软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构及其施工方法。

背景技术

随着城市的发展，地面道路已经不能满足日益增长的车辆交通，唯有修建地下道路来缓解。考虑城市地面空间有限，地下道路的进出洞口段落的覆土深度一般较浅。并且地质条件较差，施工开挖断面较大，如果在地下水位较浅的地区，进出洞口段的施工就十分困难。

如何安全完成地下道路进出洞口的施工就是制约地下道路贯通的关键。需要重点解决一下问题：

1、隧道进出洞口埋深较浅，覆土一般为城市回填土或垃圾土，非原状土，土体的自稳性较差，如果不进行预先支护很难进行开挖；

2、地下道路目前为适应城市的快速发展，预留洞室的孔径较大，导致开挖断面较大，鉴于围岩稳定较差，不能同步开挖采用分断面多导洞开挖；

3、根据隧道开挖原则：“早进洞、晚出洞”，尽早完成洞口段的开挖支护工序是工程顺利进行的的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构及其施工方法，节约了开挖支护时间，大大提高了施工效率，在掌子面在施工过程中取得了较好的社会、经济效益。

本发明是通过如下技术方案实现的：

提供一种软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构，包括上台阶套拱，套拱内预埋套管，并通过套管由套拱向山体内打设有隧道拱顶弧形管棚，山体内在隧道拱顶弧形管棚下部两端之间还固定有打设在上台阶和下台阶之间的水平管棚，水平管棚中部上方与隧道拱顶弧形管棚拱顶之间还打设有竖向设置且呈弧形的中间上管棚，水平管棚中部下方与下台阶仰拱拱底之间还打设有与中间上管棚固定的中间下管棚。

进一步的，中间上管棚和中间下管棚关于水平管棚对称设置。

进一步的，中间上管棚和中间下管棚在同侧的内弧形面还设置有钢拱架。

一种使用软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构的施工方法，包括沿掌子面开挖轮廓线，施作上台阶套拱并预埋套管，还包括以下步骤：

a、打设管棚：同时打设隧道拱顶弧形管棚、水平管棚和中间上管棚，并施工注浆；

b、上台阶施工：上台阶采用左右侧两个导洞按步距分别开挖土体并进洞10~15m；

c、下台阶管棚施工：水平管棚中部下方与下台阶仰拱拱底之间打设与中间上管棚固定的中间下管棚，并施工注浆；

d、下台阶施工：开挖土体完成初期支护，隧道进出洞口段开挖闭合成环。

进一步的，步骤a中，隧道拱顶弧形管棚通过套管由套拱向山体内打设，水平管棚打设在上台阶和下台阶之间且连接弧形管棚下部两端，中间上管棚呈弧形，打设在水平管棚中部上方与弧形管棚拱顶之间。

进一步的，管棚采用自进式管棚钻机分段打设，每节段长度3m，根据进出洞口段的设计长度，一次打设距离不小于30m。

进一步的，在步骤b之后且步骤c之前，首先在洞门掌子面施做洞门环框梁，并预埋大管棚打设的导向管，然后进行管棚施工。

本发明的有益效果：

在施工过程中提出了一种软弱地层浅埋大断面隧道采用管棚分割支护进出洞方式，改变原来传统的施做套拱，然后打设拱顶大管棚超前进洞的方式。采用全断面进洞，采用管棚分割支护，管棚沿掌子面十字形开挖轮廓线，一次通长打设。有了管棚的支护，开挖时不用再每循环单独打设超前小导管。节约了开挖支护时间，大大提高了施工效率，在掌子面在施工过程中取得了较好的社会、经济效益。

本发明步骤简单，可操作性强，节约用地，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明中支护结构的整体结构示意图；

图2为图1的侧视图。

图中所示：

1、隧道拱顶弧形管棚，2、中间上管棚，3、水平管棚，4、中间下管棚，5、钢拱架，6、上台阶，7、下台阶，8、套拱，9、仰拱，10、导洞。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

一种软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构，涉及城市已建成核心区，修建地下道路、综合管廊、电缆隧道等地下工程领域，特别涉及一种软弱地层浅埋大断面隧道采用管棚分割支护进出洞方式，修建相关地下空间结构，如地下快速路、轨道交通等。

其包括上台阶套拱8，套拱8内预埋套管，并通过套管由套拱8向山体内打设有隧道拱顶弧形管棚1，隧道进出洞口山体内在隧道拱顶弧形管棚1下部两端之间还固定有打设在上台阶6和下台阶7之间的水平管棚3，水平管棚3中部上方与隧道拱顶弧形管棚1拱顶之间还打设有竖向设置且呈隧道拱顶弧形的中间上管棚2，水平管棚3中部下方与下台阶7仰拱拱底之间还打设有与中间上管棚2固定的中间下管棚4。其中：中间上管棚2和中间下管棚4关于水平管棚3对称设置。中间上管棚2和中间下管棚4在同侧的内弧形面还设置有钢拱架5。

一种使用软弱地层浅埋大断面隧道进出洞支护结构的施工方法，包括沿掌子面开挖轮廓线，施作上台阶套拱8并预埋套管，还包括以下步骤：

首先，清理进出洞口掌子面，沿掌子面十字形开挖轮廓线，施做上台阶套拱8，并留置预埋套管。

a、打设管棚：同时打设隧道拱顶弧形管棚1、水平管棚3和中间上管棚2，并施工注浆，其中：隧道拱顶弧形管棚1通过套管由套拱8向山体内打设，水平管棚3打设在上台阶6和下台阶7之间且连接隧道拱顶弧形管棚1下部两端，中间上管棚2呈弧形，打设在水平管棚3中部上方与隧道拱顶弧形管棚1拱顶之间；

b、上台阶施工：上台阶6采用左右侧两个导洞10按10m步距分别开挖土体并进洞10~15m；

在洞门掌子面施做洞门环框梁，并预埋大管棚打设的导向管，然后再进行管棚施工。开挖先行洞时，可不再进行隧道拱部及侧墙位置的超前支护，并且中间上管棚2和中间下管棚4在同侧的内弧形面还设置有钢拱架5可以降低材料型号，一般采用I16型号的工字钢，节约材料重量，减少施工难度，加大了施工功效。上台阶6每循环的开挖榀数，一次可开挖2到3榀，每循环开挖进尺不大于2m。

c、下台阶管棚施工：水平管棚3中部下方与下台阶7仰拱9拱底之间打设与中间上管棚2固定的中间下管棚4，并施工注浆；

d、下台阶施工：开挖土体完成初期支护，隧道进出洞口段开挖闭合成环，下台阶开挖时，可适当加大每循环的开挖榀数，一次可开挖3到5榀，每循环开挖进尺不大于3m，加快施工进度，提高工作效率。

上述打设管棚采用自进式管棚钻机分段打设，每节段长度3m，根据进出洞口段的设计长度，一次打设距离不小于30m。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式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，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。