[发明专利]一种硬岩大断面隧道施工的支撑结构及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种硬岩大断面隧道施工的支撑结构及其施工方法。

背景技术

大断面隧道通常主要是指铁路、公路和地铁隧道，也泛指开挖断面在40m²以上的隧道，借以区别断面较小的水工隧洞等隧道。随着国民经济的提升以及国家基础设施建设的加快，随着经济的迅速发展和技术水平的不断提高，我国修建的铁路、公路和地铁隧道越来越多，地下工程中大断面、特大断面隧道的兴建也越来越多。

由于（特）大断面隧道开挖跨度大且扁平，加上施工期间诸多工序的相互影响、围岩的多次扰动以及支护衬砌相互之间的非同步施工等诸多因素，结构将承受较大的围岩压力，其受力条件极为复杂，在施工过程中，围岩极易发生失稳乃至坍塌事故。因此，对（特）大断面隧道的施工开挖方法须地下工程技术人员慎之又慎地考虑。

目前，对于（特）大断面隧道施工一般采用双侧壁导坑法以及中壁工法（CD法）、交叉中壁工法（CRD法）。这些施工方法中的临时支撑完全竖向或者竖向与横向一并使用的，且竖向临时支撑延伸到隧道断面底部，例如，CD法的临时支撑方法（如图1所示）是：侧洞开挖后，架设隧道拱部钢架和临时横撑5及竖撑6，使之在侧洞内联接成环，临时竖向支撑和横向支撑焊接固定，竖向支撑需要随开挖延伸到隧道底部，上述临时支撑方法存在如下不足：一）工序繁多、严重影响施工进度；二）临时支撑不易拆除，使得其重复利用率低，造成施工成本高；三）由于临时支撑依靠爆破施工时的爆破冲击拆除，因此硬岩隧道中依靠爆破拆除固定支撑，对隧道初期支护甚至岩体破坏较大。

中国专利CN101769154A公开了一种隧道施工的开挖支护方法，该方法在三台阶开挖方法基础上采用十字钢架临时支护，该支护相对于上述的CD法的临时支撑更易于操作、缩短了施工工期，但其临时竖向钢架支撑仍延伸到隧道断面底部，其实质与CD法的临时支撑差别不大，同样增加了施工工序，而且不易拆除，拆除时易破坏已经施工好的初期支护，此外，该开挖支护方法中上台阶采用一次开挖成型，虽然能使上台阶拱部一次达到设计轮廓要求，及时完成初期支护，但其不适合稳定性差和高破碎性的围岩即大断面隧道的施工。

发明内容

本发明的主要目的旨在解决在（特）大断面硬岩多步爆破开挖施工中支护工序繁琐、缓慢，临时支护拆爆破破坏大等问题，提供一种结构简单、施工进度快、施工安全、可最大化地减少硬岩爆破对临时支护系统的破坏的用于硬岩大断面隧道施工的支撑结构及其施工方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种硬岩大断面隧道施工的支撑结构，包括初期支护、临时支撑，其特征在于：所述临时支撑由多根竖向临时支撑和与隧道拱顶的初期支护相连的纵向临时支撑组成；所述竖向临时支撑设于隧道拱顶与隧道起拱线之间的隧道中心线处，其底部支撑在起拱线处未开挖的岩石上。

本发明的竖向临时支撑在起拱线处未开挖的岩石上，无需延伸到隧道断面底部，因此本发明所述的临时支撑为半腿式，该半腿式临时支撑只在分部开挖时发挥临时支撑作用。因此，该临时支撑不仅可提供断面围岩的稳定性，而且可简化硬岩（特）大断面爆破施工工法，同时最大化地减少硬岩爆破对临时支护系统的破坏，解决了硬岩（特）大断面隧道爆破施工工序复杂、临时支护拆爆破破坏大的问题。

作为本发明的优选，所述竖向临时支撑与纵向临时支撑活动连接，而非焊接，易于拆除，有利于减少下步岩石爆破开挖对既有初期支护的破坏。

作为本发明的优选，所述竖向临时支撑底部用混凝土加固，以便临时支撑底部支撑牢固。

作为本发明的优选，所述相邻竖向临时支撑纵向间距为1m。

作为本发明的优选，所述竖向临时支撑与所述纵向临时支撑均为工字钢钢架，工字钢型号可根据围岩级别及稳定性、隧道埋深、跨度等性质进行选择，其中竖向临时支撑适宜选用I22A、I22B、I24A、I24B型中任一种工字钢钢架；纵向临时支撑适宜选用I18、I20A、I20B型中任一种工字钢钢架。

一种上述硬岩大断面隧道施工的支撑结构的施工方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：

（1）开挖隧道左侧上台阶，在左侧上台阶的隧道拱顶施作初期支护；

（2）清理左侧上台阶底部基岩上的浮石，再在底部基岩靠近隧道中心线的位置设置竖向临时支撑，在竖向临时支撑顶部安装纵向临时支撑，将纵向临时支撑顶在拱顶的初期支护上；

（3）在竖向临时支撑下部施作锁脚锚杆，挂设钢筋网片，喷射混凝土，然后在距离隧道中线一定距离处开挖左侧中台阶；