[發明專利]一種適用于大斷面黃土隧道的開挖方法

有效

• 申請號: 201310024356.4
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103089270A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 周曉軍;王曉峰;胡鴻運;汪精河;俞學英
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明屬于軟弱圍巖中大斷面隧道的施工技術領域，尤其屬于黃土地層中大斷面隧道的施工技術領域。

背景技術

黃土具有垂直裂隙發育、剪切強度低的特點，因此在黃土地層中開挖隧道通常會引發土體突然坍塌和支護結構變形過大的現象。尤其是對于開挖斷面積大于100m²的高速公路隧道和高速鐵路隧道，當其穿越黃土地層時，隧道施工期間的安全風險更高。為減少隧道開挖期間黃土發生的沉降和變形，防止隧道坍塌、坍方和冒頂事故，保障施工人員的安全，通常采用人工或機械進行開挖，并且將開挖面范圍內的土體劃分為若干個分部或區域，并采用加強支撐的剛度和強度來減少和控制土體因開挖所引起的沉降和變形，以確保隧道施工的安全。目前，適合于大斷面隧道的施工方法有：(1)留核心土環形開挖法；(2)中隔壁(CD)法；(3)交叉隔壁(CRD)法；(4)單側壁導坑法；(5)雙側壁導坑法；(6)三臺階七步開挖法。

在上述6種不同的施工方法當中，單側壁導坑法與CD法相類似，而三臺階七步開挖法與留核心土環形開挖法的工藝相似。根據大量的工程實踐，針對大斷面黃土隧道一般采用留核心土環形開挖法、CD法、CRD法、雙側壁導坑法和三臺階七步開挖法進行施工。

留核心土環形開挖法由于將隧道開挖斷面的土體劃分為4個分部，則每個分部開挖區域的斷面積較大，而且拱部的開挖高度大于2.5m，人工架設拱部鋼拱架的勞動強度和難度均很大，施工的安全風險高，隧道開挖引起的拱頂下沉和變形也較大。留核心土法要求開挖面圍巖較為完整和穩定，適用于圍巖級別為IV級-VI級的黃土地層。從開挖面土體開挖到襯砌結構封閉成環共需要約12個施工工序，施工的控制關鍵是要確保核心土和開挖面的穩定。

中隔壁法即CD法是將隧道開挖斷面劃分為6個分部，并且要在兩個開挖區域設置中間隔墻。與留核心土環形開挖法相比，隧道的分部區域開挖斷面積減少。由于左右導坑開挖時設置了中隔墻，因此可控制隧道拱頂發生的過大沉降。其施工的主要風險在于中隔墻拆除的過程。該方法從開挖面土體開挖到襯砌結構封閉成環共需要約22個施工工序。

交叉中隔壁法即CRD法，將隧道開挖斷面劃分為6個分部，與CD法不同之處在于每個導洞開挖后不僅要設置中隔壁，同時還設置臨時仰拱，其可作為隧道的橫撐。采用CRD法可使隧道下沉和邊墻的位移均得到控制，減少隧道施工發生的坍塌和過大變形，有利于減少隧道的坍塌。但該方法從開挖面土體開挖到襯砌結構封閉成環共需要約22個主要的施工工序。CRD法施工的主要風險仍是拆除中隔壁和臨時仰拱的工況。

雙側壁導坑法采用左右兩側導洞先行的方式進行土體開挖，將隧道開挖斷面劃分為6個分部。由于左右導洞開挖均設置了初期支護和中隔墻與橫撐，可有效控制地面的沉降和圍巖變形。該方法施工的主要風險就在于中隔墻和橫撐被拆除的過程。該方法從開挖面土體開挖到襯砌結構封閉成環共需要約21個主要的施工工序。

從上述常用的大斷面黃土隧道施工方法而言，大多需要設置臨時的中隔墻或橫撐，從而隧道施工的工序繁雜，導致施工進度慢、效率低，而且工程造價高。留核心土環形開挖法不需要設置臨時的中隔墻或橫撐，但其拱部土體的開挖斷面大，且其兩側土體全部挖除，造成拱部架設鋼拱架的難度大、勞動強度高，施工的安全風險也大，因此需要尋求一種即經濟實用又能夠保證施工安全、快速的新施工方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于大斷面黃土隧道的開挖方法，該種開挖法有利于減少隧道的下沉和變形，方便架設拱頂部位鋼拱架，勞動強度低，施工工序簡單，能有效降低工程造價，加快施工進度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種適用于大斷面黃土隧道的開挖方法，適用于開挖斷面積100m²以上的黃土隧道，其作法是：

A、將隧道開挖斷面內的土體劃分為上部區域、中部區域、下部區域，首先在上部區域的兩側分別開挖出一個倒梯形的豎槽、同時開挖中部拱頂部位土體，形成“山”字形土體；當上部區域的“山”字形土體頂面的深度為2.5-3m后，則同時開挖“山”字形土體，使“山”字形土體頂面始終保持2.5-3m的深度；

B、當“山”字形土體后面的中部區域的土體頂面的深度為17-21m后，再同時開挖中部區域的左側土體，當中部區域的左側土體后面的下部區域土體頂面的深度為8-10m后，再同時開挖中部區域的右側土體，并使中部區域的左側土體和右側土體之間的開挖面始終保持8-10m的距離；