一种大断面隧道三台阶三步法开挖快速封闭成环施工方法

摘要

本发明提供一种大断面隧道三台阶三步法开挖快速封闭成环施工方法，包括以下步骤：步骤(1).施工准备，工地现场进行清理、防护、布置，然后进行超前地质预报、测量；步骤(2).对上、中、下台阶开挖，开挖完成后进行断面检查，如果不满足要求就需要欠挖处理；步骤(3).出渣，扒下来的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场或在隧道一侧堆存备用；步骤(4).支护，按照“仰拱→下台阶→中台阶→上台阶”的顺序进行喷射混凝土作业，喷射混凝土施工作业完成后用临时堆存的渣土将仰拱初支回填，以保证前方掌子面连续作业。本发明提高了械机和劳动力的使用效率、缩短了初期支护封闭成环的时间、提高了施工质量、保证了施工期间安全。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种大断面隧道三台阶三步法开挖快速封闭成环施工方法。

背景技术

大断面隧道施工中，传统的施工方法有CRD法、三台阶七步开挖法、三台阶临时仰拱法等，这些施工方法进度慢、工效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工机械的使用，基本靠人工开挖，工效低、速度慢，难以满足工期要求；拆除临时支护时，正洞初期支护会因突然卸载而出现大的变形，存在安全风险；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分保证；临时支护反复拆除，成本投入大等；不能适应隧道机械化施工采用湿喷机械手、大型挖装运机械设备的工况条件。

按照新奥法施工原理或者理论，隧道应最短的时间内对围岩形成闭合成环，以使围岩与初期支护共同受力。更大程度让初期支护受力，减少二衬这个刚性结构受力。目前，随着隧道施工多采用大型机械设备进行机械化施工，使这种理念变为可能，因此选择一种能够适应地质变化及机械化的新型施工方法。能较大限度地发挥大型施工机械的优势，确保施工期间的质量安全，提高施工进度。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种大断面隧道三台阶三步法开挖快速封闭成环施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种大断面隧道三台阶三步法开挖快速封闭成环施工方法，包括以下步骤：

步骤(1).施工准备，工地现场进行清理、防护、布置，然后进行超前地质预报、测量；

步骤(2).对上、中、下台阶开挖，开挖完成后进行断面检查，如果不满足要求就需要欠挖处理，直至满足要求；

步骤(3).出渣，扒下来的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场或在隧道一侧堆存备用；

步骤(4).支护，出渣作业完毕且钢架等运输到位后在上台阶、中台阶、下台阶及仰拱进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管；喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始湿喷机喷射混凝土作业，按照“仰拱→下台阶→中台阶→上台阶”的顺序进行喷射混凝土作业，喷射混凝土施工作业完成后用临时堆存的渣土将仰拱初支回填，以保证前方掌子面连续作业。

所述步骤(2)中若是土质地段隧道施工步骤为：第一步：开挖班人员开挖I部，在上台阶开挖作业过程中将渣土扒至中台阶；第二步：上台阶开挖完成后指挥员指挥挖机将开挖台架放置到上台阶，为上台阶安装钢架做好准备；之后指挥挖机开挖III部，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整上台阶，另一部分人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“双孔型”连接钢板、防虚渣钢隔板及砼垫块运至施工作业现场安全地点存放；上台阶修整完毕且钢架等运输到位后在上台阶进行钢架、钢筋网、连接筋等部件安装。上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管。在开挖中台阶时，进行出渣作业，将上台阶扒下来的渣土及中台阶渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场；第三步：中台阶开挖完成后指挥员指挥挖机开挖V部组织支护班组部分人员开始人工开挖修整中台阶；中台阶修整完毕后进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装；下台阶及隧底开挖完成后，将简易栈桥沿隧道纵向跨越隧底放置到位；上台阶钢架及中台阶钢架施工完成，之后由上台阶支护班人员及中台阶支护班人员共同完成下台阶及仰拱钢架安装；在开挖下台阶及隧底时，将下台阶对应的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场，隧底渣土在隧道一侧堆存备用。

所述步骤(2)中若是岩石地段隧道施工步骤为：第一步：开挖班人员组织炮工班组开挖I部、III部、V部；第二步：上台阶、中台阶、下台阶及仰拱爆破开挖完成后指挥员指挥挖机、装载机、出渣车等进行出渣作业，进行出渣作业，将仰拱扒下来的渣土在隧道一侧堆存备用；在出渣作业将要结束前1小时组织支护班组人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“双孔型”连接钢板、防虚渣钢隔板及砼垫块等运至施工作业现场安全地点存放。

所述步骤(2)中中、下台阶施工时，采用左右侧对称开挖支护，即左侧与右侧同步施工，以减少台阶长度。仰拱与下台阶同步开挖支护，一次到位，实现及时封闭成环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提高了械机和劳动力的使用效率、缩短了初期支护封闭成环的时间、提高了施工质量、保证了施工期间安全。

附图说明

图1为本发明的施工流程图。

图2为本发明的截面结构示意图。

图3为本发明的剖面结构示意图。

图中：I、上台阶开挖；II、上台阶初期支护；III、中台阶开挖；IV、中台阶初期支护；V、下台阶及仰拱开挖；VI、下台阶及仰拱初期支护；VII、仰拱虚渣清理；VIII、仰拱二衬及填充混凝土；IX、拱墙二衬混凝土。

具体实施方式

为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。

如图1～3所示，一种大断面隧道三台阶三步法开挖快速封闭成环施工方法，包括以下步骤：

步骤(1).施工准备，工地现场进行清理、防护、布置，然后进行超前地质预报、测量；

步骤(2).对上、中、下台阶开挖，开挖完成后进行断面检查，如果不满足要求就需要欠挖处理，直至满足要求；

若是土质地段隧道施工步骤为：第一步：开挖班人员开挖I部，在上台阶开挖作业过程中将渣土扒至中台阶；第二步：上台阶开挖完成后指挥员指挥挖机将开挖台架放置到上台阶，为上台阶安装钢架做好准备；之后指挥挖机开挖III部，组织支护班组部分人员开始人工开挖修整上台阶，另一部分人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“双孔型”连接钢板、防虚渣钢隔板及砼垫块运至施工作业现场安全地点存放；上台阶修整完毕且钢架等运输到位后在上台阶进行钢架、钢筋网、连接筋等部件安装。上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管。在开挖中台阶时，进行出渣作业，将上台阶扒下来的渣土及中台阶渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场；第三步：中台阶开挖完成后指挥员指挥挖机开挖V部组织支护班组部分人员开始人工开挖修整中台阶；中台阶修整完毕后进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装；下台阶及隧底开挖完成后，将简易栈桥沿隧道纵向跨越隧底放置到位；上台阶钢架及中台阶钢架施工完成，之后由上台阶支护班人员及中台阶支护班人员共同完成下台阶及仰拱钢架安装；在开挖下台阶及隧底时，将下台阶对应的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场，隧底渣土在隧道一侧堆存备用。

若是岩石地段隧道施工步骤为：第一步：开挖班人员组织炮工班组开挖I部、III部、V部；第二步：上台阶、中台阶、下台阶及仰拱爆破开挖完成后指挥员指挥挖机、装载机、出渣车等进行出渣作业，进行出渣作业，将仰拱扒下来的渣土在隧道一侧堆存备用；在出渣作业将要结束前1小时组织支护班组人员洞外运转本循环初期支护所需的钢架、超前导管、纵向连接筋、钢筋网片、“双孔型”连接钢板、防虚渣钢隔板及砼垫块等运至施工作业现场安全地点存放。

步骤(3).出渣，扒下来的渣土采取挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外弃渣场或在隧道一侧堆存备用；

步骤(4).支护，出渣作业完毕且钢架等运输到位后在上台阶、中台阶、下台阶及仰拱进行钢架、钢筋网、连接筋部件安装，上台阶钢架安装完成后在需要施作超前小导管位置结合钢架施作拱部超前小导管；喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始湿喷机喷射混凝土作业，按照“仰拱→下台阶→中台阶→上台阶”的顺序进行喷射混凝土作业，喷射混凝土施工作业完成后用临时堆存的渣土将仰拱初支回填，以保证前方掌子面连续作业。

施工过程中执行初期支护钢架紧跟掌子面和初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶的“两紧跟”措施，同时严格执行上台阶开挖支护循环进尺1～3榀钢架间距(围岩稳定时2～3榀、围岩软弱，稳定性差，出理掉块现象时1～2榀)，中台阶及下台阶开挖支护循环进尺2～3榀钢架间距。在实施仰拱及时封闭成环紧跟下台阶时，为确保施工期间安全，仰拱初期支护封闭成环距掌子面极限距离按照25m控制。土质隧道三台阶法施工时，上台阶根据掌子面稳定情况预留核心土。根据投入的挖掘机、湿喷机械手、简易开挖台架等机械设备情况，合理确定台阶长度、台阶高度。一般情况下台阶长度控制在4～6m。岩石隧道三台阶法施工时(转石梁出口做法)，投入的挖掘机、湿喷机械手、简易开挖台架等机械设备情况，合理确定台阶长度、台阶高度。一般情况上、中台阶长度控制在4～6m，以方便挖掘机扒渣作业，下台阶距仰拱封闭成环的长度宜控制在10～15m，以便装载机出渣作业。岩石隧道三台阶法施工时(营盘山出口做法)，投入的设备有：挖掘机、湿喷机械手、简易开挖台架等机械设备情况，合理确定台阶长度、台阶高度。一般情况中台阶长度控制在15m，以方便出渣运输作业和确保爆破安全距离。

初期支护施工顺序：1、安装钢架：钢架安装要快速。隧道开挖断面成形经断面检查满足要求后立即放线，紧跟着多台阶同时人工安装钢架。钢架节间用螺栓连接牢固，拱脚置于牢固的基础上。2、挂设钢筋网：钢架安设后及时进行挂网作业。人工铺网片时注意网片搭接宽度，搭接不得小于1个网格，并固定牢固。3、纵向连接筋：相邻2榀钢架用纵向连接筋焊接连接，沿钢架环向间距1m布置Φ22连接筋，并与钢架焊接牢固。4、锁脚锚管：在各台阶施工的底脚部位设置锁脚锚管，每处4根(原方案2根)，锚管角度斜向下30°(原方案45°)，锁脚锚管与钢架通过“双孔”形连接钢板焊接连接成整体(方便施工建议设置在隧道内侧)。5、喷射C25混凝土：采用湿喷机械手喷射混凝土至设计厚度。

本发明依据短台阶、左右对称开挖支护、下台阶与仰共同步开挖支护的施工原则改进传统隧道施工方法而大胆创新提出的一种新型隧道施工方法。本发明提供如下技术方案：工程施工中选用以湿喷机械手、开挖作业台车、简易栈桥、挖掘机、装载机、出渣车、水沟电缆槽台车为主要特征的大型机械设备配套施工，形成开挖、装运、喷锚支护等机械化作业线的有机配合，形成了隧道三台阶三步开挖快速封闭成环施工方法。

本发明加快了初期支护封闭时间，减少了围岩暴露时间，大大缩短了仰拱初支成环时间，按照三台阶总长25m计算，成环时间仅为8d(传统施工方法，封闭成环大约需要20天左右)。该工法减少了三台阶七步开挖法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)等复杂工法临时支撑体系拆除工序和对围岩的多次扰动，有效的减小了沉降变形。

中、下台阶施工采用左右侧对称开挖支护施工方法(即左侧与右侧同步施工)与传统的两侧交错进行施工方法相比，缩小了台阶长度，也减少了对围岩的扰动，加快了封闭成环作业时间。仰拱紧跟下台阶施工方法与传统的先开挖下台阶，之后再开挖仰拱的施工方法相比，极大的缩短了隧道初期支护全断面封闭成环的时间，实现了及时封闭成环，确保施工期间安全的目的。作业空间紧凑，克服长台阶施工施工工序相互相互交叉和影响。实现了多台阶同时作业，挖机、装载机同时配合出渣施工作业，提升了出渣的效率，缩短了工序时间，加快了施工循环。

采用这种工法施工，隧道标准化施工水平和洞内文明施工水平大大提高，以往隧道二衬距掌子面环境的“脏、乱、差”基本克服，不必为了迎接检查而调整工序、停工整理。在初期支护全断面封闭成环的条件下，仰拱及仰拱填充每循环可施工11.9m长度，施工进度大大提高，同时能够满足设计“三缝合一”的要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。