[发明专利]大断面黄土隧道三台阶拉中槽开挖作业面及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道开挖掘进工程技术领域，尤其涉及应用在大断面黄土隧道中的机械开挖施工方法。

背景技术

现有技术中的三台阶七步法开挖方法已广泛应用于黄土隧道的开挖掘进中，三台阶七步法是指将隧道断面按三台七步法逐级形成上台阶、中台阶和下台阶，其上台阶为预留核心土部分，在上台阶的两侧形成与中台阶顶面等高的上台阶边帮，中台阶顶面与上台阶边帮顶面俯视形状呈现为“凸”形，在中台阶的两侧形成与下台阶顶面等高的中台阶边帮，下台阶顶面与中台阶边帮顶面俯视形状同样呈现为“凸”形；由于中部分层状台阶的存在，使得机械设备无法直接深入，难以在台阶上形成有效作业，极大地限制了隧道施工进度。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种大断面黄土隧道三台阶拉中槽开挖作业面及施工方法，使得机械设备能够更加直接地深入开挖作业面内，从而在台阶上形成有效作业，提高隧道开挖施工进度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明大断面黄土隧道三台阶拉中槽开挖作业面，是在开挖作业面上形成有三台阶，分别是上台阶、中台阶和下台阶，其特点是：

所述上台阶为预留核心土部分；

所述中台阶在中部朝向纵深方向开槽，形成中台阶开槽区以及位于中台阶开槽区两侧的中台阶边帮，处在同一高度上的中台阶顶面与中台阶边帮顶面俯视形状呈现为“凹”字形；

所述下台阶在中部朝向纵深方向开槽，形成下台阶开槽区以及位于下台阶开槽区两侧的下台阶边帮，处在同一高度上的下台阶顶面与下台阶边帮顶面俯视形状呈现为“凹”字形，以中台阶开槽区和下台阶开槽区作为机械设备作业区。

本发明大断面黄土隧道三台阶拉中槽开挖作业面，其特点也在于：将下台阶端面设置为斜坡面，使得处在下台阶开槽区中的机械设备能够通过斜坡面进入中台阶开槽区。

本发明大断面黄土隧道三台阶拉中槽开挖作业面的施工方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、开挖上台阶预留核心土，纵向开挖深度为一个掘进循环的上台阶掘进深度；随后在两侧及顶部区域进行环形开挖，形成本次掘进的上台阶；

步骤2、开挖中台阶开槽区，再交叉开挖中台阶边帮，形成本次掘进的中台阶及中台阶边帮；

步骤3、开挖下台阶开槽区，再交叉开挖下台阶边帮，形成本次掘进的下台阶及下台阶边帮；

步骤4、开挖仰拱，完成本次掘进。

本发明大断面黄土隧道三台阶拉中槽开挖作业面的施工方法的特点也在于：

针对步骤1的操作，是将挖掘机置于中台阶开槽区，将挖下的渣土垫入在中台阶开槽区中；在完成本次掘进上台阶的开挖后，支立上台阶钢架，之后进入步骤2；

在按步骤2进行开挖的同时，由装载机配合进行出渣作业；在完成本次掘进的中台阶及中台阶边绑的开挖后，支立中台阶钢架，之后进入步骤3；

在按步骤3进行开挖的同时进行出渣作业，在完成本次掘进的下台阶及下台阶边帮的开挖后，将湿喷机就位在下台阶开槽区，并对上台阶进行喷射混凝土支护；随后支立下台阶钢架，再湿喷支护中台阶和下台阶，之后进入步骤4；

在按步骤4完成仰拱开挖后，随即实施支护，使仰拱封闭成环。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明是将三台阶七步法中部先行拉出中槽，分别形成中台阶开槽区和下台阶开槽区，为大型设备，如挖掘机、湿喷机等在开槽区提供作业半径，达到机械化作业目的，能极大地提高施工进度，降低工程费用；

2、本发明将隧道竖向分成三层台阶，上台阶预留核心土柱支撑掌子面，有效防止掌子面失稳，将中台阶和下台阶竖向中间土柱挖除，两侧预留土柱边帮，能有效保证拱脚受力面积及防止钢架受力向内位移；

3、本发明方法实现了上台阶、中台阶和下台阶成型、出渣和支护一次完成，工序合理紧凑，保证工程质量。

4、本发明尤其适用于地基承载力大于250kPa的Ⅳ级及Ⅴ级围岩大断面黄土隧道施工，适于开挖断面积达到100m²以上的Q2砂性地层或Q2及Q3黏质黄土地层。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中隧道开挖断面示意图；

图3为本发明中三台阶拉中槽开挖面俯视示意图；

图中标号：1上台阶，2中台阶，2a中台阶开槽区，2b中台阶边帮，3下台阶，3a下台阶开槽区，3b下台阶边帮，4斜坡面，5仰拱栈桥，6仰拱。

具体实施方式