預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法
【專利摘要】本發(fā)明屬于隧道工程和地下工程【技術(shù)領(lǐng)域】，提供的是一種有效用于膨脹性較大的強風化與全風化膨脹巖、膨脹土與自穩(wěn)定性較差的砂礫石散土場地淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道施工的方法。這種方法考慮了土拱的支撐效應(yīng)，隧道開挖過程中在圍巖中形成土拱，并利用臨時支撐與永久支撐的反拱支撐作用，通過變大斷面開挖為小斷面分步開挖，完成整個大斷面隧道的開挖。它給出了簡化而便于工程應(yīng)用的有效方法，可以采用隧道預(yù)留土柱，上下分步且左右同步開挖的方式，解決淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道施工安全隱患，并避免不必要的經(jīng)濟浪費。
【專利說明】預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域、地鐵工程領(lǐng)域，是一種有效用于膨脹性較大的強風化膨脹巖、全風化膨脹巖、膨脹土與自穩(wěn)定性較差的砂礫石散土場地淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道開挖的施工工法。
技術(shù)背景
[0002]當今，隨著世界各國高速鐵路、快速客運專線、重載鐵路、高速公路、城市地鐵等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，越來越多遇到膨脹性較大的強風化膨脹巖、全風化膨脹巖、膨脹土與自穩(wěn)定性較差的砂礫石散土場地條件，而在這種復雜場地進行淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道人工暗挖施工，支擋難度大、問題多，特別是往往出現(xiàn)支擋破壞、失效等嚴重問題，導致頻繁發(fā)生圍巖擠出、拱起、塌方、冒頂?shù)痊F(xiàn)象，不僅顯著影響施工進度、額外增加工程費用，而且還可能誘發(fā)安全施工。近年，在我國高速鐵路、快速客運專線、城市地鐵等隧道工程施工中，經(jīng)常發(fā)生上述工程問題或事故，導致一系列較大的生命、生產(chǎn)、財產(chǎn)損失與既有建筑破壞。然而，國內(nèi)外一直缺乏可靠的技術(shù)手段，有效解決以上復雜場地條件下淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道人工暗挖施工的工程難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明給出了淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道人工暗挖施工的一種的預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法。針對膨脹性較大的強風化膨脹巖、全風化膨脹巖、膨脹土與自穩(wěn)定性較差的砂礫石散土復雜場地條件，考慮土拱的形成條件，利用土拱的支撐效應(yīng)，通過變大斷面開挖為小斷面分步開挖，在開挖施工中圍巖形成土拱。進而，利用臨時支撐與永久支撐的反拱支撐作用，避免開挖頂部塌方、側(cè)壁與底部膨脹擠出。通過變大跨度施工為小跨度施工，通過對小跨度連續(xù)使用，最終擴展成大跨度。
[0004]本發(fā)明方法包括三方面內(nèi)容，如下:
[0005](I)根據(jù)場地條件、圍巖性能、隧道埋深和隧道斷面等，以在開挖施工中圍巖能夠形成自然土拱為準，并滿足《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(TB10304-2009)的基本要求，計算出最小的預(yù)留土柱上部、中部、下部的寬度，見圖1。
[0006](2)圖1所示施工工序①、③形成預(yù)留的環(huán)形土核斷面積見圖2中①所示，以土核能夠穩(wěn)妥支撐開挖面擠出變形為計算的基準，同時滿足《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(TB10304-2009)的基本要求，得到開挖中土核的最小斷面積。
[0007](3)針對每一開挖工序，見圖1中工序①、③、⑥、⑧，以確保在開挖與支擋的間隔時間內(nèi)圍巖變形不超過容許變形為準，容許變形由《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(TB10304-2009)直接確定，計算出沿隧道軸向掘進的最長距離。
[0008](4)進行工字鋼永久支撐、工字鋼臨時支撐的施工，滿足《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(TB10304-2009)的基本要求，進而按照圖1中圓圈數(shù)字所示的工序，進行人工暗挖與支擋施工，其中工序①、③依據(jù)圖(2)采用預(yù)留土柱環(huán)形開挖工法進行開挖施工。[0009](5)在開挖施工全程中，依據(jù)《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(TB10304-2009)的要求，對關(guān)鍵部位做施工監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括圍巖的變形、土壓力與支擋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形、變位，確保安全順利施工。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0011]針對膨脹性較大的強風化膨脹巖、全風化膨脹巖、膨脹土與自穩(wěn)定性較差的砂礫石散土復雜場地條件，為了保證淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道人工暗挖的安全順利施工，利用預(yù)留土柱的臨時支撐作用，避免開挖頂部塌方，同時，應(yīng)用臨時支撐與永久支撐的反拱支撐作用，避免開挖頂部塌方、側(cè)壁與底部膨脹擠出。此外，變大跨度施工為小跨度施工，通過對小跨度連續(xù)使用，最終擴展成整跨度隧道施工。提出的一種有效用于淺埋或超淺埋大斷面、特大斷面隧道的預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法，有效地指導復雜場地條件下隧道施工設(shè)計，并進行工法優(yōu)化和施工方案合理確定，保證預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法的科學性與合理性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明中涉及到的預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法的設(shè)計型式與施工流程。
[0013]圖2是本發(fā)明中涉及到的預(yù)留土核環(huán)形開挖方法。
【具體實施方式】
[0014]發(fā)明還給出了隧道預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖方法的實施步驟，如下。
[0015](I)根據(jù)場地條件、圍巖性能、隧道埋深、隧道斷面等，得到預(yù)留土柱的上部、中部、下部的最小寬度。
[0016](2)確定出預(yù)留環(huán)形土核的最小斷面積。
[0017](3)計算出沿隧道軸向掘進的最大長度。
[0018](4)進行工字鋼永久支撐、工字鋼臨時支撐承載力驗算與設(shè)計。
[0019](5)依據(jù)圖1工序，進行預(yù)留土柱環(huán)形隧道開挖施工。
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法，考慮土拱的形成條件，利用土拱的承載力(支撐效應(yīng))，其特征在于:先計算預(yù)留土柱各部的寬度、預(yù)留土核環(huán)形開挖工法中土核的斷面積、每一開挖工序沿隧道軸向掘進的長度、工字鋼永久支撐和工字鋼臨時支撐要求的尺寸與承載力；接著進行人工暗挖與支擋施工，兩側(cè)采用“預(yù)留土柱環(huán)形開挖工法”進行開挖施工；開挖施工全程對關(guān)鍵部位做施工監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法，其特征在于以開挖施工中圍巖能夠形成自然土拱為計算的基準，計算預(yù)留土柱的上部、中部、下部的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)留土柱上下分步左右同步開挖工法，其特征在于以土核能夠穩(wěn)妥支撐開挖面擠出變形為計算的基準，計算預(yù)留土核環(huán)形開挖工法中土核的斷面積；以確保在開挖與支擋之間的間隔時間內(nèi)圍巖不發(fā)生過大的擠出變形為計算的基準，確定每一開挖工序沿隧道軸向掘進的長度。
【文檔編號】E21D9/04GK103982191SQ201410247119
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】凌賢長, 唐亮, 陳宏偉, 熊欽武, 張紅衛(wèi), 張鋒, 羅軍, 耿琳, 王子玉 申請人:凌賢長