一种超大断面山岭隧道开挖的改进工法的制作方法

1.本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种超大断面山岭隧道开挖的改进工法。

背景技术：

2.我国是一个多山、多丘陵的国家，交通的便捷程度直接关系到区域经济的建设与发展，因此，交通基础设施的建设成为影响国民经济发展的关键因素。公路隧道作为交通建设中的重要一环，因其良好的通过性和安全性以及在缩短线路、穿越复杂地层、减少一般路基开挖对植被破坏等方面的优势，因此，公路隧道在我国交通建设与经济发展中扮演着越来越重要的角。进入21世纪后，为了适应经济快速发展需求，提高交通运输能力，全国公路隧道建设规模不断扩大。其中，公路隧道由最初的两车道逐步演变为三车道、四车道。对于超大断面公路隧道，目前相关理论研究仍较为匮乏，超大断面分岔隧道的设计与施工大多仍在探索试验阶段。
3.在目前大跨分岔隧道施工中，对于围岩级别较差情况下，一般采用传统的双侧壁导坑改进工法或单侧壁导坑改进工法开挖。传统双侧璧导坑改进工法是利用两个中隔壁把整个隧道大断面分成左中右3个小断面施工，左、右导洞先行，中间断面紧跟其后；初期支护仰拱成环后，拆除两侧导洞临时支撑，形成全断面。传统单侧壁导坑改进工法是利用1个中隔壁把整个隧道大断面分成2个小断面施工，再将断面分成上台阶、下台阶；初期支护仰拱成环后，拆除两侧导洞临时支撑，形成全断面。
4.此两种工法对浅埋、软弱围岩隧道施工具有较强的指导意义，也是目前比较通行的在浅埋段或者软弱围岩段实施的开发工法。但随者当前大断面和超大断面隧道施工的增多，此工法在对塑性破坏区控制出现一定的不足，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的在于提供一种超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其有效减少塑性破坏区域分布，降低塑性变形程度，进一步保证施工安全。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种超大断面山岭隧道开挖的改进工法，包括以下步骤：
7.s1，进行隧道超前地质预报；如果隧道超前地质预报符合预设要求，则进入步骤s2；如果隧道超前地质预报不符合预设要求，则进行超前支护，直至符合预设要求；
8.s2，采用单侧壁导坑改进工法或双侧壁导坑改进工法进行隧道开挖；
9.s3，架设钢架；
10.s4，拆除中隔壁和临时仰拱；
11.s5，二次衬砌施作；
12.其中，在步骤s2中，当采用双侧壁导坑改进工法开挖时，将隧道断面划分为三个台阶，分别为上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶依次分布有左上导坑、中部上导坑和右上
导坑；所述中台阶依次分布有左中导坑、中部中导坑和右中导坑；所述下台阶依次分布有左下导坑、中部下导坑和右下导坑；具体开挖顺序如下：
13.s21，开挖左上导坑，左上导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左上导坑的底部施作临时仰拱；
14.s22，开挖左中导坑，左中导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左中导坑的底部施作临时仰拱；
15.s23，开挖右上导坑，右上导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右上导坑的底部施作临时仰拱；
16.s24，开挖右中导坑，右中导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右中导坑的底部施作临时仰拱；
17.s25，开挖左下导坑，左下导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在左下导坑的底部施作临时仰拱；
18.s26，开挖右下导坑，右下导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在右下导坑的底部施作临时仰拱；
19.s27，开挖中部上导坑，中部上导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在中部上导坑的底部施作临时仰拱；
20.s28，开挖中部中导坑，中部中导坑开挖完成后在其底部施作临时仰拱；
21.s29，开挖中部下导坑，中部下导坑开挖完成后在其底部施作临时仰拱；
22.当采用单侧壁导坑改进工法开挖时，将隧道断面划分为三个台阶，分别为上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶依次分布有左上导坑、右上导坑；所述中台阶依次分布有左中导坑、右中导坑；所述下台阶依次分布有左下导坑、右下导坑；具体开挖顺序如下：
23.s21’，开挖左上导坑，左上导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左上导坑的底部施作临时仰拱；
24.s22’，开挖左中导坑，左中导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左中导坑的底部施作临时仰拱；
25.s23’，开挖右上导坑，右上导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，并在右上导坑的底部施作临时仰拱；
26.s24’，开挖右中导坑，右中导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右中导坑的底部施作临时仰拱；
27.s25’开挖左下导坑，左下导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左下导坑的底部施作临时仰拱；
28.s26’，开挖右下导坑，右下导坑开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右下导坑的底部施作临时仰拱。
29.进一步地，在掌子面开挖前，需要按照规范要求实施超前地质预报，预报方法为地质雷达法、超前钻孔法或tsp法。
30.进一步地，所述超前支护是采用小导管进行注浆加固。
31.进一步地，中隔壁拆除前需满足初期支护已封闭成环并满足设计强度要求。
32.进一步地，当监控量测变形稳定时才可进行中隔壁的拆除，拆除作业点距离最近的中部开挖掌子面距离不得小于30m，拆除过程中则需要对初期支护结构变形进行加密监
测。
33.进一步地，施工过程中，还对隧道支护结构、地面、地表附近建构筑物进行定期的变形监测，如果出现异常变形，则对施工人员提出预警。
34.本发明的有益效果是：
35.本发明的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，以双侧壁导坑改进工法和单侧壁导坑改进工法为基础，对其工法进行改进，减少塑性破坏区域分布，降低塑性变形程度，使其更加适合隧道超大断面开挖，进一步保证施工安全。
附图说明
36.图1为本发明超大断面山岭隧道开挖的改进工法一实施例的开挖顺序示意图；
37.图2为本发明超大断面山岭隧道开挖的改进工法另一实施例的开挖顺序示意图；
38.图3为采用传统双侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；
39.图4为采用本发明中的双侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；
40.图5为采用传统单侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；
41.图6为采用本发明中的单侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；
42.其中：
43.1左上导坑；2左中导坑；3右上导坑；4右中导坑；5左下导坑；
44.6右下导坑；7中部上导坑；8中部中导坑；9中部下导坑。
具体实施方式
45.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的超大断面山岭隧道开挖的改进工法进行进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
46.参照图1和图2，本发明一实施例的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，包括如下步骤：
47.s1，进行隧道超前地质预报；如果隧道超前地质预报符合预设要求，则进入步骤s2；如果隧道超前地质预报不符合预设要求，则进行超前支护，直至符合预设要求；
48.s2，采用单侧壁导坑改进工法或双侧壁导坑改进工法进行隧道开挖；
49.s3，架设钢架；
50.s4，拆除中隔壁和临时仰拱；
51.s5，二次衬砌施作；
52.其中，在步骤s2中，当采用双侧壁导坑改进工法开挖时，如图1所示，将隧道断面划分为三个台阶，分别为上台阶、中台阶和下台阶。上台阶依次分布有左上导坑1、中部上导坑7和右上导坑3；中台阶依次分布有左中导坑2、中部中导坑8和右中导坑4；下台阶依次分布有左下导坑5、中部下导坑9和右下导坑6；具体开挖顺序如下：
53.s21，开挖左上导坑1，左上导坑1开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左上导坑1的底部施作临时仰拱；
54.s22，开挖左中导坑2，左中导坑2开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，
并在左中导坑2的底部施作临时仰拱；
55.s23，开挖右上导坑3，右上导坑3开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右上导坑3的底部施作临时仰拱；
56.s24，开挖右中导坑4，右中导坑4开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右中导坑4的底部施作临时仰拱；
57.s25，开挖左下导坑5，左下导坑5开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在左下导坑5的底部施作临时仰拱；
58.s26，开挖右下导坑6，右下导坑6开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在右下导坑6的底部施作临时仰拱；
59.s27，开挖中部上导坑7，中部上导坑7开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在中部上导坑7的底部施作临时仰拱；
60.s28，开挖中部中导坑8，中部中导坑8开挖完成后在其底部施作临时仰拱；
61.s29，开挖中部下导坑9，中部下导坑9开挖完成后在其底部施作临时仰拱。
62.本实施方式中，进行洞室开发采用改进后的双侧壁导坑改进工法开挖，开挖顺序如图1所示，图1中示出了台阶分布及施工顺序。具体如下：第一步开挖左上导坑1；第二步开挖左中导坑2，第三步开挖右上导坑3，第四步开挖右中导坑4，第五步开挖左下导坑5，第六步开挖右下导坑6，第七步开挖中部上导坑7，第八步开挖中部中导坑8，第九步开挖中部下导坑9。每块内容开挖完成后及时进行锚喷支护。
63.当采用单侧壁导坑改进工法开挖时，如图2所示，将隧道断面划分为三个台阶，分别为上台阶、中台阶和下台阶。上台阶依次分布有左上导坑1、右上导坑3；所述中台阶依次分布有左中导坑2、右中导坑4；下台阶依次分布有左下导坑5、右下导坑6；具体开挖顺序如下：
64.s21’，开挖左上导坑1，左上导坑1开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左上导坑1的底部施作临时仰拱；
65.s22’，开挖左中导坑2，左中导坑2开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左中导坑2的底部施作临时仰拱；
66.s23’，开挖右上导坑3，右上导坑3开挖完成后对其进行锚喷支护，并在右上导坑3的底部施作临时仰拱；
67.s24’，开挖右中导坑4，右中导坑4开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右中导坑4的底部施作临时仰拱；
68.s25’开挖左下导坑5，左下导坑5开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左下导坑5的底部施作临时仰拱；
69.s26’，开挖右下导坑6，右下导坑6开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右下导坑6的底部施作临时仰拱。
70.本实施方式中，进行洞室开发采用改进后的单侧壁导坑改进工法开挖，开挖顺序如图2所示，图2中示出了台阶分布及施工顺序。具体如下：第一步开挖左上导坑1；第二步开挖左中导坑2；，第三步开挖右上导坑3，第四步开挖右中导坑4，第五步开挖左下导坑5；第六步开挖右下导坑6。每块内容开挖完成后及时进行锚喷支护。
71.对于以上两种实施方式，在掌子面开挖前，需要按照规范要求实施超前地质预报，
预报方法为地质雷达法、超前钻孔法和tsp法中的至少一种。实施超前地质预报是对前方围岩进行地勘后的补充探测。
72.其中tsp是tunnel seismic prediction ahead的英文简称，是弹性波反射法。
73.较佳地，超前支护采用小导管进行注浆加固。
74.在开挖过程中，每块内容开挖完成后及时进行锚喷支护。中隔壁拆除前需满足初期支护已封闭成环并满足设计强度要求。
75.中隔壁优选为弧状，当采用双侧壁导坑改进工法开挖时，左侧的三个中隔壁依次联结形成开口朝向相同的弧形结构，右侧的三个中隔壁也依次联结形成开口朝向相同的弧形结构，但左侧的三个中隔壁的开口方向与右侧的三个中隔壁的开口方向相反。当采用单侧壁导坑改进工法开挖时，三个中隔壁依次联结形成开口朝向相同的弧形结构。当然也可采用其中一个中隔壁的开口方向与另外两个的开口方向相反的方式。例如中间的一个中隔壁的开口方向与另外两个的开口方向相反的方式，这样可以提高支撑强度，节省物料。中隔壁可根据实际依次联结。中隔壁也可与临时仰拱联结，如此可以进一步提高支撑的稳定性。
76.当监控量测变形稳定时才可进行中隔壁的拆除，拆除作业点距离最近的中部开挖掌子面距离不得小于30m，拆除过程中则需要对初期支护结构变形进行加密监测。即拆除过程需加密对初期支护结构的变形监控量测。也就是说增加对初期支护结构变形的检测频率。
77.优选的，施工过程中，还对隧道支护结构、地面、地表附近建构筑物进行定期的变形监测，如果出现异常变形，则对施工人员提出预警。
78.其他技术要求主要如下：
79.(1)在掌子面开挖前，需要按照规范要求实施超前地质预报，一般预报方式有地质雷达、超前钻孔、tsp等。
80.(2)对于探测围岩较差且设计要求段，在开挖前需要对掌子面前方岩体进行超前支护，一般可采用小导管等。
81.(3)爆破施作必须严格控制钻孔的间距、深度和角度，掏槽眼和眼口间距和深度允许偏差为5cm，周边眼间距允许偏差为5cm。
82.(4)中隔墙拆除前需满足初期支护已封闭成环并满足设计强度要求；监控量测变形稳定；拆除作业点距离最近的中部开挖掌子面距离不得小于30m。拆除过程中则需要对初期支护结构变形进行加密监测。
83.(5)施工过程中，需要根据规范要求，对开发支护结构、地面、地表附近建构筑进行定期的变形观测，对异常变形提出预警。
84.采用迈达斯gts数值模拟软件对两种工法进行计算和对比，得出围岩塑性屈服破坏区域如图3和图4所示。其中，图3为采用传统双侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；图4为采用本发明中改进后的双侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；
85.由图3和图4对比可知，深区域为正常区域，其他区域发生了塑性变形，颜越浅变形程度越高。可明显看出，改进工法较传统工法塑性变形区域分布面积及变形程度均有较大程度减少，塑性变形区域分布更为分散。
86.其中，图5为采用传统单侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；图6
为采用本发明中的单侧壁导坑改进工法的围岩塑性屈服破坏区域示意图；
87.由图5和图6对比可知，深区域为正常区域，其他区域发生了塑性变形，颜越浅变形程度越高。可明显看出，改进工法较传统工法塑性变形区域分布面积及变形程度均有较大程度减少，塑性变形区域分布更为分散。
88.改进工法对减少掌子面及附近岩土体塑性变形破坏区域分布，降低塑性变形程度均有极为明显的效果，改进工法可以极大提高对大断面隧道开挖掌子面施工安全稳定性，进一步保证施工安全。
89.以上各实施例的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，进一步分解了洞室的组成，洞室形状规则分布均匀，很好地控制沉降和隧道塑性区分布，提高了施工安全，尤其适用于公路隧道或山岭隧道的大断面和超大断面隧道开挖。
90.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其特征在于，包括以下步骤：s1，进行隧道超前地质预报；如果隧道超前地质预报符合预设要求，则进入步骤s2；如果隧道超前地质预报不符合预设要求，则进行超前支护，直至符合预设要求；s2，采用单侧壁导坑改进工法或双侧壁导坑改进工法进行隧道开挖；s3，架设钢架；s4，拆除中隔壁和临时仰拱；s5，二次衬砌施作；其中，在步骤s2中，当采用双侧壁导坑改进工法开挖时，将隧道断面划分为三个台阶，分别为上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶依次分布有左上导坑(1)、中部上导坑(7)和右上导坑(3)；所述中台阶依次分布有左中导坑(2)、中部中导坑(8)和右中导坑(4)；所述下台阶依次分布有左下导坑(5)、中部下导坑(9)和右下导坑(6)；具体开挖顺序如下：s21，开挖左上导坑(1)，左上导坑(1)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左上导坑(1)的底部施作临时仰拱；s22，开挖左中导坑(2)，左中导坑(2)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左中导坑(2)的底部施作临时仰拱；s23，开挖右上导坑(3)，右上导坑(3)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右上导坑(3)的底部施作临时仰拱；s24，开挖右中导坑(4)，右中导坑(4)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右中导坑(4)的底部施作临时仰拱；s25，开挖左下导坑(5)，左下导坑(5)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在左下导坑(5)的底部施作临时仰拱；s26，开挖右下导坑(6)，右下导坑(6)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在右下导坑(6)的底部施作临时仰拱；s27，开挖中部上导坑(7)，中部上导坑(7)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在中部上导坑(7)的底部施作临时仰拱；s28，开挖中部中导坑(8)，中部中导坑(8)开挖完成后在其底部施作临时仰拱；s29，开挖中部下导坑(9)，中部下导坑(9)开挖完成后在其底部施作临时仰拱；当采用单侧壁导坑改进工法开挖时，将隧道断面划分为三个台阶，分别为上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶依次分布有左上导坑(1)、右上导坑(3)；所述中台阶依次分布有左中导坑(2)、右中导坑(4)；所述下台阶依次分布有左下导坑(5)、右下导坑(6)；具体开挖顺序如下：s21’，开挖左上导坑(1)，左上导坑(1)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左上导坑(1)的底部施作临时仰拱；s22’，开挖左中导坑(2)，左中导坑(2)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左中导坑(2)的底部施作临时仰拱；s23’，开挖右上导坑(3)，右上导坑(3)开挖完成后对其进行锚喷支护，并在右上导坑(3)的底部施作临时仰拱；s24’，开挖右中导坑(4)，右中导坑(4)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右中导坑(4)的底部施作临时仰拱；
s25’开挖左下导坑(5)，左下导坑(5)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后施工中隔壁，并在左下导坑(5)的底部施作临时仰拱；s26’，开挖右下导坑(6)，右下导坑(6)开挖完成后对其进行锚喷支护，然后在右下导坑(6)的底部施作临时仰拱。2.根据权利要求1所述的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其特征在于：在掌子面开挖前，需要按照规范要求实施超前地质预报，预报方法为地质雷达法、超前钻孔法或tsp法。3.根据权利要求1所述的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其特征在于：所述超前支护是采用小导管进行注浆加固。4.根据权利要求1所述的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其特征在于：中隔壁拆除前需满足初期支护已封闭成环并满足设计强度要求。5.根据权利要求4所述的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其特征在于：当监控量测变形稳定时才可进行中隔壁的拆除，拆除作业点距离最近的中部开挖掌子面距离不得小于30m，拆除过程中则需要对初期支护结构变形进行加密监测。6.根据权利要求1-6任一项所述的超大断面山岭隧道开挖的改进工法，其特征在于：施工过程中，还对隧道支护结构、地面、地表附近建构筑物进行定期的变形监测，如果出现异常变形，则对施工人员提出预警。

技术总结

本发明提供一种超大断面山岭隧道开挖的改进工法，包括以下步骤：S1，进行隧道超前地质预报；S2，采用基于单侧壁导坑法或双侧壁导坑法的改进工法进行隧道开挖；S3，架设钢架；S4，拆除中隔壁和临时仰拱；S5，二次衬砌施作；其中，采用双侧壁导坑改进工法开挖时，第一步开挖左上导坑；第二步开挖左中导坑，第三步开挖右上导坑，第四步开挖右中导坑，第五步开挖左下导坑，第六步开挖右下导坑；第七步开挖中部上导坑，第八步开挖中部中导坑，第九步开挖中部下导坑；采用单侧壁导坑改进工法开挖时，依次开挖左上导坑、左中导坑、右上导坑、右中导坑、左下导坑和右下导坑。其有效减少塑性破坏区域分布，降低塑性变形程度，进一步保证施工安全。安全。安全。