一种大断面浅埋隧道悬臂掘进机开挖工法及工法转换方法与流程

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种大断面浅埋隧道悬臂掘进机开挖工法及工法转换方法。

背景技术：

1、在城市下穿输电塔浅埋大断面隧道施工中，如何选择开挖方式和开挖工法尤为重要。隧道断面大、浅埋且下穿铁塔，对隧道施工引起的地表沉降要求极高；城市隧道如采用传统爆破开挖振动势必会对周边居民造成一定的影响，且夜间施工影响更大。常用的挖掘包括包括双侧壁导坑法和传统cd法。

2、采用双侧壁导坑法缺点：大断面隧道分割为6个掌子面，平均每个导坑面积小，悬臂掘进机施工空间小，存在局部弧形切割不到位，超欠挖控制难度大，6个掌子面机械周转次数多，工效慢，工序等待时间长。

3、采用传统cd法缺点：传统cd法4个掌子面，虽然工效得到了提升，但传统cd法施工顺序为左上导坑、左下导坑、右上导坑、右下导坑，各个导坑施工存在干扰，工效不能发挥出来，导致工效慢，支护闭环不及时。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种大断面浅埋隧道悬臂掘进机开挖工法及工法转换方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提出了一种大断面浅埋隧道悬臂掘进机开挖工法，包括：将隧道分为上导坑和下导坑，其中上导坑包括位于左上方的左上导坑和位于右上方的右上导坑，下导坑包括位于左下方的左下导坑、位于右下方的右下导坑和位于中部的中下导坑；

4、开挖顺序为：

5、s1：先对上导坑进行超前地质预报，再对左上导坑开挖并支护；

6、s2：当左上导坑进尺达到m1时，再开挖右上导坑并支护，左上导坑和右上导坑错开m2；

7、s3：根据悬臂掘进机机长及出渣作业空间情况，待右上导坑掘进不少于m3时，拆除临时支撑，逐榀拆除，拆除过程中进行沉降观测，拆除后开挖左下导坑并支护；

8、s4：再开挖右下导坑并支护，之后再开挖中下导坑并支护。

9、优选的，s2，左上导坑和右上导坑循环作业，步距始终保持在左上导坑和右上导坑错开m2，右上导坑与临时支护相距不小于m3，在循环作业过程中，开挖左上导坑的掘进机通过中下导坑移动至右上导坑，在左上导坑和右上导坑之间形成循环作业。

10、优选的，左下导坑和右下导坑采用破碎锤开挖或悬臂掘进机开挖，中下导坑采用破碎锤开挖，待中下导坑施工达到m4时，施作仰拱，仰拱与临时侧壁保持步距不小于m4。

11、优选的，悬臂掘进机切割方法包括：从掌子面底部水平割出一条槽，向前移动掘进机再一次就位，就位后切割头采取自上而下，左右循环切削；

12、在切削同时铲板部耙爪将切削下来的渣装入第一运输机，第一运输机转运至第二运输机，第二运输机直接装入出渣车运出洞外；

13、从底部开挖到拱部完成后，进行第二次修整到准确设计断面，当局部遇有硬岩时，先掘进周边软岩，使大块硬岩坠落，采取液压破碎锤方式另行处理；

14、切割方式是从扫底开始切割，再按s型或z型左右循环向上的切割路线逐级切割以上部分；

15、选用右旋截割头截割硬岩，先由右向左从扫底开始截割，再按从左至右、自下往上的方式或从右往左、自上而下逐步进行切割。

16、优选的，开挖后的隧道采用超前支护，超前支护包括与钢架组合成预支护系统的双层超前小导管，可控制小净距隧道软弱围岩变形量的小导管和减小加固圈岩体空隙率及渗透系数、控制围岩涌水量的超前预注浆。

17、优选的，中夹岩均需打设小导管和双层超前支护：超前小导管端部与钢拱架焊接，每间隔若干榀型钢钢架打1环，每环双层小导管；沿隧道开挖轮廓线环向布置并向外倾斜，其倾斜角第一层10～15°，倾斜角第二层15～30°，临时支护采用小导管，倾角10～30°；水泥浆水灰比1:1，纵向前后相邻排导管搭接水平投影长度不小于1.0m，导管钻注浆孔，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部作为不钻孔的止浆段。

18、优选的，在小导管前安设分浆器，一次可注入若干根小导管，小导管注浆包括：

19、s11：插打小导管：超前、临时支护在钢拱架外侧打设，采用凿岩风钻顶进小导管，超前支护尾部采用焊接与钢拱架连成整体；

20、s12：止浆封面：注浆前，小导管与掌子面连接处喷初支厚度的止浆墙，同时喷混凝土封闭工作面；

21、s13：注浆：采用水泥浆液注浆，在孔口设置止浆塞，从两端下部往拱顶方向注浆，如遇窜浆或跑浆，则间隔一孔或几孔注浆。

22、优选的，超前预注浆施工方法包括：

23、s21：孔口管安装：先用管棚钻机钻引导孔，再将孔口管插入，外露指定长度，管壁与孔口处用麻丝填塞，再向孔内注浆固结，对无水地段采用干硬性早强砂浆堵塞定位，涌水地段孔口管的埋设采用增强型防水剂和水泥配制的固管混合料来定位固管；

24、s22：钻孔：先在掌子面用红油漆按设计标定孔位，再移动钻机，将钻头对准孔位，并按该孔偏角调整钻机角度后固定，出水量与钻孔：钻进过程中若单孔出水量小于30l/min，可继续钻进，若单孔出水量大于30l/min，立即停钻进行注浆；

25、s23：制浆、注浆：根据选定浆液的配合比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后网筛过滤，放入叶片立式搅拌机进行二次搅拌，采用分段前进式注浆方法，先钻孔后注浆，注浆起始处掌子面喷射混凝土做成止水浆墙，每个注浆段终止处均设置止水盘，注浆前先进行压水试验。

26、优选的，注浆过程为：开孔、钻孔、下栓塞、钻孔清洗、简易压水试验、灌浆、闭浆封孔、拔管；注浆顺序应分批进行，先疏后密，待每一个环节注完后，检查注浆效果，如未达到预期效果，应以小导管压注1：1水泥浆液补充注浆；先钻布置在隧道顶板上的注浆孔，后钻隧道两侧孔，最后钻底板孔；先注内圈，后注外圈，同一圈由下向上间隔注浆。

27、一种工法转换方法，采用上述的一种大断面浅埋隧道悬臂掘进机开挖工法，左上导坑和右上导坑及中下导坑均已施工至同一断面时，进行cd法转换，包括：拆除双侧壁左侧转换区局部竖向临时支撑，然后模拟计算从大里程至小里程倒退拆除的段落长度，拆除段落拱部同步增设竖向临时支撑，内外交错布置，钢支撑下垫混凝土垫块。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1.本发明提供了一种新型的开挖工法，满足在较硬岩的地质条件下，各工序之间不存在相互干扰，悬臂掘进机开挖能保证安全及施工进度，相比传统cd法，减少了下台阶支撑，减少了工程量，降低了工程投资，大大缩短了工期，且通过本施工方法，隧道洞内沉降及收敛、地表沉降及铁塔位移沉降数据极小，方法整体可靠，采用本施工方法，解决了城市隧道不能爆破施工的难题，采用掘进机施工绿色低碳环保，噪音小，周边地表及建筑物沉降小，安全稳定可靠。

30、2.本发明中临时侧壁拆除安全可靠，拆除工程量较小，速度较快，避免了传统cd法在施工仰拱时方可拆除，存在的拆除高度高，拆除风险大，拆除时间长，施工有干扰等难题，悬臂掘进机对本隧道机械切割后，围岩自稳能力强，临时支撑抵抗了前期围岩应力，待前期应力释放后，初支及背后围岩稳定性好，拆除临时支护基本无沉降，提早拆除，后续支护及仰拱能尽早闭合，确保了隧道初支稳定。