專利名稱：雙側壁導坑分部臺階法施工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及城市軌道交通工程技術領域，具體來說涉及一種城市淺埋暗挖大斷面隧道開挖施工方法。
背景技術：
隨著我國發(fā)展大中型城市軌道交通的步伐日漸加快，城市地鐵、輕軌等線路經常需要建設城市淺埋隧道。部分區(qū)段線路交叉匯集，形成大斷面甚至特大斷面隧道。大斷面隧道施工對周圍的建筑物、路面及環(huán)境等影響較大。此外，城市軌道交通多處于人口密集區(qū)域，施工致使人們出行交通壓力大，對工期要求高，很多地方甚至不能使用爆破技術。、
如何在城市繁華市區(qū)中快速、安全地修建城市地下隧道成為急需解決的問題。目前針對大斷面淺埋暗挖隧道的施工方法多為分部開挖施工。常用的有九步、七步開挖等施工方法。這些方法初期支護整體性較差，反復擾動造成隧道結構受力較大，先兩側再中間的施工方法也需要較長的施工工期。
發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種雙側壁導坑分部臺階法施工方法，以改善作業(yè)步驟，力口強初期支護，縮短施工工期，減少施工擾動。為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種雙側壁導坑分部臺階法施工方法，包括步驟一，開挖上臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；步驟二，開挖上臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護；步驟三，開挖下臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；以及步驟四，開挖下臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護。本發(fā)明將全斷面分解為六個施工組成部分，并按順序依次實施，在加強臨時支撐的基礎上，以提高施工工期、減少對圍巖擾動為主要控制目標，同時結合了分部開挖法、雙側壁導坑法以及臺階法的施工特點。其優(yōu)點是，大斷面隧道六部開挖通過減少工序交替提高作業(yè)效率，增大了工作面，加快了施工進度；對圍巖體擾動影響優(yōu)于現有技術；提高了圍巖收斂變形約束能力；提高初期支護的整體性能；通過減少臨時支撐來減小對圍巖的擾動。本發(fā)明具有如下特點(I)減少工期；(2)減少對圍巖的擾動；(3)提聞圍巖收斂變形約束能力；以及(4)安全性能良好。
圖I是根據本發(fā)明一實施方式的雙側壁導坑分部臺階法施工方法示意圖。圖2示出步序1-1，注漿加固。
圖3示出步序1-2，開挖左上導洞。圖4示出步序1-3，開挖右上導洞和支護左上導洞。圖5示出步序1-4，開挖中上導洞和支護右上導洞。圖6示出步序1-5，開挖左下導洞+支護中上導洞。圖7示出步序1-6，開挖右下導洞+支護左下導洞。圖8示出步序1-7，開挖中下導洞+支護右下導洞。圖9示出步序1-8，支護中下導洞。圖10示出步序2-1，注漿加固。
圖11示出步序2-2，開挖左上導洞。圖12示出步序2-3，開挖右上導洞+支護左上導洞。圖13示出步序2-4，開挖左下導洞+支護右上導洞。圖14示出步序2-5，開挖右下導洞+支護左下導洞。圖15示出步序2-6，開挖上中導洞+支護右下導洞。圖16示出步序2-7，開挖下中導洞+支護上中導洞。圖17示出步序2-8，支護下中導洞。圖18示出工況I步序1-2豎向位移云圖。圖19示出工況2步序2-2豎向位移云圖。圖20示出工況I步序1-3豎向位移云圖。圖21示出工況2步序2-3豎向位移云圖。圖22示出工況I步序1-4豎向位移云圖。圖23示出工況2步序2-4豎向位移云圖。圖24示出工況I步序1-5豎向位移云圖。圖25示出工況2步序2-5豎向位移云圖。圖26示出工況I步序1-6豎向位移云圖。圖27示出工況2步序2-6豎向位移云圖。圖28示出工況I步序1-7豎向位移云圖。圖29示出工況2步序2-7豎向位移云圖。圖30示出工況I步序1-8豎向位移云圖。圖31示出工況2步序2-8豎向位移云圖。圖32示出工況I步序1-2水平位移云圖。圖33示出工況2步序2-2水平位移云圖。圖34示出工況I步序1-3水平位移云圖。圖35示出工況2步序2-3水平位移云圖。圖36示出工況I步序1-4水平位移云圖。圖37示出工況2步序2-4水平位移云圖。圖38示出工況I步序1-5水平位移云圖。圖39示出工況2步序2-5水平位移云圖。圖40示出工況I步序1-6水平位移云圖。圖41示出工況2步序2-6水平位移云圖。
圖42示出工況I步序1-7水平位移云圖。圖43示出工況2步序2-7水平位移云圖。圖44示出工況I步序1-8水平位移云圖。圖45示出工況2步序2-8水平位移云圖。
具體實施例方式以下詳細說明本發(fā)明。圖I是根據本發(fā)明一實施方式的雙側壁導坑分部臺階法施工方法示意圖。如圖I所示，該雙側壁導坑分部臺階法施工方法包括下述步驟(I)首先開挖上臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；·(2)然后開挖上臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護；(3)開挖下臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；(4)開挖下臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護。也就是說，如圖I所示，開挖順序為①一②一③一④一⑤一⑥。先沿隧道拱部打設大管棚，注漿加固地層，然后采用人工開挖，先開挖上臺階，開挖進尺按設計格柵鋼架縱向間距控制，及時初噴，封閉掌子面，架設格柵鋼架，打設鎖腳錨管，掛網噴混凝土 ；下臺階緊跟，上下臺階間距長度控制在2 5m左右，下臺階開挖及時初噴，隨即架設格柵鋼架，掛網噴混凝土，完成初支封閉。本發(fā)明的具體施工工序如下I)施做大管棚，注漿加固地層；采用臺階法開挖I部土體，施做鎖腳錨管及初期支護并及時封閉掌子面。2)待I部完成5米后，采用臺階法開挖2部土體，施做鎖腳錨管及初期支護并及時封閉掌子面。3)待2部完成5米后，用臺階法開挖3部土體，施做鎖腳錨管及拱部初支并及時封閉掌子面。4)待3部完成5米后，采用臺階法開挖4部土體，施做鎖腳錨管及初期支護并及時封閉掌子面。5)待4部完成5米后，用臺階法開挖5部土體，施做初期支護并及時封閉掌子面。6)待5部完成5米后，開挖6導洞，施做初期支護封閉成環(huán)，并及時封閉掌子面。7)通過圍巖收斂變形監(jiān)控數據確定二次襯砌施做時機。作為本發(fā)明的隧道雙側壁導坑分部臺階施工方法，可作為城市軌道工程、山體隧道工程、地下硐室等掩埋結構物施工提供參考。與已有的施工方法對比分析現有的雙側壁導坑施工方法有很多種，通常有九步、六步、七步等。相較于七步、九步雙側壁導坑施工法，六步能減少圍巖擾動的次數，通常情況下，在圍巖及支護結構的位移能滿足要求的條件下，通常優(yōu)先選用步數較少的施工方法?，F在常見的雙側壁導坑六步施工方法主要是先施工兩側導洞，然后施工中間的導洞，或者是先施工中間導洞，然后施工兩側導洞。本施工方法先開挖上部分兩側導洞，然后開挖上部分中間導洞，接著開挖下部分兩側導洞，最后開挖下部分中間導洞，在每部開挖完后進行相應的支護。
現針對最常用的先施工兩側導洞，后施工中間導洞和本發(fā)明施工方法進行數值模擬對比。本發(fā)明的施工方法為工況1，先施工兩側導洞，后施工中間導洞的施工方法為工況2。工況I的有限元模型及相應的施工工序如圖2 9所示。工況2的有限元模型及相應的施工工序如圖10 17所示。通過有限元模擬分析，得到各施工步圍巖及支護結構的位移及內力。圖18 31為兩種施工方法的各施工工序的豎向位移云圖(拱頂沉降與底部隆起)，圖32 45為兩種施工方法的各施工工序的水平位移云圖。、
將分析結果整理成表I。表I兩種施工方法各工序圍巖及支護結構位移對比
豎向位移DY ( mm )水平位移
__拱頂沉降底部隆起DX (mm)
步序 1-2(工況 I) 3.74__8.492.99_
步序 2-2 (工況 2) 3.74__8.492.99
步序 1-3 (工況 I) 4.63__12.453.17_
步序 2-3 (工況 2) 4.63__12.453.17
步序 1-4 (工況 I) 7.31__20.164.24
Γ 步序 2-4(工況 2) 5.4112.836.19—----
步序 1-5 (工況 I)12 .37__28.506.15
步序 2-5 (工況 2)5.30__13.816 . 66
步序 1-6 (工況 I)16.62__39.7313.92
步序 2-6 (工況 2)6.44__20.856.04_
步序 1-7 (工況 I)15.55__38.005.7 6
步序 2-7 (工況 2)7.68__32 . 623.90_
步序 1-8 (工況 I)15.34__4 4 . 7 85 . 4 7
步序 2-8(工況 2)12.2841.775.19從表I可以看出，工況I拱頂沉降最大位移為-16. 62mm,地表隆起為+44. 78mm, 7jC平位移為13. 92mm ;工況2拱頂沉降最大位移為_12. 28mm，地表隆起為+41. 77mm，水平位移為5. 19_。通過對比可知，在相同的支護條件下，按照傳統(tǒng)的施工方法圍巖及支護結構的位移均比本發(fā)明的施工方法要略小，特別是水平位移。但總體說來，兩種施工方法圍巖及支護結構的位移均不大，在可以控制的范圍內。圖18 31為兩種施工方法的各施工工序的豎向位移云圖(拱頂沉降與底部隆起)，圖32 45為兩種施工方法的各施工工序的水平位移云圖。從圖可以看出，本發(fā)明的施工方法臨時鋼支撐內力的規(guī)律如下上部鋼支撐的軸力大于下部鋼支撐的軸力，豎向鋼支撐均受壓，橫向鋼支撐局部受軸拉力，在隧道斷面施作完成階段(步序1-8)，橫向鋼支撐的最大軸拉力為78kN。上中導洞臨時仰拱鋼支撐局部受拉力作用，且上中導洞臨時仰拱鋼支撐所受軸力相對于其他部位鋼支撐的軸力小。臨時鋼支撐的最大彎矩值均出現在鋼支撐與初次襯砌接觸的位置。上部導洞的鋼支撐的彎矩值大于下部導洞的彎矩值，臨時鋼支撐的最大彎矩值均出現在上部導洞的鋼支撐處，中部導洞臨時仰拱橫向鋼支撐下邊緣受拉。常規(guī)施工方法臨時鋼支撐內力的規(guī)律如下上部鋼支撐的軸力大于下部鋼支撐的軸力，豎向、橫向鋼支撐基本均受壓，在大洞(雙線)施作完成階段(步序1-8)，鋼支撐的最大軸壓力為1102kN。上中導洞臨時仰拱鋼支撐所受軸力大于上左導洞、上右導洞臨時仰拱 的軸力值。臨時鋼支撐的最大彎矩值均出現在鋼支撐與初次襯砌接觸的位置，中部導洞臨時仰拱橫向鋼支撐下邊緣受拉，且彎矩值較大，最大彎矩為198kN · m(步序2-8)。兩種施工方法各步序臨時鋼支撐軸力彎矩值見表2所示。表2兩種施工方法各工序臨時支撐內力
I
權利要求
1.一種雙側壁導坑分部臺階法施工方法，包括 步驟一開挖上臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護； 步驟二 開挖上臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護； 步驟三開挖下臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；以及 步驟四開挖下臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護。
2.根據權利要求I所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，開挖時，上、下臺階間距長度控制在2 5m。
3.根據權利要求I或2所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，開挖上臺階時的臨時支撐及初期支護包括對上臺階進行初噴、封閉掌子面、架設格柵鋼架、打設鎖腳錨管和掛網噴混凝土。
4.根據權利要求I或2所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，開挖下臺階時的臨時支撐及初期支護包括初噴、架設格柵鋼架和掛網噴混凝土。
5.根據權利要求I所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，在步驟一之前，沿隧道拱部打設大管棚，注漿加固地層。
6.根據權利要求I所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，采用臺階法依次開挖上臺階的一側、上臺階的另一側和上臺階的中間導洞。
7.根據權利要求6所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，開挖上臺階的一側、另一側和中間導洞的間隔為5米。
8.根據權利要求6或7所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，在開挖上臺階的中間導洞后，采用臺階法依次開挖下臺階的所述一側、下臺階的所述另一側和下臺階的中間導洞。
9.根據權利要求8所述的雙側壁導坑分部臺階法施工方法，其特征在于，開挖下臺階的所述一側、所述另一側和中間導洞的間隔為5米。
全文摘要
一種雙側壁導坑分部臺階法施工方法，包括步驟一，開挖上臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；步驟二，開挖上臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護；步驟三，開挖下臺階兩側導坑，進行臨時支撐及初期支護；以及步驟四，開挖下臺階中間導洞，進行臨時支撐及初期支護。本發(fā)明的優(yōu)點是，大斷面隧道六部開挖對圍巖體擾動影響優(yōu)于現有技術；增大了工作面，提高了工作效率；提高了圍巖收斂變形約束能力；提高初期支護的整體性能；通過減少工序交替提高作業(yè)效率以及減少臨時支撐來減小對圍巖的擾動。
文檔編號E21D9/00GK102720504SQ20121019286
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權日2012年6月13日
發(fā)明者呂嘉, 周世生, 孫景鳳, 李凌宜, 楊玉杰, 陽文華 申請人:北京市公路橋梁建設集團有限公司