穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法技术

本发明专利技术公开了一种穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体；隧道上部洞体内设置有中隔墙临时支护结构，隧道上部洞体的隧道初期支护结构包括拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系；上台阶开挖时，包括步骤：一、左侧导洞开挖及初期支护；二、右侧导洞开挖及初期支护。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，仅隧道上半断面采用中隔壁法开挖，缩小了开挖断面，保证了拱顶的稳定性；同时拱墙刚性支护体系和中隔墙临时支护结构均通过下垫梁进行支撑并连接为一体形成结构稳固的整体性支护体系，能避免上部洞体内初期支护拱架下沉并有效保证初期支护的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法
本专利技术属于隧道施工
，尤其是涉及一种穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法。
技术介绍
随着公路运输量加大以及基建工程的发展，单洞双线多车道公路大断面隧道越来越常见。大断面隧道施工相较于单线小断面隧道施工，在开挖过程中更容易引起拱顶大面积下沉。尤其大断面隧道在穿越断层破碎带施工过程中，往往具有开挖后拱顶变形速率快，短时间内下沉量过大、边墙片帮、拱架扭曲变形侵限，严重情况下导致隧洞垮塌等特点，此种情况下，若采用常规施工方法及支护体系，如台阶法、三台阶法、双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，一方面很控制变形，另一方面施工过程复杂，复杂的工法导致工序施工时间过长，围岩长期暴露，容易造成围岩大面积侵限、喷射混凝土剥落掉块、钢架扭曲变形等情形，进一步增加坍塌风险，安全质量无法保证得同时，也严重制约工期。断层破碎带是指断层两盘相对运动，相互挤压，使附近的岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，简称断裂带。台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶，也称隧道上部洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。采用台阶法对穿越地层破碎带的大断面隧道进行开挖时，上台阶的开挖难度非常大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，仅隧道上半断面采用中隔壁法开挖，缩小了开挖断面，保证了拱顶的稳定性；同时拱墙刚性支护体系和中隔墙临时支护结构均通过下垫梁进行支撑并连接为一体形成结构稳固的整体性支护体系，能避免上部洞体内初期支护拱架下沉并有效保证初期支护的稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体；所施工隧道为大断面隧道且其隧道洞包括隧道上部洞体和位于隧道上部洞体下方的隧道下部洞体，所述隧道上部洞体内设置有中隔墙临时支护结构；所述隧道上部洞体包括左侧导洞和位于左侧导洞右侧的右侧导洞，所述中隔墙临时支护结构位于左侧导洞与右侧导洞之间；所述隧道上部洞体的隧道初期支护结构包括拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系，所述拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系均为对隧道上部洞体的拱墙进行初期支护的支护结构且二者紧固连接为一体，所述拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系均沿隧道纵向延伸方向布设；所述拱墙刚性支护体系包括多榀对隧道上部洞体的拱墙进行支护的上部钢拱架和将多榀所述上部钢拱架紧固连接为一体的拱架纵向连接结构，多榀所述上部钢拱架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，所述上部钢拱架为拱形支架；所述隧道上部洞体的左右两侧底部分别设置有一道侧部下垫梁，两道所述侧部下垫梁呈对称布设且二者均沿隧道纵向延伸方向布设，每榀所述上部钢拱架的左右两侧底部分别支撑于两道所述侧部下垫梁上；所述拱架纵向连接结构包括多道第一纵向连接件，多道所述第一纵向连接件均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体内，多道所述第一纵向连接件沿隧道上部洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设；每榀所述上部钢拱架均与多道所述第一纵向连接件紧固连接；所述中隔墙临时支护结构包括一道中部下垫梁、多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的中隔墙和将多个所述中隔墙连接为一体的中隔墙纵向连接结构，每个所述中隔墙均位于左侧导洞与右侧导洞之间，所述中隔墙的形状与左侧导洞的右侧开挖轮廓线形状相同；所述中隔墙纵向连接结构包括多道由上至下布设的第二纵向连接件，多道所述第二纵向连接件均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体内，每个所述中隔墙均与多道所述第二纵向连接件紧固连接；所述中隔墙的数量与所述上部钢拱架的数量相同，每榀所述上部钢拱架内侧均设置有一个所述中隔墙，每榀所述上部钢拱架均与其内侧所设置的中隔墙布设于同一隧道横断面上；所述中隔墙为顶部与上部钢拱架紧固连接的拱形支架，所述中部下垫梁沿隧道纵向延伸方向进行布设，多个所述中隔墙底部均支撑于中部下垫梁上，所述中部下垫梁位于隧道上部洞体底部；两道所述侧部下垫梁分别为位于左侧导洞左侧底部的左侧下垫梁和位于右侧导洞右侧底部的右侧下垫梁，所述上部钢拱架由位于左侧导洞内的左侧拱架和位于右侧导洞内的右侧拱架连接而成，所述左侧拱架的外端支撑于所述左侧下垫梁上且其内端支撑于中隔墙上，所述右侧拱架的外端支撑于所述右侧下垫梁上且其内端与所述左侧拱架的内端连接；所述左侧拱架和位于左侧导洞内的第一纵向连接件组成左侧刚性支护结构，所述右侧拱架和位于右侧导洞内的第一纵向连接件组成右侧刚性支护结构；对所施工隧道进行上台阶开挖时，包括以下步骤：步骤一、左侧导洞开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧导洞进行开挖；所述左侧导洞开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法右后向前对开挖成型的左侧导洞进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的左侧导洞内对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构紧固连接为一体；步骤二、右侧导洞开挖及初期支护及初期支护：步骤一中所述左侧导洞开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对右侧导洞进行开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体；所述右侧导洞开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法右后向前对开挖成型的右侧导洞进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的右侧导洞内对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述右侧刚性支护结构与所述右侧下垫梁和步骤一中所述左侧刚性支护结构均紧固连接为一体，获得施工成型的隧道上部洞体的隧道初期支护结构。上述穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征是：步骤二中对右侧导洞进行开挖时，所述右侧导洞的掌子面与左侧导洞的掌子面之间的间距不小于20m。上述穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征是：步骤二中进行右侧导洞开挖过程中，同步对已施工成型的所述隧道初期支护结构进行变形监测，并根据变形监测结果对所述隧道初期支护结构是否发生变形侵限进行判断：当判断得出所述隧道上部洞体内的所述隧道初期支护结构存在变形侵限时，还需对隧道上部洞体中需进行换拱的需换拱段进行换拱施工；所述需换拱段为隧道上部洞体内的所述隧道初期支护结构已施工完成且所述隧道下部洞体未开挖的隧道段；所述需换拱段由侵限段和两个分别位于侵限段前后两侧的延伸段连接而成，所述侵限段为隧道上部洞体内的隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段，两个所述延伸段均为隧道上部洞体中与所述侵限段相邻且相互连通的隧道段，两个所述延伸段内需更换拱架的数量均不少于3榀；所述需更换拱架为所述隧道初期支护结构中的上部钢拱架，所述需换拱段内所述隧道初期支护结构中的所有上部钢拱架均为所述需更换拱架；对所述需换拱段进行换拱施工时，包括以下步骤：步骤A、临时仰拱施工：在所述需换拱段内施工临时仰拱；所述临时仰拱沿隧道纵向延伸方向布设，所述临时仰拱位于隧道上部洞体内侧底部；所述临时仰拱包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的临时仰拱支架、将多个所述临时仰拱支架紧固连接为一体的纵向连接结构和在所述需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体(1)；所施工隧道为大断面隧道且其隧道洞包括隧道上部洞体(1)和位于隧道上部洞体(1)下方的隧道下部洞体，所述隧道上部洞体(1)内设置有中隔墙临时支护结构；所述隧道上部洞体(1)包括左侧导洞(1‑1)和位于左侧导洞(1‑1)右侧的右侧导洞(1‑2)，所述中隔墙临时支护结构位于左侧导洞(1‑1)与右侧导洞(1‑2)之间；所述隧道上部洞体(1)的隧道初期支护结构包括拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系，所述拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系均为对隧道上部洞体(1)的拱墙进行初期支护的支护结构且二者紧固连接为一体，所述拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系均沿隧道纵向延伸方向布设；所述拱墙刚性支护体系包括多榀对隧道上部洞体(1)的拱墙进行支护的上部钢拱架(4)和将多榀所述上部钢拱架(4)紧固连接为一体的拱架纵向连接结构，多榀所述上部钢拱架(4)沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，所述上部钢拱架(4)为拱形支架；所述隧道上部洞体(1)的左右两侧底部分别设置有一道侧部下垫梁(6)，两道所述侧部下垫梁(6)呈对称布设且二者均沿隧道纵向延伸方向布设，每榀所述上部钢拱架(4)的左右两侧底部分别支撑于两道所述侧部下垫梁(6)上；所述拱架纵向连接结构包括多道第一纵向连接件(7)，多道所述第一纵向连接件(7)均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体(1)内，多道所述第一纵向连接件(7)沿隧道上部洞体(1)的开挖轮廓线由左至右进行布设；每榀所述上部钢拱架(4)均与多道所述第一纵向连接件(7)紧固连接；所述中隔墙临时支护结构包括一道中部下垫梁(10)、多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的中隔墙(8)和将多个所述中隔墙(8)连接为一体的中隔墙纵向连接结构，每个所述中隔墙(8)均位于左侧导洞(1‑1)与右侧导洞(1‑2)之间，所述中隔墙(8)的形状与左侧导洞(1‑1)的右侧开挖轮廓线形状相同；所述中隔墙纵向连接结构包括多道由上至下布设的第二纵向连接件(9)，多道所述第二纵向连接件(9)均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体(1)内，每个所述中隔墙(8)均与多道所述第二纵向连接件(9)紧固连接；所述中隔墙(8)的数量与所述上部钢拱架(4)的数量相同，每榀所述上部钢拱架(4)内侧均设置有一个所述中隔墙(8)，每榀所述上部钢拱架(4)均与其内侧所设置的中隔墙(8)布设于同一隧道横断面上；所述中隔墙(8)为顶部与上部钢拱架(4)紧固连接的拱形支架，所述中部下垫梁(10)沿隧道纵向延伸方向进行布设，多个所述中隔墙(8)底部均支撑于中部下垫梁(10)上，所述中部下垫梁(10)位于隧道上部洞体(1)底部；两道所述侧部下垫梁(6)分别为位于左侧导洞(1‑1)左侧底部的左侧下垫梁和位于右侧导洞(1‑2)右侧底部的右侧下垫梁，所述上部钢拱架(4)由位于左侧导洞(1‑1)内的左侧拱架和位于右侧导洞(1‑2)内的右侧拱架连接而成，所述左侧拱架的外端支撑于所述左侧下垫梁上且其内端支撑于中隔墙(8)上，所述右侧拱架的外端支撑于所述右侧下垫梁上且其内端与所述左侧拱架的内端连接；所述左侧拱架和位于左侧导洞(1‑1)内的第一纵向连接件(7)组成左侧刚性支护结构，所述右侧拱架和位于右侧导洞(1‑2)内的第一纵向连接件(7)组成右侧刚性支护结构；对所施工隧道进行上台阶开挖时，包括以下步骤：步骤一、左侧导洞开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧导洞(1‑1)进行开挖；所述左侧导洞(1‑1)开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法右后向前对开挖成型的左侧导洞(1‑1)进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的左侧导洞(1‑1)内对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构紧固连接为一体；步骤二、右侧导洞开挖及初期支护及初期支护：步骤一中所述左侧导洞(1‑1)开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对右侧导洞(1‑2)进行开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体(1)；所述右侧导洞(1‑2)开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法右后向前对开挖成型的右侧导洞(1‑2)进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的右侧导洞(1‑2)内对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述右侧刚性支护结构与所述右侧下垫梁和步骤一中所述左侧刚性支护结构均紧固连接为一体，获得施工成型的隧道上部洞体(1)的隧道初期支护结构。...

【技术特征摘要】
1.一种穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工隧道进行上台阶开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体(1)；所施工隧道为大断面隧道且其隧道洞包括隧道上部洞体(1)和位于隧道上部洞体(1)下方的隧道下部洞体，所述隧道上部洞体(1)内设置有中隔墙临时支护结构；所述隧道上部洞体(1)包括左侧导洞(1-1)和位于左侧导洞(1-1)右侧的右侧导洞(1-2)，所述中隔墙临时支护结构位于左侧导洞(1-1)与右侧导洞(1-2)之间；所述隧道上部洞体(1)的隧道初期支护结构包括拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系，所述拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系均为对隧道上部洞体(1)的拱墙进行初期支护的支护结构且二者紧固连接为一体，所述拱墙锚网喷支护结构和拱墙刚性支护体系均沿隧道纵向延伸方向布设；所述拱墙刚性支护体系包括多榀对隧道上部洞体(1)的拱墙进行支护的上部钢拱架(4)和将多榀所述上部钢拱架(4)紧固连接为一体的拱架纵向连接结构，多榀所述上部钢拱架(4)沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，所述上部钢拱架(4)为拱形支架；所述隧道上部洞体(1)的左右两侧底部分别设置有一道侧部下垫梁(6)，两道所述侧部下垫梁(6)呈对称布设且二者均沿隧道纵向延伸方向布设，每榀所述上部钢拱架(4)的左右两侧底部分别支撑于两道所述侧部下垫梁(6)上；所述拱架纵向连接结构包括多道第一纵向连接件(7)，多道所述第一纵向连接件(7)均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体(1)内，多道所述第一纵向连接件(7)沿隧道上部洞体(1)的开挖轮廓线由左至右进行布设；每榀所述上部钢拱架(4)均与多道所述第一纵向连接件(7)紧固连接；所述中隔墙临时支护结构包括一道中部下垫梁(10)、多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的中隔墙(8)和将多个所述中隔墙(8)连接为一体的中隔墙纵向连接结构，每个所述中隔墙(8)均位于左侧导洞(1-1)与右侧导洞(1-2)之间，所述中隔墙(8)的形状与左侧导洞(1-1)的右侧开挖轮廓线形状相同；所述中隔墙纵向连接结构包括多道由上至下布设的第二纵向连接件(9)，多道所述第二纵向连接件(9)均沿隧道纵向延伸方向布设且其均布设于隧道上部洞体(1)内，每个所述中隔墙(8)均与多道所述第二纵向连接件(9)紧固连接；所述中隔墙(8)的数量与所述上部钢拱架(4)的数量相同，每榀所述上部钢拱架(4)内侧均设置有一个所述中隔墙(8)，每榀所述上部钢拱架(4)均与其内侧所设置的中隔墙(8)布设于同一隧道横断面上；所述中隔墙(8)为顶部与上部钢拱架(4)紧固连接的拱形支架，所述中部下垫梁(10)沿隧道纵向延伸方向进行布设，多个所述中隔墙(8)底部均支撑于中部下垫梁(10)上，所述中部下垫梁(10)位于隧道上部洞体(1)底部；两道所述侧部下垫梁(6)分别为位于左侧导洞(1-1)左侧底部的左侧下垫梁和位于右侧导洞(1-2)右侧底部的右侧下垫梁，所述上部钢拱架(4)由位于左侧导洞(1-1)内的左侧拱架和位于右侧导洞(1-2)内的右侧拱架连接而成，所述左侧拱架的外端支撑于所述左侧下垫梁上且其内端支撑于中隔墙(8)上，所述右侧拱架的外端支撑于所述右侧下垫梁上且其内端与所述左侧拱架的内端连接；所述左侧拱架和位于左侧导洞(1-1)内的第一纵向连接件(7)组成左侧刚性支护结构，所述右侧拱架和位于右侧导洞(1-2)内的第一纵向连接件(7)组成右侧刚性支护结构；对所施工隧道进行上台阶开挖时，包括以下步骤：步骤一、左侧导洞开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对左侧导洞(1-1)进行开挖；所述左侧导洞(1-1)开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法右后向前对开挖成型的左侧导洞(1-1)进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-1)内对所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述左侧下垫梁、所述中隔墙临时支护结构和所述左侧刚性支护结构紧固连接为一体；步骤二、右侧导洞开挖及初期支护及初期支护：步骤一中所述左侧导洞(1-1)开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对右侧导洞(1-2)进行开挖，获得开挖成型的隧道上部洞体(1)；所述右侧导洞(1-2)开挖过程中，采用锚网喷联合支护方法右后向前对开挖成型的右侧导洞(1-2)进行初期支护，同时由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-2)内对所述右侧下垫梁和所述右侧刚性支护结构分别进行施工，并使所述右侧刚性支护结构与所述右侧下垫梁和步骤一中所述左侧刚性支护结构均紧固连接为一体，获得施工成型的隧道上部洞体(1)的隧道初期支护结构。2.按照权利要求1所述的穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征在于：步骤二中对右侧导洞(1-2)进行开挖时，所述右侧导洞(1-2)的掌子面与左侧导洞(1-1)的掌子面之间的间距不小于20m。3.按照权利要求1或2所述的穿越地层破碎带隧道上台阶中隔壁施工方法，其特征在于：步骤二中进行右侧导洞开挖过程中，同步对已施工成型的所述隧道初期支护结构进行变形监测，并根据变形监测结果对所述隧道初期支护结构是否发生变形侵限进行判断：当判断得出所述隧道上部洞体(1)内的所述隧道初期支护结构存在变形侵限时，还需对隧道上部洞体(1)中需进行换拱的需换拱段进行换拱施工；所述需换拱段为隧道上部洞体(1)内的所述隧道初期支护结构已施工完成且所述隧道下部洞体未开挖的隧道段；所述需换拱段由侵限段和两个分别位于侵限段前后两侧的延伸段连接而成，所述侵限段为隧道上部洞体(1)内的隧道初期支护结构发生变形侵限的隧道段，两个所述延伸段均为隧道上部洞体(1)中与所述侵限段相邻且相互连通的隧道段，两个所述延伸段内需更换拱架的数量均不少于3榀；所述需更换拱架为所述隧道初期支护结构中的上部钢拱架(4)，所述需换拱段内所述隧道初期支护结构中的所有上部钢拱架(4)均为所述需更换拱架；对所述需换拱段进行换拱施工时，包括以下步骤：步骤A、临时仰拱施工：在所述需换拱段内施工临时仰拱；所述临时仰拱沿隧道纵向延伸方向布设，所述临时仰拱位于隧道上部洞体(1)内侧底部；所述临时仰拱包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的临时仰拱支架(22)、将多个所述临时仰拱支架(22)紧固连接为一体的纵向连接结构和在所述需换拱段内的隧道下部未开挖岩体(28)上浇筑成型的仰拱混凝土浇筑结构(30)，所述临时仰拱支架(22)和所述纵向连接结构均浇筑于仰拱混凝土浇筑结构(30)内；所述纵向连接结构包括多道沿临时仰拱支架(22)的长度方向由左至右布设的第三纵向连接件，所述第三纵向连接件沿隧道纵向延伸方向布设，每道所述第三纵向连接件均与多个所述临时仰拱支架(22)紧固连接；所述临时仰拱支架(22)为布设于隧道上部洞体(1)内侧底部的拱形支架，所述临时仰拱支架(22)支撑于隧道下部未开挖岩体(28)上，每榀所述需更换拱架(4)的正下方均设置有一个所述临时仰拱支架(22)，每榀所述需更换拱架(4)均与位于其正下方的临时仰拱支架(22)布设于同一隧道横断面上且二者组成一个封闭式支撑架，每个所述临时仰拱支架(22)的左右两端分别与位于其正上方的需更换拱架(4)的左右两侧下部紧固连接；步骤B、门架式支撑结构架立：在步骤A中所述临时仰拱上架立多个对需更换拱架(4)进行支撑的门架式支撑结构，多个所述需更换拱架(4)沿隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭朋超，吴金刚，徐国斌，徐佳明，杨晓芳，李俊伟，王百忍，宋凤报，王寅，刘海松，
申请(专利权)人：中铁二十局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61