[发明专利]一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法

说明书

本发明公开了一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法，该支护体系包括隧道超前支护结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，隧道二次衬砌中仰拱二次衬砌的上表面为水平面且其上设置有仰拱回填层；该方法包括步骤：一、隧道开挖及初期支护；二、二衬施工及仰拱回填。本发明设计合理、施工简便且施工效率高、使用效果好，将隧道超前支护结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌组成联合支护体系，对大断面黄土隧道进行稳固、可靠支护，并且将二次衬砌仰拱上表面调整为水平面，能有效简化隧道仰拱施工过程，并使隧道仰拱刚度整体大幅提升，提高隧道二次衬砌的施工效率，缩短隧道二次衬砌封环时间，使隧道二次衬砌的整体性更强，整体受力效果更佳。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种大断面黄土隧道支护 体系及支护施工方法。

背景技术

黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积 物。黄土湿陷系数(也称湿陷系数)是评价黄土湿陷性的力学参数，指在 一定压力下，黄土湿陷系数是指土样浸水前后高度之差与土样原始高度之 比。黄土湿陷系数是评价黄土湿陷性的一个重要指标，可由试验直接测出。 根据黄土湿陷系数不同，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。其中，非 湿陷性黄土是指在自重和外部荷载作用下被水浸湿后完全不发生湿陷或 黄土湿陷系数＜0.015的黄土。非湿陷性黄土是黄土是在干旱气候条件下 形成的特种土，一般为浅黄、灰黄或黄褐色,具有目视可见的大孔和垂直 节理。湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附 加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属 于特殊土，有些杂填土也具有湿陷性，广泛分布于我国东北、西北、华中 和华东部分地区的黄土多具湿陷性。通过地质勘察发现，黄土地层中黄土 的类型较多，根据材质划分为砂质黄土(也称为砂黄土)、黏性黄土(也 称为粘性黄土或粘黄土)等，其中砂黄土是指含有细砂颗粒量较高一般大 于30％的黄土且其实质是黄土状土，粘黄土是指细砂含量小于15％、粘土 含量大于25％的黄土且其实质是黄土状土；根据所处地质年代分为新黄土 和老黄土，老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土且其一般不具有湿陷性，新黄土指比老黄土年代晚的黄土，新黄土结构疏松且一般具有湿陷 性，新黄土多分布于老黄土之上。

黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性， 对于处于黄土地层且隧道上部覆盖层大于隧道洞跨(即隧道开挖宽度)2.5 倍的深埋隧道进行施工时，由于深埋隧道的埋深大，洞体周侧土层变形大。 尤其是对于隧道开挖断面大于100m²的大断面隧道而言，洞体周侧土层变 形非常大，并且开挖施工难度非常大。

对大断面黄土隧道进行开挖时，采用台阶法进行开挖。台阶法是指先 开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面 (下台阶，也称隧道上部洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。其中， 三台阶开挖法(也称为三台阶法)是指将所开挖隧道分为上、中、下三个 台阶进行开挖。采用三台阶法对大断面黄土隧道进行开挖时，由于洞体周 侧土层变形非常大，施工难度大且施工风险高，必须及时设置合理的支撑 结构，一方面防止后续开挖区域坍塌，另一方面对已开挖成型洞体进行有 效支护，以确保施工安全。现如今，国内外深埋黄土隧道施工过程中，由 于黄土地质松软多孔、垂直节理发育、具有蠕变作用，特别是富水段落， 开挖后围岩暴露时间过长极易发生加大变形，存在变形控制难度大、施工 进度受到制约等问题。采用传统的三台阶法、三台阶临时仰拱法、三台阶大拱脚临时仰拱法、双侧壁导坑法、CD法等开挖施工方法进行开挖时，存 在以下三个方面问题：第一、仰拱未及时封闭成环，围岩变形大，容易发 生坍塌事故；第二、空间断面被分割，作业空间狭小不利于大型机械施工， 无法满足大型机械化施工需求，各工序之间干扰较大，各作业面无法同步 作业，功效低，施工速度慢；第三、采用临时仰拱，工程成本高，且拆除 过程中存在较大安全风险。并且，采用三台阶法对大断面黄土隧道进行开 挖时，由于开挖断面分块多，将大断面隧道断面分隔成几个小断面(分部) 进行施工，开挖施工中需要架设和拆除大量临时支撑，施工工序多、对各 小断面支护结构连接的工艺要求高，支护难度大，并且施工效率低。

发明内容