[发明专利]一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法

说明书

技术领域

本发明属于软岩隧道施工技术领域，具体涉及一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法。

背景技术

隧道及地下工程由于要加快进度，这就要采取斜井、横洞等方案来增加新的工作面来实现既定目标，或者由于地形的影响或者地面建筑物的影响，而不得不采取“另辟蹊径”的方法，采取斜井或横洞进入正洞，通常新开工作面会首先选择地质较好的地段，一般选择Ⅱ、Ⅲ级围岩地段进入正洞，但是有时遇到没有好围岩可选的情况，这就不得不选择从软岩进入正洞的方案。

现行的隧道支护结构设计都设定了平面假设的前提，也即隧道支护结构一般只考虑垂直隧道（斜井、导洞）掘进方向的横向，而斜井与正洞相交处存在应力集中现象，此处的应力状态并非平面二维，而是三维的高应力（应力有叠加），这与上述一般的隧道支护结构设计不符，因此就带来施工安全风险。所以，此处的隧道支护结构承载能力必须是纵横两个方向的，方可与围岩应力状态相对应，而现行一般采取“挑顶”的方法，这种工法，不论何种结构、何种工序，其支护结构的设计原则内涵是“平面”二维结构，所以存在先天不足的风险。

“挑顶”方法按照导洞在正洞的部位，可分为“由上而下”和“由下而上”两种方法，由于斜井断面一般小于正洞，而底部必须同高，所以就形成了这两种方法。“由下而上”方法是由斜井直接进入正洞，然后向上扩挖，这个方法进入正洞时容易，但是，向上扩挖却风险极高；采取“由上而下”的方法正是因为考虑向上扩挖所带来的高风险而采取的针对措施，这种作法又有两种型式，一是先施工导洞（沿着正洞开挖轮廓线），然后施工正洞钢架支护；二是，导洞与正洞钢架同时施作。前一种型式相对安全，至少在此工序是安全的；而后一种，由于正洞钢架呈分段连接的悬臂状态，所以风险较高。这两种型式都有一个不足——导洞的支护结构型式是梯形的，这在导洞断面较大、围岩应力较高的情况下是有风险的。

“挑顶”方法在斜井与正洞连接处的钢架底脚是坐落在斜井矩形门架上的，这里存在极高的风险：一是门架顶为梁结构，承载正洞的几榀钢架集中荷载，结构承载十分不利；二是由于导洞是梯形断面，决定了其断面宽度不可能大，其往往远小于斜井的宽度，所以，就有导洞向正洞进、出口方向扩挖的工序，这就造成支撑正洞钢架的门架横梁要分段施工，这样就有在扩挖时，原先已经施作的横梁一端支点被破坏，而使得几榀正洞钢架一端底脚呈“悬空”的未支撑状态，十分危险。

各种“挑顶”方法的施工，要求施工人员有较丰富的施工经验，现场施工组织必须高度紧张，方有可能取得成功。实践证明，采用“挑顶”方法施工成功的案例很少，即使成功，也是在紧张的气氛中实现的，施工的效果往往是：为了加固支护，不断补强，最终虽然隧道变形稳定了，但是，隧道净空不足了，为后续二次衬砌施工留下困难和安全隐患。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，为实现软岩隧道斜井进入正洞施工安全可控，并且结构简单、组织简易、经济合理的双曲拱结构支护体系。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种软岩隧道斜井进入正洞的双曲拱的施工方法，包括以下步骤：

1）斜井：开挖斜井并支护，开挖与正洞正交的大于等于15m的斜井，此段斜井为单车道断面，平、立两面都与正洞正交；

2）导洞：沿着正洞开挖轮廓线布置导洞纵面：

①导洞为斜井位于正洞范围拱部上台阶的部分，导洞断面采取圆拱直墙的型式，拱部圆弧矢跨比（f/L）大于1/5，或为1/4，宽度斜井宽度相等；

②导洞钢架在拱墙交界处墙顶处以钢板内外两层焊接连接，钢板中间部位开φ50mm圆孔，由此孔插入超前小导管，超前小导管与钢板焊接牢固；

3）正洞的进、出口方向各1～2倍隧道开挖宽度范围，采用三台阶法开挖正洞。

①切割正洞开挖范围内导洞边墙支护的钢架，导洞拱部钢架为双曲拱的拱波，沿正洞开挖轮廓范围布置的导洞钢架纵向连接以及沿此布置的正洞超前小导管为双曲拱的拱肋；

②拱部钢架以隧道中线为基准，采用不对称结构单元正反交替布置的方式施工。

所述的步骤3中双曲拱拱波由导洞拱部钢架、导洞法向锚杆及导洞喷射混凝土共同组成。

所述的步骤2中双曲拱拱肋由导洞的钢架纵向连接钢板、超前小导管组成。

所述的步骤3中双曲拱底座由混凝土、底脚锚杆组成。

所述的斜井与正洞交叉处采取钢架加强支护，或采取二次衬砌加强处理。

所述的步骤1中斜井口对面正洞边墙采取支护加强措施。