理，拓宽了实现大跨隧道和小净距隧道集中开挖的方法，节省投资、节约工期，整个体系具有灵活多变、适应性强、安全可靠、材料常规便利等特点，为实现大跨、小净距隧道的安全开挖及工程质量提供了全新思路。
[0026]
所述联合支护结构体系沿隧道开挖方向依次包括超小净距隧道o型支护结构、扩
挖段可变o型支护结构和大跨隧道可变o型支护结构；超小净距隧道o型支护结构用于左、右线超小净距隧道，其中左线为双线、右线为单线，均呈类椭圆o形，截面沿水平开挖方向相同；大跨隧道可变o型支护结构用于大跨隧道，呈拱状o形，开始截面沿水平开挖方向挑高可变，后过渡形成稳定的大跨隧道支护结构；扩挖段可变o型支护结构用于扩挖段隧道，在超小净距隧道o型支护结构与大跨隧道可变o型支护结构之间形成挑高过渡实现扩展，组成联合支护体系。
[0027]
超小净距o型隧道采用分部开挖法施工，左、右线隧道o型曲率可灵活设置，但需满足中间夹持岩柱稳定性计算要求，左、右线临时型钢横撑3同时架立于中间岩柱上，并打设对拉锚杆16加固中间岩柱，与超小净距隧道o型支护结构1、2闭合成整体。
[0028]
扩挖段可变o型支护结构的隧道断面自小断面隧道一侧扩挖，具有拱顶挑高斜面，斜面的斜率不超过1：0.25。扩挖段可变o型支护结构设置有双排小导管11，斜向上方打设，呈梅花型布置，小导管11与格栅钢架支护焊接。扩挖段可变o型支护结构每榀格栅采用临时型钢支撑3，并采用钢筋纵向拉紧两榀格栅钢架。扩挖段可变o型支护结构的临时型钢支撑3处均打设有锁脚锚杆4。扩挖段可变o型支护结构的斜面空腔内回填有素混凝土12。
[0029]
超小净距隧道o型支护结构经扩挖段可变o型支护结构的纵、横向扩展，过渡到大跨隧道可变o型支护结构，大跨隧道可变o型支护结构侧壁空间设置双排小导管注浆加固，横向分段开挖大跨隧道中岩柱上部，顶部空腔形成后施作拱盖混凝土，施作边墙及拱脚混凝土，拱脚采用直角型式。
[0030]
大跨隧道拱脚采用多根锁脚锚杆4及临时横撑固定，待拱盖成型稳定后分段破除中间岩柱，最后施作仰拱。扩挖段可变o型支护结构的斜面空腔内回填有素混凝土12。
[0031]
在整个过程中超小净距隧道o型支护结构所加持岩柱的稳定性措施需严格执行，包括采用对拉锚杆、对称布置横撑、合理拟合o型隧道曲率等稳定措施；另外要严格控制过渡段可变o型支护的扩展度，包括挑高斜率和横向掏槽范围，采用纵向钢筋紧固联合支护体系，锁脚锚杆稳定o型支护体系的脚部支点等是整个支护体系成功的关键，本发明可根据围岩等级、岩石破碎程度选择紧固钢筋密布间距和小导管的打设深度，但小导管至少要穿透o型联合支护体系破碎层边界外2m，确保联合支护体系安全，整个过程操作灵活，适应性强。
[0032]
本发明的联合支护结构体系具有以下特点：首先，在复杂环境通过采用对拉锚杆、对称布置横撑、合理拟合o型隧道曲率等稳定措施，确保了超小净距隧道o型支护结构夹持岩柱的稳定性；通过采用拱部小导管地层预加固措施，严格控制可变o型支护隧道的开挖斜率，采取格栅钢架密排及打设锁脚锚杆等稳定措施，并结合隧道内部临时型钢支撑与纵向支护结构的连接，实现了可变o型支护结构体系的挑高转换。其次，采用先施工两侧o型导坑后中间的施工顺序，优先施作大跨隧道拱盖，整个施工过程中始终保留中间岩柱，最后在拱盖、侧墙、拱脚二衬稳定后再破除中间岩柱，小断面隧道开挖形成的o型支护结构、扩挖段可变o型隧道支护结构、大跨隧道可变o型支护结构共同形成联合支护体系，实现了大跨隧道的结构型式。
[0033]
上述实现大跨、小净距隧道的联合支护结构体系的施工方法，包括以下步骤：步骤一：首先施工左、右线超小净距隧道o型支护结构，开挖后架立格栅钢架，拱部120
°
范围架设双排小导管，小导管均焊接在格栅钢架上，小导管采用φ42超前小导管，l=4.0m，环向间距0.3m，纵向间距2.5m，注浆采用1:1水泥浆,边墙设置φ22，l=3m的边墙锚杆；
步骤二：超小净距隧道o型支护结构格栅钢架直边墙部位中距拱墙交界处0.5m位置架设一排临时支撑，临时支撑采用工20工字钢，纵向间距1m，临时横撑同时架立，左、右线对撑布置，并打设对拉锚杆加固中间岩柱，与超小净距隧道o型支护结构焊接，闭合成整体；步骤三：每个格栅钢架拱脚处开挖过程中临时支撑角点个设置两根φ22锁脚锚杆4，l=4m；步骤四：在超小净距隧道o型支护结构支撑稳定后开始进行扩挖段可变o型断面结构施工，严格控制挑高扩挖的斜率不超过1：0.25，同时严格控制挑高扩挖段隧道格栅钢架纵向间距不大于0.5m，刚开始扩挖时的3m无间距密布格栅钢架，可变o型支护同时纵、横向掏槽加宽，同时采用φ22钢筋对可变o型支护格栅纵向拉紧，最终形成大跨隧道两侧壁导坑o型支护；步骤五：扩挖段可变o型隧道与指定里程利用隧道侧壁空间横向分段开挖中岩柱上部，分段距离不小于6m，横向分段开挖时设置密排格栅和双排小导管，参数为φ42，l=3.0m，环向间距0.3m，纵向间距1.5m，注浆采用1:1水泥浆；步骤六：大跨隧道顶部空腔形成后施作拱盖支护，形成大跨隧道o型支护的拱部，施作边墙及拱脚支护，拱脚采用直角型式，直角水平段不小于3m；步骤七：拱脚采用多根φ22锁脚锚杆及工20工字钢临时横撑固定，待拱盖成型稳定后分段破除中间岩柱，最后施作仰拱，最终形成大跨隧道的闭环拱状o型支护体系。
[0034]
本发明成功实施的关键是在整个过程中严格控制o型隧道的拟合曲率、可变o型支护的扩展度及充分利用超小净距及大跨隧道中间岩柱的稳定作用，在实施工程中采取了“强支护”的设计理念，利用多支点的设计思路，如对拉锚杆稳定岩柱的加固措施和锁脚锚杆稳定可变o型联合支护体系的脚部，利用工字钢稳定支护体系的中部，从而确保支护体系安全，当然，围岩条件千变万化，在整个设计过程中仍需遵循：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则。本发明涉及的钢材、水泥砂浆、小导管打设所用的机械、搭设格栅的洞内台车等均为常规材料或设备，可根据加固效果进行动态优化调整，具备很强的操作性；o型隧道的拟合曲率应根据威严稳定性计算进行适应性调整，超小净距中间岩柱应能确保其稳定性安全，过渡段o型隧道扩挖挑高斜率根据地层稳定情况控制在1:0.25内进行适应性变化，格栅钢架、临时型钢支撑布置与纵向拉筋的间距设置可根据开挖地层情况灵活调整。本发明解决了超大跨、超小净距等多断面同时集中、近距离密贴开挖的难题、大大降低了异形断面突变产生的偏压和应力集中风险，实现了不必按常规方法要求车站提供端头井或增设临时竖井工作面，大大缩短了工作时间，同时避免通过地面开挖占地面积大对周边环境的不利影响，仅利用洞内原位空间即可满足内部施工大跨度隧道结构的需要，该可变联合支护体系设置灵活，具备较强的适应性，还能满足周边环境保护的苛刻要求。因此，本发明具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通行业有着广泛的应用前景。
[0035]
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。