專利名稱：軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧洞，特別涉及一種軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系及施工方法，適用于大斷面、軟圍巖、多層結(jié)構(gòu)的隧道施工，特別適用帶狀深風化陡傾軟弱地質(zhì)構(gòu)造條件下大斷面隧道的隧道施工。
背景技術(shù)：
隧道穿越帶狀深風化陡傾軟弱構(gòu)造處理工程中，由于其陡傾深埋富水等特征會產(chǎn)生較難控制的突水涌泥災害，影響施工正常開展，一般要求施工中須實現(xiàn)“快速通過、快速封閉”的原則，且在較大斷面情況下須分解其斷面開挖難度，實現(xiàn)分導式后拆支撐的開挖支護模式?，F(xiàn)有的開挖工法在實際操作中均無法一次實現(xiàn)上述的所有要求。如“雙側(cè)壁導坑法”通過先行交錯施工兩側(cè)導坑后，再分上、中、下三個臺階進行中部施工，最后拆除臨時支撐，施做二次模筑襯砌，該工法的先墻后拱的支護順序可以有效防止上下臺階轉(zhuǎn)換時的下沉變形問題，但缺點在于全程工序需要的周期較長，在強調(diào)支護強度時無法實現(xiàn)簡潔明快的開挖，難以達成快速的目標，其支護體系易因暴露時間長或因拆除臨撐體系發(fā)生變形失穩(wěn)。如“CRD工法”，CRD工法在軟弱圍巖施工中得到了廣泛的應(yīng)用，但通過分析其整個施工過程及力學轉(zhuǎn)換體系，可以發(fā)現(xiàn)該工法在開挖階段能夠做到隨挖隨撐，時時成環(huán)，但在做二次襯砌時，必須對臨時支撐進行拆除，此時拆除段的臨時支撐全部失效，其所承擔的外力只能通過初期支護進行二次轉(zhuǎn)換以期達到新的平衡狀態(tài)，但這一轉(zhuǎn)換過程往往由于支護應(yīng)力的突然釋放，造成初期支護的破壞，是CRD工法最為危險的時刻，可能會導致隧道的整體垮塌，因此往往被人們稱之為“天窗時間”。如何保證天窗時間的穩(wěn)定性，除了在單次拆撐距離上進行優(yōu)化外，還沒有更好的辦法。如何將“安全快速通過”原則、支撐可靠性及簡潔明快統(tǒng)一在一種支護體系和施工方法下，成為應(yīng)對大規(guī)模、大埋深、富水及陡傾軟弱構(gòu)造帶的迫切需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系，以有效解決傳統(tǒng)施工方法分部開挖工序干擾問題，能夠在極軟弱地質(zhì)環(huán)境條件下安全、快速修建大斷面隧道。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:本發(fā)明軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系，其特征是它包括:隨左上導洞、右上導洞、左下導洞、右下導洞分步開挖施作的構(gòu)成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)的左上導洞初期支護、右上導洞初期支護、左下導洞初期支護和右下導洞初期支護，和構(gòu)成全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)的左上導洞二次襯砌、右上導洞二次襯砌、左下導洞二次襯砌和右下導洞二次襯砌，以及由上隔壁豎撐、下隔壁豎撐與左隔壁橫撐、右隔壁橫撐構(gòu)成的十字形臨時支護體系，該十字形臨時支護體系的外端與全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)固結(jié)。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道的施工方法，以克服隧道穿越深埋、富水、軟弱及陡傾軟弱構(gòu)造帶極易引起坍塌、突水涌泥的地質(zhì)災害風險，實現(xiàn)隧道“快速通過，快速封閉”施工。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:將隧道開挖斷面分割成左上導洞、右上導洞、左下導洞和右下導洞四個分部導洞施工；先交錯施工上半斷面左上導洞、右上導洞兩個導洞，并及時施作相應(yīng)的初期支護、二次襯砌及隔壁豎撐和隔壁橫撐；再交錯施工下半斷面左下導洞、右下導洞兩個導洞，并及時施作相應(yīng)的初期支護、二次襯砌及隔壁豎撐和隔壁橫撐；四分部導洞施工完成后形成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)和與之固結(jié)的十字形臨時支護體系架構(gòu)，待全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，拆除十字形臨時支護體系，施作防排水系統(tǒng)和內(nèi)襯襯砌。本發(fā)明的有益效果是，與傳統(tǒng)支護體系和施工方法相比，結(jié)構(gòu)組成簡單，各分部導洞施工簡便、相互干擾小、成洞效果良好，可有效地克服隧道穿越深埋、富水、軟弱及陡傾軟弱構(gòu)造帶極易引起坍塌、突水涌泥的地質(zhì)災害風險，并有效地解決了傳統(tǒng)施工方法分部開挖工序干擾問題，實現(xiàn)隧道施工“快速通過，快速封閉”的目標，在極軟弱地質(zhì)環(huán)境條件下安全、快速修建大斷面隧道。
本說明書包括如下兩幅附圖:圖1是本發(fā)明軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系拆除臨時支護后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中構(gòu)件、部位及所對應(yīng)的標記:左上導洞1、右上導洞I1、左下導洞II1、右下導洞IV ;左上導洞二次襯砌11、右上導洞二次襯砌12、左下導洞二次襯砌13、右下導洞二次襯砌14 ;左上導洞初期支護21、右上導洞初期支護22、左下導洞初期支護23、右下導洞初期支護24 ;上隔壁豎撐30、左隔壁橫撐31、右隔壁橫撐32、下隔壁豎撐33 ；內(nèi)襯襯砌40。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。參照圖1，本發(fā)明的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系，包括:隨左上導洞
1、右上導洞I1、左下導洞II1、右下導洞IV分步開挖施作的構(gòu)成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)的左上導洞初期支護21、右上導洞初期支護22、左下導洞初期支護23和右下導洞初期支護24，和構(gòu)成全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)的左上導洞二次襯砌11、右上導洞二次襯砌12、左下導洞二次襯砌13和右下導洞二次襯砌14，以及由上隔壁豎撐30、下隔壁豎撐33與左隔壁橫撐31、右隔壁橫撐32構(gòu)成的十字形臨時支護體系，該十字形臨時支護體系的外端與全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)固結(jié)。參照圖2，它還包括切除十字形臨時支護體系后環(huán)繞全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)一次性模筑的內(nèi)襯襯砌40,防排水系統(tǒng)設(shè)置在全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯襯砌40之間。該支護體系通過“化整為零、化大為小”的小導洞來降低大跨軟巖隧道的施工難度，十字形臨時支護體系綜合考慮了各分部導洞的合理施工空間，既相對獨立又通過十字臨撐連為一體，“后拆式”的十字形臨時支護體系確保了施工過程中的安全可靠性，有效的解決了傳統(tǒng)工法分部開挖工序干擾問題，實現(xiàn)隧道施工“快速通過，快速封閉”的目標，在極軟弱地質(zhì)環(huán)境條件下安全、快速修建大斷面隧道。本發(fā)明中的初期支護由錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土層以及埋設(shè)于內(nèi)的鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，二次襯砌由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成，臨時橫撐、臨時豎撐由定位錨桿、噴射混凝土層以及埋設(shè)于內(nèi)的鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，內(nèi)襯襯砌由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。參照圖1和圖2，本發(fā)明軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工方法，是將隧道開挖斷面分割成左上導洞1、右上導洞I1、左下導洞III和右下導洞IV四個分部導洞施工；先交錯施工上半斷面左上導洞1、右上導洞II兩個導洞，并及時施作相應(yīng)的初期支護、二次襯砌及隔壁豎撐和隔壁橫撐；再交錯施工下半斷面左下導洞II1、右下導洞IV兩個導洞，并及時施作相應(yīng)的初期支護、二次襯砌及隔壁豎撐和隔壁橫撐；四分部導洞施工完成后形成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)和與之固結(jié)的十字形臨時支護體系架構(gòu)，待全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，拆除十子形臨時支護體系，施作防排水系統(tǒng)和內(nèi)襯襯砲40。本發(fā)明的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工方法，具體包括如下步驟:①先行開挖左上導洞I，立即施作其周邊的左上導洞初期支護21、上隔壁豎撐30和左隔壁橫撐31 ；②左上導洞I快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作左上導洞二次襯砌11，且使左上導洞二次襯砌11與上隔壁豎撐30和左隔壁橫撐31封閉成環(huán)；③滯后左上導洞初期支護21及左上導洞二次襯砌11 一定距離后，開挖右上導洞II，立即施作其周邊的右上導洞初期支護22和右隔壁橫撐32 ；④右上導洞II快速 開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作右上導洞二次襯砌12，且使右上導洞二次襯砌12、上隔壁豎撐30和右隔壁橫撐32封閉成環(huán)；⑤待上半斷面左上導洞1、右上導洞II施工完畢后，開挖下半斷面左下導洞III，立即施作左下導洞初期支護23和下隔壁豎撐33。⑥左下導洞III快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作左下導洞二次襯砌13，且使左下導洞二次襯砌13、左隔壁橫撐31和下隔壁豎撐33封閉成環(huán)；⑦滯后左下導洞初期支護23及左下導洞二次襯砌13 —定距離后，開挖右下導洞IV，立即施作右下導洞初期支護24 ；⑧右下導洞IV快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作右下導洞二次襯砌14，且使右下導洞二次襯砌14、右隔壁橫撐32和下隔壁豎撐33封閉成環(huán)；⑨待全環(huán)_■次襯砲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，切除十子形臨時支護體系，鋪設(shè)防排水系統(tǒng)后，環(huán)繞全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)一次性模筑的內(nèi)襯襯砌40。本申請人成功地將本發(fā)明的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系、軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工方法運用于廈門至深圳鐵路客運專線梁山隧道的設(shè)計與施工中。該隧道發(fā)育一富水深埋軟弱構(gòu)造帶(L7)，寬度約25m，傾角約75°，充填物質(zhì)為砂性、黏性土體互層，埋深270m，并風化至地表，該隧道采用傳統(tǒng)方法施工時左側(cè)迂回導坑未能順利通過，發(fā)生了大規(guī)模的突水涌泥和地表塌陷，致施工陷入停頓。采用本發(fā)明的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系和施工方法后，根據(jù)施工過程中進行的圍巖及結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測顯示，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形等情況，順利實現(xiàn)了“快速通過、快速封閉”的目標，安全實現(xiàn)了隧道通過該地層的貫通，且該方法實施操作中各部分簡單明確、易于實現(xiàn)，可以為處理類似極軟弱地質(zhì)環(huán)境條件下安全、快速修建大斷面隧道提供重要參考。
權(quán)利要求
1.軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系，其特征是它包括:隨左上導洞(I)、右上導洞(II )、左下導洞皿)、右下導洞(IV)分步開挖施作的構(gòu)成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)的左上導洞初期支護(21)、右上導洞初期支護(22)、左下導洞初期支護(23)和右下導洞初期支護(24)，和構(gòu)成全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)的左上導洞二次襯砌(11)、右上導洞二次襯砌(12)、左下導洞二次襯砌(13)和右下導洞二次襯砌(14)，以及由上隔壁豎撐(30)、下隔壁豎撐(33)與左隔壁橫撐(31)、右隔壁橫撐(32)構(gòu)成的十字形臨時支護體系，該十字形臨時支護體系的外端與全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)固結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系，其特征是:它還包括切除十字形臨時支護體系后環(huán)繞全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)一次性模筑的內(nèi)襯襯砌(40 )。
3.如權(quán)利要求1所述的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系，其特征是:所述全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯襯砌(40)之間設(shè)置防排水系統(tǒng)。
4.采用如權(quán)利要求1至3任意一項所述的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工方法，其特征是:將隧道開挖斷面分割成左上導洞(I )、右上導洞(II)、左下導洞(III)和右下導洞(IV)四個分部導洞施工；先交錯施工上半斷面左上導洞(I )、右上導洞(II)兩個導洞，并及時施作相應(yīng)的初期支護、二次襯砌及隔壁豎撐和隔壁橫撐；再交錯施工下半斷面左下導洞(III)、右下導洞(IV)兩個導洞，并及時施作相應(yīng)的初期支護、二次襯砌及隔壁豎撐和隔壁橫撐；四分部導洞施工完成后形成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)和與之固結(jié)的十字形臨時支護體系架構(gòu)，待全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，拆除十字形臨時支護體系，施作防排水系統(tǒng)和內(nèi)襯襯砌(4 O )。
5.如權(quán)利要求4所述的軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工方法，包括如下步驟: ①先行開挖左上導洞(I)，立即施作其周邊的左上導洞初期支護(21)、上隔壁豎撐(30)和左隔壁橫撐(31)； ②左上導洞(I)快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作左上導洞二次襯砌(11 )，且使左上導洞二次襯砌(11)與上隔壁豎撐(30 )和左隔壁橫撐(31)封閉成環(huán)； ③滯后左上導洞初期支護(21)及左上導洞二次襯砌(11)一定距離后，開挖右上導洞(II)，立即施作其周邊的右上導洞初期支護(22)和右隔壁橫撐(32); ④右上導洞(II)快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作右上導洞二次襯砌(12)，且使右上導洞二次襯砌(12)、上隔壁豎撐(30)和右隔壁橫撐(32)封閉成環(huán)； ⑤待上半斷面左上導洞(I)、右上導洞(II)施工完畢后，開挖下半斷面左下導洞(III)，立即施作左下導洞初期支護(23)和下隔壁豎撐(33)。
⑥左下導洞(III)快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作左下導洞二次襯砌(13)，且使左下導洞二次襯砌(13)、左隔壁橫撐(31)和下隔壁豎撐(33)封閉成環(huán)； ⑦滯后左下導洞初期支護(23)及左下導洞二次襯砌(13)—定距離后，開挖右下導洞(IV)，立即施作右下導洞初期支護(24)； ⑧右下導洞(IV)快速開挖支護，滯后掌子面一段距離，一次灌筑施作右下導洞二次襯砌(14)，且使右下導洞二次襯砌(14)、右隔壁橫撐(32)和下隔壁豎撐(33)封閉成環(huán)； ⑨待全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，切除十字形臨時支護體系，鋪設(shè)防排水系統(tǒng)后，環(huán)繞全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)一次性模筑的內(nèi)襯襯砌(40)。
全文摘要
軟弱地質(zhì)環(huán)境大斷面隧道施工支護體系及施工方法，以有效解決傳統(tǒng)施工方法分部開挖工序干擾問題，能夠在極軟弱地質(zhì)環(huán)境條件下安全、快速修建大斷面隧道。它包括隨左上導洞、右上導洞、左下導洞、右下導洞分步開挖施作的構(gòu)成全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)的左上導洞初期支護、右上導洞初期支護、左下導洞初期支護和右下導洞初期支護，和構(gòu)成全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)的左上導洞二次襯砌、右上導洞二次襯砌、左下導洞二次襯砌和右下導洞二次襯砌，以及由上隔壁豎撐、下隔壁豎撐與左隔壁橫撐、右隔壁橫撐構(gòu)成的十字形臨時支護體系，該十字形臨時支護體系的外端與全環(huán)初期支護結(jié)構(gòu)、全環(huán)二次襯砌結(jié)構(gòu)固結(jié)。
文檔編號E21D11/10GK103195455SQ201310075710
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者林本濤, 高楊, 楊昌宇, 張磊, 要美芬, 游旭, 陳峻, 鞏江峰, 鄭偉, 張慧玲, 卿偉宸 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司