一种大变形隧道控变开挖方法技术

本发明专利技术提供一种大变形隧道控变开挖方法，优化断面，调整结构轮廓曲率，采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接；优化钢架组合形式，合理选取渐变预留变形量，尤其第一层和第二层开挖界面之间按变形25cm施作，加大变形线性曲率；中台阶采用6.5m长锚杆替换临时仰拱，将被动约束转为主动约束；钢架间增设“米”型I18纵梁；针对特殊地质情况，合理选择台阶长度、高度。以解决采用常规的施工方法对此类地质情况的山岭隧道进行施工存在很大的施工风险，施工风险极为不可控，还在一定程度上延长了施工工期等问题。本发明专利技术属于隧道施工领域。

A controlled excavation method for large deformation tunnel

The invention provides a variable control excavation method for large deformation tunnel, which optimizes cross section, adjusts the curvature of structure contour, adopts the arch as a single center circle, the side wall as a large radius arc, and the inverted arch is connected with the side wall by a small radius arc; optimizes the combination form of steel frame, and reasonably selects the gradient reserved deformation, especially the excavation boundary of the first and second layers. The linear curvature of deformation is increased when the deformation is 25 cm between the planes; the temporary inverted arch is replaced by 6.5 m long bolt in the middle step, and the passive restraint is turned into active restraint; the \meter\ I18 longitudinal beam is added between the steel frames; and the length and height of the step are reasonably selected according to the special geological conditions. In order to solve the problem of using conventional construction methods to construct mountain tunnels with such geological conditions, there are great construction risks, which are extremely uncontrollable and extend the construction period to a certain extent. The invention belongs to the field of tunnel construction.

【技术实现步骤摘要】
一种大变形隧道控变开挖方法
本专利技术涉及一种大变形隧道控变方法，隧道地下建筑工程

技术介绍
随着国内基础设施建设的加快、隧道工程的大量兴建，将不可避免地要应对各种特殊地质引起的大变形。而穿越断层软弱带的山岭隧道所在的地形地貌一般是地表水易汇集的地带，目前正在施工的丽香铁路宗思隧道开挖揭示为炭质页岩，抗压抗剪强度低、遇水易软化、无自稳能力，也因围岩大变形，导致初期支护拆换，这些在很大程度上增大了施工风险。然而，现有技术中，缺乏能够对大变形隧道控变施工的施工方法，且因为穿越山岭隧道的地质情况很特殊，可供借鉴的施工方法也很少，而采用常规的施工方法对此类地质情况的山岭隧道进行施工则存在很大的施工风险，还会使得施工风险变得极为不可控，还在一定程度上延长了施工工期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种大变形隧道控变开挖方法，以解决采用常规的施工方法对此类地质情况的山岭隧道进行施工存在很大的施工风险，施工风险极为不可控，还在一定程度上延长了施工工期等问题。为解决上述问题，拟采用这样一种大变形隧道控变开挖方法，①优化断面，调整结构轮廓曲率，采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，其直径为725-730cm，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接，其直径为290-300cm；②优化钢架组合形式，合理选取渐变预留变形量，尤其第一层和第二层开挖界面之间按变形25cm施作，加大变形线性曲率至常规曲率的1.65-1.69倍，确保钢架连接板受力薄弱处密贴，钢架成环后轮廓圆顺；③中台阶采用6.5m长锚杆替换临时仰拱，将被动约束转为主动约束；④钢架间增设“米”型I18纵梁；⑤针对特殊地质情况，合理选择台阶长度、高度。进一步的，所述优化钢架组合形式应满足设计轮廓要求，并确保各台阶曲率线性顺接，尤其第一层和第二层开挖界面连接应与变形后形式连接圆顺；进一步的，所述中台阶6.5m长锚杆滞后2个开挖循环完成，并确保钻机作业空间；进一步的，所述钢架间“米”型I18纵梁与初期支护体系同步完成，并与前后钢架焊接牢固；进一步的，所述合理选择台阶长度、高度，应结合实际有水段和无水段动态调整；所述“米”型I18纵梁包括工字钢，工字钢为I18工字钢，隧道内钢拱架沿隧道的长度方向等间距分布设置，相邻两个钢拱架之间斜向设置有两段工字钢，相邻两钢拱架之间的距离为50cm，长度均为71cm，工字钢的两端加工为相互平行的45度斜角，工字钢的两端贴合焊接于钢拱架的侧壁，且工字钢的下端与钢拱架拱脚间距离为50cm，所述拱脚即为钢拱架的底部，以相邻三个钢拱架为一组，三个钢拱架通过成X型分布设置的四段工字钢固定连接。还包括有连接钢筋，连接钢筋为25mm直螺纹钢筋，长度85cm，相邻两个钢拱架之间斜向设置有两段连接钢筋，连接钢筋的两端分别固定于相邻两钢拱架上，以相邻三个钢拱架为一组，三个钢拱架通过成X型分布设置的四段连接钢筋固定连接，钢拱架与连接钢筋的连接方式为单面焊接，焊接长度为与钢拱架搭接长度，钢拱架的底部焊接固定有钢架连接板，钢拱架上位于钢架连接板的上侧固定有锁脚锚管，所述工字钢设置于锁脚锚管的上侧，连接钢筋设置于工字钢的上侧。②优化钢架组合形式中，钢架连接板的具体对接步骤如下：步骤一：通过施工现场收集变形规律，确定初期支护钢架变形量，进而确定钢架连接构件预变值；步骤二：对B单元钢架和C单元钢架连接处的钢架在施工前进行斜口加工，具体方法为：在钢架连接板与钢架本体连接处，以钢架本体的外侧为开口端对钢架本体进行斜口切割，斜口切割至钢架本体的内侧，而后将钢架连接板与切割后的钢架本体端部重新焊接即可，使得钢架本体端部的钢架连接板具有一个新的倾斜角，所述B单元钢架和C单元钢架是隧道初期支护钢架中作为拱顶的A单元钢架下端依次对接的两段钢架；步骤三：隧道开挖并对隧道优先挖好的上部进行初期支护，即安装A单元钢架和B单元钢架；步骤四：继续开挖隧道，A单元钢架和B单元钢架发生变形并逐渐稳定，而后，当隧道中部开挖完成后，在B单元钢架的下端对接C单元钢架即可，此时，由于A单元钢架和B单元钢架发生变形并稳定，B单元钢架和C单元钢架对接时，二者所组成的圆弧圆润平滑。所述钢架连接板的具体对接结构包括B单元钢架，B单元钢架是与隧道初期支护钢架中作为拱顶的A单元钢架的两端相对接的单元钢架，B单元钢架包括弧形的钢架本体和钢架连接板，钢架本体的端部斜向切割有斜口，所述斜口的开口端开设于钢架本体的外侧，斜口的末端延伸至钢架本体的内侧，通过斜口的开设使钢架本体的该端部内外两侧具有1.5-2.5cm的长度差，钢架连接板与切割斜口后的钢架本体的端部焊接固定。与现有技术相比，本专利技术优点如下：1、调整断面曲率，优化钢架组合形式，使其受力更均匀、合理，抵抗压力能力加强，减少变形，降低了安全风险；2、选取渐变预留变形量，使其变形较大节点处(尤其第一层和第二层开挖界面处)连接板密贴，提升抗剪能力，确保了连接质量；3、中台阶采用6.5m长锚杆替换临时仰拱，将被动约束转为主动约束，解除了同步作业的限制，增大了作业空间，提升了施工进度，控制水平收敛变形，整个锚杆设计简明、受力明确，操作简便、节约了施工时间，对于隧道施工具有极为重要的现实意义。附图说明图1是本专利技术的断面优化图；图2是本专利技术的台阶组合图；图3是“米”型I18纵梁的连接结构示意图；图4是本专利技术优化钢架组合形式图；图5是B单元钢架在切割斜口后，B、C单元钢架在施工前直接对接时的结构示意图；图6是B单元钢架在切割斜口前的结构示意图；图7是B单元钢架在切割斜口后的结构示意图。其中，附图标记：1-上台阶，2-中台阶，201-中台阶(左)，202-中台阶(右)，3-下台阶，,301下台阶(左)，302-下台阶(右)，4-仰拱初支；6-全环初支，7-预留变形量，8-复合式衬砌，9-内轨顶，10-仰拱衬砌，101-电缆槽及水沟11-A单元钢架，21-B单元钢架，211-钢架本体(B单元钢架)，221-钢架连接板(B单元钢架)，231-斜口(B单元钢架)，31-C单元钢架，41-D单元钢架，51-E单元钢架，61-F单元钢架，71-渐变预留量，81-复合式衬砌；501-工字钢，502-钢拱架，503-连接钢筋，504-锁脚锚管，505-钢架连接板。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例：参照附图1-5，本实施例提供一种大变形隧道控变开挖方法，具体如下：①优化断面，调整结构轮廓曲率，采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧(R726cm)，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接(R295cm)，具有适应应力流和变形的合理形状，以使结构受力及围岩稳定均处于有利条件，使其受力更合理，以满足设计净空要求。②优化钢架组合形式，合理选取渐变预留变形量，尤其第一层和第二层开挖界面之间按变形25cm施作，加大变形线性曲率至常规曲率的1.657倍，常规曲率是438，该曲率为726，确保钢架连接板受力薄弱处密贴，钢架成环后轮廓圆顺，均衡抵抗变形压力，使其受力状态更合理，避免局部受力不均，变形加剧、外凸，优化钢架组合形式应满足设计轮廓要求，并确保各台阶曲率线性顺接，尤其第一层和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大变形隧道控变开挖方法，其特征在于，具体方法如下：①优化断面，调整结构轮廓曲率，采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，其直径为725‑730cm，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接，其直径为290‑300cm；②优化钢架组合形式，合理选取渐变预留变形量，尤其第一层和第二层开挖界面之间按变形25cm施作，加大变形线性曲率至常规曲率的1.65‑1.69倍，确保钢架连接板受力薄弱处密贴，钢架成环后轮廓圆顺；③中台阶采用6.5m长锚杆替换临时仰拱，将被动约束转为主动约束；④钢架间增设“米”型I18纵梁；⑤针对特殊地质情况，合理选择台阶长度、高度。

【技术特征摘要】
1.一种大变形隧道控变开挖方法，其特征在于，具体方法如下：①优化断面，调整结构轮廓曲率，采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，其直径为725-730cm，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接，其直径为290-300cm；②优化钢架组合形式，合理选取渐变预留变形量，尤其第一层和第二层开挖界面之间按变形25cm施作，加大变形线性曲率至常规曲率的1.65-1.69倍，确保钢架连接板受力薄弱处密贴，钢架成环后轮廓圆顺；③中台阶采用6.5m长锚杆替换临时仰拱，将被动约束转为主动约束；④钢架间增设“米”型I18纵梁；⑤针对特殊地质情况，合理选择台阶长度、高度。2.根据权利要求1所述一种大变形隧道控变开挖方法，其特征在于：所述中台阶6.5m长锚杆滞后2个开挖循环完成，并确保钻机作业空间。3.根据权利要求1所述一种大变形隧道控变开挖方法，其特征在于：所述钢架间“米”型I18纵梁与初期支护体系同步完成，并与前后钢架焊接牢固。4.根据权利要求1所述一种大变形隧道控变开挖方法，其特征在于：所述“米”型I18纵梁包括工字钢(501)，工字钢(501)为I18工字钢，隧道内钢拱架(502)沿隧道的长度方向等间距分布设置，相邻两个钢拱架(502)之间斜向设置有两段工字钢(501)，相邻两钢拱架(502)之间的距离为50cm，长度均为71cm，工字钢(501)的两端加工为相互平行的45度斜角，工字钢(501)的两端贴合焊接于钢拱架(502)的侧壁，且工字钢(501)的下端与钢拱架(502)拱脚间距离为50cm，所述拱脚即为钢拱架的底部，以相邻三个钢拱架(502)为一组，三个钢拱架(502)通过成X型分布设置的四段工字钢(501)固定连接。5.根据权利要求4所述一种大变形隧道控变开挖方法，其特征在于：还包括有连接钢筋(503)，连接钢筋(503)为25mm直螺纹钢筋，长度85cm，相邻两个钢拱架(502)之间斜向设置有两段连接钢筋(503)，连接钢筋(503)的两端分别固定于相邻两钢拱架(502)上，以相邻三个钢拱架(502)为一组，三个钢拱架(502)通过成X型分布设置的四段连接钢筋(503)固定连接，钢拱架(...

【专利技术属性】
技术研发人员：万斐，李黎，梁恩华，唐忠全，浦同体，何复生，王国炜，曾军，薛蕴柯，秦凯，辜启辉，沈科，田立兵，李长松，陈林，
申请(专利权)人：中铁二局第一工程有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52