[发明专利]基于钢管拱肋支护结构的隧道施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，特别涉及大跨大断面隧道修建技术。

背景技术

随着高速公路和高速铁路的发展，交通隧道的开挖断面越来越大，目前已经出现的有四车道或四线单孔隧道，开挖跨度超过20m，开挖面积在200m²以上。如何实现在软弱围岩中快速安全修建大跨大断面隧道是当前亟待解决的重要课题。为减小围岩变形、控制围岩稳定，根据围岩好坏，目前对超大断面隧道开挖工法主要有台阶法、CD法、CRD法、环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法等。这些工法的一个共同点就是同时存在两个以上工作面（可统称为分部开挖），相互之间存在施工干扰，施工工序复杂，施工速度慢；大量采用临时内撑造成施工成本大幅提高；且由于存在内撑，限制了作业空间；此外，拆撑时存在结构体系转换，这对隧道支护和围岩变形都是有害的。

除了上述分部开挖法，近些年来也出现了一种利用掌子面超前预支护技术来实现全断面开挖的工作面长锚索法，即往掌子面前方打入长锚索，稳定掌子面，进而采用全断面开挖。此法尽管克服了分部开挖带来的施工干扰和施工进度慢的缺点，但是打入掌子面的长锚索由于仅作为临时支护措施，且无法重复利用，造成材料浪费。

此外，一些近期出现的新型工法，如预衬砌法和盾构辅助法（盾构拱部开挖法、多台盾构组成的环形开挖法等）则由于施工机具的昂贵成本而不能大范围采用。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是在解决软岩条件下，大跨大断面隧道安全、快速施工问题，且使施工过程中尽量少的造成材料浪费，降低施工成本。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

基于钢管拱肋支护结构的隧道施工方法，用于大跨大断面隧道安全快速施工，包含如下的处理步骤：

1)     纵向三导洞先行，两拱脚导洞中利用“土模”施作钢管拱的拱座;

2)     纵向间隔一定距离多工作面开挖环向间隔弧形导洞; 在环向导洞中架设钢管混凝土拱肋（类比于梁板结构，相当于“梁”的作用）；

3)  环向拱肋间采用弧形格栅拱支护，此与钢管拱形成双曲拱结构，起辅助传力作用（类比于梁板结构，相当于“板”的作用）；

4)     在步骤3）中形成的“大断面隧道3导洞辅助施作钢管拱肋支护结构”的保护下全断面开挖主体隧道，最后模筑混凝土形成二次衬砌结构。

本发明通过引入钢管混凝土，用低成本实现了强支护，且同以往管棚之类的超前支护一般以纵向为主不同，本发明的钢管混凝土拱肋形支护结构以受力较为不利的环向为主，且在钢管拱施作过程中，纵、横导洞多作业面平行施工，速度快、工期短。在钢管拱施作完成之后，采用大型挖掘机具作业，大大提高了施工速度和作业自由度。此外，钢管拱既是临时支护也是永久支护，不造成材料浪费，节约了大跨大断面隧道建设成本。

附图说明

图1为本发明整体示意图。

图2为本发明整体示意图的A-A剖面图。

图3~8为本发明各步骤示意图。

图9为本发明完成周壁导坑下钢管，形成钢管拱后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

（1）如图3所示，施工时沿待开挖的隧道10的掘进方向在其拱脚处施作两个尺寸较小的先行导坑11，在其拱顶处施作一个中央导坑12。

（2）自中央导坑沿纵向多工作面开挖环向间隔弧形导坑；在弧形导坑下钢管，在钢管内填充混凝土，从而形成如图4所示的高强度、高承载力的钢管混凝土拱肋形支护结构13。

（3）如图5所示，在先期形成的钢管混凝土拱肋支护结构13的保护下开挖主体隧道10。在环向拱肋之间采用弧形格栅拱支护，纵剖面如图6所示。

（4）在隧道10中模筑二次衬砌结构14，如图7所示，相应的纵剖面如图8所示。重复3）、4）步骤至整个隧道修建完成。