【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及特大断面隧道施工，特别是涉及一种适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法。
技术介绍
1、随着我国中西部地区经济的发展，中西部地区的交通基础建设，如黄土隧道建设得到快速发展。传统的双车道隧道已不能满足通行需求，越来越多的三车道、四车道隧道应运而生，但是增加车道数势必会增加隧道宽度，导致隧道开挖面积增大，产生了特大断面黄土隧道。由于黄土具有垂直裂隙发育、剪切强度低的特点，在黄土地层中开挖隧道通常会引发土体突然坍塌和支护结构变形过大的现象。尤其是对于开挖断面积大于100m2的隧道，施工安全风险很高。
2、现阶段，国内针对特大断面黄土隧道的开挖普遍采用双侧壁导坑法施工。双侧壁导坑法将隧道断面分为数个部分，分步开挖，双侧壁导坑法施工断面如附图1所示，施工顺序如下表1所示。
3、表1双侧壁导坑法施工顺序
4、
5、
6、可见现有的双侧壁导坑法施工过程中需要不断架设、拆除临时钢架，并且施工中对各个小断面的支护结构连接工艺要求较高，工序繁多、复杂，容易相互影响，特别是作业空间狭小不利于机械化施工，导致施工进度缓慢，各道工序的实际变形量难以控制。
7、目前，对于隧道施工方法还有单侧壁导坑法，单侧壁导坑法是将隧道断面分为四部分，分部进行开挖，其施工断面如附图2所示，施工顺序如下表2所示。
8、表2单侧壁导坑法施工顺序
9、
10、
11、该单侧壁导坑法虽然施工步骤较为简单，但其并不适合特大断面黄土隧道的开挖，存在
12、由此可见，上述现有的单侧壁导坑法和双侧壁导坑法均存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，使其克服上述单侧壁导坑法和双侧壁导坑法存在的问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，使其针对单侧壁导坑法进行改进，满足特大断面黄土隧道的施工要求，兼具施工工序少，施工效率高和施工安全性高的特点，从而克服现有的单侧壁导坑法和双侧壁导坑法的不足。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，包括如下步骤：
3、(1)将隧道开挖断面内的土体划分为上下两台阶，先对上台阶中左区域开挖，同时对上台阶左区域开挖后的左侧壁断面进行初期支护，以及对其右侧断面进行临时支护；其中，上台阶左区域的底部宽度小于整个隧道开挖断面宽度的50％；
4、(2)对上台阶中右区域开挖，留核心土，所述核心土的底部小于整个隧道开挖断面宽度的40％，同时对右区域开挖后的右侧壁断面进行初期支护；
5、(3)开挖所述核心土；
6、(4)对下台阶中左侧区域开挖，对下台阶左侧区域开挖后的左侧壁断面进行初期支护；其中，下台阶左侧区域的顶部宽度小于整个隧道开挖断面宽度的20％；
7、(5)对下台阶中右侧区域开挖，对下台阶右侧区域开挖后的右侧壁断面进行初期支护；其中，下台阶右侧区域的顶部宽度小于整个隧道开挖断面宽度的20％；
8、(6)拆除由临时支护形成的中隔壁，同时开挖下台阶中心区域，并进行仰拱初期支护，再依次完成全断面仰拱二次衬砌、全断面仰拱填充和全断面拱墙二次衬砌，完成特大断面黄土隧道施工。
9、进一步改进，上台阶左区域的底部宽度占整个隧道开挖断面宽度的40-45％，核心土的底部占整个隧道开挖断面宽度的34-40％，所述核心土的高度占整个隧道开挖断面宽度的22-30％，下台阶左侧区域和下台阶右侧区域的顶部宽度均占整个隧道开挖断面宽度的10-15％。
10、进一步改进，步骤(1)中上台阶左区域开挖导坑超前步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑10-15m，步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑超前步骤(3)中核心土开挖2-4m，步骤(3)中核心土开挖超前步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑5-8m，步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑超前步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑2-4m，步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑超前步骤(6)中下台阶中心区域开挖导坑2-4m，且施工过程中各开挖面之间距离保持不变。
11、进一步改进，步骤(1)中上台阶左区域开挖导坑超前步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑13m，步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑超前步骤(3)中核心土开挖3m，步骤(3)中核心土开挖超前步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑7m，步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑超前步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑3m，步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑超前步骤(6)中下台阶中心区域开挖导坑3m，且各步骤的开挖进尺为1m。
12、进一步改进，实施步骤(1)前，还包括先对隧道开挖断面的上部进行超前小导管施工的步骤，超前小导管的水平向上倾角为5-12°。
13、进一步改进，各步骤中初期支护的支护参数为：采用hw175型钢拱架，纵向间距50cm，挂φ8钢筋网20cm×20cm，喷射c25混凝土30cm；
14、临时支护的支护参数为：采用i20a型钢拱架，纵向间距50cm，挂φ6钢筋网20cm×20cm，喷射c25混凝土22cm；
15、二次衬砌的支护参数为：主筋φ25，分布筋φ14，喷射c35混凝土70cm。
16、进一步改进，步骤(1)中还包括对初期支护后的上台阶左侧壁断面的拱腰和拱腰上部分别施工两根锁脚锚管的步骤；
17、步骤(2)中还包括对初期支护后的上台阶右侧壁断面的拱腰和拱腰上部分别施工两根锁脚锚管的步骤；
18、步骤(4)中还包括对初期支护后的下台阶左侧壁断面的拱腰下部施工两根锁脚锚管的步骤；
19、步骤(5)中还包括对初期支护后的下台阶右侧壁断面的拱腰下部施工两根锁脚锚管的步骤。
20、进一步改进，所述锁脚锚管采用φ60*5mm的锁脚锚管，其长度为400cm，垂直向外倾角为30-45°。
21、进一步改进，所述特大断面黄土隧道的隧道开挖宽度小于20m，开挖高度小于14m，隧道开挖截面面积小于190m2。
22、进一步改进，所述两台阶五步带仰拱法的适用条件为：弹性模量大于60mpa，含水率小于18％，密度大于1.55g/cm3且小于1.70g/cm3。
23、采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：
24、本专利技术两台阶五步带仰拱法通过对单侧壁导坑法进行改进，通过上下台阶的分步开挖，缩小上台阶左侧区域开挖的跨度，降低左侧开挖时拱顶沉降以及围岩变形，又通过在上台阶右区域开挖时预留核心土，能更好的控制围岩变形，还通过减少下台阶左侧区域和右侧区域的跨度，适应特大断面黄土隧道的开挖要求，保证特大断面黄土隧道的施工安全性。
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1.一种适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，上台阶左区域的底部宽度占整个隧道开挖断面宽度的40-45％，核心土的底部占整个隧道开挖断面宽度的34-40％，所述核心土的高度占整个隧道开挖断面宽度的22-30％，下台阶左侧区域和下台阶右侧区域的顶部宽度均占整个隧道开挖断面宽度的10-15％。
3.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，步骤(1)中上台阶左区域开挖导坑超前步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑10-15m，步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑超前步骤(3)中核心土开挖2-4m，步骤(3)中核心土开挖超前步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑5-8m，步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑超前步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑2-4m，步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑超前步骤(6)中下台阶中心区域开挖导坑2-4m，且施工过程中各开挖面之间距离保持不变。
4.根据权利要求3所述的适用于特大断面黄土隧道的
5.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，实施步骤(1)前，还包括先对隧道开挖断面的上部进行超前小导管施工的步骤，超前小导管的水平向上倾角为5-12°。
6.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，各步骤中初期支护的支护参数为：采用HW175型钢拱架，纵向间距50cm，挂φ8钢筋网20cm×20cm，喷射C25混凝土30cm；
7.根据权利要求6所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，步骤(1)中还包括对初期支护后的上台阶左侧壁断面的拱腰和拱腰上部分别施工两根锁脚锚管的步骤；
8.根据权利要求7所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，所述锁脚锚管采用φ60*5mm的锁脚锚管，其长度为400cm，垂直向外倾角为30-45°。
9.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，所述特大断面黄土隧道的隧道开挖宽度小于20m，开挖高度小于14m，隧道开挖截面面积小于190m2。
10.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，所述两台阶五步带仰拱法的适用条件为：弹性模量大于60MPa，含水率小于18％，密度大于1.55g/cm3且小于1.70g/cm3。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，上台阶左区域的底部宽度占整个隧道开挖断面宽度的40-45％，核心土的底部占整个隧道开挖断面宽度的34-40％，所述核心土的高度占整个隧道开挖断面宽度的22-30％，下台阶左侧区域和下台阶右侧区域的顶部宽度均占整个隧道开挖断面宽度的10-15％。
3.根据权利要求1所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，步骤(1)中上台阶左区域开挖导坑超前步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑10-15m，步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑超前步骤(3)中核心土开挖2-4m，步骤(3)中核心土开挖超前步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑5-8m，步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑超前步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑2-4m，步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑超前步骤(6)中下台阶中心区域开挖导坑2-4m，且施工过程中各开挖面之间距离保持不变。
4.根据权利要求3所述的适用于特大断面黄土隧道的两台阶五步带仰拱法，其特征在于，步骤(1)中上台阶左区域开挖导坑超前步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑13m，步骤(2)中上台阶右区域开挖导坑超前步骤(3)中核心土开挖3m，步骤(3)中核心土开挖超前步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑7m，步骤(4)中下台阶左侧区域开挖导坑超前步骤(5)中下台阶右侧区域开挖导坑3m，步骤(...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建功，王起才，沈国栋，刘昌坤，李盛，薛彦瑾，马莉，乔明磊，崔晓宁，王堃，陈智刚，杨珍琦，蔡虎斌，
申请(专利权)人：兰州连霍清忠段高速公路建设发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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