一种适用于超大断面盾构隧道掘进的综合施工工法

摘要

本发明公开一种适用于超大断面盾构隧道掘进的综合施工工法，包括如下步骤：采用矿山法施工形成盾构机掘进的外轮廓断面；在断面内以定长距离为节点，逐步拆除断面内矿山法施工所施加的临时支撑，拆除临时支撑时同步施加回填料进行置换回填，直至整个断面的空间全部被置换回填；采用盾构机在置换回填后的回填料中掘进并拼装管片结构，形成永久的功能性空间。该施工工法利用回填料置换回填后进行超大断面盾构隧道掘进，降低了盾构机直接穿越局部高强度硬岩区段的施工难度及风险，解决了矿山法所开挖的毛洞内难以进行回填施工的问题，此外，回填料可以给管片拼装提供反力，压紧防水密封垫，降低渗漏风险，同时降低盾构机空推过程中管片错台的风险。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种适用于超大断面盾构隧道掘进的综合施工工法。

背景技术

对于软弱地层，比较适合机械法施工，即采用盾构方案，这是目前常用的施工方法。对于隧道全线均位于地质条件较好的岩层的情况，则采用传统的矿山法施工，即爆破后再施工初期支护、出渣的方法。

随着基础设施建设的发展，隧道建设面临的地质问题越来越多，问题也越来越新，同一条隧道的地质差异越来越大，常出现部分路段为软弱地层、部分路段为坚硬岩石的情形。

在以往的工程经验中，小直径盾构施工中遇到这种情况，采用盾构直接掘进硬岩的问题相对较小。但是对于超大断面的隧道，即盾构直径超过15米，其断面是常规地铁小盾构开挖面积的6倍，盾构直接在硬岩中掘进会面临掘进困难、刀具磨损严重、施工工效低等问题，甚至是盾构机无法适应强度极高的硬岩区段，进而导致盾构机设备瘫痪、无法工作。

在小断面盾构施工中遇到盾构机在局部路段的硬岩地层中掘进情况，为了降低施工难度及风险，有时也采用矿山开挖出盾构机外轮廓断面，然后盾构再空推通过的方案。

对于超大断面盾构隧道而言，如果也采用小盾构矿山+空推的方案，则会面临矿山法开挖跨度大、矿山法内部临时支撑拆除困难、盾构空推段管片错台严重、后期渗漏风险大等风险。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种适用于超大断面盾构隧道掘进的综合施工工法，该施工工法利用回填料置换回填后进行超大断面盾构隧道掘进，降低了盾构机直接穿越局部高强度硬岩区段的施工难度及风险，解决了矿山法所开挖的毛洞内难以进行回填施工的问题，此外，回填料可以给管片拼装提供反力，压紧防水密封垫，降低渗漏风险，同时降低盾构机空推过程中管片错台的风险。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于超大断面盾构隧道掘进的综合施工工法，包括如下步骤：

S1、采用矿山法施工形成盾构机掘进的外轮廓断面；

S2、在盾构机掘进的外轮廓断面内以定长距离为节点，逐步拆除断面内矿山法施工所施加的临时支撑，拆除临时支撑时同步施加回填料进行置换回填，待上一节点中所施加的回填料达到强度后，进行下一节点中的临时支撑拆除工序和置换回填工序，直至整个断面的空间全部被置换回填；

S3、采用盾构机在置换回填后的回填料中掘进并拼装管片结构，形成永久的功能性空间并在其内部施加隧道内部结构。

进一步的，步骤S2中，每一节点的长度为3-5m。

进一步的，步骤S2中，每一节点中的临时支撑拆除工序由下至上分段进行，置换回填工序随每段临时支撑拆除工序逐步进行。

进一步的，步骤S2中，所述回填料为流动性水泥砂浆。

进一步的，步骤S3中，所述盾构机的开挖直径小于矿山法施工所形成断面的直径。

本发明的有益效果为：

1、该施工工法利用回填料置换回填后进行超大断面盾构隧道掘进，降低了盾构机直接穿越局部高强度硬岩区段的施工难度及风险，解决了矿山法所开挖的毛洞内难以进行回填施工的问题，此外，回填料可以给管片拼装提供反力，压紧防水密封垫，降低渗漏风险，同时降低盾构机空推过程中管片错台的风险；2、本发明适用于超大断面隧道掘进，扩大了盾构机械建设方案的应用范围。

附图说明

附图1为本发明步骤S1中所形成断面的结构示意图；

附图2为本发明步骤S2中断面置换回填后结构示意图。

标注说明：1、盾构机掘进的外轮廓断面，2、临时支撑，3、系统锚杆，4、超前支护。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种适用于超大断面盾构隧道掘进的综合施工工法，包括如下步骤：

S1、采用矿山法施工形成盾构机掘进的外轮廓断面1，如图1所示，矿山法施工时需要施加超前支护4、系统锚杆3、临时支撑2以及喷射混凝土。为了解决超大断面矿山法施工不同开挖步序之间的安全问题，选择采用双侧壁导坑和临时支撑2的开挖方法，即5台阶、11步开挖方法。

S2、盾构机掘进通过前，需要拆除断面内的所有临时支撑2，此时二次衬砌并未实施。为了解决初期支护难以确保矿山法所开挖毛洞的结构稳定性要求，也就是确保结构安全，在盾构机掘进的外轮廓断面1内以定长距离为节点，逐步拆除断面内矿山法施工所施加的临时支撑2，拆除临时支撑2时同步施加回填料进行置换回填，待上一节点中所施加的回填料达到强度后，进行下一节点中的临时支撑2拆除工序和置换回填工序，直至整个断面的空间全部被置换回填，置换回填后的断面如图2所示。

其中，每一节点的长度为3-5m，每一节点中的临时支撑2拆除工序由下至上分段进行，置换回填工序随每段临时支撑2拆除工序逐步进行。所述回填料为流动性水泥砂浆或其他流动性材料。

S3、采用盾构机在置换回填后的回填料中掘进并拼装管片结构，形成永久的功能性空间并在其内部施加隧道内部结构，隧道内部结构包括但不限于上层行车道、下层行车道、排烟道、间隔布置楼梯、烟管、管线空间、废水泵房、电缆井。作为优选的，所述盾构机的开挖直径应小于矿山法施工所形成断面的直径，两者的直径差一般控制在0.5m左右。

与以往地铁小盾构采用矿山法开挖后直接空推的方案相比，本发明具有以下优点及创新：

1、利用回填料置换回填后进行超大断面盾构隧道掘进，降低了盾构机直接穿越局部高强度硬岩区段的施工难度及风险；

2、回填流动性水泥砂浆或者其他流动性材料，提高了超大断面矿山法隧道的安全性；

3、采用流动性水泥砂浆作为回填料，确保回填方案在临时支撑2密布的狭小空间内可以顺利实施；

4、断面比地铁断面大；

5、回填料可以给管片拼装提供反力，压紧防水密封垫，降低渗漏风险，同时降低盾构机空推过程中管片错台的风险；

6、解决了地铁小盾构空推回填豆砾石填筑不饱满，甚至无法施工的问题。

本发明扩大了机械化程度较高的盾构建设方案的应用范围。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。