[发明专利]穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法

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1.一种穿越高角度逆冲富水富砂断层隧道开挖方法，其特征在于：所施工隧道的隧道洞(1)由上至下分为上部洞体、中部洞体(1-2)和下部洞体(1-3)，所述上部洞体分为左侧导洞(1-11)和位于左侧导洞(1-11)右侧的右侧导洞(1-12)；

所述隧道洞(1)的初期支护结构为双层初期支护结构，所述双层初期支护结构包括由一层喷射于隧道洞(1)内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层(5-2)、多榀对隧道洞(1)进行支护且支立于混凝土初喷层(5-2)内侧的型钢拱架(5)、由一层喷射于混凝土初喷层(5-2)上的混凝土形成的混凝土复喷层(5-1)、多榀对隧道洞(1)进行支护且支立于混凝土复喷层(5-1)内侧的格栅钢架(5-3)和由一层喷射于混凝土复喷层(5-1)上的混凝土形成的混凝土内喷层(5-8)，所述型钢拱架(5)和格栅钢架(5-3)均为对隧道洞(1)进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道洞(1)的横断面形状相同；所述混凝土初喷层(5-2)、混凝土复喷层(5-1)和混凝土内喷层(5-8)的横断面形状均与隧道洞(1)的横断面形状相同；多榀所述型钢拱架(5)的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢拱架(5)通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架(5-3)的结构均相同，所述格栅钢架(5-3)的数量与型钢拱架(5)的数量相同，每榀所述型钢拱架(5)内侧均布设有一榀所述格栅钢架(5-3)，每榀所述型钢拱架(5)与布设于其内侧的格栅钢架(5-3)均布设于隧道洞(1)的同一隧道断面上；多榀所述型钢拱架(5)均埋设于混凝土复喷层(5-1)内，所述混凝土复喷层(5-1)的层厚大于型钢拱架(5)的厚度；多榀所述格栅钢架(5-3)均埋设于混凝土内喷层(5-8)内，所述混凝土内喷层(5-8)的厚度大于格栅钢架(5-3)的厚度；多榀所述型钢拱架(5)呈均匀布设，相邻两榀所述型钢拱架(5)之间的间距为d且d的取值范围为0.8m～1.2m；

所述双层初期支护结构中所述混凝土初喷层(5-2)、多榀所述型钢拱架(5)和混凝土复喷层(5-1)组成外层初支结构(18)，所述混凝土内喷层(5-8)和多榀所述格栅钢架(5-3)组成位于外层初支结构(18)内侧的内层初支结构(17)；

每榀所述型钢拱架(5)均由一个对隧道洞(1)拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞(1)底部进行支护的隧道仰拱支架(5-5)拼接而成，所述隧道仰拱支架(5-5)位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(5-5)与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙支撑拱架由一个对位于所述上部洞体内的上部拱架(5-4)和两个对称布设于上部拱架(5-4)左右两侧下方的侧部支架(5-9)拼接而成，两个所述侧部支架(5-9)均位于中部洞体(1-2)内；所述隧道仰拱支架(5-5)位于下部洞体(1-3)内，所述隧道仰拱支架(5-5)的左端与一个所述侧部支架(5-9)底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(5-5)的右端与另一个所述侧部支架(5-9)底部紧固连接；所述上部拱架(5-4)由位于左侧导洞(1-11)内的左侧拱架(5-41)和位于右侧导洞(1-12)内的右侧拱架(5-42)拼接而成；

对所施工隧道进行开挖时，由后向前分多个隧道节段进行开挖，多个所述隧道节段的开挖方法均相同；对任一个所述隧道节段进行开挖时，包括以下步骤：

步骤一、上部洞体开挖及初期支护，过程如下：

步骤101、左侧导洞开挖及外层初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所开挖隧道节段的左侧导洞(1-11)进行开挖；

所述左侧导洞(1-11)开挖过程中，由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内壁上喷射一层混凝土获得左侧导洞(1-11)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的左侧导洞(1-11)内安装左侧拱架(5-41)，且使左侧拱架(5-41)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧；同时在内侧支立有左侧拱架(5-41)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得左侧导洞(1-11)内的混凝土复喷层(5-1)，并使左侧拱架(5-41)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成左侧导洞(1-11)内外层初支结构(18)的施工过程；

步骤102、右侧导洞开挖及外层初期支护：步骤101中所述左侧导洞(1-11)开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向同步由后向前对当前所开挖隧道节段的右侧导洞(1-12)进行开挖，获得开挖成型的所述上部洞体；

所述右侧导洞(1-12)开挖过程中，由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-12)内壁上喷射一层混凝土获得右侧导洞(1-12)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的右侧导洞(1-12)内安装右侧拱架(5-42)，使右侧拱架(5-42)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧且使右侧拱架(5-42)与左侧拱架(5-41)紧固连接为一体，获得施工成型的所述上部拱架(5-4)；同时在内侧支立有右侧拱架(5-42)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得右侧导洞(1-12)内的混凝土复喷层(5-1)，并使右侧拱架(5-42)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成所述上部洞体内外层初支结构(18)的施工过程；

本步骤中开挖过程中，所述右侧导洞(1-12)的掌子面位于左侧导洞(1-11)的掌子面后侧；

步骤二、中部洞体开挖及外层初期支护：步骤一中进行上部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的所述上部洞体下方对当前所开挖隧道节段的中部洞体(1-2)进行开挖；

所述中部洞体(1-2)开挖过程中，由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)内壁上喷射一层混凝土获得中部洞体(1-2)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)左右两侧分别安装侧部支架(5-9)，使侧部支架(5-9)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧且使每个所述侧部支架(5-9)均与步骤102中所述上部拱架(5-4)紧固连接为一体；同时在内侧支立有侧部支架(5-9)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得中部洞体(1-2)内的混凝土复喷层(5-1)，并使侧部支架(5-9)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成中部洞体(1-2)内外层初支结构(18)的施工过程；

所述中部洞体(1-2)内左右两个所述侧部支架(5-9)与步骤102中所述上部拱架(5-4)连接组成拱墙拱架；

本步骤中开挖过程中，所述中部洞体(1-2)的掌子面位于步骤102中所述右侧导洞(1-12)的掌子面后侧；

步骤三、下部洞体开挖及外层初期支护：步骤二中进行中部洞体开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的中部洞体(1-2)下方对当前所开挖隧道节段的下部洞体(1-3)进行开挖，获得开挖成型的隧道洞(1)；

所述下部洞体(1-3)开挖过程中，由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内壁上喷射一层混凝土获得下部洞体(1-3)内的混凝土初喷层(5-2)，并由后向前在开挖成型的下部洞体(1-3)内安装隧道仰拱支架(5-5)，使隧道仰拱支架(5-5)支立于混凝土初喷层(5-2)内侧且使隧道仰拱支架(5-5)与步骤二中所述拱墙拱架连接形成型钢拱架(5)；同时在内侧支立有隧道仰拱支架(5-5)的混凝土初喷层(5-2)上喷射一层混凝土获得下部洞体(1-3)内的混凝土复喷层(5-1)，并使隧道仰拱支架(5-5)埋设于混凝土复喷层(5-1)内，完成隧道洞(1)内外层初支结构(18)的施工过程；

本步骤中开挖过程中，所述下部洞体(1-3)的掌子面位于步骤二中所述中部洞体(1-2)的掌子面后侧；

步骤四、内层初期支护：步骤三中开挖过程中，还需由后向前在已施工成型的外层初支结构(18)内侧支立格栅钢架(5-3)，同时由后向前在内侧支立有格栅钢架(5-3)的外层初支结构(18)上喷射一层混凝土获得混凝土内喷层(5-8)，并使格栅钢架(5-3)埋设于混凝土内喷层(5-8)内，完成内层初支结构(17)的施工过程，获得施工成型的所述双层初期支护结构；

步骤五、多次重复步骤一至步骤四，完成所施工隧道的开挖过程。