[发明专利]软弱破碎围岩隧道初期支护仰拱三幅施工方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及隧道工程的仰拱施工，特别是软弱破碎围岩隧道工程的仰拱施工。

背景技术

仰拱是为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，它一方面要将隧道上部的地层压力和路面上的荷载有效地传递到地下，另一方面要抵抗隧道下部地层传来的反力。仰拱与洞身衬砌构成隧道结构整体，增加隧道衬砌结构的整体稳定性。隧道初期支护仰拱可以减小隧道基础承载力不足而造成的沉降变形，并起到防止底鼓隆起变形，调整衬砌应力的作用。仰拱施工后，初期支护闭合成环，能够防止围岩产生过大的变形，增强拱脚和拱腰的支撑抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏，提高隧道支护结构的整体承载力。

影响仰拱力学效应的因素较多，总括起来有以下几个因素：(1)仰拱与边墙的连接方式；(2)仰拱曲率；(3)仰拱厚度；(4)仰拱修筑时机；(5)围岩性质与施工方法。在设计及现场施工中，仰拱修筑的时机、仰拱曲率、厚度、与拱墙的连接方式等因素已经基本达到最优值，而根据围岩条件的不同采用不同的仰拱施工方法还存在一定的空白。

传统的隧道初期支护仰拱多采用全幅施工或半幅施工的方法。全幅施工法是将仰拱横断面全部开挖，然后将仰拱钢拱架与拱脚处钢拱架连接成环，并通过喷射混凝土对钢拱架进行包裹、覆盖，形成仰拱初期支护；半幅施工法是首先将半幅仰拱横断面开挖，然后架设、连接半幅仰拱钢拱架，并通过喷射混凝土对钢拱架进行包裹、覆盖，形成半幅仰拱初期支护，在仰拱回填并达到设计强度的80％后再进行另外半幅仰拱的施工，最终将仰拱闭合，使初期支护闭合成环。

仰拱全幅施工的特点是施工快速、一次成环，有效地执行了新奥法中“早封闭”的施工理念。但是，全幅施工时洞身钢拱架会在两拱脚处同时悬空，而且仰拱开挖后围岩会通过变形释放围岩应力，全断面开挖会产生较大的沉降变形，对初期支护的稳定产生一定影响，这种影响在软弱破碎围岩隧道中尤为突出；而且，全幅施工会中断施工车辆的正常运行，影响前方的掌子面开挖及其它工序施工的进行。仰拱半幅施工的特点是施工过程中不影响施工车辆的正常运行，能够保证掌子面不间断施工，并减小全断面开挖对围岩的扰动，一定程度上降低了对初期支护稳定性的影响。但是，半幅开挖会导致初期支护受力不均，局部钢拱架悬空，而且半幅开挖后围岩应力释放而产生的变形也较大，对隧道沉降及初期支护的稳定性产生一定影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述仰拱全幅施工和半幅施工方法的缺点，提供一种降低沉降变形量、提高隧道初期支护稳定性、不影响施工车辆运行、顺利施工的软弱破碎围岩隧道初期支护仰拱三幅施工方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案包括下述步骤：包括下述步骤：

1、第一幅仰拱施工

开挖隧道右侧围岩，开挖深度为1.2～2m，横向开挖宽度为隧道开挖宽度的1/8～1/6，纵向开挖长度为3～4m，架设右侧钢拱架，右侧钢拱架右端与右侧拱脚处钢拱架下端用螺栓联接，焊接右侧钢拱架的纵向连接筋，在右侧钢拱架上喷射混凝土，筑成第一幅仰拱。

2、第二幅仰拱施工

待第一幅仰拱施工6～8小时后，在隧道左侧用同样的方法进行第二幅仰拱施工，筑成第二幅仰拱。

3、第三幅仰拱施工

待第二幅仰拱施工10～12小时后，开挖隧道中部围岩，架设中部钢拱架，中部钢拱架的左端与第二幅仰拱的钢拱架右端用螺栓连接、右端与第一幅仰拱的钢拱架左端用钢筋焊接联接，在中部钢拱架上喷射混凝土，筑成第三幅仰拱，第一幅仰拱、第二幅仰拱、第三幅仰拱联接构成纵向深度为3～4m的仰拱。

4、后续隧道仰拱施工

沿隧道纵向按上述第一幅仰拱施工步骤1、第二幅仰拱施工步骤2、第三幅仰拱施工步骤3重复施工直至隧道的仰拱全部筑成。

在第一幅仰拱施工步骤1中，开挖隧道右侧围岩，最佳开挖深度为1.5m、横向开挖宽度为隧道开挖宽度的1/7、纵向开挖长度为3.5m，架设右侧钢拱架，右侧钢拱架右端与右侧拱脚处钢拱架下端用螺栓联接，焊接右侧钢拱架的纵向连接筋，在右侧钢拱架上喷射混凝土，筑成第一幅仰拱。

本发明将仰拱分三幅施工，铺筑隧道右侧的第一幅、隧道左侧的第二幅仰拱的开挖量很小，且分开施工，对围岩的扰动不大，不会造成拱脚处钢拱架过长时间悬空，而且，隧道中部未开挖部分可以起到抵抗围岩应力释放的作用。当隧道中部开挖时，仰拱两侧已施工完成，能够有效地承担上部初期支护作用，降低了隧道大幅开挖而产生的围岩变形量，保证初期支护的稳定性，有效地克服了仰拱全幅施工和半幅施工的缺点，可用于软弱破碎围岩隧道仰拱的施工。