專利名稱：：一種適用于鐵路大斷面Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道的開挖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鐵路隧道施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法。
背景技術(shù)：
：公知，鐵路小斷面軟弱圍巖隧道的開挖方法主要有環(huán)形開挖預(yù)留核心土法和臺(tái)階法等，當(dāng)這兩種方法用于鐵路大斷面IV、v級(jí)圍巖隧道開挖時(shí)，其中環(huán)形開挖預(yù)留核心土法存在的問題有(l)作業(yè)空間狹小，不利于大型機(jī)械的施工，工效低，圍巖暴露時(shí)間長；(2)地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，不能靈活、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工方法，進(jìn)度不穩(wěn)定；(3)上臺(tái)階太高，施工不便；臺(tái)階法存在的問題有(l)不適應(yīng)于IV、V級(jí)圍巖大斷面鐵路隧道，不能有效抑制圍巖的變形；(2)地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，不能靈活、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工方法，進(jìn)度不穩(wěn)定；(3)上臺(tái)階太高，未預(yù)留核心土，圍巖易失穩(wěn)；(4)上臺(tái)階支護(hù)施作需加工作業(yè)平臺(tái)，操作不便。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鐵路隧道開挖方法用于IV、v級(jí)圍巖大斷面隧道時(shí)存在作業(yè)空間狹小、工效低，施工方法不靈活、進(jìn)度不穩(wěn)定，圍巖易變形、不穩(wěn)定以及施工操作不便等問題，提供一種適用于鐵路大斷面IV、v級(jí)圍巖隧道的開挖方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)(一般為100-180平方米)圍巖隧道的開挖方法，首先按照隧道跨度和高度要求，將圍巖挖成具有下臺(tái)階和中臺(tái)階的階梯狀，然后包括以下步驟A、施作超前支護(hù)后，沿開挖輪廓線環(huán)向開挖拱部弧形導(dǎo)坑，弧形導(dǎo)坑的高度為3.0-4.0m，開挖后立即噴射3-5cm厚的混凝土封閉，并在中間預(yù)留上臺(tái)階核心土，同時(shí)施拱部初期支護(hù)，核心土沿隧道縱向長度為3-5m，寬度為隧道開挖跨度的1/3—1/2，高度為1.5-2.5m，根據(jù)初期支護(hù)鋼架間的距離確定開挖循環(huán)進(jìn)尺，為保證隧道開挖安全，防止圍巖松弛，按設(shè)計(jì)要求做好超前支護(hù)，特別在斷層、破碎帶、淺埋段等自穩(wěn)性較差和富水地層中，應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)；B、在拱部支護(hù)的保護(hù)下，交錯(cuò)開挖中臺(tái)階左右邊墻并預(yù)留核心土，同時(shí)施作初期支護(hù)，開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯(cuò)開2-3m;C、交錯(cuò)開挖下臺(tái)階左右邊墻并預(yù)留核心土，同時(shí)施作初期支護(hù)，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯(cuò)開2-3m，此距離如果太長，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，不能及時(shí)、靈活的閉合，以構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)體系；該距離如果太短，易發(fā)生左右拱同時(shí)懸空，產(chǎn)生掉拱現(xiàn)象，極不安全；D、依次開挖上、中、下臺(tái)階預(yù)留的核心土；E、開挖仰拱并施作初期支護(hù)，使支護(hù)體系封閉成環(huán)；按照上述步驟不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)隧道的開挖。所述的開挖前按照隧道跨度和高度要求，將圍巖挖成具有下臺(tái)階和中臺(tái)階的階梯狀，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易實(shí)現(xiàn)的，然后按照上述工法循環(huán)開挖；上述步驟中預(yù)留核心土的目的是防止正面土體往外擠壓，造成塌方；上述作為上臺(tái)階的核心土的大小是該申請(qǐng)人在受力結(jié)構(gòu)的理論分析基礎(chǔ)上，經(jīng)過長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的。所述初期支護(hù)的施工步驟為a.初噴混凝土以封閉巖面；b.施作系統(tǒng)錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)；c.安裝鋼架；d.二次噴射混凝土。所述仰拱施工步驟為a.隧底開挖采用全幅分段施工，上面鋪設(shè)仰拱棧橋，每循環(huán)開挖長度控制在23米；b.仰拱初期支護(hù)隧底開挖后，及時(shí)清除虛碴、雜物、泥漿、積水，立即初噴35cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝仰拱鋼架并噴射混凝土，使初期支護(hù)及時(shí)閉合成環(huán)；c.仰拱混凝土澆筑每循環(huán)澆筑長度為46m，仰拱成型采用浮放模板支架；d.仰拱填充混凝土澆筑澆筑前應(yīng)清除仰拱表面的雜物和積水，待仰拱混凝土終凝后連續(xù)澆筑，一次成型，填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到5MPa后允許行人通行，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后允許車輛通行，仰拱填充表面坡度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)平順、排水通暢、不積水。所述中臺(tái)階和下臺(tái)階的開挖高度為隧道總開挖高度減去上臺(tái)階開挖高度后平均分配得到，一般為3.0-3.5m。根據(jù)初期支護(hù)鋼架間的距離，確定上述各步驟的開挖循環(huán)進(jìn)尺一般為不大于1.5m，當(dāng)圍巖較穩(wěn)定、牢固時(shí)，支護(hù)鋼架間的距離較大，開挖循環(huán)進(jìn)尺較大;當(dāng)圍巖較松動(dòng)、易變形時(shí)，支護(hù)鋼架間的距離短，支護(hù)較密，開挖循環(huán)進(jìn)尺較小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)施工空間大，方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，部分軟巖或土質(zhì)地段可以采用挖掘機(jī)直接開挖，工效較高；(2)在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，便于靈活、及時(shí)轉(zhuǎn)換其他施工方法；(3)適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式，尤其適用于IV、V級(jí)斷面圍巖的隧道開挖，而且初期支護(hù)工序操作簡便；(4)在臺(tái)階法開挖的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，并保持左右錯(cuò)位開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定；(5)當(dāng)圍巖變形較大時(shí)，在保證安全和滿足凈空斷面的前提下，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間。圖l為本發(fā)明的開挖透視圖圖2為本發(fā)明施工工序正面示意圖圖3為本發(fā)明施工工序縱斷面示意圖圖4為本發(fā)明施工工序俯視圖圖5為本發(fā)明監(jiān)控量測過程中凈空變化測點(diǎn)布置示意圖圖中1-上臺(tái)階2-弧形導(dǎo)坑3-中臺(tái)階4-核心土5-下臺(tái)階6-核心土7-仰拱8-超前支護(hù)9-初期支護(hù)具體實(shí)施例方式一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法，首先按照隧道跨度和高度要求，將圍巖挖成具有下臺(tái)階5和中臺(tái)階3的階梯狀，然后包括以下步驟A、施作超前支護(hù)后，沿開挖輪廓線環(huán)向開挖拱部弧形導(dǎo)坑2，弧形導(dǎo)坑2的高度為3.0-4.0m，開挖后立即噴射3-5cm厚的混凝土封閉，并在中間預(yù)留作為上臺(tái)階1的核心土，同時(shí)施作拱部初期支護(hù)，核心土沿隧道縱向長度為3-5m，寬度為隧道開挖跨度的1/3—1/2，高度為1.5-2.5m，根據(jù)初期支護(hù)鋼架間的距離確定開挖循環(huán)進(jìn)尺；B、在拱部支護(hù)的保護(hù)下，交錯(cuò)開挖中臺(tái)階3左右邊墻并預(yù)留核心土4,同時(shí)施作初期支護(hù)，開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯(cuò)開2-3m;C、交錯(cuò)開挖下臺(tái)階5左右邊墻并預(yù)留核心土6，同時(shí)施作初期支護(hù)，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯(cuò)開2-3m;D、依次開挖上、中、下臺(tái)階預(yù)留的核心土；E、開挖仰拱7并施作初期支護(hù)，使支護(hù)體系封閉成環(huán)；按照上述步驟不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)隧道的開挖。上述各步驟的開挖循環(huán)進(jìn)尺一般為不大于1.5m。所述中臺(tái)階3和下臺(tái)階5的開挖高度為隧道總開挖高度減去上臺(tái)階1開挖高度后平均分配得到，一般為3.0-3.5m。所述初期支護(hù)的施工步驟為a.初噴混凝土以封閉巖面；b，施作系統(tǒng)錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)；C.安裝鋼架；d.二次噴射混凝土。所述仰拱施工步驟為a.隧底開挖采用全幅分段施工，上面鋪設(shè)仰拱棧橋，每循環(huán)開挖長度控制在23米；b.仰拱初期支護(hù)隧底開挖后，及時(shí)清除虛碴、雜物、泥漿、積水，立即初噴35cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝仰拱鋼架并噴射混凝土，使初期支護(hù)及時(shí)閉合成環(huán)；c.仰拱混凝土澆筑每循環(huán)澆筑長度為46m，仰拱成型采用浮放模板支架；d.仰拱填充混凝土澆筑澆筑前應(yīng)清除仰拱表面的雜物和積水，待仰拱混凝土終凝后連續(xù)澆筑，一次成型。在上述工藝過程中，監(jiān)控測量工作必須緊跟開挖、支護(hù)作業(yè)進(jìn)行布點(diǎn)和監(jiān)測，量測數(shù)據(jù)運(yùn)用工程類比法及時(shí)分析、反饋，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以保證施工和結(jié)構(gòu)安全。1、量測項(xiàng)目，見表l表1監(jiān)控量測項(xiàng)目<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注H。一隧道埋深；b—隧道最大開挖寬度。2、凈空變化測點(diǎn)布置，如圖5所示其中A為拱頂觀測點(diǎn)，E為仰拱觀測占，y"、7(1)上部弧形導(dǎo)坑開挖并施作拱部初期支護(hù)后，布設(shè)拱頂下沉A點(diǎn)和第一條凈空量測基線B—B'，在36h內(nèi)取得初讀數(shù)；(2)中臺(tái)階開挖并施作墻部初期支護(hù)后，布設(shè)第二條凈空量測基線C"C'，在36h內(nèi)取得初讀數(shù)；(3)下臺(tái)階開挖并施作墻部初期支護(hù)后，布設(shè)第三條凈空量測基線D"D，，在36h內(nèi)取得初讀數(shù)；(4)仰拱開挖并施作初期支護(hù)后布設(shè)仰拱觀測點(diǎn)E;(5)其它量測項(xiàng)目應(yīng)在開挖后12h內(nèi)取得初讀數(shù)，最遲不得超過24h，且在下一循環(huán)開挖前完成；(6)拱(墻)腳凈空變化、拱頂和仰拱觀測點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在同一斷面，便于分析、比較。3、量測頻率各測點(diǎn)取得初讀數(shù)據(jù)后，量測頻率按照"位移速度"和"量測斷面距開挖面距離"要求進(jìn)行控制，量測頻率見表2。當(dāng)變形突變時(shí)，應(yīng)加大量測頻率。表2量測頻率<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注b—隧道開挖跨度。4、量測數(shù)據(jù)分析、整理，繪制位移-時(shí)態(tài)曲線(1)一般情況下開挖中臺(tái)階時(shí)，A點(diǎn)和B—B'基線會(huì)發(fā)生突變，中臺(tái)階墻部初期支護(hù)施作完成后，變形趨于平緩；開挖下臺(tái)階時(shí)，A點(diǎn)和C一C'基線會(huì)發(fā)生突變，下臺(tái)階墻部初期支護(hù)施作完成后，變形趨于平緩；隧底開挖時(shí)，A點(diǎn)和D—D'基線會(huì)發(fā)生突變，仰拱初期支護(hù)施作完成，支護(hù)全環(huán)閉合后，變形趨于平緩。(2)繪制位移-時(shí)間變化曲線獲取現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)后，及時(shí)繪制位移時(shí)間關(guān)系曲線，通過回歸分析預(yù)測最終位移值和各階段的位移速率。5、監(jiān)控量測管理圍巖穩(wěn)定性的綜合判別，應(yīng)根據(jù)量測結(jié)果按以下方式進(jìn)行。(1)按變形管理等級(jí)指導(dǎo)施工，見表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注U為實(shí)測位移值；U。為最大允許位移值。(2)根據(jù)位移變化速度判別①凈空變化速度大于5mm/d時(shí)，為變形突變，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)；②拱(墻)腳處凈空變化速度小于0.2mm/d，拱頂下沉速度小于0.15mm/d，圍巖基本穩(wěn)定。(3)根據(jù)位移時(shí)態(tài)曲線的形態(tài)來判別①當(dāng)位移速率不斷下降時(shí)(du7d2t〈0)，趨于穩(wěn)定狀態(tài)；②當(dāng)位移速率保持不變時(shí)(duVd2t《，不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)；◎當(dāng)位移速率不斷上升時(shí)(duVd2tX))，危險(xiǎn)狀態(tài)，應(yīng)立即停止開挖，加強(qiáng)支護(hù)。權(quán)利要求1、一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法，其特征是首先按照隧道跨度和高度要求，將圍巖挖成具有下臺(tái)階(5)和中臺(tái)階(3)的階梯狀，然后包括以下步驟A、施作超前支護(hù)后，沿開挖輪廓線環(huán)向開挖拱部弧形導(dǎo)坑(2)，弧形導(dǎo)坑(2)的高度為3.0-4.0m，開挖后立即噴射3-5cm厚的混凝土封閉，并在中間預(yù)留作為上臺(tái)階(1)的核心土，同時(shí)施作拱部初期支護(hù)，核心土沿隧道縱向長度為3-5m，寬度為隧道開挖跨度的1/3-1/2，高度為1.5-2.5m，根據(jù)初期支護(hù)鋼架間的距離確定開挖循環(huán)進(jìn)尺；B、在拱部支護(hù)的保護(hù)下，交錯(cuò)開挖中臺(tái)階(3)左右邊墻并預(yù)留核心土(4)，同時(shí)施作初期支護(hù)，開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯(cuò)開2-3m；C、交錯(cuò)開挖下臺(tái)階(5)左右邊墻并預(yù)留核心土(6)，同時(shí)施作初期支護(hù)，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯(cuò)開2-3m；D、依次開挖上、中、下臺(tái)階預(yù)留的核心土；E、開挖仰拱(7)并施作初期支護(hù)，使支護(hù)體系封閉成環(huán)；按照上述步驟不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)隧道的開挖。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法，其特征是所述初期支護(hù)的施工步驟為a.初噴混凝土以封閉巖面；b.施作系統(tǒng)錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)；C.安裝鋼架；d.二次噴射混凝土。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法，其特征是所述仰拱施工步驟為a.隧底開挖采用全幅分段施工，上面鋪設(shè)仰拱棧橋，每循環(huán)開挖長度控制在23米；b.仰拱初期支護(hù)隧底開挖后，及時(shí)清除虛碴、雜物、泥漿、積水，立即初噴35cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝仰拱鋼架并噴射混凝土，使初期支護(hù)及時(shí)閉合成環(huán)；c.仰拱混凝土澆筑每循環(huán)澆筑長度為46m，仰拱成型采用浮放模板支架；d.仰拱填充混凝土澆筑澆筑前應(yīng)清除仰拱表面的雜物和積水，待仰拱混凝土終凝后連續(xù)澆筑，一次成型。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法，其特征是所述中臺(tái)階(3)和下臺(tái)階(5)的開挖高度為隧道總開挖高度減去上臺(tái)階(1)開挖高度后平均分配得到，一般為3.0-3.5m。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于鐵路大斷面IV、V級(jí)圍巖隧道的開挖方法，其特征是上述各步驟的開挖循環(huán)進(jìn)尺一般為不大于1.5m。全文摘要本發(fā)明涉及鐵路隧道施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種適用于鐵路大斷面Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道的開挖方法，解決現(xiàn)有鐵路隧道開挖方法存在作業(yè)空間狹小、工效低，施工方法不靈活、進(jìn)度不穩(wěn)定，圍巖易變形以及操作不便等問題，包括超前支護(hù)，開挖弧形導(dǎo)坑并預(yù)留核心土；交錯(cuò)開挖中臺(tái)階左右邊墻并預(yù)留核心土；交錯(cuò)開挖下臺(tái)階左右邊墻并預(yù)留核心土；依次開挖上、中、下臺(tái)階預(yù)留核心土；開挖仰拱并施作初期支護(hù)等步驟，本發(fā)明施工空間大，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，工效較高；在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，便于靈活、及時(shí)轉(zhuǎn)換其他施工方法；預(yù)留核心土，保持左右錯(cuò)位開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定；當(dāng)圍巖變形較大時(shí)，在保證安全和滿足凈空斷面的前提下，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間。文檔編號(hào)E21D11/10GK101105131SQ20071013922公開日2008年1月16日申請(qǐng)日期2007年8月17日優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日發(fā)明者波吳,商崇倫,張金柱,斌彭,徐家定,王毅東,祁璽劍,趙華鋒,趙香萍,霍玉華,高治雙,鮑海榮,黃直久申請(qǐng)人:中鐵十二局集團(tuán)有限公司