一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，涉及一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法，特别涉及两车道或三车道一般跨度隧道进入超大跨度隧道快速过渡施工方法。

背景技术

随着我国城市化进程的发展，隧道建设工程也迎来了新的发展高峰期。受周边地形及基友构建筑物限制、与既有道路的接入及道路交叉需要等因素，城市山岭隧道设计为连续变断面，例如浅埋小净距变连拱及连拱再变大断面等，其存在断面隧道净空尺寸发生变化、断面变化处应力集中，若施工控制不当，易发生塌方等隧道失稳灾害，且小断面隧道进入大断面施工开挖难度大、工艺复杂，涉及多次工法转换，施工效率低，安全质量风险极高。目前有几种从小断面过渡到大断面施工技术思路，一是在距进入大断面隧道前5～15m，采取从小断面以一定坡度的喇叭口方式扩挖至大断面，后期对喇叭口段围岩扩挖部位用混凝土填充，但混凝土填充增大了工程造价、对围岩扰动较大，二是在进入大断面隧道后再行以一定坡度的喇叭口方式扩挖至大断面后，再返回扩挖爬坡段，但隧道开挖爬坡段时，拱顶地层不稳定性较大、支护措施不到位极易引起坍塌、安全可控性差。因此，为保证连续变断面大跨度隧道的安全性，需合理安排施工顺序，研发适用于连续变断面大跨度隧道的快速过渡施工方法。

发明内容

本发明针对传统隧道开挖方法对于连续变断面大跨度隧道安全隐患多、施工难度大以及施工进度慢等问题，提出了一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法，适用于两车道衬砌断面CD法向五车道衬砌断面双侧壁法转换施工工程。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法，包括以下步骤：

步骤一，施作超前小导管，开挖双车道CD法1部，施作临时竖撑及双车道初支护，施工至分界里程前2m范围内支护临时钢架；

步骤二，施作超前小导管，开挖五车道衬砌断面2部，施作Ⅱ部的临时钢架支护及五车道衬砌断面初支护，在满足施工机械操作空间及横通道施工安全，纵向施工5m后停止前进方向掘进；

步骤三，施作超前小导管，横向开挖3部，破除临时钢架支护并施作Ⅲ部临时门式刚架支护，门式刚架支护与2部初支钢架焊接，同时预留后期五车道衬砌断面钢架支护连接的操作空间，增设拱部锁脚，加强施工监测；

步骤四，施作超前小导管，沿五车道衬砌断面开挖线开挖并施作完成门式刚架支护，施作门式刚架范围内五车道衬砌初支钢架，此时，五车道衬砌上台阶开挖完成，加强施工监测；

步骤五，施作超前小导管，施作五车道双侧壁右侧上台阶纵向开挖4部，并施作Ⅳ部临时钢架支护及初支钢架；

步骤六，五车道衬砌断面双侧壁4部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道双侧壁5部，并施作Ⅴ部的临时支护及初支护；

步骤七，五车道衬砌断面双侧壁5部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面6部，并施作Ⅵ部的临时支护及初支钢架；

步骤八，五车道衬砌断面双侧壁6部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面7部，并施作Ⅶ部的临时支护及初支钢架；

步骤九，五车道衬砌断面双侧壁7部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面8部，并施作Ⅷ部的临时支护及初支钢架；

步骤十，五车道衬砌断面双侧壁8部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面9部，并施作Ⅷ部的临时支护及初支钢架。

具体的，所述步骤一中支护临时钢架采用间距加密为0.4m的加强支护。

具体的，该施工方法适用于两车道衬砌断面CD法向五车道衬砌断面双侧壁法转换施工工程。

本发明的有益效果为：

本发明通过两车道或三车道隧道上台阶进入超大断面一侧导坑上台阶，再通过施作横通道的形式开挖超大断面另一侧导坑，实现了小断面隧道进入大断面隧道双侧壁工法的快速安全的转换，可在确保安全的情况下施工变得有序可控，实现了连续变断面大跨度隧道快速掘进施工的目标，工期进度得到了保证，工序转换方便，降低劳动强度，提高施工效率，降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法的流程图；

图2为本发明实施例五车道双侧壁法的正面图；

图3为本发明实施例五连续变断面大跨度隧道的平面图；

图4为本发明实施例A节点的大样图；

图5为本发明实施例门式刚架的结构示意图；

图6为本发明实施例S104中门式刚架与初支钢架相对位置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考附图1-6，一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法，包括以下步骤：

S101：施作超前小导管，开挖双车道CD法1部，施作临时竖撑及双车道初支护，施工至分界里程前2m范围内支护临时钢架。

进一步的，本发明涉及的支护临时钢架采用间距加密为0.4m的加强支护，在施工开挖过程中，超前支护间距为0.4m/根，可避免拱部超挖掉块现象，超挖可以有效控制。

S102：施作超前小导管，开挖五车道衬砌断面2部，施作Ⅱ部的临时钢架支护及五车道衬砌断面初支护，在满足施工机械操作空间及横通道施工安全，纵向施工5m后停止前进方向掘进。

S103：施作超前小导管，横向开挖3部，破除临时钢架支护并施作Ⅲ部临时门式刚架支护，门式刚架支护与2部初支钢架焊接(具体参见图4)，同时预留后期五车道衬砌断面钢架支护连接的操作空间，增设拱部锁脚，加强施工监测。

S104：施作超前小导管，沿五车道衬砌断面开挖线开挖并施作完成门式刚架支护(具体参见图5)，施作门式刚架范围内五车道衬砌初支钢架(具体参见图6)，此时，五车道衬砌上台阶开挖完成，加强施工监测。

S105：施作超前小导管，施作五车道双侧壁右侧上台阶纵向开挖4部，并施作Ⅳ部临时钢架支护及初支钢架。

在其中一个实施例中，施作超前小导管采用Φ42的无缝钢管，壁厚为4mm，长度为5m，施工前对钢管尾部焊箍圈，前端做成尖锥形，管壁上钻直径为8mm的溢浆孔，呈梅花型分布，间距为15cm，外漏端40cm范围内不钻眼。

在其中一个实施例中，在洞内超前小导管注浆前，宜对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚8～10cm砼封闭，然后沿坑道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注水泥浆，其浆液固结后,使开挖轮廓以上的围岩形成承载拱，方便下一步施工。

在其中一个实施例中，超前小导管在拱部120°范围内设置，单根长度5米，以10°的外插角钻孔植入岩体，环向间距20cm，纵向水平搭接1m，纵向间距3m，每环50根。

在其中一个实施例中，超前小导管宜从钢架腹部穿过，尾端与刚架焊接，采用风动凿岩机进行钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～4mm，钻孔至设计深度后及时用风管吹孔，吹净孔内碎渣石粉，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管的95％。防止浆液倒流，小导管安装完毕，将注浆管与注浆孔之间的空隙封死，并在管口安装止回阀。

在其中一个实施例中，采用注浆机进行注浆，采用微膨胀注浆料，选购武汉源锦建材科技有限公司的UJOIN-112微膨胀注浆料，按照水料比为0.20进行加水，以注浆压力控制注浆是否完成，其中，优选注浆压力为0.5～1.0MPa，当注浆压力持续上升至2.0MPa时，停止注浆，若出现压力不降或者下降不明显时，则注浆结束，关闭止回阀，如很快降至0.5MPa以下，则继续注浆至注浆压力满足设计要求。

S106：五车道衬砌断面双侧壁4部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道双侧壁5部，并施作Ⅴ部的临时支护及初支护。

S107：五车道衬砌断面双侧壁5部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面6部，并施作Ⅵ部的临时支护及初支钢架。

S108：五车道衬砌断面双侧壁6部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面7部，并施作Ⅶ部的临时支护及初支钢架。

S109：五车道衬砌断面双侧壁7部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面8部，并施作Ⅷ部的临时支护及初支钢架。

S110：五车道衬砌断面双侧壁8部纵向开挖5～8m后，纵向开挖五车道衬砌断面9部，并施作Ⅷ部的临时支护及初支钢架。

在其中一个实施例中，本发明采用的双侧壁导坑法属于新奥法的一个分支，把一个大断面分割成两个对称的导坑和若干个独立的小断面，导坑断面近似椭圆，周边轮廓圆顺，能够有效避免应力集中，并且对隧道进行分段分批开挖，降低了大跨度隧道全断面开挖的难度。

在其中一个实施例中，施工过程中需按照设计要求，遵循双侧壁导坑法施工原则，软弱地质洞身开挖应坚持“短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌、勤监测”的原则，并且加强对应前述各步骤中的施工监测，确保施工安全，施工中若遇到实际围岩级别与设计资料不符时，应及时调整施工方案，确保开挖安全、顺利的进行。

在其中一个实施例中，拱部锁脚是保证初期支护安全的重要措施，其中，断面拱脚和墙角位置会受到较大的侧压力作用，此时该处的锚杆就充当了“拉杆”作用，用以保证钢架在受到侧向力不发生向洞内的位移，从而保证初期支护结构在施工过程中的受力稳定。

在其中一个实施例中，在隧道施工过程中，支护钢架背后严禁出现任何空洞，一方面是为了控制超欠挖，另一方面是若钢架背后不密贴应用同级砼垫块填塞密实以便于钢架受力。

在其中一个实施例中，在隧道施工过程中，围岩量测需及时准确，通过监控量测及时取得实时数据，分析反馈用于调整设计参数以及施工作业。

本发明公开了的一种变断面大跨度隧道快速过渡施工方法，不仅适用于两车道衬砌断面CD法向五车道衬砌断面双侧壁法转换施工工程，还适用于两车道衬砌断面CD法向四车道及五车道衬砌断面双侧壁法转换施工、两车道及三车道衬砌断面CD法向五车道衬砌断面双侧壁法转换及四车道衬砌断面CD法或双侧壁法向五车道衬砌断面双侧壁法转换施工。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。