城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道洞身開挖工藝，特別涉及一種應(yīng)用于復(fù)雜條件下，超淺埋超大斷面隧道的洞身開挖施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國目前的城市軌道交通施工中，車站隧道斷面大多為超過300平米的大型斷面。受城市總體規(guī)劃及運(yùn)營線路影響，不可避免地要在密集的地面建(構(gòu))筑物下方穿過，不僅需要保證隧道工程本體施工的安全，還須妥善地解決隧道工程對(duì)附近既有建筑物的影響問題。
[0003]對(duì)于城市超淺埋條件下超大斷面的隧道開挖來講，由于面臨的施工環(huán)境復(fù)雜，要考慮安全可靠、進(jìn)度快、質(zhì)量好，并能有效避免開挖施工對(duì)周邊產(chǎn)生撓動(dòng)等一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種安全可靠、可操作性強(qiáng)的城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，既能保證施工質(zhì)量，又能加快施工進(jìn)度，還能減少圍巖擾動(dòng)。
[0005]為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，包括如下步驟:
[0006](a)在隧道斷面開挖施工前，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械，在隧道掌子面的左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)水平超前大探孔，為后期靜態(tài)爆破施工提供足夠的臨空面；
[0007](b)采用自進(jìn)式洞內(nèi)管棚疊加方式掩護(hù)左、右、核心上導(dǎo)坑施工作業(yè)面，進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)；
[0008](c)使用靜態(tài)爆破方式進(jìn)行靜力破碎，靜態(tài)爆破包括無聲破碎劑破碎巖體和機(jī)械破除兩部分，先采用無聲破碎劑通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹力，破壞巖體自穩(wěn)抗拉力達(dá)到巖體破碎效果，再采用機(jī)械破碎巖體進(jìn)行修整成型；采用無聲破碎劑破碎巖體時(shí)，首先以左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔為臨空面，由內(nèi)向外分別對(duì)左、右上導(dǎo)坑進(jìn)行逐層剝離破碎，再分別對(duì)左中、左下、右中、右下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破，之后對(duì)核心上導(dǎo)坑采用由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破，最后再對(duì)核心中、核心下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破。
[0009]上述步驟(a)中，在左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔直徑為Φ800±200πιπι，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械進(jìn)行鉆孔時(shí)，首先進(jìn)行機(jī)械定位，再依次循環(huán)進(jìn)行鉆進(jìn)取芯、巖芯截?cái)?、巖芯外運(yùn)，為后期靜態(tài)爆破施工提供足夠的臨空面，同時(shí)通過出露巖芯詳細(xì)記錄巖層分布情況，為后續(xù)施工提供地質(zhì)依據(jù)，減少圍巖擾動(dòng)，增加爆破質(zhì)量和進(jìn)度，確保隧道開挖施工安全。
[0010]上述步驟(b)中，所述管棚采用的短管單根長度L為8±2m，縱向每段施工間距為5±lm，縱向疊加長度為3±lm。
[0011]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是:在隧道掌子面的左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)水平超前大探孔，為后期靜態(tài)爆破施工提供足夠的臨空面；以疊加方式進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，使隧道的穩(wěn)定性得以增強(qiáng)，能夠預(yù)防圍巖出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，同時(shí)也能夠有效減少以及預(yù)防地表下沉；靜態(tài)爆破過程中，采用先以水平超前大探孔為中心，由內(nèi)向外對(duì)左、右上導(dǎo)坑進(jìn)行逐層剝離破碎；再對(duì)左中、左下、右中、右下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破，之后對(duì)核心上導(dǎo)坑采用由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破，最后再對(duì)核心中、核心下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破的方式，確保了爆破質(zhì)量及進(jìn)度，并有效解決了開挖施工對(duì)周邊產(chǎn)生撓動(dòng)的問題。
[0012]本發(fā)明的有益效果:針對(duì)城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖提供了一種思路清晰、經(jīng)濟(jì)合理的綜合施工方法，具有安全可靠、易于操作實(shí)施、施工質(zhì)量好、施工進(jìn)度快、圍巖擾動(dòng)小等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是在隧道掌子面上布設(shè)水平超前大探孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是水平超如大探孔施工步序不意圖。
[0015]圖3是洞內(nèi)疊加管棚施工步序示意圖。
[0016]圖4是洞內(nèi)疊加管棚的縱向示意圖。
[0017]圖5是左上導(dǎo)坑靜態(tài)爆破示意圖。
[0018]圖6是左中導(dǎo)坑靜態(tài)爆破示意圖(俯視狀態(tài))。
[0019]圖7是核心上導(dǎo)坑靜態(tài)爆破示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0021]一種城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，如圖1所示，該超大斷面隧道劃分為左上導(dǎo)坑、左中導(dǎo)坑、左下導(dǎo)坑、核心上導(dǎo)坑、核心中導(dǎo)坑、核心下導(dǎo)坑、右上導(dǎo)坑、右中導(dǎo)坑和右下導(dǎo)坑，共九個(gè)部。該綜合施工方法包括如下步驟:
[0022](a)結(jié)合圖1、圖2所示，在隧道斷面開挖施工前，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械，在隧道掌子面的左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)水平超前大探孔，為后期靜態(tài)爆破施工提供足夠的臨空面。
[0023]在左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔直徑優(yōu)選為Φ 800±200mm，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械進(jìn)行鉆孔時(shí)，首先進(jìn)行機(jī)械定位，再依次循環(huán)進(jìn)行鉆進(jìn)取芯、巖芯截?cái)?、巖芯外運(yùn)，水平超前大探孔作為后期靜態(tài)爆破施工的臨空面，要求孔徑不能太小。同時(shí)通過出露巖芯詳細(xì)記錄巖層分布情況，為后續(xù)施工提供地質(zhì)依據(jù)，減少圍巖擾動(dòng)，增加爆破質(zhì)量及進(jìn)度，確保隧道開挖施工安全。采用專業(yè)大孔成型機(jī)械進(jìn)行鉆孔目前在公路施工中已經(jīng)有所應(yīng)用，主要用于觀測(cè)地質(zhì)狀況，其鉆孔步驟與本發(fā)明中的鉆孔步驟相同。
[0024](b)如圖3所示，采用自進(jìn)式洞內(nèi)管棚疊加方式掩護(hù)左、右、核心上導(dǎo)坑施工作業(yè)面，進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)；其中，管棚采用的短管單根長度L為8±2m，縱向每段施工間距為5± lm，縱向疊加長度為3± lm。如圖4所示，采用短管單根長度L為Sm，縱向每段施工間距為5m，縱向疊加長度為3m。采用自進(jìn)式洞內(nèi)管棚疊加進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，使隧道的穩(wěn)定性得以增強(qiáng)，能夠預(yù)防圍巖出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，同時(shí)也能夠有效減少以及預(yù)防地表下沉。傳統(tǒng)管棚都布置在洞口部位，且通常為一根長管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，因此管棚內(nèi)也不可能有疊加部分。
[0025](C)使用靜態(tài)爆破方式進(jìn)行靜力破碎，靜態(tài)爆破包括無聲破碎劑破碎巖體和機(jī)械破除兩部分，先采用無聲破碎劑通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹力，破壞巖體自穩(wěn)抗拉力達(dá)到巖體破碎效果，再采用機(jī)械破碎巖體進(jìn)行修整成型。靜態(tài)爆破相比炸藥爆破，震動(dòng)更小，可有效預(yù)防圍巖出現(xiàn)撓動(dòng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隧道淺埋施工中。在該步驟中，九大部的靜態(tài)爆破順序與傳統(tǒng)的九部施工法的靜態(tài)爆破順序相同，也是采用左上、左中、左下、右上、右中、右下、核心上、核心中、核心下的順序?qū)糯髮?dǎo)坑進(jìn)行爆破。
[0026]但是，本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，由于在步驟(a)中鉆有水平超前大探孔作為靜態(tài)爆破施工的臨空面，因此，各個(gè)獨(dú)立導(dǎo)坑的孔眼裝藥方式有很大的不同，從而決定了各個(gè)獨(dú)立導(dǎo)坑的靜態(tài)爆破順序有所不同。
[0027]本發(fā)明在靜態(tài)爆破過程中，采用無聲破碎劑破碎巖體時(shí)，首先以左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔為臨空面，由內(nèi)向外分別對(duì)左、右上導(dǎo)坑進(jìn)行逐層剝離破碎(如圖5所示)，再分別對(duì)左中、左下、右中、右下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破(如圖6所示)，之后對(duì)核心上導(dǎo)坑采用由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破(如圖7所示)，最后再對(duì)核心中、核心下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破。
[0028]左上導(dǎo)坑與右上導(dǎo)坑的靜態(tài)爆破方法相同，如圖5所示，以水平超前大探孔為臨空面，首先在水平超前大探孔的周壁水平裝藥，再由內(nèi)向外對(duì)左、右上導(dǎo)坑進(jìn)行逐層玻璃破碎，最后再沿著左、右上導(dǎo)坑的上邊緣進(jìn)行水平裝藥，以修整邊緣。
[0029]左中、左下、右中、右下、核心中、核心下導(dǎo)坑的靜態(tài)爆破方式相同，如圖6所示，在相應(yīng)的導(dǎo)坑內(nèi)采用豎向裝藥的方式，由已開挖支護(hù)區(qū)域向未開挖支護(hù)區(qū)域進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破，這六大導(dǎo)坑的靜態(tài)爆破方式與傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑水平裝藥方式也不相同。
[0030]核心上導(dǎo)坑采用由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破，如圖7所示，由于在靜態(tài)爆破核心上導(dǎo)坑前，左上導(dǎo)坑與右上導(dǎo)坑已經(jīng)爆破完成，因此由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破，更利于提高爆破進(jìn)度，最后再沿著核心上導(dǎo)坑的上邊緣進(jìn)行水平裝藥，以修整邊緣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，其特征在于:包括如下步驟: (a)在隧道斷面開挖施工前，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械，在隧道掌子面的左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)水平超前大探孔，為后期靜態(tài)爆破施工提供足夠的臨空面； (b)采用自進(jìn)式洞內(nèi)管棚疊加方式掩護(hù)左、右、核心上導(dǎo)坑施工作業(yè)面，進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)； (C)使用靜態(tài)爆破方式進(jìn)行靜力破碎，靜態(tài)爆破包括無聲破碎劑破碎巖體和機(jī)械破除兩部分，先采用無聲破碎劑通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹力，破壞巖體自穩(wěn)抗拉力達(dá)到巖體破碎效果，再采用機(jī)械破碎巖體進(jìn)行修整成型；采用無聲破碎劑破碎巖體時(shí)，首先以左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔為臨空面，由內(nèi)向外分別對(duì)左、右上導(dǎo)坑進(jìn)行逐層剝離破碎，再分別對(duì)左中、左下、右中、右下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破，之后對(duì)核心上導(dǎo)坑采用由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破，最后再對(duì)核心中、核心下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破。
2.按照權(quán)利要求1所述的城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，其特征在于:所述步驟(a)中，在左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔直徑為Φ800±200πιπι，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械進(jìn)行鉆孔時(shí)，首先進(jìn)行機(jī)械定位，再依次循環(huán)進(jìn)行鉆進(jìn)取芯、巖芯截?cái)?、巖芯外運(yùn)，為后期靜態(tài)爆破施工提供足夠的臨空面，同時(shí)通過出露巖芯詳細(xì)記錄巖層分布情況，為后續(xù)施工提供地質(zhì)依據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，其特征在于:所述步驟(b)中，所述管棚采用的短管單根長度L為8±2m，縱向每段施工間距為5±lm，縱向疊加長度為3±lm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市超淺埋條件下超大斷面隧道開挖綜合施工方法，步驟如下：(a)在隧道斷面開挖施工前，采用專業(yè)大孔成型機(jī)械，在隧道掌子面的左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)水平超前大探孔；(b)采用自進(jìn)式洞內(nèi)管棚疊加方式掩護(hù)左、右、核心上導(dǎo)坑施工作業(yè)面，進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)；(c)使用靜態(tài)爆破方式進(jìn)行靜力破碎，首先以左、右上導(dǎo)坑內(nèi)布設(shè)的水平超前大探孔為臨空面，由內(nèi)向外分別對(duì)左、右上導(dǎo)坑進(jìn)行逐層剝離破碎，再分別對(duì)左中、左下、右中、右下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破，之后對(duì)核心上導(dǎo)坑采用由左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行逐層剝離爆破，最后再對(duì)核心中、核心下導(dǎo)坑進(jìn)行豎向靜態(tài)爆破。具有安全可靠、易于操作實(shí)施、施工質(zhì)量好、施工進(jìn)度快、圍巖擾動(dòng)小特點(diǎn)。
【IPC分類】E21D9-00
【公開號(hào)】CN104564085
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410809183
【發(fā)明人】章獻(xiàn), 王元清, 陳誠, 何亮, 余偉
【申請(qǐng)人】中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日