上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法
上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可以用于公路、铁路和地铁等工程中，穿越上软下硬地层大断面隧道的高效快速施工方法。
【背景技术】
[0002]已有的大断面隧道开挖技术主要包含⑶法、CRD法和双侧壁导坑法。⑶法为中隔墙施工方法，不适用于地质条件复杂，地面沉降控制严格的工程。CRD法为交叉曲墙中隔墙法，该方法控制变形能力强，可用于复杂地质条件下隧道施工，但存在临时支护多、工序繁琐、工法转换困难、作业空间狭小，施工速度慢，施工成本高等缺点。双侧壁导坑法又称双侧壁导洞法或眼镜工法，其隔墙也采用曲墙，也存在施工难度大、施工速度慢、工法转换困难等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明是针对现有大断面隧道在穿越上软下硬地层时采用CD法、CRD法或双侧壁导坑法存在的不足之处，提出一种效率高、稳定好、适应性强的上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，以提高隧道施工安全性、经济性和灵活性。
[0004]为达到上述技术效果，本发明的技术方案是:
[0005]一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，包括如下步骤:
[0006]步骤I)施工准备；
[0007]步骤2)超前地质预报；
[0008]步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法，施工工法包括:将隧道断面分为上台阶、中台阶以及下台阶，在三个台阶中，分别有:不设临时仰拱、上台阶设临时仰拱、上台阶、中台阶以及下台阶设临时仰拱、不设中隔墙、上台阶设中隔墙、上台阶、中台阶设中隔墙、上台阶、中台阶以及下台阶设中隔墙，分别单独或组合形成供选择的施工工法；其中，中隔墙为直墙式中隔墙。
[0009]步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖；对当前开挖段隧道断面施加超前预支护。还包括初期支护步骤以及临时支护步骤。还包括二次衬砌步骤。分部快速开挖根据地层软硬状况，将断面分为三个主台阶，再将各台阶分成左右两个部分，总共形成六个单元，六个单元间横向和纵向的组合形成分部开挖，开挖后衬砌及仰拱紧跟，并采用直墙式中隔墙，确保隧道竖向承载能力大、抵抗变形能力强，临时仰拱及各个台阶的中隔墙可根据现场地质情况适当增设。
[0010]步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，基于选择好的施工工法，通过对该施工段增加或减少仰拱或隔墙对当前隧道断面进行重新分割，实现不同围岩级别地段和工法的快速转换；
[0011]步骤6)完成隧道开挖。
[0012]本发明的优点:
[0013]1、适应性强。能够适应各种复杂地质条件和环境条件，特别是在上软下硬地层中，更能体现该工法对地层变化的适应性和工法转换的灵活性，最大限度地优化施工工序，保证施工安全，加快施工进度。
[0014]2、安全性高。将传统的⑶法或者CRD法的曲中隔板墙改进成竖中隔墙，能更好地发挥中隔墙减跨和控制隧道变形的作用。在上软下硬地层、浅埋或者地表沉降控制要求严格的情况下，更能体现该工法施工安全性好的特点。
[0015]3、灵活性好。由于采用了竖直中隔墙，便于采用型钢架设，可以根据实际需要灵活安排左右洞室的超前顺序和距离，还可以在中隔墙上预留孔洞，便于左右洞室设备倒用、减少临时支护和增加通视效果，更加便于监控量测。
[0016]4、工效高。该工法立足台阶法，因此能够发挥台阶法高效利用机械设备的优点，在工期紧张时能够体现施工速度快的优点。
[0017]5、成本低。该工法对于前后地层变化时具有良好的过渡性，减少人员、机械以及施工方法调整的繁琐性，最大程度地优化了临时支护设置，显著降低了施工成本。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的施工流程整体框图；
[0019]图2为图1中工法选择转换示意图；
[0020]图3为图2中工法c3施工断面示意图；
[0021]图4为图2中工法c3施工剖面示意图；
[0022]图中标号:1_系统径向锚杆；2_临时仰拱；3_临时中隔墙；4_ 二次衬砌；5_初期支护；6_防水层；7_锁脚锚杆；8_拱部超前支护；9_初支钢架；10_纵向连接钢筋；①-上台阶左部围岩 '②-上台阶右部围岩；@ -中台阶左部围岩；@ -中台阶右部围岩；⑤-下台阶围岩；? -隧底填充?’⑦-仰拱二衬。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示出的，本发明的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，包括如下步骤:
[0024]步骤I)施工准备；
[0025]步骤2)超前地质预报；
[0026]步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法，施工工法包括:施工工法按如下方式实现:先将隧道断面分为上台阶、中台阶以及下台阶，在三个台阶中，分别有:不设临时仰拱、上台阶设临时仰拱、上台阶和中台阶以及下台阶设临时仰拱，另外还有:不设中隔墙、上台阶设中隔墙、上台阶和中台阶设中隔墙、上台阶和中台阶以及下台阶设中隔墙，分别单独或组合形成供选择的十二种施工工法；其中，中隔墙为直墙式中隔墙。
[0027]如图2所示出的，上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法可以灵活演变出12种工法，以适应在横断面上不同级别围岩组合的上软下硬地层隧道工程。
[0028]当整个隧道开挖断面均处于较好的岩层当中时，如工法al (不设临时支护)，可以采用三台阶法施工，隧道上、中、下台阶的临时中隔墙和上、下台阶的临时仰拱均可以不施作。
[0029]当隧道上台阶处于较差软弱的岩层，而中、下台阶处于较好偏硬的岩层时，如工法a2(上台阶设临时直中隔墙)、工法a3(上、中台阶设临时直中隔墙)、工法a4(上、中、下台阶设临时直中隔墙)，隧道上台阶开挖过程中设置临时竖直中隔墙，中隔墙的存在一方面分担了两侧拱脚的基地压力，另一方面也可有效控制地表沉降，当上台地基的承载能力不能满足需要或者拱脚水平收敛过大时，还需要在上台阶设置临时仰拱进行加强和改善。中、下台阶开挖时可不施作中隔墙和临时仰拱。
[0030]当隧道上、中台阶处于较差软弱的岩层，而下台阶处于较好偏硬的岩层时，如工法bI (上台阶设临时仰拱)、工法b2 (上台阶设临时仰拱和临时直中隔墙)、工法b3 (上台阶设临时仰拱，上、中台阶设临时直中隔墙)、工法b4 (上台阶设临时仰拱，上、中、下台阶设临时直中隔墙)，隧道上台阶及中台阶开挖施工过程中均设置临时中隔墙，并在上台阶设置临时仰拱，当中台阶地基的承载能力不能满足需要或拱脚水平收敛较大时还需要在中台设置临时仰拱进行加强改善，下台阶开挖时可不施作中隔墙。
[0031]当整个隧道开挖面处于较差软弱的围岩中时，在各个台阶开挖过程中均设置临时中隔墙，如工法c4(上、中台阶设临时仰拱，上、中、下台阶设临时直中隔墙)，当地基的承载能力不能满足需要或拱脚的水平收敛时，还需要设置临时仰拱进行加强和改善。当隧道围岩处于较差软弱围岩中，但考虑施工进度、作业空间时，在设置仰拱的同时根据实际需要设置中隔板，如工法Cl (上、中台阶设临时仰拱 )、工法c2(上、中台阶设临时仰拱，上台阶设临时直中隔墙)、工法c3(上、中台阶设临时仰拱，上、中台阶设临时直中隔墙)。
[0032]步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖；对当前开挖段隧道断面施加超前预支护。还包括初期支护步骤以及临时支护步骤。还包括二次衬砌步骤。分部快速开挖根据地层软硬状况，将断面分为三个主台阶，再将各台阶分成左右两个部分，总共形成六个单元，六个单元间横向和纵向的组合形成分部开挖，开挖后衬砌及仰拱紧跟，并采用直墙式中隔墙，确保隧道竖向承载能力大、抵抗变形能力强，临时仰拱及各个台阶的中隔墙可根据现场地质情况适当增设。
[0033]步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，基于选择好的施工工法，通过对该施工段增加或减少仰拱或隔墙对当前隧道断面进行重新划分单元，实现不同围岩级别地段和工法的快速转换；
[0034]步骤6)完成隧道开挖。
[0035]下面以附图3和图4为隧道上台阶和中台阶为软弱围岩，而下台阶围岩较好偏硬时，采用工法c3为例，具体描述采用上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法进行开挖的步骤，隧道在上台阶和中台阶设置临时中隔墙，用中隔墙3将上台阶和中台阶分成四个部分，具体施工工序为:
[0036]工序1:利用上一施工段循环架立的钢架施作拱部超前支护8。
[0037]工序2:开挖上台①部，初喷4cm厚混凝土，架立初支钢架9和中隔墙3临时钢架(图4中未示出)，并设置两根锁脚锚管7(?42，L = 3.5m)，锁脚锚管与钢架焊接牢固。各榀钢架采用纵向连接钢筋10进行连接。钻设径向锚杆I后复喷混凝土至设计厚度，底部钢架在初喷混凝土后架设，架设完毕后复喷20cm混凝土封闭。
[0038]工序3:开挖上台②部，除中隔壁临时钢架已施工完毕，其余均可以参见工序2进行。若上台阶围岩不能自稳，又特别软弱，可以在①部和②部采用环形预留核心土法进行开挖。
[0039]工序4:上台①、②部施工至一定距离后，依次开挖中台③部和④部，及时封闭初期支护，可参加工序2和工序3进行。
[0040]工序5:中台③、④部施工至适当距离时，开挖⑤部，初喷4cm厚混凝土，架立钢架，钻设系统锚杆I后复喷混凝土至设计厚度。
[0041]工序6:初期支护5、防水层6和临时仰拱2完成后，分别灌注⑦部仰拱二衬和⑥部隧道底部填充混凝土。
[0042]工序7:初期支护和填充混凝土达到强度后拆除中隔墙3和临时仰拱2，为后续开挖及二衬混凝土浇筑创造条件，形成流水作业线。
[0043]工序8:利用初砌模板台车一次性灌注图3和图4中二次衬砌4(即拱墙衬砌一次施作)。
[0044]工序说明:
[0045]其他工法的施工工序参考上述工序，上台阶和中台阶的临时仰拱视围岩情况进行设置，如较好可以不设置临时仰拱，否则设置；中下台阶的中隔墙可以采用与上台阶一样的工字钢，也可以采取保留中间岩柱或者间隔一定距离设一根钢立柱。
[0046]施工措施:
[0047](I)加强超前预支护
[0048]超前预支护体系能够从时间、空间上对地表沉降、拱顶下沉和周边收敛起到显著控制效果，如增设管棚、超前小导管、超前锚杆等。
[0049](2)加强初期支护
[0050]为了实现上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法代替CRD法和双侧壁导坑法，以减少隧道变形和地表下沉，保障施工安全，需要遵循“强支护”的理念。加强传统锚喷支护参数，二衬紧跟，或者因地制宜采取其他措施。
[0051](3)加强系统控制
[0052]隧道施工应该坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则；工序变化处的钢架(或者临时钢架)应设置锁脚锚杆，以确保钢架基础的稳定，钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固；加强监控量测，进行施工安全评价和预警，动态设置临时中隔墙和临时仰拱。
[0053](4)支护参数动态优化
[0054]隧道开挖时临时支护和初级支护应根据实时监控量测数据进行参数优化，以适应围岩条件变话，从而减少材料浪费或者避免支护强度不够。
[0055]以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I)施工准备； 步骤2)超前地质预报； 步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法，施工工法按如下方式实现:先将隧道断面分为上台阶、中台阶以及下台阶，在三个台阶中，分别有:不设临时仰拱、上台阶设临时仰拱、上台阶和中台阶以及下台阶设临时仰拱，另外还有:不设中隔墙、上台阶设中隔墙、上台阶和中台阶设中隔墙、上台阶和中台阶以及下台阶设中隔墙，分别单独或组合形成供选择的十二种工法； 步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖； 步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，基于选择好的施工工法，通过对该施工段增加或减少仰拱或隔墙对当前隧道断面进行重新划分单元，实现不同围岩级别地段和工法的快速转换； 步骤6)完成隧道开挖。2.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤3)中的中隔墙为直墙式。3.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤4)中，还包括对当前开挖段隧道断面施加超前预支护。4.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤4)中，还包括初期支护步骤以及临时支护步骤。5.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤4)中，还包括二次衬砌步骤。
【专利摘要】本发明公开了一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，包括如下步骤1)施工准备；步骤2)超前地质预报；步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法；步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖；步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，步骤6)完成隧道开挖。本发明能够适应各种复杂地质条件和环境条件，特别是在上软下硬地层中，更能体现该工法对地层变化的适应性和工法转换的灵活性，最大限度地优化施工工序，保证施工安全，加快施工进度。
【IPC分类】E21D9/00
【公开号】CN104895575
【申请号】CN201510298845
【发明人】吴波, 黄惟, 臧万军, 李静, 王广地, 黄建华, 张丙强, 赵振伟, 勒宗振, 王启云, 赵文娟, 何梦超, 王鸣涛, 杨枫, 林上顺
【申请人】福建工程学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可以用于公路、铁路和地铁等工程中，穿越上软下硬地层大断面隧道的高效快速施工方法。
【背景技术】
[0002]已有的大断面隧道开挖技术主要包含⑶法、CRD法和双侧壁导坑法。⑶法为中隔墙施工方法，不适用于地质条件复杂，地面沉降控制严格的工程。CRD法为交叉曲墙中隔墙法，该方法控制变形能力强，可用于复杂地质条件下隧道施工，但存在临时支护多、工序繁琐、工法转换困难、作业空间狭小，施工速度慢，施工成本高等缺点。双侧壁导坑法又称双侧壁导洞法或眼镜工法，其隔墙也采用曲墙，也存在施工难度大、施工速度慢、工法转换困难等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明是针对现有大断面隧道在穿越上软下硬地层时采用CD法、CRD法或双侧壁导坑法存在的不足之处，提出一种效率高、稳定好、适应性强的上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，以提高隧道施工安全性、经济性和灵活性。
[0004]为达到上述技术效果，本发明的技术方案是:
[0005]一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，包括如下步骤:
[0006]步骤I)施工准备；
[0007]步骤2)超前地质预报；
[0008]步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法，施工工法包括:将隧道断面分为上台阶、中台阶以及下台阶，在三个台阶中，分别有:不设临时仰拱、上台阶设临时仰拱、上台阶、中台阶以及下台阶设临时仰拱、不设中隔墙、上台阶设中隔墙、上台阶、中台阶设中隔墙、上台阶、中台阶以及下台阶设中隔墙，分别单独或组合形成供选择的施工工法；其中，中隔墙为直墙式中隔墙。
[0009]步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖；对当前开挖段隧道断面施加超前预支护。还包括初期支护步骤以及临时支护步骤。还包括二次衬砌步骤。分部快速开挖根据地层软硬状况，将断面分为三个主台阶，再将各台阶分成左右两个部分，总共形成六个单元，六个单元间横向和纵向的组合形成分部开挖，开挖后衬砌及仰拱紧跟，并采用直墙式中隔墙，确保隧道竖向承载能力大、抵抗变形能力强，临时仰拱及各个台阶的中隔墙可根据现场地质情况适当增设。
[0010]步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，基于选择好的施工工法，通过对该施工段增加或减少仰拱或隔墙对当前隧道断面进行重新分割，实现不同围岩级别地段和工法的快速转换；
[0011]步骤6)完成隧道开挖。
[0012]本发明的优点:
[0013]1、适应性强。能够适应各种复杂地质条件和环境条件，特别是在上软下硬地层中，更能体现该工法对地层变化的适应性和工法转换的灵活性，最大限度地优化施工工序，保证施工安全，加快施工进度。
[0014]2、安全性高。将传统的⑶法或者CRD法的曲中隔板墙改进成竖中隔墙，能更好地发挥中隔墙减跨和控制隧道变形的作用。在上软下硬地层、浅埋或者地表沉降控制要求严格的情况下，更能体现该工法施工安全性好的特点。
[0015]3、灵活性好。由于采用了竖直中隔墙，便于采用型钢架设，可以根据实际需要灵活安排左右洞室的超前顺序和距离，还可以在中隔墙上预留孔洞，便于左右洞室设备倒用、减少临时支护和增加通视效果，更加便于监控量测。
[0016]4、工效高。该工法立足台阶法，因此能够发挥台阶法高效利用机械设备的优点，在工期紧张时能够体现施工速度快的优点。
[0017]5、成本低。该工法对于前后地层变化时具有良好的过渡性，减少人员、机械以及施工方法调整的繁琐性，最大程度地优化了临时支护设置，显著降低了施工成本。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的施工流程整体框图；
[0019]图2为图1中工法选择转换示意图；
[0020]图3为图2中工法c3施工断面示意图；
[0021]图4为图2中工法c3施工剖面示意图；
[0022]图中标号:1_系统径向锚杆；2_临时仰拱；3_临时中隔墙；4_ 二次衬砌；5_初期支护；6_防水层；7_锁脚锚杆；8_拱部超前支护；9_初支钢架；10_纵向连接钢筋；①-上台阶左部围岩 '②-上台阶右部围岩；@ -中台阶左部围岩；@ -中台阶右部围岩；⑤-下台阶围岩；? -隧底填充?’⑦-仰拱二衬。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示出的，本发明的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，包括如下步骤:
[0024]步骤I)施工准备；
[0025]步骤2)超前地质预报；
[0026]步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法，施工工法包括:施工工法按如下方式实现:先将隧道断面分为上台阶、中台阶以及下台阶，在三个台阶中，分别有:不设临时仰拱、上台阶设临时仰拱、上台阶和中台阶以及下台阶设临时仰拱，另外还有:不设中隔墙、上台阶设中隔墙、上台阶和中台阶设中隔墙、上台阶和中台阶以及下台阶设中隔墙，分别单独或组合形成供选择的十二种施工工法；其中，中隔墙为直墙式中隔墙。
[0027]如图2所示出的，上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法可以灵活演变出12种工法，以适应在横断面上不同级别围岩组合的上软下硬地层隧道工程。
[0028]当整个隧道开挖断面均处于较好的岩层当中时，如工法al (不设临时支护)，可以采用三台阶法施工，隧道上、中、下台阶的临时中隔墙和上、下台阶的临时仰拱均可以不施作。
[0029]当隧道上台阶处于较差软弱的岩层，而中、下台阶处于较好偏硬的岩层时，如工法a2(上台阶设临时直中隔墙)、工法a3(上、中台阶设临时直中隔墙)、工法a4(上、中、下台阶设临时直中隔墙)，隧道上台阶开挖过程中设置临时竖直中隔墙，中隔墙的存在一方面分担了两侧拱脚的基地压力，另一方面也可有效控制地表沉降，当上台地基的承载能力不能满足需要或者拱脚水平收敛过大时，还需要在上台阶设置临时仰拱进行加强和改善。中、下台阶开挖时可不施作中隔墙和临时仰拱。
[0030]当隧道上、中台阶处于较差软弱的岩层，而下台阶处于较好偏硬的岩层时，如工法bI (上台阶设临时仰拱)、工法b2 (上台阶设临时仰拱和临时直中隔墙)、工法b3 (上台阶设临时仰拱，上、中台阶设临时直中隔墙)、工法b4 (上台阶设临时仰拱，上、中、下台阶设临时直中隔墙)，隧道上台阶及中台阶开挖施工过程中均设置临时中隔墙，并在上台阶设置临时仰拱，当中台阶地基的承载能力不能满足需要或拱脚水平收敛较大时还需要在中台设置临时仰拱进行加强改善，下台阶开挖时可不施作中隔墙。
[0031]当整个隧道开挖面处于较差软弱的围岩中时，在各个台阶开挖过程中均设置临时中隔墙，如工法c4(上、中台阶设临时仰拱，上、中、下台阶设临时直中隔墙)，当地基的承载能力不能满足需要或拱脚的水平收敛时，还需要设置临时仰拱进行加强和改善。当隧道围岩处于较差软弱围岩中，但考虑施工进度、作业空间时，在设置仰拱的同时根据实际需要设置中隔板，如工法Cl (上、中台阶设临时仰拱 )、工法c2(上、中台阶设临时仰拱，上台阶设临时直中隔墙)、工法c3(上、中台阶设临时仰拱，上、中台阶设临时直中隔墙)。
[0032]步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖；对当前开挖段隧道断面施加超前预支护。还包括初期支护步骤以及临时支护步骤。还包括二次衬砌步骤。分部快速开挖根据地层软硬状况，将断面分为三个主台阶，再将各台阶分成左右两个部分，总共形成六个单元，六个单元间横向和纵向的组合形成分部开挖，开挖后衬砌及仰拱紧跟，并采用直墙式中隔墙，确保隧道竖向承载能力大、抵抗变形能力强，临时仰拱及各个台阶的中隔墙可根据现场地质情况适当增设。
[0033]步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，基于选择好的施工工法，通过对该施工段增加或减少仰拱或隔墙对当前隧道断面进行重新划分单元，实现不同围岩级别地段和工法的快速转换；
[0034]步骤6)完成隧道开挖。
[0035]下面以附图3和图4为隧道上台阶和中台阶为软弱围岩，而下台阶围岩较好偏硬时，采用工法c3为例，具体描述采用上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法进行开挖的步骤，隧道在上台阶和中台阶设置临时中隔墙，用中隔墙3将上台阶和中台阶分成四个部分，具体施工工序为:
[0036]工序1:利用上一施工段循环架立的钢架施作拱部超前支护8。
[0037]工序2:开挖上台①部，初喷4cm厚混凝土，架立初支钢架9和中隔墙3临时钢架(图4中未示出)，并设置两根锁脚锚管7(?42，L = 3.5m)，锁脚锚管与钢架焊接牢固。各榀钢架采用纵向连接钢筋10进行连接。钻设径向锚杆I后复喷混凝土至设计厚度，底部钢架在初喷混凝土后架设，架设完毕后复喷20cm混凝土封闭。
[0038]工序3:开挖上台②部，除中隔壁临时钢架已施工完毕，其余均可以参见工序2进行。若上台阶围岩不能自稳，又特别软弱，可以在①部和②部采用环形预留核心土法进行开挖。
[0039]工序4:上台①、②部施工至一定距离后，依次开挖中台③部和④部，及时封闭初期支护，可参加工序2和工序3进行。
[0040]工序5:中台③、④部施工至适当距离时，开挖⑤部，初喷4cm厚混凝土，架立钢架，钻设系统锚杆I后复喷混凝土至设计厚度。
[0041]工序6:初期支护5、防水层6和临时仰拱2完成后，分别灌注⑦部仰拱二衬和⑥部隧道底部填充混凝土。
[0042]工序7:初期支护和填充混凝土达到强度后拆除中隔墙3和临时仰拱2，为后续开挖及二衬混凝土浇筑创造条件，形成流水作业线。
[0043]工序8:利用初砌模板台车一次性灌注图3和图4中二次衬砌4(即拱墙衬砌一次施作)。
[0044]工序说明:
[0045]其他工法的施工工序参考上述工序，上台阶和中台阶的临时仰拱视围岩情况进行设置，如较好可以不设置临时仰拱，否则设置；中下台阶的中隔墙可以采用与上台阶一样的工字钢，也可以采取保留中间岩柱或者间隔一定距离设一根钢立柱。
[0046]施工措施:
[0047](I)加强超前预支护
[0048]超前预支护体系能够从时间、空间上对地表沉降、拱顶下沉和周边收敛起到显著控制效果，如增设管棚、超前小导管、超前锚杆等。
[0049](2)加强初期支护
[0050]为了实现上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法代替CRD法和双侧壁导坑法，以减少隧道变形和地表下沉，保障施工安全，需要遵循“强支护”的理念。加强传统锚喷支护参数，二衬紧跟，或者因地制宜采取其他措施。
[0051](3)加强系统控制
[0052]隧道施工应该坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则；工序变化处的钢架(或者临时钢架)应设置锁脚锚杆，以确保钢架基础的稳定，钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固；加强监控量测，进行施工安全评价和预警，动态设置临时中隔墙和临时仰拱。
[0053](4)支护参数动态优化
[0054]隧道开挖时临时支护和初级支护应根据实时监控量测数据进行参数优化，以适应围岩条件变话，从而减少材料浪费或者避免支护强度不够。
[0055]以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I)施工准备； 步骤2)超前地质预报； 步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法，施工工法按如下方式实现:先将隧道断面分为上台阶、中台阶以及下台阶，在三个台阶中，分别有:不设临时仰拱、上台阶设临时仰拱、上台阶和中台阶以及下台阶设临时仰拱，另外还有:不设中隔墙、上台阶设中隔墙、上台阶和中台阶设中隔墙、上台阶和中台阶以及下台阶设中隔墙，分别单独或组合形成供选择的十二种工法； 步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖； 步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，基于选择好的施工工法，通过对该施工段增加或减少仰拱或隔墙对当前隧道断面进行重新划分单元，实现不同围岩级别地段和工法的快速转换； 步骤6)完成隧道开挖。2.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤3)中的中隔墙为直墙式。3.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤4)中，还包括对当前开挖段隧道断面施加超前预支护。4.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤4)中，还包括初期支护步骤以及临时支护步骤。5.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，其特征在于，所述步骤4)中，还包括二次衬砌步骤。
【专利摘要】本发明公开了一种上软下硬地层大断面隧道高效快速施工方法，包括如下步骤1)施工准备；步骤2)超前地质预报；步骤3)施工工法判断及选择，基于步骤2)的地质预报结果，对当前段的隧道断面进行围岩软硬分层分析，根据分析结果选择现阶段施工工法；步骤4)分布快速开挖，基于步骤3)选择的施工工法，对隧道断面选择设置仰拱或隔墙，对仰拱或隔墙分割后的单元进行快速开挖；步骤5)进入下一个施工段，重复步骤3)，步骤6)完成隧道开挖。本发明能够适应各种复杂地质条件和环境条件，特别是在上软下硬地层中，更能体现该工法对地层变化的适应性和工法转换的灵活性，最大限度地优化施工工序，保证施工安全，加快施工进度。
【IPC分类】E21D9/00
【公开号】CN104895575
【申请号】CN201510298845
【发明人】吴波, 黄惟, 臧万军, 李静, 王广地, 黄建华, 张丙强, 赵振伟, 勒宗振, 王启云, 赵文娟, 何梦超, 王鸣涛, 杨枫, 林上顺
【申请人】福建工程学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日
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