基于二次初支加强拱盖的断面施工方法

技术领域

本发明涉及断面施工技术领域，具体涉及基于二次初支加强拱盖的断面施工方法。

背景技术

拱盖法是在明挖法、盖挖法和洞桩法施工方法基础上创建的适用于围岩“上软下硬”条件的一种暗挖施工方法。

拱盖法采用三台阶工艺开挖断面，大致流程为：开挖拱盖(上台阶)的左右边导洞-左右边导洞初支-开挖上台阶中导洞-中导洞初支-下断面上部(中台阶)开挖、侧墙初支-下断面下部(下台阶)开挖、仰拱初支。

拱盖法适用范围一般应用于围岩等级Ⅳ级以上、地质条件较好的地铁车站。技术成熟，但适用范围较小，主体结构与防水质量较差，并且后续施工对主体结构影响大。

发明内容

本发明的目的在于提供基于二次初支加强拱盖的断面施工方法，采用两次初支加强拱盖结构，力学性能更好，且二次初支与一次初支相结合，二次初支相当于增加一层自防水层，能够提高拱盖法的适用范围。

本发明通过下述技术方案实现：

基于二次初支加强拱盖的断面施工方法，包括以下步骤：

S1、测量计算获得初支所用混凝土的工程量；

S2、拱盖左边导洞或右边导洞开挖、一次初支；拱盖右边导洞或左边导洞开挖、一次初支；

S3、拱盖中导洞开挖、一次初支，拱盖左边导洞、右边导洞和中导洞的一次初支连接形成拱盖一次初支；

S4、在完成的拱盖一次初支的基础上进行二次初支；

S5、下断面上部开挖、侧墙初支，两侧的侧墙初支与拱盖一次初支连接；

S6、下断面下部开挖、仰拱初支，底部的仰拱初支两侧分别与两侧的侧墙初支连接，使各个一次初支闭环。

本发明首次提出了在一次初支的基础上进行二次初支，采用两次初支加强拱盖结构，力学性能更好，且二次初支与一次初支相结合，二次初支相当于增加一层自防水层，能够提高拱盖法的适用范围。

进一步地，步骤S1的具体过程为：

采用隧道3D断面扫描仪进行扫描，通过三维点云数据计算，获取所有施工区域的超欠挖情况，并根据计算得初支混凝土工程量。

进一步地，步骤S2中，在导洞开挖之前，采用超前小导管对拱盖外轮廓进行支护，小导管纵向搭接长度≥1.0m，外插角为20°。

进一步地，步骤S2中，在开挖左边导洞和右边导洞过程中，均设置临时支撑墙。

进一步地，步骤S2中，一次初支的具体过程为：

依次进行：安装锚杆、初喷混凝土、铺设钢筋网、安装型钢拱架、喷射混凝土至一次初支的设计厚度；所述钢筋网与锚杆连接处用细铁丝绑扎或点焊在一起；型钢拱架焊接在锚杆端部。

进一步地，步骤S2中，一次初支内预埋连接钢筋，所述连接钢筋与型钢拱架焊接，连接钢筋锚入一次初支内长度不小于30cm，预留长度不小于35cm。

进一步地，步骤S3中，中导洞采用台阶开挖法，上半部分采用人工配合机械开挖，下半部分采用爆破法，中导洞的一次初支同边导洞的一次初支。

进一步地，步骤S4中，二次初支的施工顺序为：

纵梁浇筑、拱盖左部混凝土浇筑、拱盖右部混凝土浇筑、拱盖中部混凝土浇筑。

进一步地，步骤S4中，二次初支时，在浇筑混凝土所使用的钢模边缘处安装可压缩橡胶垫片，所述可压缩橡胶垫片的压缩率为50％，实现二次初支与一次初支软搭接。

进一步地，步骤S4中，下断面上部开挖过程为：

开挖下断面上部的中央部土体、分层开挖下断面上部左右两侧部分土体、施做侧墙初支；

步骤S4中，下断面下部开挖过程为：

开挖下断面下部中央部土体、施做仰拱部分初支、分层开挖断面下部左右两侧部土体，施做仰拱部分初支和侧墙初支，一次初支完全封闭。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用二次初支加强拱盖结构，力学性能更好，对于地层变化适应性强；二次初支与一次初支相结合，二次初支相当于增加一层自防水层。

2、本发明通过在一次初支内设置连接钢筋，使二次初支与一次初支结合良好，同时，二次初支与一次初支采用软搭接技术，减少漏浆、错台现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明断面施工方法的工艺流程图；

图2为断面开挖示意图；

图3为两次初支后拱盖的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-一次初支结构；2-二次初支结构；3-大拱脚；4-临时支撑墙；5-开挖分部；6-初支钢筋网片；7-一次初支型钢骨架；8-连接钢筋；9-二次初支钢筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定，以下所描述的实施例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的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。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。以下实施例中所使用的材料、仪器和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中所使用的技术手段，如无特殊说明，均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1：

如图1-图3所示，基于二次初支加强拱盖的断面施工方法，包括以下步骤：

S1、测量计算获得初支所用混凝土的工程量：

采用隧道3D断面扫描仪进行扫描，通过三维点云数据计算，获取所有施工区域的超欠挖情况，并根据计算得初支混凝土工程量；为现场混凝土施工提供依据。

S2、拱盖左边导洞或右边导洞开挖、进行一次初支，获得一次初支结构1；拱盖右边导洞或左边导洞开挖、一次初支，获得一次初支结构1。

在导洞开挖之前，采用超前小导管对拱盖外轮廓进行支护，小导管纵向搭接长度≥1.0m，外插角为20°。

具体地，小导管采用φ42×3.5mm的热轧无缝钢管，注浆管按照设计图纸，钢管前加工成锥形，尾部焊接φ6加箍筋，在距离小导管尾端1.05m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔150～200mm，呈梅花型布设，孔位互成90°，孔径6～8mm。超前小导管环向间距为0.4m，每根长度为4m，每间隔一榀格栅钢架打设一环。

每导洞循环开挖进尺不大于2榀拱架。为保证超前小导管打设角度，采用在拱架上按设计间距割孔的方式，按照设计要求放出小导管的位置。采用风钻钻孔。小导管尾部焊接在钢架上，增加共同支护能力。注浆前，喷5～10cm厚混凝土封闭工作面，以防止漏浆。导管安装好后，在尾部安装止浆塞，连接注浆管，按照预先选定的配合比进行注浆。采用注浆量和注浆压力双控原则进行注浆时间的控制。注浆时由两侧向中间对称进行，自下而上逐孔注浆。

在开挖左边导洞和右边导洞过程中，均设置临时支撑墙4。

一次初支的具体过程为：

依次进行：安装锚杆、初喷混凝土、铺设钢筋网、安装型钢拱架、喷射混凝土至一次初支的设计厚度；所述钢筋网与锚杆连接处用细铁丝绑扎或点焊在一起；型钢拱架焊接在锚杆端部。

其中，采用Φ25组合式中空锚杆，锚杆长度4～5m，间距1m×0.75m梅花型布置。用YT28风钻钻眼，高压风冲洗眼孔后，插入杆体。中空锚杆采用排气法注浆，将内径Φ4～5mm，壁厚1～1.5mm的软塑料排气管沿锚杆全长固定于杆体上，并在孔外留1m左右的富余长度。将锚杆缓慢送入钻孔中至设计位置。用早强水泥或者锚固剂将锚杆周围的孔口封闭，将中空锚杆杆体作为注浆通道，在确认注浆管畅通后，开始注浆，直到排气管不排气或溢出稀浆时停，待砂浆达到强度后安装垫板拧紧螺帽。

按设计要求加工钢筋网，钢筋网采用双层Φ8@200×200，洞外分块预制成1.2×1.4m的网片，洞内铺挂。钢筋网根据岩面的实际起伏状铺设，并在初喷混凝土后进行。钢筋网片与锚杆连接用细铁丝绑扎或点焊在一起，确保喷射混凝土时不移动。钢筋网安设要点：钢筋网所采用钢筋型号和网格尺寸必须符合设计要求；制作前进行校直、除锈及油污等，确保施工质量；钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，砼保护层大38于2cm。

混凝土在拌合站集中拌制，用小型罐车运至喷射工作面进行喷射。喷射砼配合比由现场试验室根据实际情况确定施工配合比。初喷厚度4cm，复喷在完成锚杆、钢筋网、型钢拱架安装后进行，喷射至设计厚度，临空面保护层厚度不得少于3.0cm。

S3、拱盖中导洞开挖、一次初支，拱盖左边导洞、右边导洞和中导洞的一次初支连接形成拱盖一次初支。

中导洞采用台阶开挖法，上半部分采用人工配合机械开挖，下半部分采用爆破法，爆破采用直眼掏槽，光面微差起爆，把掏槽区适当靠下，同时严格，控制同段装药量以减少对导洞顶围岩的扰动，这是连拱隧道施工的关键控制点。中导洞的一次初支同边导洞的一次初支。

中导洞施工时先拆除半边临时支撑墙4，开挖完中部土体后再拆除另一侧临时支撑墙4；开挖完成后施工拱部一次初支与底部临时横撑，施工方法同边导洞一次初支与临时支撑墙4。

当一次初期支护闭合成环一定长度后，及时对初衬背后回填注浆加固，以减少地面沉降量。初支背后充填注浆跟随开挖工作面、并距开挖工作面5m的地方进行，注浆孔的布置沿隧道拱部及边墙布设。环向间距：2m；纵向间距为4m，呈梅花形布置；注浆终压为0.3MPa；注浆材料为水泥砂浆。注浆参数根据现场实际渗水量及围岩情况进行适当调整，必要时进行更深层围岩注浆堵水，以确保初支表面干燥，无渗漏水。

S4、在完成的拱盖一次初支的基础上进行二次初支，获得二次初支结构2。

二次初支加固按照“纵梁浇筑→拱盖左部混凝土浇筑→拱盖右部混凝土浇筑→拱盖中部混凝土浇筑”的顺序施工。纵梁钢筋绑扎后在顶部预埋连接钢板，由于拱盖左、右部拱架施工时，中部未开挖完成，故在主体竖向支撑上设置临时工字钢横梁，防止拱架移位和变形，待中部施工完成并封闭成环后予以拆除，为防止爆模，拱盖左、右部均分成2次进行浇筑。

为保证二次初支连成整体，在一次初支内预埋连接钢筋8，并与其拱架焊接，锚入初支内长度不小于30cm，预留长度不小于35cm。待二次初支浇筑完成后，形成整体受力结构，降低掉拱风险，保证下断面施工安全。

二次初支施工时，采用多功能作业台架施工，多功能作业台架为现有技术，由I18工字钢门架、纵梁、横撑、固定栏杆、爬梯、扶手、行走机构等组成成；台架轨间距为4m，高4.6m，长5.2m，台架行走系滑式，由4榀门架结构及纵梁连接而成，内部设置有延长板，延长板设置在台架内部，随着隧道的直径宽度不同，将不同高度的延长板伸出，配合定型钢模对二次初支进行支模。并且为防止前后两次两板初支搭接处混凝土压溃、漏浆及错台现象，在钢模边缘处安装可压缩橡胶垫片，可压缩橡胶垫片压缩率为50％左右，将刚性搭接变为软搭接，保证了混凝土施工质量。

施工完成的拱盖结构如图3所示，一次初支结构1内含有初支钢筋网片6和一次初支型钢骨7，一次初支结构2内含有二次初支钢筋9，且连接钢筋8置于一次初支结构1和一次初支结构内。

S5、下断面上部开挖、侧墙初支，两侧的侧墙初支与拱盖一次初支连接：下断面上部开挖过程为：开挖下断面上部的中央部土体、分层开挖下断面上部左右两侧部分土体、施做侧墙初支。

S6、下断面下部开挖、仰拱初支，底部的仰拱初支两侧分别与两侧的侧墙初支连接，使各个一次初支闭环：开挖下断面下部中央部土体、施做仰拱部分初支、分层开挖断面下部左右两侧部土体，施做仰拱部分初支和侧墙初支，一次初支完全封闭。

如图2所示的断面开挖示意图，将断面自上而下分为拱盖和下断面，其中，下断面自上而下分两段施工，即下断面自上而下分别为下断面上部和下断面下部。其中，拱盖开挖是先开挖左右两侧的导洞，然后是中部导洞，且中部导洞采用台阶开挖，先挖上台阶再挖下台阶，而下断面上部和下断面下部均是先开挖中央部土体，然后再分层开挖左右两侧部分土体，最终，断面的开挖分部5包括三台阶14部分。

本实施例的工作原理为：

将开挖断面分成三台阶14部分，开挖上台阶左右导洞，在超前小导管与锚杆施工完成后预埋连接钢筋，搭设型钢拱架与连接钢筋焊接，大拱脚3部位注浆，浇筑拱盖拱脚纵梁，喷射初支拱盖混凝土。开挖上台阶中导洞施做初支，完成一次初支。继续绑扎钢筋，与预埋钢筋连接，采用自制多功能作业台架+定型钢模，浇筑加强初支混凝土，完成二次初支。依次按顺序进行开挖，进行侧墙、仰拱初支施作，初支完全封闭。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。