[发明专利]隧道及地下工程自稳修建法

说明书

本发明公开了一种隧道及地下工程自稳修建法，本发明是充分利用围岩短暂自稳时间，发挥隧道主体结构自身的快速有效承载作用，实现隧道安全、优质、环保、快速、节约施工的新方法。通过“探索机理，精心谋计；少挖快砌、空时匹配；合理工序、优化受力；立足内因，事半功倍”等措施，实现计算围岩压力、分析围岩稳定时间、设计适当的开挖空间、限时进行有效衬砌等内因控制因素，达到自稳修建的目的，因而，使深埋暗挖工程无需超前支护、无需初期支护、减少多余耗费；浅埋暗挖工程无需管超前、严注浆；超浅埋盖挖工程无需预先打桩或修建地下连续墙临时竖向支承系统等外因辅助工序，实现隧道安全、优质、环保、快速、节约的新飞跃。

技术领域

本发明属于隧道及地下工程设计施工技术领域，尤其涉及一种隧道及地下工程自稳修建法。

背景技术

目前，国内外普遍采用新奥法复合衬砌或盾构法管片衬砌修建隧道。

新奥法是用加固围岩、改变外因的方法，来延长围岩稳定时间，满足隧道施工需要。因此需要设置锚杆、管棚或钢架等辅助措施，网喷射混凝土初期支护由于中间防排水层分隔，不能有效共同受力，因此，也只能起到保障施工安全的辅助措施作用。这些为防止塌方并暂时减小模筑混凝土衬砌所承受的地层压力辅助措施，使隧道工序成倍增加，施工时间增长，主体承载结构有效承载时间滞后，围岩压力增长，初期支护和二次衬砌之间有，规范指明：Ⅰ-Ⅲ级围岩二次衬砌为安全储备；Ⅳ、Ⅴ级围岩二次衬砌为承载结构；Ⅵ级围岩没有明确设计参数，以“通过试验、计算确定”模糊处理。

盾构法以控制内因为主，用盾构机围挡并加快隧道施工速度满足围岩自稳要求的方法。虽然节省了锚杆、喷混凝土、钢筋格栅、超前管棚等加固围岩措施，却需要昂贵的大型盾构机械，靠盾构机强大外壳抵抗四周来压，靠气压平衡、土压平衡、泥水平衡或复合平衡抵抗掌子面土水压力。安全性较好，但施工成本很高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种隧道及地下工程自稳修建法，自稳修建法则以内因为依据，外因为条件，既用缩小开挖空间、优化开挖形状、利用围岩相互牵制等改变外因方法，延长围岩自稳时间，又用缩小独立承载单元、优化内因、提高有效承载速度的方法，使隧道主体有效承载时间始终小于围岩稳定时间，从而，实现了既不依靠改造外因增加辅助措施成本、又不依靠提高内因增加施工机械成本，来达到安全、优质、环保、快速、节约的隧道自稳施工的目的。

本发明提供的一种隧道及地下工程自稳修建法，包括以下步骤：

步骤a、计算围岩压力；

步骤b、根据围岩压力进行围岩稳定分析；

步骤c、地下工程挖掘和衬砌：

c1、开挖两侧导坑Ⅰ，对称修建优化复合拱墙；

c2、开挖环形导坑Ⅱ，架设活动钢拱架、修建拱部衬砌或者超浅埋筒壳平顶；

c3、开挖中间土方Ⅲ，修建地坪或预制反拱；

步骤d、按照步骤a、步骤b和步骤c的施工方法，依次向前完成对地下工程的其他各段的施工。

这样，新奥法以控制外因为主，用加固围岩改变来满足隧道施工需要，所采用的压浆、锚喷、管棚等加固围岩方法，都是针对提高围岩(外因)的承载能力、延长围岩自稳时间的措施，但对衬砌结构自身(内因)辅助工序繁多、中间防排水层费时费力带来的负面影响却缺乏深入研究，以至费力不讨好，得不偿失；

盾构法以控制内因为主，用盾构机围挡和气压平衡、泥水平衡、土压平衡原理，预制管片加快隧道施工速度来满足围岩自稳要求，却对如何利用分部开挖、拱形优化、快速填塞简单经济地围岩自稳方法缺乏考虑，因此存在埋深限制、造价较高、地面下沉或浮起、防排水质量寿命等难以保证的问题。