專利名稱：隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道施工方法，具體涉及用于大跨度隧道的雙側(cè)壁導(dǎo)洞結(jié)合拱部跳挖法。
背景技術(shù)：
開挖是隧道施工的第一道工序，在隧道的開挖過程中，圍巖的穩(wěn)定與否，除了與隧道周圍的地質(zhì)條件和注漿、管棚等預(yù)支護(hù)措施相關(guān)以外，還受到隧道斷面的開挖方法的直接影響，尤其對(duì)于大跨度、大斷面隧道，其開挖步驟較多，開挖步驟導(dǎo)致應(yīng)力變化頻繁，從而引起隧道周圍大范圍塑性區(qū)，更易產(chǎn)生土體極限破壞。隧道工程施工質(zhì)量的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)是地表沉降以及圍巖的穩(wěn)定，大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，針對(duì)隧道斷面的大小及形狀、圍巖的工程地質(zhì)條件、支護(hù)措施工期要求、工區(qū)長(zhǎng)度、機(jī)械配備能力、經(jīng)濟(jì)等相關(guān)因素綜合分析，采用恰當(dāng)?shù)乃淼篱_挖方法，能夠有效的改善開挖對(duì)于圍巖穩(wěn)定的影響，減小隧道開挖引起的地表沉降。目前采用的開挖方法主要有全斷面法、臺(tái)階法以及分部開挖法，對(duì)于軟弱地層中的大斷面隧道，由于全斷面法一次性開挖斷面面積過大以及臺(tái)階法支護(hù)結(jié)構(gòu)的閉合時(shí)間長(zhǎng)造成這兩種開挖方法很難控制圍巖的穩(wěn)定以及地表的沉降。因此，目前在軟弱地層中進(jìn)行大斷面隧道開挖多采用分部開挖方法， 主要包括環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法等，這些施工方法雖然在穩(wěn)定圍巖、減小沉降方面有了較大進(jìn)步，但在其施工時(shí)為按部就班地由洞口往后進(jìn)行隧道土體的開挖施工，使得洞口的應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯、受力復(fù)雜，未考慮隧道土體開挖的空間效應(yīng)，不利于圍巖穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)大斷面隧道開挖方法的不足之處，提供一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，該方法的總原則是先墻后拱法，即雙側(cè)壁導(dǎo)洞及初支完成后，先施作邊墻二次襯砌，然后再分塊開挖拱部土體，施作初支結(jié)構(gòu)，澆筑拱部二襯混凝土。開挖隧道拱部時(shí)首先開挖拱部中導(dǎo)洞，離開洞口從中導(dǎo)洞底部向兩邊開挖，形成拱部初支結(jié)構(gòu)后立即施作拱部二襯混凝土，由里向外逐步完成大跨度隧道拱部結(jié)構(gòu)的開挖。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成
一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，用于大跨度、大斷面隧道，其特征在于所述方法首先開挖位于隧道兩側(cè)的側(cè)壁導(dǎo)洞部分，之后開挖隧道拱部土體，其步驟是首先開挖隧道拱部中導(dǎo)洞；之后離開拱部洞口從所述中導(dǎo)洞開挖深度的底部位置向隧道兩側(cè)邊開挖位于隧道拱部?jī)膳詡?cè)壁導(dǎo)洞；最后再由里向外逐步完成隧道拱部的開挖。所述側(cè)壁導(dǎo)洞分塊、逐一完成開挖，并施作臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，兩側(cè)壁導(dǎo)坑開挖時(shí)各側(cè)導(dǎo)洞分塊之間沿縱向必須具有一定的錯(cuò)距，即錯(cuò)距施工。之后進(jìn)行隧道拱部中導(dǎo)洞開挖，開挖后左右兩側(cè)架立臨時(shí)支撐、底部鋪設(shè)臨時(shí)橫撐，然后從拱部中導(dǎo)洞底部向兩邊開挖拱部側(cè)導(dǎo)洞，施作其拱部以及底部中導(dǎo)洞的支護(hù)結(jié)構(gòu)和兩邊側(cè)壁導(dǎo)洞的二襯混凝土襯砌，待拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)與邊墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合后，分段拆除兩側(cè)壁導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。然后從里向外逐步完成隧道拱部土體的開挖，并拆除中導(dǎo)洞側(cè)向臨時(shí)支撐與臨時(shí)橫撐。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于充分考慮大跨度隧道拱部開挖的空間效應(yīng)，減少開挖斷面的應(yīng)力集中，從而利于圍巖穩(wěn)定，并減少開挖引起的圍巖擾動(dòng)與變形。該方法可以起到控制大斷面隧道開挖引起的較大的地面沉降，同時(shí)采用拱部中導(dǎo)洞先開挖然后從中導(dǎo)洞內(nèi)部向兩側(cè)開挖拱部側(cè)壁導(dǎo)坑的方法可以增加開挖面，提高開挖效率節(jié)約工期。
圖1為側(cè)洞上導(dǎo)坑開挖示意圖； 圖2為側(cè)洞中導(dǎo)坑開挖示意圖3為側(cè)洞下導(dǎo)坑開挖示意圖； 圖4為拱部中導(dǎo)洞開挖示意圖； 圖5為模筑側(cè)墻二襯混凝土示意圖； 圖6為開挖拱部中導(dǎo)坑底部側(cè)導(dǎo)坑示意圖； 圖7為開挖洞口部位拱部側(cè)導(dǎo)坑示意圖； 圖8為開挖上部核心土示意圖； 圖9為開挖下部核心土示意圖； 圖10為隧道開挖完成示意圖； 圖11為本發(fā)明設(shè)計(jì)拱部跳挖三維示意圖； 圖12為本發(fā)明設(shè)計(jì)拱部跳挖平面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明， 以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解
附圖1-12中標(biāo)號(hào)1-20代表的是左側(cè)上導(dǎo)坑1、右側(cè)上導(dǎo)坑2、左側(cè)中導(dǎo)坑3、右側(cè)中導(dǎo)坑4、左側(cè)下導(dǎo)坑5、右側(cè)下導(dǎo)坑6、拱部中導(dǎo)坑7、拱部側(cè)導(dǎo)坑8、上部核心土 9、下部核心土 10、側(cè)導(dǎo)坑初期支護(hù)11、測(cè)導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)12、橫聯(lián)13、中導(dǎo)坑立柱14、拱部初期支護(hù)15、仰拱初期支護(hù)16、側(cè)墻二次襯砌17、仰拱二次襯砌18、中導(dǎo)坑橫撐19、拱部二次襯砌20。如圖1-10所示，本實(shí)施例針對(duì)的大跨度隧道是指高跨比小于0. 8且隧道跨度大于 10m。施工工序如下依次為
圖1所示為側(cè)洞上導(dǎo)坑開挖示意圖。開挖左側(cè)上導(dǎo)坑1和右側(cè)上導(dǎo)坑2，施作側(cè)導(dǎo)坑初期支護(hù)11、側(cè)導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)12 (即中隔墻)以及橫聯(lián)13。圖2所示為側(cè)洞中導(dǎo)坑開挖示意圖。開挖左側(cè)中導(dǎo)坑3和右側(cè)中導(dǎo)坑4，施作側(cè)導(dǎo)坑初期支護(hù)11、側(cè)導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)12以及橫聯(lián)13。圖3所示為側(cè)洞下導(dǎo)坑開挖示意圖。開挖左側(cè)下導(dǎo)坑5和右側(cè)下導(dǎo)坑6，施作側(cè)導(dǎo)坑初期支護(hù)11、側(cè)導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)12。
圖4所示為拱部中導(dǎo)洞開挖示意圖。開挖拱部中導(dǎo)坑7，左右側(cè)架立立柱14，底部鋪設(shè)臨時(shí)橫撐19，拱部施工初期支護(hù)15。圖5所示為模筑側(cè)墻二襯混凝土示意圖。施工左側(cè)洞與右側(cè)洞邊墻二襯混凝土 17。圖6所示為開挖拱部中導(dǎo)坑底部的側(cè)導(dǎo)坑示意圖。離開洞口從拱部中導(dǎo)坑底部向兩邊開挖拱部側(cè)導(dǎo)坑8，施作拱部?jī)蓚?cè)初支結(jié)構(gòu)15以及中導(dǎo)洞底部和兩邊側(cè)導(dǎo)洞的二襯混凝土襯砌(即拱部二次襯砌20)，待拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)與邊墻支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合后，分段拆除左側(cè)導(dǎo)洞1、2、3與右側(cè)導(dǎo)洞4、5、6的橫聯(lián)13。圖7所示為開挖洞口部位拱部側(cè)導(dǎo)坑8示意圖。從圖6施工完成的隧道拱部結(jié)構(gòu)向洞口方向繼續(xù)開挖剩余的拱部側(cè)導(dǎo)坑8，分段拆除拱部中導(dǎo)坑7的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)工字鋼立柱14以及底部的鋼管橫撐19，逐步完成大跨度隧道的拱部結(jié)構(gòu)開挖。圖8所示為開挖上部核心土示意圖。開挖上部核心土 9，分段拆除左側(cè)導(dǎo)洞1、2、3 與右側(cè)導(dǎo)洞4、5、6的部分臨時(shí)支護(hù)中隔墻12。圖9所示為開挖下部核心土示意圖。開挖下部核心土 10，分段拆除左側(cè)導(dǎo)洞1、2、 3與右側(cè)導(dǎo)洞4、5、6的部分臨時(shí)支護(hù)中隔墻12，施工仰拱初期支護(hù)16，隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合成環(huán)。圖10所示為隧道開挖完成示意圖。施工仰拱二次襯砌18，隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)閉合成環(huán)，本循環(huán)大跨度隧道開挖完成。圖11所示為本發(fā)明設(shè)計(jì)拱部跳挖三維示意圖，即隧道一次開挖循環(huán)的縱斷面示意圖。圖12所示為本發(fā)明設(shè)計(jì)拱部跳挖平面示意圖，即隧道一次開挖循環(huán)的橫斷面示意圖。為了減小大跨隧道開挖引起的地表沉降量及地表沉降槽的范圍，本發(fā)明設(shè)計(jì)在實(shí)施中須遵循以下原則(1)兩側(cè)導(dǎo)洞不能齊頭并進(jìn)，必須在縱向前后保持一定的錯(cuò)距，單一側(cè)導(dǎo)洞分三步開挖，每步至少保持4m的錯(cuò)距，以利于掌子面穩(wěn)定；(2)拱部分三塊開挖，先開挖拱部中導(dǎo)坑，然后從里向外跳挖兩側(cè)土體；(3)施作邊墻及拱部二襯之后再開挖核心土，最后施作仰拱。
權(quán)利要求
1.一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，用于大跨度、大斷面隧道，其特征在于所述方法首先開挖位于隧道兩側(cè)的側(cè)壁導(dǎo)洞部分，之后開挖隧道拱部土體，其步驟是首先開挖隧道拱部中導(dǎo)洞；之后離開拱部洞口從所述中導(dǎo)洞開挖面向隧道兩側(cè)邊開挖位于隧道拱部?jī)膳詡?cè)壁導(dǎo)洞；最后再由里向外逐步完成隧道拱部的開挖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，其特征在于所述側(cè)導(dǎo)洞分塊、逐一完成開挖，并施作臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，兩側(cè)壁導(dǎo)坑開挖時(shí)各側(cè)導(dǎo)洞分塊之間沿縱向必須具有一定的錯(cuò)距，即錯(cuò)距施工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，其特征在于位于隧道兩側(cè)的側(cè)壁導(dǎo)洞完成開挖后，先施作完成隧道邊墻的二次襯砌，然后再分塊、逐一開挖拱部土體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，其特征在于側(cè)壁導(dǎo)洞完成開挖后，首先進(jìn)行隧道拱部中導(dǎo)洞開挖，左右兩側(cè)架立臨時(shí)支撐、底部鋪設(shè)臨時(shí)橫撐，然后從拱部中導(dǎo)洞底部向兩邊開挖拱部側(cè)導(dǎo)坑，施作拱部以及中導(dǎo)洞底部的支護(hù)結(jié)構(gòu)和兩邊側(cè)壁導(dǎo)洞的二襯混凝土襯砌，待拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)與邊墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合后，分段拆除兩側(cè)壁導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，其特征在于隧道拱部中導(dǎo)洞底部?jī)膳怨安總?cè)導(dǎo)坑開挖完成后，立即施作隧道拱部初支結(jié)構(gòu)、模筑拱部二襯混凝土，及時(shí)閉合邊墻與拱部的支護(hù)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑結(jié)合拱部跳挖開挖方法，其特征在于所述支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合后，從里向外逐步完成隧道拱部土體的開挖，然后拆除中導(dǎo)洞側(cè)向臨時(shí)支撐與臨時(shí)橫撐。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及一種新型的大跨度隧道開挖施工方法，即雙側(cè)壁導(dǎo)洞結(jié)合拱部跳挖的開挖方法，在雙側(cè)壁導(dǎo)洞與邊墻二次襯砌施工完成后，分塊開挖大跨隧道拱部土體。開挖隧道拱部時(shí)首先開挖拱部中導(dǎo)洞，之后離開洞口從中導(dǎo)洞開挖面向兩邊開挖隧道拱部?jī)蓚?cè)導(dǎo)洞，施作此位置拱部的初支結(jié)構(gòu)與二次襯砌，然后再由里向外逐步完成大跨度隧道拱部結(jié)構(gòu)的開挖。本發(fā)明設(shè)計(jì)考慮了隧道開挖與支護(hù)的空間效應(yīng)，減小了拱部開挖時(shí)洞口處的應(yīng)力集中，在保證大跨度隧道斷面開挖圍巖的穩(wěn)定以及控制隧道開挖引起的較大地面沉降方面效果顯著。
文檔編號(hào)E21D11/10GK102182466SQ201110087799
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者李永利, 李濤, 王立達(dá), 魏雋 申請(qǐng)人:中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司