[发明专利]一种软弱围岩隧道微扰动机械分部掘进工法

说明书

本发明公开的一种软弱围岩隧道微扰动机械分部掘进工法，首先，将护盾分自上而下分为多个子护盾，将多个子护盾由下及上逐步顶进，减少对围岩的扰动；然后对隧道掌子面采用台阶分部开挖，较整体开挖减下了开挖时的扰动，控制了围岩的变形，防止隧道发生变形，提高施工的安全性；其次，对开挖的隧道采用预制件进行初期支护，实现快速封闭和加强初期支护的目的，最后，初期支护上进行二次衬砌，二次衬砌与初期支护之间设置防水板。该施工工法安全、高效、经济，有效控制围岩开挖大扰动、大变形现象，减少工程施工灾害损失。

技术领域

本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种适用于软弱围岩隧道建设的微扰动机械分部掘进工法。

背景技术

软弱围岩隧道修建过程面临的主要工程问题有工期问题和自身稳定问题。软弱围岩隧道，由于围岩稳定性差，变形不易控制和容易发生塌方等安全事故，导致其施工工序复杂，施工速度极其缓慢，严重影响和制约着工程的工期；另外，变形速度快和变形时间长是软弱围岩的基本特性，这也就意味着施工速度越慢时，围岩暴露时间越长，隧道发生的变形越大，所需的加固措施也变得越强。在软弱围岩隧道中，松动压力在隧道施工过程中，不是连续变化，易发生突变(扰动过大、支护不及时)，且在后期难以达到稳定，压力持续增大。

目前常用的机械开挖工艺有TBM和盾构法，其中TBM是硬岩掘进机，盾构是软土类掘进机，而对于软弱围岩隧道，采用传统的TBM或者盾构法，适应性欠佳，得不偿失。另外，隧道建设应与自然环境协调发展，减小隧道建设对生态环境的影响，贯彻绿色隧道建设发展理念。

因此，有必要提出适应于软弱围岩隧道机械施工新工艺，尤其是在软弱地层中修建大跨度隧道时，解决目前软弱围岩隧道因支护强度不足或支护不及时所造成的塌方冒顶或二次衬砌严重开裂现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于软弱围岩隧道建设的微扰动分部机械掘进新工法，主要实现微扰动、快封闭和强初支效果，即通过减小对围岩扰动，加强初期支护的强度，控制变形，进而降低软弱围岩松动(松弛)范围，避免产生较大的围岩压力。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种软弱围岩隧道微扰动机械分部掘进工法，包括以下步骤；

步骤1、将护盾自上而下分成若干个子护盾，首先将最上层的子护盾插入围岩中，然后将其它的子护盾由下而上逐步插入至围岩中；

步骤2、采用短台阶斜面法施工，对护盾中的隧道掌子面自上而下进行开挖；

步骤3、对步骤2开挖的隧道采用预制件组成环形封闭结构，对开挖的隧道进行前期支护；

步骤4、在初期支护的表面设置防水板，然后在防水板上进行二次衬砌；

步骤5、重复步骤1-4，直至隧道贯通。

优选的，步骤1中所述护盾的纵断面为隧道外轮廓，横断面为斜截面，斜截面的水平落差为护盾高度的一半。

优选的，步骤1中的护盾每次的顶进距离为1.2m。

优选的，步骤2中将隧道掌子面分为多个台阶进行开挖；

当分为两台阶开挖时，台阶分界线为起拱线位置；

当分为三台阶开挖时，台阶分界线分别为拱腰位置和起拱线与墙脚之间的位置。

优选的，当隧道掌子面的坡度小于自稳坡度时，在步骤2的开挖时，对隧道掌子面的岩体施加纵向荷载，纵向荷载施加在隧道掌子面未开挖台阶的横断面上，施加纵向荷载和隧道掌子面开挖自上而下交替进行。

优选的，步骤2中隧道掌子面的斜面开挖坡度为55～65°。

优选的，步骤3中所述多个预制件包括仰拱、两组边墙和拱顶；