一种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法技术

一种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法，包括溶洞处理、预注浆、开挖上部弧形导坑、开挖中台阶、开挖下台阶以及开挖中部三层台阶的三台阶七步法。本发明专利技术的施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业，工效较高；方便在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法；适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷；在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定；当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间，广泛适用于在溶洞的特殊地质条件的地层，需要快速、安全、有效的通过该地质条件的隧道开挖施工，保证施工与隧道的安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道施工领域，特别是一种隧道挖掘遇到洞体深浚、充填丰满的大型溶洞时的溶洞处理与隧道开挖方法。
技术介绍
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙。该地质现象会影响其周边围岩的稳定性及力学分布情况，影响周边的工程施工质量。在工程施工中，部分施工工艺对围岩应力分布影响较大，碰到无法避免的溶洞，工程结构的不安全及不稳定因素增加，施工工艺变得繁杂，整个工程的不确定性及风险也在不断增加。在施工过程中，溶洞出现在隧道附近的案例屡见不鲜，特别是特大跨度岩溶隧道即跨度18米以上，大型溶洞横穿隧道侧墙及底板下时，一般采用侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全因素的方法，存在施工时间较长、不利于及时调整闭合时间、不方便机械施工和施工工序频繁转换的各种问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法，要解决现有隧道穿越溶洞时存在施工时间较长，存在不利于及时调整闭合时间、不方便机械施工、施工工序频繁转换的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法，所述隧道为岩溶隧道，施工步骤如下：步骤一，大型溶洞横穿待开挖隧道的侧墙及底板部位时，在侧墙及底板标高位的置两侧以及底板的下侧搭设模板并一体浇筑有两个混凝土支座，所述混凝土支座的横截面尺寸大于大型溶洞的高度，该混凝土支座上部和下部需分别埋入溶洞上侧围岩和溶洞下侧围岩之内，所述混凝土支座的纵向长度大于溶洞的纵深，所述混凝土支座内还支设有一组沿支座纵向设置的支座泄水洞模板，并在混凝土浇筑后形成支座泄水洞，所述支座泄水洞尺寸和间距需根据实际受力进行设计，保证上部隧道荷载安全的情况下不能阻塞溶洞；步骤二，在溶洞下侧围岩内施作大型溶洞的围岩泄水洞，所述围岩泄水洞的两个开口分别与支座两侧的大型溶洞连通；步骤三，隧道采用全断面帷幕预注浆或全断面周边预注浆；步骤四，开挖上部弧形导坑：在隧道的拱部环向开挖上部弧形导坑，并预留核心土，环向开挖循环进尺量根据初期支护的钢架间距配合设置、不超过1.5m，开挖后进行喷、锚、网系统支护，同时采用注浆小导管径向注浆加固，架设初期支护的钢架，在钢架的拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架的两侧边沿下倾角30°搭设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架焊接，复喷混凝土至设计厚度形成初支拱部；步骤五，开挖左侧中台阶和右侧中台阶：开挖进尺量根据初期支护的钢架间距配合设置、不超过1.5m，开挖高度为3-3.5m，左右侧台阶错开2-3m，开挖后立即初喷3-5cm厚的混凝土，然后进行喷、锚、网系统支护，沿隧道开挖方向接长钢架，在钢架的拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架的两侧边沿下倾角30°搭设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架焊接，复喷混凝土至设计厚度形成初支侧墙上部；步骤六，使用步骤五中的方法继续开挖左侧下台阶和右侧下台阶，形成初支侧墙下部和隧道底板边部；步骤七，中部上台阶、中部中台阶及中部下台阶的位置预留核心土，各台阶开挖后，施作隧道底板中部，将隧道底板中部敷设在钢筋混凝土跨梁上。所述步骤一中，所述大型溶洞自隧道右侧墙横穿左侧墙下部以及整个底板，所述混凝土支座沿隧道横断面方向分别为左侧支座和右侧支座，所述左侧支座的底部呈阶梯状埋入溶洞下侧围岩内，所述左侧支座的内侧与初支侧墙下部外侧以及底板下侧均贴合连接，所述左侧支座的顶部埋入溶洞上侧围岩内，所述右侧支座的底部埋入溶洞下侧围岩内，右侧支座的内侧与初支侧墙的内侧贴合连接，所述右侧支座的顶部支撑溶洞上侧围岩。所述步骤三中，预注浆超前支护均采用直径为108mm的大管棚，大管棚设置环距为50cm。所述步骤四中，预留核心土的长度为3-5m，其宽度为隧道开挖宽度的1/3-1/2。与现有技术相比本专利技术具有以下特点和有益效果：本专利技术的施工方法对隧道基础及底板下的的大型溶洞病害进行了预处理，在危害部位设置了整体浇筑的钢筋混凝土支座，有效保证了隧道穿越大型溶洞过程中的安全和隧道运营的稳定，同时采用三台七步法进行隧道掌子面的开挖，保证了在不良地质条件下施工的安全，减少了周围地层的不均匀应力与隧道的沉降收敛，同时最大限度的保证了施工的进度，对隧道施工穿越大型溶洞具有很高的推广应用价值。本专利技术的施工方法三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，通过缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，同时仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系，具有及时调整闭合时间，方便机械施工，利于施工工序转换的优势。本专利技术的施工方法施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业，部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高；方便在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法；适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷；在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定；当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。本专利技术广泛适用于在溶洞的特殊地质条件的地层，需要快速、安全、有效的通过该地质条件的隧道开挖施工，保证施工与隧道的安全。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。图1是溶洞处理和台阶法施工的横剖面示意图。图2是台阶法施工的纵剖面示意图。附图标记：1－左侧支座、2－右侧支座、3－溶洞下侧围岩、4－注浆小导管、5－溶洞上侧围岩、6－上部弧形导坑、7－左侧中台阶、8－右侧中台阶、9－左侧下台阶、10－右侧下台阶、11.1－中部上台阶、11.2－中部中台阶、11.3－中部下台阶、12－初支拱部、13－初支侧墙上部、14－初支侧墙下部和隧道底板边部、15－隧道底板中部、16－大管棚、17－大型溶洞、18－围岩泄水洞、19－支座泄水洞。具体实施方式实施例参见图1-2所示待开挖的隧道，所述隧道为岩溶隧道，并且最大跨度可达18米，大型溶洞17自隧道右侧墙横穿左侧墙下部以及整个底板，这种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法的施工步骤如下：步骤一，大型溶洞17横穿待开挖隧道的侧墙及底板部位时，在侧墙及底板标高位的置两侧以及底板的下侧搭设模板并一体浇筑有两个混凝土支座，所述混凝土支座的横截面尺寸大于大型溶洞的高度，该混凝土支座上部和下部需分别埋入溶洞上侧围岩5和溶洞下侧围岩3之内，所述混凝土支座的纵向长度大于溶洞的纵深，所述混凝土支座内还支设有一组沿支座纵向设置的支座泄水洞模板，并在混凝土浇筑后形成支座泄水洞19，所述支座泄水洞尺寸和间距需根据实际受力进行设计，保证上部隧道荷载安全的情况下不能阻塞溶洞；所述混凝土支座沿隧道横断面方向分别为左侧支座1和右侧支座2，所述左侧支座1的底部呈阶梯状埋入溶洞下侧围岩3内，所述左侧支座1的内侧与初支侧墙下部外侧以及底板下侧均贴合连接，所述左侧支座1的顶部埋入溶洞上侧围岩5内，所述右侧支座2的底部埋入溶洞下侧围岩内，右侧支座2的内侧与初支侧墙的内侧贴合连接，所述右侧支座2的顶部支撑溶洞上侧围岩5。步骤二，在溶洞下侧围岩3内施作大型溶洞的围岩泄水洞18，所述围岩泄水洞的两个开口分别与支座两侧的大型溶洞17连通。步骤三，隧道采用全断面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法，所述隧道为岩溶隧道，其特征在于，施工步骤如下：步骤一，大型溶洞（17）横穿待开挖隧道的侧墙及底板部位时，在侧墙及底板标高位的置两侧以及底板的下侧搭设模板并一体浇筑有两个混凝土支座，所述混凝土支座的横截面尺寸大于大型溶洞的高度，该混凝土支座上部和下部需分别埋入溶洞上侧围岩（5）和溶洞下侧围岩（3）之内，所述混凝土支座的纵向长度大于溶洞的纵深，所述混凝土支座内还支设有一组沿支座纵向设置的支座泄水洞模板，并在混凝土浇筑后形成支座泄水洞（19），所述支座泄水洞尺寸和间距需根据实际受力进行设计，保证上部隧道荷载安全的情况下不能阻塞溶洞；步骤二，在溶洞下侧围岩（3）内施作大型溶洞的围岩泄水洞（18），所述围岩泄水洞的两个开口分别与支座两侧的大型溶洞（17）连通；步骤三，隧道采用全断面帷幕预注浆或全断面周边预注浆；步骤四，开挖上部弧形导坑（6）：在隧道的拱部环向开挖上部弧形导坑（6），并预留核心土，环向开挖循环进尺量根据初期支护的钢架间距配合设置、不超过1.5m，开挖后进行喷、锚、网系统支护，同时采用注浆小导管（4）径向注浆加固，架设初期支护的钢架，在钢架的拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架的两侧边沿下倾角30°搭设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架焊接，复喷混凝土至设计厚度形成初支拱部（12）；步骤五，开挖左侧中台阶（7）和右侧中台阶（8）：开挖进尺量根据初期支护的钢架间距配合设置、不超过1.5m，开挖高度为3‑3.5m，左右侧台阶错开2‑3m，开挖后立即初喷3‑5cm厚的混凝土，然后进行喷、锚、网系统支护，沿隧道开挖方向接长钢架，在钢架的拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架的两侧边沿下倾角30°搭设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架焊接，复喷混凝土至设计厚度形成初支侧墙上部（13）；步骤六，使用步骤五中的方法继续开挖左侧下台阶（9）和右侧下台阶（10），形成初支侧墙下部和隧道底板边部（14）；步骤七，中部上台阶（11.1）、中部中台阶（11.2）及中部下台阶（11.3）的位置预留核心土，各台阶开挖后，施作隧道底板中部（15），将隧道底板中部（15）敷设在钢筋混凝土跨梁（5）上。...

【技术特征摘要】
1.一种横穿隧道洞身的大型溶洞处理与开挖方法，所述隧道为岩溶隧道，其特征在于，施工步骤如下：步骤一，大型溶洞（17）横穿待开挖隧道的侧墙及底板部位时，在侧墙及底板标高位的置两侧以及底板的下侧搭设模板并一体浇筑有两个混凝土支座，所述混凝土支座的横截面尺寸大于大型溶洞的高度，该混凝土支座上部和下部需分别埋入溶洞上侧围岩（5）和溶洞下侧围岩（3）之内，所述混凝土支座的纵向长度大于溶洞的纵深，所述混凝土支座内还支设有一组沿支座纵向设置的支座泄水洞模板，并在混凝土浇筑后形成支座泄水洞（19），所述支座泄水洞尺寸和间距需根据实际受力进行设计，保证上部隧道荷载安全的情况下不能阻塞溶洞；步骤二，在溶洞下侧围岩（3）内施作大型溶洞的围岩泄水洞（18），所述围岩泄水洞的两个开口分别与支座两侧的大型溶洞（17）连通；步骤三，隧道采用全断面帷幕预注浆或全断面周边预注浆；步骤四，开挖上部弧形导坑（6）：在隧道的拱部环向开挖上部弧形导坑（6），并预留核心土，环向开挖循环进尺量根据初期支护的钢架间距配合设置、不超过1.5m，开挖后进行喷、锚、网系统支护，同时采用注浆小导管（4）径向注浆加固，架设初期支护的钢架，在钢架的拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架的两侧边沿下倾角30°搭设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架焊接，复喷混凝土至设计厚度形成初支拱部（12）；步骤五，开挖左侧中台阶（7）和右侧中台阶（8）：开挖进尺量根据初期支护的钢架间距配合设置、不超过1.5m，开挖高度为3-3.5m，左右侧台阶错开2-3m，开挖后立即初喷3-5cm厚的混凝土，然后进行喷、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，石银峰，周世生，蔡玮，翟相飞，梁红忠，张春发，王怀雄，王涛，王翰春，叶锦华，
申请(专利权)人：北京市政路桥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11