一种黄土隧道三台阶开挖施工结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种黄土隧道三台阶开挖施工结构，包括全断面支撑结构和布设于全断面支撑结构外侧的锚固体系，全断面支撑结构包括多榀全断面支撑架，隧道洞由上至下分为上部洞体、中部洞体和下部洞体；下部洞体的开挖面后方设置有隧底回填土层，隧底回填土层位于下部洞体内；隧底回填土层为供湿喷机械手进行前后移动的临时移动平台。本实用新型专利技术结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用短台阶或微台阶开挖方式并采用全断面支撑架结构与锚固体系进行联合支护，能有效提高隧道洞结构稳定性，开挖过程中通过湿喷机械手进行混凝土喷射，能有效加快施工进度，并能使初期支护快速封闭成环，进一步确保隧道结构稳固性。

【技术实现步骤摘要】
一种黄土隧道三台阶开挖施工结构
本技术属于隧道施工
，尤其是涉及一种黄土隧道三台阶开挖施工结构。
技术介绍
黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物。黄土湿陷系数(也称湿陷系数)是评价黄土湿陷性的力学参数，指在一定压力下，黄土湿陷系数是指土样浸水前后高度之差与土样原始高度之比。黄土湿陷系数是评价黄土湿陷性的一个重要指标，可由试验直接测出。根据黄土湿陷系数不同，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。其中，非湿陷性黄土是指在自重和外部荷载作用下被水浸湿后完全不发生湿陷或黄土湿陷系数＜0.015的黄土。非湿陷性黄土是黄土是在干旱气候条件下形成的特种土，一般为浅黄、灰黄或黄褐色,具有目视可见的大孔和垂直节理。湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土，有些杂填土也具有湿陷性，广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。通过地质勘察发现，黄土地层中黄土的类型较多，根据材质划分为砂质黄土(也称为砂黄土)、黏性黄土(也称为粘性黄土或粘黄土)等，其中砂黄土是指含有细砂颗粒量较高一般大于30％的黄土且其实质是黄土状土，粘黄土是指细砂含量小于15％、粘土含量大于25％的黄土且其实质是黄土状土；根据所处地质年代分为新黄土和老黄土，老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土且其一般不具有湿陷性，新黄土指比老黄土年代晚的黄土，新黄土结构疏松且一般具有湿陷性，新黄土多分布于老黄土之上。随着我国大力推行“一带一路”及西部大开发政策，在我国西北地区大量建设交通基础设施，使穿越黄土地层的隧道工程越来越多。黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性，对于处于黄土地层且隧道上部覆盖层大于隧道洞跨(即隧道开挖宽度)2.5倍的深埋隧道进行施工时，由于深埋隧道的埋深大，洞体周侧土层变形大。尤其是对于隧道开挖断面大于100m2的大断面隧道而言，洞体周侧土层变形非常大，并且开挖施工难度非常大。对大断面黄土隧道进行开挖时，采用台阶法进行开挖。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。其中，三台阶开挖法(也称为三台阶法)是指将所开挖隧道分为上、中、下三个台阶进行开挖。采用三台阶法对大断面黄土隧道进行开挖时，由于洞体周侧土层变形非常大，施工难度大且施工风险高，必须及时设置合理的支撑结构，一方面防止后续开挖区域坍塌，另一方面对已开挖成型洞体进行有效支护，以确保施工安全。现如今，国内外深埋黄土隧道施工过程中，由于黄土地质松软多孔、垂直节理发育、具有蠕变作用，特别是富水段落，开挖后围岩暴露时间过长极易发生加大变形，存在变形控制难度大、施工进度受到制约等问题。采用传统的三台阶法、三台阶临时仰拱法、三台阶大拱脚临时仰拱法、双侧壁导坑法、CD法等开挖施工方法进行开挖时，存在以下三个方面问题：第一、仰拱未及时封闭成环，围岩变形大，容易发生坍塌事故；第二、将大断面隧道断面分隔成几个小断面(分部)进行施工，开挖施工中需要架设和拆除大量临时支撑，施工工序多、对各小断面支护结构连接的工艺要求高；第三、空间断面被分割，作业空间狭小不利于大型机械施工，无法满足大型机械化施工需求，各工序之间干扰较大，各作业面无法同步作业，功效低，施工速度慢；第四、采用临时仰拱，工程成本高，且拆除过程中存在较大安全风险。
技术实现思路
本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，提供一种黄土隧道三台阶开挖施工结构，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用三台阶开挖方式并对中部洞体开挖面与上部洞体开挖面和下部洞体开挖面之间的间距均进行限定，实现大断面隧道的短台阶或微台阶开挖，确保开挖成型隧道洞的稳定性；并且，采用全断面支撑架结构隧道洞进行分层支护，并采用锚固体系对隧道洞外侧进行整体加固，确保大断面黄土隧道洞的结构稳定性，确保施工安全；同时，将下部洞体开挖面后侧的隧底回填土层作为供湿喷机械手前后移动的临时移动平台，并对上部洞体和中部洞体的开挖高度进行限定，实现开挖过程中通过湿喷机械手进行混凝土喷射的目的，能有效加快施工进度，并能使初期支护快速封闭成环，进一步确保隧道结构稳固性。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种黄土隧道三台阶开挖施工结构，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞进行支护的全断面支撑结构和布设于所述全断面支撑结构外侧的锚固体系；所述全断面支撑结构包括多榀对隧道洞进行支护的全断面支撑架，多榀所述全断面支撑架沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设，所述全断面支撑架的形状与隧道洞的横断面形状相同；所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固组，每榀所述全断面支撑架外侧均布设有一个所述锚固组，每榀所述全断面支撑架与其上所布设的所述锚固组均布设于隧道洞的同一个横断面上；所述隧道洞的横断面积大于100m2，所述隧道洞由上至下分为上部洞体、中部洞体和下部洞体；所述上部洞体为由后向前对所施工黄土隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体为由后向前对所施工黄土隧道进行中台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体为由后向前对所施工黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；所述中部洞体的开挖面位于上部洞体的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m，所述下部洞体的开挖面位于中部洞体的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m；每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞底部进行支护的隧道仰拱支架拼接而成，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体内的上部拱架、两个对称布设于上部拱架左右两侧下方且均位于中部洞体内的中部侧支架、两个对称布设于上部拱架左右两侧下方且均位于下部洞体内的下部侧支架组成，所述隧道仰拱支架位于下部洞体内；每个所述中部侧支架均连接于一个所述下部侧支架上端与上部拱架之间；所述隧道仰拱支架的左端与一个所述下部侧支架底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与另一个所述下部侧支架底部紧固连接；每个所述锚固组均包括左右两组对称布设于上部拱架左右两侧底部外侧的上锁脚锚管、左右两组对称布设的中锁脚锚管和左右两组对称布设的下锁脚锚管，两组所述上锁脚锚管、两组所述中锁脚锚管和两组所述下锁脚锚管均布设于隧道洞的同一个横断面上；每个所述中部侧支架的底部外侧均设置有一组所述中锁脚锚管，每个所述下部侧支架的底部外侧均设置有一组所述下锁脚锚管；每组所述上锁脚锚管均包括上下两个平行布设的上锁脚锚管，每组所述中锁脚锚管均包括上下两个平行布设的中锁脚锚管，每组所述下锁脚锚管均包括上下两个平行布设的下锁脚锚管；所述上锁脚锚管、中锁脚锚管和下锁脚锚管均为由内至外进入隧道洞周侧土层内的锁脚锚管且三者由内向外逐渐向下倾斜；所述上部洞体和中部洞体的开挖高度均为3.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黄土隧道三台阶开挖施工结构，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(1)进行支护的全断面支撑结构和布设于所述全断面支撑结构外侧的锚固体系；所述全断面支撑结构包括多榀对隧道洞(1)进行支护的全断面支撑架，多榀所述全断面支撑架沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设，所述全断面支撑架的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同；所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固组，每榀所述全断面支撑架外侧均布设有一个所述锚固组，每榀所述全断面支撑架与其上所布设的所述锚固组均布设于隧道洞(1)的同一个横断面上；/n所述隧道洞(1)的横断面积大于100m

【技术特征摘要】
1.一种黄土隧道三台阶开挖施工结构，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(1)进行支护的全断面支撑结构和布设于所述全断面支撑结构外侧的锚固体系；所述全断面支撑结构包括多榀对隧道洞(1)进行支护的全断面支撑架，多榀所述全断面支撑架沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设，所述全断面支撑架的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同；所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固组，每榀所述全断面支撑架外侧均布设有一个所述锚固组，每榀所述全断面支撑架与其上所布设的所述锚固组均布设于隧道洞(1)的同一个横断面上；
所述隧道洞(1)的横断面积大于100m2，所述隧道洞(1)由上至下分为上部洞体(1-1)、中部洞体(1-2)和下部洞体(1-3)；所述上部洞体(1-1)为由后向前对所施工黄土隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体(1-2)为由后向前对所施工黄土隧道进行中台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体(1-3)为由后向前对所施工黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；所述中部洞体(1-2)的开挖面位于上部洞体(1-1)的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m，所述下部洞体(1-3)的开挖面位于中部洞体(1-2)的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m；
每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞(1)底部进行支护的隧道仰拱支架(2)拼接而成，所述隧道仰拱支架(2)位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(2)与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；
所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体(1-1)内的上部拱架(2-1)、两个对称布设于上部拱架(2-1)左右两侧下方且均位于中部洞体(1-2)内的中部侧支架(5)、两个对称布设于上部拱架(2-1)左右两侧下方且均位于下部洞体(1-3)内的下部侧支架(6)组成，所述隧道仰拱支架(2)位于下部洞体(1-3)内；每个所述中部侧支架(5)均连接于一个所述下部侧支架(6)上端与上部拱架(2-1)之间；所述隧道仰拱支架(2)的左端与一个所述下部侧支架(6)底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)的右端与另一个所述下部侧支架(6)底部紧固连接；
每个所述锚固组均包括左右两组对称布设于上部拱架(2-1)左右两侧底部外侧的上锁脚锚管(8)、左右两组对称布设的中锁脚锚管(9)和左右两组对称布设的下锁脚锚管(10)，两组所述上锁脚锚管(8)、两组所述中锁脚锚管(9)和两组所述下锁脚锚管(10)均布设于隧道洞(1)的同一个横断面上；每个所述中部侧支架(5)的底部外侧均设置有一组所述中锁脚锚管(9)，每个所述下部侧支架(6)的底部外侧均设置有一组所述下锁脚锚管(10)；每组所述上锁脚锚管(8)均包括上下两个平行布设的上锁脚锚管(8)，每组所述中锁脚锚管(9)均包括上下两个平行布设的中锁脚锚管(9)，每组所述下锁脚锚管(10)均包括上下两个平行布设的下锁脚锚管(10)；所述上锁脚锚管(8)、中锁脚锚管(9)和下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小波，刘德兵，李瑛，常运超，李世军，王存宝，张博，魏军，何精伟，李明辉，
申请(专利权)人：中铁二十局集团第六工程有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61