上軟下硬地層大斷面隧道高效快速施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可以用于公路、鐵路和地鐵等工程中，穿越上軟下硬地層大斷面隧道的高效快速施工方法。
【背景技術】
[0002]已有的大斷面隧道開挖技術主要包含⑶法、CRD法和雙側壁導坑法。⑶法為中隔墻施工方法，不適用于地質條件復雜，地面沉降控制嚴格的工程。CRD法為交叉曲墻中隔墻法，該方法控制變形能力強，可用于復雜地質條件下隧道施工，但存在臨時支護多、工序繁瑣、工法轉換困難、作業空間狹小，施工速度慢，施工成本高等缺點。雙側壁導坑法又稱雙側壁導洞法或眼鏡工法，其隔墻也采用曲墻，也存在施工難度大、施工速度慢、工法轉換困難等缺點。
【發明內容】
[0003]本發明是針對現有大斷面隧道在穿越上軟下硬地層時采用CD法、CRD法或雙側壁導坑法存在的不足之處，提出一種效率高、穩定好、適應性強的上軟下硬地層大斷面隧道高效快速施工方法，以提高隧道施工安全性、經濟性和靈活性。
[0004]為達到上述技術效果，本發明的技術方案是:
[0005]一種上軟下硬地層大斷面隧道高效快速施工方法，包括如下步驟:
[0006]步驟I)施工準備；
[0007]步驟2)超前地質預報；
[0008]步驟3)施工工法判斷及選擇，基于步驟2)的地質預報結果，對當前段的隧道斷面進行圍巖軟硬分層分析，根據分析結果選擇現階段施工工法，施工工法包括:將隧道斷面分為上臺階、中臺階以及下臺階，在三個臺階中，分別有:不設臨時仰拱、上臺階設臨時仰拱、上臺階、中臺階以及下臺階設臨時仰拱、不設中隔墻、上臺階設中隔墻、上臺階、中臺階設中隔墻、上臺階、中臺階以及下臺階設中隔墻，分別單獨或組合形成供選擇的施工工法；其中，中隔墻為直墻式中隔墻。
[0009]步驟4)分布快速開挖，基于步驟3)選擇的施工工法，對隧道斷面選擇設置仰拱或隔墻，對仰拱或隔墻分割后的單元進行快速開挖；對當前開挖段隧道斷面施加超前預支護。還包括初期支護步驟以及臨時支護步驟。還包括二次襯砌步驟。分部快速開挖根據地層軟硬狀況，將斷面分為三個主臺階，再將各臺階分成左右兩個部分，總共形成六個單元，六個單元間橫向和縱向的組合形成分部開挖，開挖后襯砌及仰拱緊跟，并采用直墻式中隔墻，確保隧道豎向承載能力大、抵抗變形能力強，臨時仰拱及各個臺階的中隔墻可根據現場地質情況適當增設。
[0010]步驟5)進入下一個施工段，重復步驟3)，基于選擇好的施工工法，通過對該施工段增加或減少仰拱或隔墻對當前隧道斷面進行重新分割，實現不同圍巖級別地段和工法的快速轉換；
[0011]步驟6)完成隧道開挖。
[0012]本發明的優點:
[0013]1、適應性強。能夠適應各種復雜地質條件和環境條件，特別是在上軟下硬地層中，更能體現該工法對地層變化的適應性和工法轉換的靈活性，最大限度地優化施工工序，保證施工安全，加快施工進度。
[0014]2、安全性高。將傳統的⑶法或者CRD法的曲中隔板墻改進成豎中隔墻，能更好地發揮中隔墻減跨和控制隧道變形的作用。在上軟下硬地層、淺埋或者地表沉降控制要求嚴格的情況下，更能體現該工法施工安全性好的特點。
[0015]3、靈活性好。由于采用了豎直中隔墻，便于采用型鋼架設，可以根據實際需要靈活安排左右洞室的超前順序和距離，還可以在中隔墻上預留孔洞，便于左右洞室設備倒用、減少臨時支護和增加通視效果，更加便于監控量測。
[0016]4、工效高。該工法立足臺階法，因此能夠發揮臺階法高效利用機械設備的優點，在工期緊張時能夠體現施工速度快的優點。
[0017]5、成本低。該工法對于前后地層變化時具有良好的過渡性，減少人員、機械以及施工方法調整的繁瑣性，最大程度地優化了臨時支護設置，顯著降低了施工成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的施工流程整體框圖；
[0019]圖2為圖1中工法選擇轉換示意圖；
[0020]圖3為圖2中工法c3施工斷面示意圖；
[0021]圖4為圖2中工法c3施工剖面示意圖；
[0022]圖中標號:1_系統徑向錨桿；2_臨時仰拱；3_臨時中隔墻；4_ 二次襯砌；5_初期支護；6_防水層；7_鎖腳錨桿；8_拱部超前支護；9_初支鋼架；10_縱向連接鋼筋；①-上臺階左部圍巖 '②-上臺階右部圍巖；@ -中臺階左部圍巖；@ -中臺階右部圍巖；⑤-下臺階圍巖；? -隧底填充?’⑦-仰拱二襯。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示出的，本發明的一種上軟下硬地層大斷面隧道高效快速施工方法，包括如下步驟:
[0024]步驟I)施工準備；
[0025]步驟2)超前地質預報；
[0026]步驟3)施工工法判斷及選擇，基于步驟2)的地質預報結果，對當前段的隧道斷面進行圍巖軟硬分層分析，根據分析結果選擇現階段施工工法，施工工法包括:施工工法按如下方式實現:先將隧道斷面分為上臺階、中臺階以及下臺階，在三個臺階中，分別有:不設臨時仰拱、上臺階設臨時仰拱、上臺階和中臺階以及下臺階設臨時仰拱，另外還有:不設中隔墻、上臺階設中隔墻、上臺階和中臺階設中隔墻、上臺階和中臺階以及下臺階設中隔墻，分別單獨或組合形成供選擇的十二種施工工法；其中，中隔墻為直墻式中隔墻。
[0027]如圖2所示出的，上軟下硬地層大斷面隧道高效快速施工方法可以靈活演變出12種工法，以適應在橫斷面上不同級別圍巖組合的上軟下硬地層隧道工程。
[0028]當整個隧道開挖斷面均處于較好的巖層當中時，如工法al (不設臨時支護)，可以采用三臺階法施工，隧道上、中、下臺階的臨時中隔墻和上、下臺階的臨時仰拱均可以不施作。
[0029]當隧道上臺階處于較差軟弱的巖層，而中、下臺階處于較好偏硬的巖層時，如工法a2(上臺階設臨時直中隔墻)、工法a3(上、中臺階設臨時直中隔墻)、工法a4(上、中、下臺階設臨時直中隔墻)，隧道上臺階開挖過程中設置臨時豎直中隔墻，中隔墻的存在一方面分擔了兩側拱腳的基地壓力，另一方面也可有效控制地表沉降，當上臺地基的承載能力不能滿足需要或者拱腳水平收斂過大時，還需要在上臺階設置臨時仰拱進行加強和改善。中、下臺階開挖時可不施作中隔墻和臨時仰拱。
[0030]當隧道上、中臺階處于較差軟弱的巖層，而下臺階處于較好偏硬的巖層時，如工法bI (上臺階設臨時仰拱)、工法b2 (上臺階設臨時仰拱和臨時直中隔墻)、工法b3 (上臺階設臨時仰拱，上、中臺階設臨時直中隔墻)、工法b4 (上臺階設臨時仰拱，上、中、下臺階設臨時直中隔墻)，隧道上臺階及中臺階開挖施工過程中均設置臨時中隔墻，并在上臺階設置臨時仰拱，當中臺階地基的承載能力不能滿足需要或拱腳水平收斂較大時還需要在中臺設置臨時仰拱進行加強改善，下臺階開挖時可不施作中隔墻。
[0031]當整個隧道開挖面處于較差軟弱的圍巖中時，在各個臺階開挖過程中均設置臨時中隔墻，如工法c4(上、中臺階設臨時仰拱，上、中、下臺階設臨時直中隔墻)，當地基的承載能力不能滿足需要或拱腳的水平收斂時，還需要設置臨時仰拱進行加強和改善。當隧道圍巖處于較差軟弱圍巖中，但考慮施工進度、作業空間時，在設置仰拱的同時根據實際需要設置中隔板，如工法Cl (上、中臺階設臨時仰拱