[发明专利]适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的全环开挖方法

说明书

本发明公开了一种适用于大断面隧道Ⅳ‑Ⅴ级围岩的全环开挖方法，进行超前地质预测；全断面范围掌子面稳定性评价并分类；决定是否超前支护及掌子面补强，采用相应的具体措施直至掌子面稳定；凿岩台车在掌子面全断面进行炮眼钻进并装药，一次性起爆；掌子面通风，排险，欠挖处理，出碴；对本循环开挖后的掌子面进行地质素描并判定其稳定性，湿喷机械手初喷早高强混凝土，并封闭掌子面；施做系统锚杆；采用拱架安装台车架立钢架，并进行环向和纵向连接，复喷混凝土至设计厚度；本开挖循环仰拱区域洞碴回填，进行下一循环工序作业；采用可移动式仰拱栈桥进行仰拱及边墙基础混凝土浇筑；土工布、防水板铺设和拱墙衬砌钢筋绑扎；拱墙衬砌浇筑及养护。

技术领域

本发明涉及隧道工程施工技术领域，特别涉及一种适用于大断面隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩的全环开挖方法。

背景技术

二十一世纪以来，我国隧道工程技术得到了快速的发展，得益于近年来高速铁路的迅速崛起。隧道工程技术已成为高速铁路技术重要的一部分，尤其在西部修建铁路，隧道占比较大，常控制着整个工程的工期。如在建铁路成兰线全长约457km，其中隧道32座共约332km，隧线比约72.6％；又如郑万高铁湖北段保康至巴东段的130km范围，隧道总长超过120km，隧线比高达90％以上，犹如高速地铁一般。截止2015年底，国内建成通车的高铁隧道超过2200座，总长超3200km，在建和规划的高铁隧道总长超过10000km。

目前，在多年来大规模的高速铁路隧道建设中，初步形成了高速铁路山岭隧道成套的施工方法，即矿山法修建技术，尤其在西部山区。传统的矿山法施工主要采用人工钻爆方式进行开挖掘进，从超前支护钻孔及安装、炮眼钻进及装药、锚杆钻孔及安装、喷射混凝土作业、仰拱施做、防水板铺设、二次衬砌钢筋及混凝土浇筑、沟槽施做等工序，多工序作业投入了大量的人力、物力。同时，由于高速铁路隧道通常为单洞双线隧道，开挖断面面积较大，除了Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法以外，在围岩稳定性较差的Ⅳ、Ⅴ级围岩，考虑到施工安全性，通常采用分部开挖方法，即将整个开挖断面分成多个部分进行开挖，每个开挖部分可以单独形成作业工序进行平行作业，包括台阶法、预留核心土三台阶起步作业法、台阶临时横撑法、台阶临时仰拱法、CD法(即中隔壁法)、CRD法(即交叉中隔壁法)、双侧壁导坑法。采用以上分部开挖方法时，为保证隧道围岩稳定，临时支护具有重要作用，如台阶加临时仰拱方法主要用于Ⅴ级软弱围岩地层，该施工方法需要施做以型钢钢架、钢筋网、喷混凝土为主的临时支护。

但是，现有的隧道施工开挖方法存在以下问题：

1、现有的全断面带仰拱一次性开挖方法的适应能力较差，目前只在Ⅱ、Ⅲ级围岩段应用，且效率低下，Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩段均采用分部开挖方法施工，即将整个隧道断面分成多个区域进行钻爆开挖，每爆破开挖一个区域产生的振动即会对附近未开挖区域扰动一次，多次开挖就会产生多次扰动，严重降低隧道洞身稳定性，使得围岩塑性区和松动圈显著增大，导致围岩作用在初期支护上的荷载增大，引起支护结构变形增大，需要更强的支护才能保持隧道稳定安全；

2、现有分部开挖的方法将隧道断面分成若干个小区域单独开挖，由于空间限制，无法使用大型施工装备，更无法采用大型机械化配套施工，导致可以提高施工效率的各类机械装备无法得到有效的利用；同时，分部开挖方法的作业工序较多，且各工序之间相互关联，一旦某个工序受影响，将会影响其他工序，从而造成施工进度缓慢，施工周期较长；

3、分部开挖方法为了控制各区域的围岩变形，需要施做大量的临时支护，如临时喷混凝土、临时钢架、临时钢筋网、临时锚杆等，待稳定后则要进行拆除，除了部分临时钢架可以重复利用，其余临时支护均不能再次利用，材料及投资浪费较大；

4、采用人工分部开挖方法，受人为主观因素影响，支护结构施做质量离散性较大，且由于人工作业效率较低，每个区域爆破掘进后初期支护施做并不及时，因而使得围岩变形较大；同时，由于分部开挖的限制，最先开挖区域与最后开挖区域沿隧道纵向拉开的距离较大，导致初期支护封闭成环不及时，控制围岩变形不及时，违背新奥法理念关于控制围岩变形的两个要素“及时支护，快速封闭成环”的要求，可能导致围岩收敛变形增大；