專利名稱：：一種適用于鐵路大斷面Ⅳ、Ⅴ級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)留核心土法和臺階法等，當(dāng)這兩種方法用于鐵路大斷面IV、v級圍巖隧道開挖時，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，不利于大型機械的施工，工效低，圍巖暴露時間長；(2)地質(zhì)條件發(fā)生變化時，不能靈活、及時地轉(zhuǎn)換施工方法，進度不穩(wěn)定；(3)上臺階太高，施工不便；臺階法存在的問題有(l)不適應(yīng)于IV、V級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，不能靈活、及時地轉(zhuǎn)換施工方法，進度不穩(wěn)定；(3)上臺階太高，未預(yù)留核心土，圍巖易失穩(wěn)；(4)上臺階支護施作需加工作業(yè)平臺，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級圍巖大斷面隧道時存在作業(yè)空間狹小、工效低，施工方法不靈活、進度不穩(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級圍巖隧道的開挖方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種適用于鐵路大斷面IV、V級(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階和中臺階的階梯狀，然后包括以下步驟A、施作超前支護后，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)留上臺階核心土，同時施拱部初期支護，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)初期支護鋼架間的距離確定開挖循環(huán)進尺，為保證隧道開挖安全，防止圍巖松弛，按設(shè)計要求做好超前支護，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)加強超前支護；B、在拱部支護的保護下，交錯開挖中臺階左右邊墻并預(yù)留核心土，同時施作初期支護，開挖循環(huán)進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯開2-3m;C、交錯開挖下臺階左右邊墻并預(yù)留核心土，同時施作初期支護，開挖進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯開2-3m，此距離如果太長，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，不能及時、靈活的閉合，以構(gòu)成穩(wěn)固的支護體系；該距離如果太短，易發(fā)生左右拱同時懸空，產(chǎn)生掉拱現(xiàn)象，極不安全；D、依次開挖上、中、下臺階預(yù)留的核心土；E、開挖仰拱并施作初期支護，使支護體系封閉成環(huán)；按照上述步驟不斷循環(huán)，實現(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階和中臺階的階梯狀，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易實現(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；上述作為上臺階的核心土的大小是該申請人在受力結(jié)構(gòu)的理論分析基礎(chǔ)上，經(jīng)過長期實踐經(jīng)驗總結(jié)出來的。所述初期支護的施工步驟為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.仰拱初期支護隧底開挖后，及時清除虛碴、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，使初期支護及時閉合成環(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，填充混凝土強度達到5MPa后允許行人通行，達到設(shè)計強度的100%后允許車輛通行，仰拱填充表面坡度應(yīng)符合設(shè)計要求，應(yīng)平順、排水通暢、不積水。所述中臺階和下臺階的開挖高度為隧道總開挖高度減去上臺階開挖高度后平均分配得到，一般為3.0-3.5m。根據(jù)初期支護鋼架間的距離，確定上述各步驟的開挖循環(huán)進尺一般為不大于1.5m，當(dāng)圍巖較穩(wěn)定、牢固時，支護鋼架間的距離較大，開挖循環(huán)進尺較大;當(dāng)圍巖較松動、易變形時，支護鋼架間的距離短，支護較密，開挖循環(huán)進尺較小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)施工空間大，方便機械化施工，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直接開挖，工效較高；(2)在地質(zhì)條件發(fā)生變化時，便于靈活、及時轉(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級斷面圍巖的隧道開挖，而且初期支護工序操作簡便；(4)在臺階法開挖的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，并保持左右錯位開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定；(5)當(dāng)圍巖變形較大時，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布置示意圖圖中1-上臺階2-弧形導(dǎo)坑3-中臺階4-核心土5-下臺階6-核心土7-仰拱8-超前支護9-初期支護具體實施例方式一種適用于鐵路大斷面IV、V級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階5和中臺階3的階梯狀，然后包括以下步驟A、施作超前支護后，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)留作為上臺階1的核心土，同時施作拱部初期支護，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)初期支護鋼架間的距離確定開挖循環(huán)進尺；B、在拱部支護的保護下，交錯開挖中臺階3左右邊墻并預(yù)留核心土4,同時施作初期支護，開挖循環(huán)進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯開2-3m;C、交錯開挖下臺階5左右邊墻并預(yù)留核心土6，同時施作初期支護，開挖進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯開2-3m;D、依次開挖上、中、下臺階預(yù)留的核心土；E、開挖仰拱7并施作初期支護，使支護體系封閉成環(huán)；按照上述步驟不斷循環(huán)，實現(xiàn)隧道的開挖。上述各步驟的開挖循環(huán)進尺一般為不大于1.5m。所述中臺階3和下臺階5的開挖高度為隧道總開挖高度減去上臺階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.仰拱初期支護隧底開挖后，及時清除虛碴、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，使初期支護及時閉合成環(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、支護作業(yè)進行布點和監(jiān)測，量測數(shù)據(jù)運用工程類比法及時分析、反饋，調(diào)整支護參數(shù)，以保證施工和結(jié)構(gòu)安全。1、量測項目，見表l表1監(jiān)控量測項目<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注H。一隧道埋深；b—隧道最大開挖寬度。2、凈空變化測點布置，如圖5所示其中A為拱頂觀測點，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后，布設(shè)拱頂下沉A點和第一條凈空量測基線B—B'，在36h內(nèi)取得初讀數(shù)；(2)中臺階開挖并施作墻部初期支護后，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)下臺階開挖并施作墻部初期支護后，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后布設(shè)仰拱觀測點E;(5)其它量測項目應(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、拱頂和仰拱觀測點應(yīng)布設(shè)在同一斷面，便于分析、比較。3、量測頻率各測點取得初讀數(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"要求進行控制，量測頻率見表2。當(dāng)變形突變時，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-時態(tài)曲線(1)一般情況下開挖中臺階時，A點和B—B'基線會發(fā)生突變，中臺階墻部初期支護施作完成后，變形趨于平緩；開挖下臺階時，A點和C一C'基線會發(fā)生突變，下臺階墻部初期支護施作完成后，變形趨于平緩；隧底開挖時，A點和D—D'基線會發(fā)生突變，仰拱初期支護施作完成，支護全環(huán)閉合后，變形趨于平緩。(2)繪制位移-時間變化曲線獲取現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)后，及時繪制位移時間關(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)果按以下方式進行。(1)按變形管理等級指導(dǎo)施工，見表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注U為實測位移值；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，為變形突變，應(yīng)加強支護；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)位移時態(tài)曲線的形態(tài)來判別①當(dāng)位移速率不斷下降時(du7d2t〈0)，趨于穩(wěn)定狀態(tài)；②當(dāng)位移速率保持不變時(duVd2t《，不穩(wěn)定，應(yīng)加強支護；◎當(dāng)位移速率不斷上升時(duVd2tX))，危險狀態(tài)，應(yīng)立即停止開挖，加強支護。權(quán)利要求1、一種適用于鐵路大斷面IV、V級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階(5)和中臺階(3)的階梯狀，然后包括以下步驟A、施作超前支護后，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)留作為上臺階(1)的核心土，同時施作拱部初期支護，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)初期支護鋼架間的距離確定開挖循環(huán)進尺；B、在拱部支護的保護下，交錯開挖中臺階(3)左右邊墻并預(yù)留核心土(4)，同時施作初期支護，開挖循環(huán)進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯開2-3m；C、交錯開挖下臺階(5)左右邊墻并預(yù)留核心土(6)，同時施作初期支護，開挖進尺應(yīng)根據(jù)初期支護鋼架間距確定，開挖過程中保持左右錯開2-3m；D、依次開挖上、中、下臺階預(yù)留的核心土；E、開挖仰拱(7)并施作初期支護，使支護體系封閉成環(huán)；按照上述步驟不斷循環(huán)，實現(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級圍巖隧道的開挖方法，其特征是所述初期支護的施工步驟為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.仰拱初期支護隧底開挖后，及時清除虛碴、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，使初期支護及時閉合成環(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級圍巖隧道的開挖方法，其特征是所述中臺階(3)和下臺階(5)的開挖高度為隧道總開挖高度減去上臺階(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，開挖弧形導(dǎo)坑并預(yù)留核心土；交錯開挖中臺階左右邊墻并預(yù)留核心土；交錯開挖下臺階左右邊墻并預(yù)留核心土；依次開挖上、中、下臺階預(yù)留核心土；開挖仰拱并施作初期支護等步驟，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，便于靈活、及時轉(zhuǎn)換其他施工方法；預(yù)留核心土，保持左右錯位開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定；當(dāng)圍巖變形較大時，在保證安全和滿足凈空斷面的前提下，可盡快調(diào)整閉合時間。文檔編號E21D11/10GK101105131SQ20071013922公開日2008年1月16日申請日期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,黃直久申請人:中鐵十二局集團有限公司