隧道微三台阶上部核心土施工工法制造技术

本发明专利技术提供一种隧道微三台阶上部核心土施工工法，其包括：一、拱部超前支护，上台阶弧形导坑开挖，留置上部核心土且随着掌子面掘进逐步取消上部核心土；二、先行中台阶开挖，同时，挖出约2/3的中台阶开挖宽度的中台阶岩土体，留置约1/3的后行中台阶岩柱；三、后行中台阶开挖，逐步取消后行中台阶岩柱；四、先行下台阶开挖，同时，挖出约1/3的下台阶开挖宽度的下台阶岩土体，中部约1/3的岩土体修整成斜坡作为机具设备的通道，留置约1/3的后行下台阶岩柱；五、后行下台阶开挖，逐步取消后行下台阶岩柱及通道；六、隧底开挖。该工法有效的控制了初期支护体系的变形和变形破坏，确保了隧道施工安全，提高了隧道掘进效率。

Construction method for top three core core of tunnel

The invention provides a core geotechnical construction method for the upper part of a micro-three-step tunnel, which includes: first, advance support of the arch part, excavation of the arc-shaped guide pit of the upper step, retaining the upper core soil and gradually canceling the upper core soil with the excavation of the face of the tunnel; second, advance the excavation of the middle step, at the same time, excavation of about 2/3 of the width of the middle step excavation. Step rock and soil body, retain about 1/3 of the back middle step rock pillar; 3. The back middle step excavation, gradually cancel the back middle step rock pillar; 4. The first step excavation, at the same time, excavate about 1/3 of the width of the lower step excavation of rock and soil body, about 1/3 of the rock and soil body in the middle of the slope as a channel for machinery and equipment, retain about 1/3 of the lower step rock and soil body. 3. Backward downstairs rock pillars; 5. Backward downstairs excavation, gradually cancel back downstairs rock pillars and passages; 6. Tunnel bottom excavation. This method effectively controls the deformation and damage of the initial support system, ensures the safety of tunnel construction and improves the efficiency of tunnel excavation.

【技术实现步骤摘要】
隧道微三台阶上部核心土施工工法
本专利技术涉及隧道施工
，特别涉及一种隧道微三台阶上部核心土施工工法。
技术介绍
新建铁路成都至兰州线松潘隧道和红桥关隧道位于四川省阿坝州松潘县境内，地面高程2950至3510m。(一)松潘隧道起讫里程D4K239+630至D3K247+678，全长8048m，为双线铁路隧道，隧道洞身位于全新世岷江活动断裂带南段右侧170至600m；隧道围岩为三叠系炭质板岩夹砂岩、板岩，呈灰白、灰色，粉细粒-细粒结构，层理清晰，薄层状结构，可见白色方解石脉；受区域构造的影响，岩体挤压破碎严重，次生小断层及揉皱较发育，层理产状变化较大，岩体极为破碎松散，自稳性差，岩质软，遇水易软化，易风化剥落，抗风化能力差，属典型的散体结构构造软岩；地下水主要为基岩裂隙水，贮存于破碎岩体中，富水性一般，岩体节理裂隙发育，贯通性较好，局部可见股状渗流。(二)红桥关隧道起讫里程D2K253+710至D1K256+890，洞身段有一处断链，短链长10.67m，全长3169.33m，为双线铁路隧道，隧道D2K254+500至D2K255+040段洞身穿过全新世岷江活动断裂带，线路与其交角约22°，该段洞身上部为泥石流堆积层，堆积层厚度约10至40m，该段埋深约40至45m。该段洞身穿过泥石流堆积层底部，上覆堆积层沿线路走向呈“锯齿状”分布，岩性主要为碎石土、块石土为主，保水、透水性好；洞身穿过岷江活动断裂断层角砾，岩性为炭质板岩为主，呈薄片状，强分化带较厚，次生小断层及揉皱较发育，层理产状变化较大，加之岷江活动断裂的严重挤压、错动和地下水等共同作用，岩体极为松散、软弱、破碎，自稳性差，岩质软强度低，遇水易软化，易风化剥落，抗风化能力差。松潘隧道和红桥关隧道设计开挖工法采用三台阶开挖法，开挖断面面积141.66至150.57m2，预留变形量45cm，最大开挖高度13m，最大开挖宽度14.56m；初期支护全环采用HW175型钢钢架，钢架间距60cm；喷射混凝土等级C30耐腐蚀混凝土，厚度25cm；超前支护拱部120°采用8m长Φ89大管棚+大外插角4.5m长Φ42小导管，大管棚和小导管交错布置；系统锚杆拱部采用4m长Φ22组合中空锚杆，边墙采用采用4m长Φ22组合中空锚杆，间距1.2×1.0m(环×纵)。采用上述三台阶开挖法开挖松潘隧道和红桥关隧道时出现了如下工程问题：一是掌子面沿纵向出现挤出，局部出现坍塌；二是初期支护的变化速率大，主要以拱顶下沉为主，达2至3cm/天，速率递增且持续时间长，直至仰拱初期支护封闭成环后方呈现下降趋势，逐步收敛稳定，最终拱顶下沉累计变形可达40至50cm；三是拱腰部位喷射混凝土开裂严重，出现环向贯通拉裂裂缝，局部剥落、掉块；有水地段，初期支护严重变形，局部变形侵限。针对上述工程问题的原因分析如下：一、松散、软弱、破碎的围岩条件受岷江活动断裂的影响，洞室围岩极为松散、软弱、破碎，层理产状比较发育等，具有较低的岩体抗压强度和弹性模量等物理力学参数。因隧道开挖使得岩体原有天然应力状态被破坏以及开挖扰动应力等叠加影响，引起围岩应力状态的重分布，一部分应力以变形能的形式释放，引起洞周和掌子面局部区域应力集中，导致该区域围岩的强度应力比急剧下降，产生显著的黏、塑性变形；另一部分应力则向洞周深部转移、扩展，扩大洞周岩体的塑性区，随着塑性区进一步扩大，势必扩展至洞顶上覆的以碎石土、块石土为主的泥石流堆积层，甚至波及至地表，势必加大了作用于支护体系的应力，从而加剧了支护体系的变形。二、地下水的不利作用地下水进一步软化、泥化围岩，使围岩极限强度急剧下降，同时加剧了结构面间的相互错动，同时因隧道开挖揭穿和扩大了地下水的排泄通道，导致地下水持续下渗，携裹层间固体物质流失，破坏了岩体原有的结构和强度，恶化了岩土体的自稳性，导致掌子面及洞壁岩体沿结构面向洞内变形、失稳崩解、滑移。针对松潘隧道和红桥关隧道穿过地层的特点，结合掌子面和已施工支护体系的变形破坏特征，需进一步研究、创造性的提出一种安全、经济、快速施工的工程措施。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术提供一种隧道微三台阶上部核心土施工工法，该工法有效控制了初期支护体系的变形破坏，确保了隧道施工安全，提高了隧道掘进效率。本专利技术涉及的技术解决方案：一种隧道微三台阶上部核心土施工工法，，包括如下步骤：第一步，拱部超前支护，上台阶弧形导坑开挖，留置上部核心土且随着掌子面掘进逐步取消上部核心土；第二步，先行中台阶开挖，同时，挖出约2/3的中台阶开挖宽度的中台阶岩土体，留置约1/3的后行中台阶岩柱；第三步，后行中台阶开挖，逐步取消后行中台阶岩柱；第四步，先行下台阶开挖，同时，挖出约1/3的下台阶开挖宽度的下台阶岩土体，中部约1/3的岩土体修整成斜坡作为机具设备的通道，留置约1/3的后行下台阶岩柱；第五步，后行下台阶开挖，逐步取消后行下台阶岩柱及通道；第六步，隧底开挖。进一步地，在所述第一步中，上台阶开挖高度为4m，上台阶开挖矢跨比大于0.3；上部核心土的纵向长度为4.8m，上部核心土的留置高度和宽度分别为上台阶开挖高度和宽度的2/3。进一步地，在所述第二、三步中，先行中台阶及后行中台阶纵向错开2.4m，开挖高度为3至3.5m。进一步地，在所述第四、五步中，先行下台阶及后行下台阶纵向错开2.4m，开挖高度为3至3.5m。进一步地，在所述第六步中，隧底开挖至掌子面的长度为20.4m，每循环开挖长度宜为3m，完成三个循环隧底开挖、初期支护后，一次施作仰拱衬砌10.4m。进一步地，所述工法的每一步均包括施作台阶周边的初期支护，初期支护全环采用HW175型钢钢架，钢架间距60cm；喷射混凝土等级C30耐腐蚀混凝土，厚度25cm；系统锚杆拱部采用长4m直径22mm组合中空锚杆，边墙采用长8m直径22mm组合中空锚杆，间距1.2m×1.0m。进一步地，所述拱部超前支护采用小导管支护施工时，上部核心土留置长度4.8m，采用手持式凿岩机钻孔时，需采用长、短钻杆换杆作业，先采用2m长短钻杆开孔、钻进，退出2m长短钻杆后再换5m长长钻杆继续钻进至设计深度。进一步地，所述系统锚杆采用锚杆后做法和一次成孔安装轮注法，设备采用两臂凿岩机钻孔、安装锚杆，并实施注浆，上部系统锚杆于该段上部核心土取消后及时施作，边墙系统锚杆于初期支护喷射混凝土完成后及时施作，凿岩机钻进方向垂直于初期支护面的切向方向，确保锚杆垫板密贴初期支护表面，锚杆安装后，孔口杆体与孔周空隙采用锚固剂嵌塞后，安装锚杆垫板及螺帽，为加强系统锚杆注浆施工质量，采用一次成孔安装后分区段轮流注浆，锚杆施工完成后于初期支护表面喷射5至6cm混凝土。本专利技术的有益效果：一是大大缩短了仰拱初期支护成环时间，使隧道初期支护在短时间内形成一个整体的结构受力体系，有效控制了初期支护体系的变形破坏，确保了隧道施工安全；二是各作业面组织协同施工，形成隧道“全断面”推进；中、下台阶不留核心土，可组织机械化配套作业，对大型机具设备有较强适应性，提高了隧道掘进效率；三是无需增设临时仰拱之类的后期需要拆除的临时支护，减少临时支护“工、料、机”等费用投入，不产生固体废弃物，降低施工成本的同时绿色环保。附图说明图1为本专利技术隧道微三台阶上部核心土施工工序透视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道微三台阶上部核心土施工工法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，拱部超前支护(2)，上台阶(1)弧形导坑开挖，留置上部核心土(3)且随着掌子面掘进逐步取消上部核心土(3)；第二步，先行中台阶(4)开挖，同时，挖出约2/3的中台阶开挖宽度的中台阶岩土体，留置约1/3的后行中台阶岩柱(5)；第三步，后行中台阶(6)开挖，逐步取消后行中台阶岩柱(5)；第四步，先行下台阶(7)开挖，同时，挖出约1/3的下台阶开挖宽度的下台阶岩土体，中部约1/3的岩土体修整成斜坡作为机具设备的通道(8)，留置约1/3的后行下台阶岩柱(9)；第五步，后行下台阶(10)开挖，逐步取消后行下台阶岩柱(9)及通道(8)；第六步，隧底开挖。

【技术特征摘要】
1.一种隧道微三台阶上部核心土施工工法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，拱部超前支护(2)，上台阶(1)弧形导坑开挖，留置上部核心土(3)且随着掌子面掘进逐步取消上部核心土(3)；第二步，先行中台阶(4)开挖，同时，挖出约2/3的中台阶开挖宽度的中台阶岩土体，留置约1/3的后行中台阶岩柱(5)；第三步，后行中台阶(6)开挖，逐步取消后行中台阶岩柱(5)；第四步，先行下台阶(7)开挖，同时，挖出约1/3的下台阶开挖宽度的下台阶岩土体，中部约1/3的岩土体修整成斜坡作为机具设备的通道(8)，留置约1/3的后行下台阶岩柱(9)；第五步，后行下台阶(10)开挖，逐步取消后行下台阶岩柱(9)及通道(8)；第六步，隧底开挖。2.根据权利要求1所述的隧道微三台阶上部核心土施工工法，其特征在于，在所述第一步中，上台阶(1)开挖高度为4m，上台阶(1)开挖矢跨比大于0.3；上部核心土(3)的纵向长度为4.8m，上部核心土(3)的留置高度和宽度分别为上台阶(1)开挖高度和宽度的2/3。3.根据权利要求1所述的隧道微三台阶上部核心土施工工法，其特征在于，在所述第二、三步中，先行中台阶(4)及后行中台阶(6)纵向错开2.4m，开挖高度为3至3.5m。4.根据权利要求1所述的隧道微三台阶上部核心土施工工法，其特征在于，在所述第四、五步中，先行下台阶(7)及后行下台阶(10)纵向错开2.4m，开挖高度为3至3.5m。5.根据权利要求1所述的隧道微三台阶上部核心土施工工法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜国，赵勇，李传富，张建慈，万永昌，周跃峰，崔宏章，姚培儒，尹厚继，陈实，穆亚林，宿春亮，冯永刚，王彦东，林高山，蒋若愚，冯正，王建兴，张伦，张涛，王海杰，魏晓江，李世君，
申请(专利权)人：中铁二十五局集团第一工程有限公司，中铁二十五局集团有限公司，成兰铁路有限责任公司，中铁二院工程集团有限公司土木建筑设计研究一院，
类型：发明
国别省市：广东,44