一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法技术

本申请公开了一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法。该方法包括以下步骤：斜井曲墙式衬砌支护，斜井直墙式衬砌支护，门架上部拱架支护，挑顶导洞开挖支护，门架加强环支护，挑顶导洞段正洞支护，正洞上台阶开挖支护，正洞上中台阶开挖支护，正洞上中下台阶开挖支护，正洞上中下台阶及仰拱开挖支护。本发明专利技术针对软弱、富水地层大断面隧道挑顶施工，提出了交叉口段采用门架上部拱架和门架加强环联合支护的新型结构，优化了门架加强环支护强度及挑顶施工工艺，所提新型联合支护结构有效减少了开挖面围岩的超挖面积和变形量，加强了应力集中部位的支护强度，通过合理组织工序加快了由斜井进正洞交叉口段的施工进度。序加快了由斜井进正洞交叉口段的施工进度。序加快了由斜井进正洞交叉口段的施工进度。

【技术实现步骤摘要】
一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法


[0001]本申请涉及隧道施工的
，尤其涉及一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法。

技术介绍

[0002]国民经济快速持续发展促进了交通运输和隧道工程建设的繁荣，一大批特长和长大隧道应运而生。我国已成为世界上隧道建设规模最大、发展速度最快、修建难度最高的国家。为加快掘进速度、协助通风排水，长大隧道通常设置斜井做为辅助坑道增加工作面。由于斜井进入正洞的交叉口段空间结构复杂，应力转化频繁，特别是不可避免地穿越软弱、富水、断层破碎带等复杂地质条件时容易发生坍塌风险，研究一种快捷、安全的挑顶施工方案具有较强的现实意义。
[0003]目前，国内外诸多学者在隧道挑顶技术方面进行了大量研究和总结，并取得了一系列成果。常用的斜井进正洞施工方法包括以下五种：大包法、小包法、棚架套拱挑顶法、导洞挑顶法以及斜井挑梁施工法。关于不同地质或施工条件下的挑顶技术研究仍多以斜井和正洞的交叉口为切入点，采用提前渐变、渐变处二次衬砌施工后在设计断面转换处突变的方法。然而，针对软弱、富水、断层破碎带等复杂地质条件下的大断面隧道工程，在交叉口段狭小作业空间下，工序错综复杂，初期支护强度不足以抑制围岩变形，支护结构拆换及多种受力结构交叉的状况依然存在，未能彻底改善交叉口段围岩复杂的受力状态。
[0004]中国专利CN201910519993.6公开了一种大断面软岩变形隧道斜井进正洞挑顶施工方法，该专利技术通过挑顶拱架承重梁，挑顶小导洞开挖支护，小导洞段正洞支护，正洞上台阶开挖支护，正洞上中台阶开挖支护，正洞上中下台阶开挖支护，将正洞大洞室分解成小洞室进行分段开挖，以辅助坑道结构及门架为基点，对小洞室单元结构进行支撑，形成稳定的结构，完成正洞台阶法施工转换。但该专利技术存在如下不足之处：其一，斜井与正洞交叉口处结构受力复杂、应力转化频繁，仅采用挑顶拱架承重梁支撑正洞拱架支护偏弱，存在衬砌结构大变形、隧道围岩垮塌等危害，应采取措施加强交叉口处支护强度；其二，斜井交叉口段一次性、全断面开挖支护挑顶拱架不利于围岩稳定，超挖面积和扩挖时间较大，易造成隧道变形或坍塌等危害；其三，斜井井底施工结束后施作挑顶拱架，对于采用台阶法开挖的大断面斜井，由于挑顶拱架为一次性全断面安装，故需要等到下台阶开挖支护至正洞开挖轮廓线的斜井侧时方才可以施工，这将显著延长工期时间、降低施工效率。
[0005]综上所述，上述相关技术中，在交叉口段支护强度弱、围岩超挖量大、施工工期长，不足以解决复杂地质条件下的挑顶施工问题，亟需研究一种适用于软弱、富水等复杂地质条件下大断面隧道挑顶施工方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请提供一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，解决了复杂地质条件下斜井与正洞的交叉口处挑顶施工问题。
[0007]本申请提供一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，包括以下步骤：
[0008]S1.斜井曲墙式衬砌支护：
[0009]S1
‑
1.斜井上台阶开挖支护：
[0010]对所述斜井上台阶开挖并安装曲墙式衬砌的上断面，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；
[0011]S1
‑
2.斜井下台阶开挖支护：
[0012]对所述斜井下台阶开挖并安装曲墙式衬砌的下断面，斜井下台阶采用左右两侧交错开挖，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；
[0013]S2.斜井直墙式衬砌支护：
[0014]在距正洞开挖轮廓线内侧第一预定距离处，对所述斜井在被降低底面后采用台阶法开挖并进行直墙式衬砌支护，施作锚网喷联合支护；
[0015]S3.门架上部拱架支护：
[0016]在距正洞开挖轮廓线内侧第二预定距离处，对所述斜井上断面进行门架上部拱架支护并施作锚网喷联合支护，待斜井下台阶开挖至完成后进行门架上部拱架的下断面支护；
[0017]S4.挑顶导洞开挖支护：
[0018]在垂直于正洞隧道轴线方向，沿着正洞开挖轮廓线并预留变形量，对所述斜井进行挑顶导洞开挖支护；
[0019]S5.门架加强环支护：
[0020]对所述挑顶导洞开挖支护直至正洞开挖轮廓线外侧的上台阶底面处，且所述门架上部拱架的下断面支护至正洞开挖轮廓线的内侧时，进行交叉口段的门架加强环支护；
[0021]S6.挑顶导洞段正洞支护：
[0022]所述门架加强环支护稳定后，施作正洞异型拱架并及时施作锚网喷联合支护；
[0023]S7.正洞上台阶开挖支护：
[0024]所述正洞异型拱架支护完成后，拆除挑顶导洞一侧立柱并沿该方向进行正洞上台阶开挖支护，当满足预定施工空间后，所述正洞上台阶的每个作业面同步进行开挖支护；
[0025]S8.正洞上台阶和正洞中台阶开挖支护：
[0026]当所述正洞上台阶的作业面施工足够距离后，再进行挑顶导洞宽度范围内正洞中台阶的开挖支护，待正洞中台阶沿一个方向施工后，所述正洞上台阶和正洞中台阶的每个作业面同步进行开挖支护；
[0027]S9.正洞上台阶、正洞中台阶和正洞下台阶开挖支护：
[0028]所述正洞上台阶和正洞中台阶施工足够距离后，再进行挑顶导洞宽度范围内正洞下台阶的开挖支护，正洞下台阶向一个方向施工足够距离后，所述正洞上台阶、正洞中台阶和正洞下台阶的每个作业面同步进行开挖支护，直至形成三台阶；
[0029]S10.正洞上台阶、正洞中台阶、正洞下台阶以及仰拱开挖支护：
[0030]当形成三台阶且具有足够的施工作业空间后，进行仰拱开挖支护，然后正洞上台阶、中台阶、下台阶和仰拱的每个作业面进行同步施工，并向一个方向施作二次衬砌形成正常的作业工序，完成所述斜井进正洞的挑顶施工。
[0031]可选地，步骤S1中，若围岩较好，斜井的开挖方式为人工风镐配合挖机开挖；若围岩较差，斜井的开挖方式为控制爆破开挖。
[0032]可选地，在步骤S2中，所述第一预定距离为1m～5m，所述斜井底面被降低后的高度为50cm～100cm，所述直墙式衬砌拱顶高度与曲墙式衬砌拱顶高度相同，直墙式衬砌宽度范围内预留有门架加强环的安装宽度。
[0033]可选地，在步骤S3中，所述第二预定距离为门架加强环的厚度，所述门架上部拱架(4)的拱顶高度为挑顶导洞(5)的拱顶高度，所述门架上部拱架(4)的拱部弧度应确保正洞异型拱架(7)内侧放置于门架加强环(6)上。
[0034]可选地，在步骤S4中，所述挑顶导洞的拱顶高度为以相对水平进入正洞开挖轮廓线的高度，挑顶导洞的宽度为门架上部拱架宽度的1/3～1/2，挑顶导洞的断面形状为梯形或拱形，挑顶导洞采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护，两侧边墙喷射素砼封闭围岩。
[0035]可选地，在步骤S5中，所述门架加强环是由若干榀挑顶门架、套拱、衬砌模拱以及混凝土浇筑形成的整体式结构，门架加强环的托梁高度与门架上部拱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软弱富水地层大断面隧道斜井进正洞挑顶施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.斜井曲墙式衬砌(2)支护：S1
‑
1.斜井(1)上台阶开挖支护：对所述斜井(1)上台阶开挖并安装曲墙式衬砌(2)的上断面，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；S1
‑
2.斜井(1)下台阶开挖支护：对所述斜井(1)下台阶开挖并安装曲墙式衬砌(2)的下断面，斜井(1)下台阶采用左右两侧交错开挖，初期支护采用型钢拱架、系统锚杆、钢筋网、混凝土联合支护；S2.斜井直墙式衬砌(3)支护：在距正洞开挖轮廓线(85)内侧第一预定距离处，对所述斜井(1)在被降低底面后采用台阶法开挖并进行直墙式衬砌支护(3)，施作锚网喷联合支护；S3.门架上部拱架(4)支护：在距正洞开挖轮廓线(85)内侧第二预定距离处，对所述斜井(1)上断面进行门架上部拱架(4)支护并施作锚网喷联合支护，待斜井(1)下台阶开挖完成后进行门架上部拱架(4)的下断面支护；S4.挑顶导洞(5)开挖支护：在垂直于正洞(8)隧道轴线方向，沿着正洞开挖轮廓线(85)并预留变形量，对所述斜井(1)进行挑顶导洞(5)开挖支护；S5.门架加强环支护(6)：对所述挑顶导洞(5)开挖支护直至正洞开挖轮廓线(85)外侧的上台阶底面处，且所述门架上部拱架(4)的下断面支护至正洞开挖轮廓线(85)的内侧时，进行交叉口段的门架加强环支护(6)，所述门架加强环(6)是由若干榀挑顶门架(61)、套拱(62)、衬砌模拱(63)以及混凝土浇筑形成的整体式结构；S6.挑顶导洞段正洞支护：所述门架加强环(6)支护稳定后，施作正洞异型拱架(7)并施作锚网喷联合支护；S7.正洞上台阶(81)开挖支护：所述正洞异型拱架(7)支护完成后，拆除挑顶导洞(5)一侧立柱并沿该方向进行正洞上台阶(81)开挖支护，当满足预定施工空间后，所述正洞上台阶(81)的每个作业面同步进行开挖支护；S8.正洞上台阶(81)和正洞中台阶(82)开挖支护：当所述正洞上台阶(81)的作业面施工足够距离后，再进行挑顶导洞(5)宽度范围内正洞中台阶(82)的开挖支护，待正洞中台阶(82)沿一个方向施工后，所述正洞上台阶(81)和正洞中台阶(82)的每个作业面同步进行开挖支护；S9.正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)和正洞下台阶(83)开挖支护：所述正洞上台阶(81)和正洞中台阶(82)施工足够距离后，再进行挑顶导洞(5)宽度范围内正洞下台阶(83)的开挖支护，正洞下台阶(83)向一个方向施工足够距离后，所述正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)和正洞下台阶(83)的每个作业面再同时进行开挖支护，直至形成三台阶；
S10.正洞上台阶(81)、正洞中台阶(82)、正洞下台阶(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾，李馨芳，张晓平，代立宪，易连飞，张博，金坤学，瞿刚，
申请(专利权)人：中铁十二局集团第二工程有限公司武汉大学中铁建云南投资有限公司，
类型：发明
国别省市：