申请/专利权人：长安大学

申请日：2018-11-21

公开（公告）日：2021-01-08

公开（公告）号：CN109594989B

主分类号：E21D9/00(20060101)

分类号：E21D9/00(20060101);E21D11/10(20060101);E01D15/133(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.08#授权;2019.05.03#实质审查的生效;2019.04.09#公开

摘要：本发明公开了一种软弱围岩条件下隧道的快速施工方法，旨在解决软弱围岩条件下，现行的施工工艺难以满足安全步距的规定的问题；同时软弱围岩隧道变形较大，需要快速施工、快速封闭，但现实中施工效果差强人意，容易出现安全事故。因此，本发明针对上述难点，利用数码雷管实现了微差减振爆破，降低了对围岩的扰动，保障了后续施工的顺利；双栈桥仰拱移动模架设备的使用，两幅栈桥创新地交替变换搭接位置，在施工过程中始终有一副栈桥用于行车，解决了台阶开挖与仰拱施工的干扰问题，使施工效率大幅提升。采取本发明中的相关设备和施工工艺，能够满足严格的安全步距规定，在提升软弱围岩隧道施工安全性的同时可以显著提高隧道施工效率。

主权项：1.一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，掌子面开挖采用的是微差减振爆破法对上台阶1、中台阶2和下台阶带仰拱3同时施工，掌子面前方的施工车辆从后方的双栈桥通过；仰拱的施工采用双栈桥仰拱移动模架法；所述双栈桥包括沿隧道掘进方向，平行设置的第一栈桥10和第二栈桥11；每幅栈桥均为两片分离式，形成双车道；所述双栈桥仰拱移动模架法施工的具体步骤为：步骤a，开挖仰拱基坑，仰拱基坑的长度与栈桥6的有效工作面长度相同；将双栈桥仰拱移动模架设备的一端置于已达到强度的仰拱填充混凝土8上，另一端置于平整稳定的虚碴5上；所述双栈桥仰拱移动模架的下方设置有端头梁7，且端头梁7位于栈桥的中间设置，端头梁7将仰拱基坑分为前后两个基坑，其中靠近掌子面一侧为前方基坑，靠近洞口一侧为后方基坑；步骤b，浇筑设备利用第一栈桥10对后方基坑进行仰拱二衬混凝土9的浇筑，达到强度后，进行仰拱填充混凝土8的浇筑，浇筑过程中掌子面施工的运输车辆从第二栈桥11通过；步骤c，将第二栈桥11向后移动X米，一端置于基坑后方已达到强度的仰拱填充混凝土8上，另一端搭放在端头梁上7，同时养护步骤b中已浇筑的混凝土；开挖第二栈桥侧的基坑前方虚碴14，开挖长度为X米，开挖过程中的施工车辆及掌子面的运输车辆从第一栈桥10通过；步骤d，步骤c中第二栈桥侧的基坑前方虚碴14开挖完成后，将第二栈桥11前移2X米，一端搭放在端头梁7上，另一端置于平整稳定的虚碴5上，此时仰拱填充混凝土已达到强度，第二栈桥11作为施工车辆及掌子面的运输车辆的通道；将第一栈桥10后移X米，对第一栈桥侧的基坑前方虚碴15进行开挖，开挖长度为X米；步骤e，步骤d中第一栈桥侧的基坑前方虚碴15开挖完成后，将第一栈桥10平行于第二栈桥11前移2X米，拆除仰拱填充模板，将移动模架和端头梁7前移X米，置于基坑中间；步骤f，重复步骤a～e，至施工结束；所述上台阶1、中台阶2和下台阶带仰拱3的开挖长度为4～5米，且上台阶1、中台阶2和下台阶带仰拱3的开挖高度比为4:3:3。

全文数据：一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法技术领域本发明属于隧道工程领域，具体涉及到一种软弱围岩条件下隧道的快速施工方法。背景技术软弱围岩作为一种常见的不良地质状况，在隧道的修建中常常遇到。三台阶分部开挖法是在软弱围岩条件下修建隧道的一种常用方法，在传统的三台阶开挖法施工方案中是上中下三台阶自上而下分步开挖，而且隧道仰拱一般都是滞后于台阶施工工序，单独施做的，不可避免地影响到开挖掌子面的人员、机械和碴料的进出，影响施工的效率。此外，在安全步距的规定之下，二衬、仰拱距离掌子面都有严格要求；软弱围岩易受扰动，变形较大，若不及时封闭成环，可能影响安全施工，酿成安全事故。发明内容本发明的目的在于提出一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，上台阶、中台阶、下台阶带仰拱同时起爆、同时出碴、快速封闭，减少了对围岩不必要的扰动，以及通过双栈桥仰拱移动模架设备的运用，解决原有方法中掌子面施工与仰拱施工之间相互干扰的问题，可以在安全步距下保障施工安全，提高施工进度、施工效率。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，掌子面开挖采用的是微差减振爆破法对上台阶、中台阶和下台阶带仰拱同时施工，掌子面前方的施工车辆从后方的双栈桥通过；仰拱的施工采用双栈桥仰拱移动模架法。进一步的，所述微差减振爆破法的具体步骤为：步骤1，对上台阶、中台阶、下台阶带仰拱同时钻孔、装药，并采取微差减振爆破技术同时起爆；步骤2，通风排烟后，对上台阶、中台阶进行排险，利用部分石碴为中台阶修筑临时坡道，其余石碴扒至下台阶带仰拱；步骤3，对上台阶和中台阶进行初喷、打锚杆、挂钢筋网、立拱架，同时进行下台阶带仰拱的出碴；步骤4，对上台阶和中台阶进行复喷，同时对下台阶进行初喷、打锚杆、挂钢筋网、立拱架、复喷，仰拱进行基底清理、初喷、安装拱架、复喷和虚碴回填；步骤5，初期支护施工完成，重复步骤1～4，至施工结束。进一步的，所述步骤1中第一次爆破开始前进行爆破设计得到爆破参数，爆破完成后，根据爆破效果，优化爆破参数用于下一次爆破；所述爆破参数包括孔数、孔深、孔径、孔距、排距、最小抵抗线、炸药单耗量、孔间及排间延期时间。进一步的，所述双栈桥包括沿隧道掘进方向，平行设置的第一栈桥和第二栈桥；每幅栈桥均为两片分离式，形成双车道。进一步的，所述双栈桥仰拱移动模架法施工的具体步骤为：步骤a，开挖仰拱基坑，仰拱基坑的长度与栈桥的有效工作面长度相同；将双栈桥仰拱移动模架设备的一端置于已达到强度的仰拱填充混凝土上，另一端置于平整稳定的虚碴上；所述双栈桥仰拱移动模架的下方设置有端头梁，且端头梁位于栈桥的中间设置，端头梁将仰拱基坑分为前后两个基坑，其中靠近掌子面一侧为前方基坑，靠近洞口一侧为后方基坑；步骤b，浇筑设备利用第一栈桥对后方基坑进行仰拱二衬混凝土的浇筑，达到强度后，进行仰拱填充混凝土的浇筑，浇筑过程中掌子面施工的运输车辆从第二栈桥通过；步骤c，将第二栈桥向后移动X米，一端置于基坑后方已达到强度的仰拱填充混凝土上，另一端搭放在端头梁上，同时养护步骤b中已浇筑的混凝土；开挖第二栈桥侧的基坑前方虚碴，开挖长度为X米，开挖过程中的施工车辆及掌子面的运输车辆从第一栈桥通过；步骤d，步骤c中第二栈桥侧的基坑前方虚碴开挖完成后，将第二栈桥前移2X米，一端搭放在端头梁上，另一端置于平整稳定的虚碴上，此时仰拱填充混凝土已达到强度，第二栈桥作为施工车辆及掌子面的运输车辆的通道；将第一栈桥后移X米，对第一栈桥侧的基坑前方虚碴进行开挖，开挖长度为X米；步骤e，步骤d中第一栈桥侧的基坑前方虚碴开挖完成后，将第一栈桥平行于第二栈桥前移2X米，拆除仰拱填充模板，将移动模架和端头梁前移X米，置于基坑中间；步骤f，重复步骤a～e，至施工结束。进一步的，所述的微差减振爆破法采用数码雷管逐孔起爆。进一步的，所述上台阶、中台阶和下台阶带仰拱的开挖长度为4～5米，且上台阶、中台阶和下台阶带仰拱的开挖高度比为4:3:3。与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：相比传统的施工方法，本发明可以缩短掌子面到仰拱封闭位置的距离使之满足规范要求的安全步距，降低了隧道塌方的概率；三台阶数码雷管微差减振爆破，同时起爆减少了爆破次数，降低了对围岩的扰动，加快了掌子面的施工速度，下台阶带仰拱同时开挖，可以快速封闭，有效地抑制了软弱围岩的变形，保证施工安全；双栈桥仰拱移动模架法利用两幅栈桥不同的前后位置设定，使得掌子面施工与仰拱施工同时进行，解决了掌子面开挖与仰拱施工的相互干扰的问题，提升了施工效率。附图说明图1为本发明中微差减振爆破施工法的工序流程图；图2为本发明中施工段的三维透视图；图3为本发明中施工段纵向二维图；图4为本发明中双栈桥仰拱移动模架法示意分图a；图5为本发明中双栈桥仰拱移动模架法示意分图b；图6为本发明中双栈桥仰拱移动模架法示意分图c；图7为本发明中双栈桥仰拱移动模架法示意分图d；图8为本发明中双栈桥仰拱移动模架法示意分图e；图9为本发明中双栈桥仰拱移动模架法示意分图f。图中：1-上台阶，2-中台阶，3-下台阶带仰拱，4-初期支护，5-虚碴，6-栈桥，7-端头梁，8-仰拱填充混凝土，9-二次衬砌，10-第一栈桥，11-第二栈桥，12-混凝土罐车，13-出碴车，14-第二栈桥侧的基坑前方虚碴，15-第一栈桥侧的基坑前方虚碴。具体实施方式本发明公布的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，施工中使用到的设备和材料有钻机、挖掘机、装载机、自卸车、混凝土湿喷机、空压机、台架、钢拱架、钢筋网片、锚杆等。本发明旨在提高软弱围岩隧道的施工效率，运用该方法能够使得软弱围岩扰动降低、隧道仰拱快速封闭、抑制隧道变形、优化施工步骤、解决不同工序之间的相互干扰问题，可以实现安全步距条件下，软弱围岩隧道的快速施工。下面结合附图对本发明方法作进一步的介绍。如图1所示，本发明中掌子面开挖主要包括以下步骤：步骤1，依据设计文件和地质条件在爆破开始前进行爆破设计，确定合理的孔数、孔深、孔径、孔距、排距、最小抵抗线、炸药单耗量、孔间及排间延期时间等爆破参数，得到爆破方案，按照爆破方案对上台阶1、中台阶2、下台阶带仰拱3同时钻孔、装药，并采取微差减振爆破技术同时起爆，微差减振爆破的实现方式是数码雷管逐孔起爆，减少爆破次数的同时，利用地震波的叠加减轻爆破振动，降低对软弱围岩的扰动；步骤2，通风排烟后，待洞内空气质量达到适宜工作的条件后，用挖掘机对上台阶1、中台阶2进行排险，利用部分石碴为中台阶2修筑临时坡道，其余石碴扒至下台阶带仰拱3；步骤3，将材料设备等通过临时坡道运送至上台阶1，对上台阶1、中台阶2进行初喷、打锚杆、挂钢筋网、立拱架，同时进行下台阶带仰拱3的出碴；步骤4，上台阶1、中台阶2复喷，同时下台阶进行初喷、打锚杆、挂钢筋网、立拱架、复喷，仰拱进行基底清理、初喷、安装拱架、复喷和虚碴5回填；步骤5，初期支护4施工完成，重复步骤1～4，至施工结束。如图2所示，上述步骤中各台阶开挖长度控制在5米左右，上台阶1、中台阶2、下台阶带仰拱3开挖高度之比约为4:3:3。掌子面位置与仰拱封闭位置的距离为34米，满足Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级软弱围岩安全步距小于35米的条件。同时掌子面的施工车辆随时可以利用双栈桥中的一幅栈桥作为行车通道，从而使得掌子面施工与仰拱施工的可以同步进行，不会相互干扰。具体来讲，仰拱部分的双栈桥仰拱移动模架施工工艺采用了两幅栈桥，施工过程中通过变换双栈桥的前后位置关系，保证了仰拱施工的正常进行，并且至少有一幅栈桥可以作为运输材料设备等物质通道，因此掌子面施工能与仰拱施工同步进行互不影响。如图3所示，为采用本发明方法进行施工的三维透视图，本发明中双栈桥的每幅栈桥6均采用两片分离式设置，形成双车道；在本发明的优选实施例中，单片栈桥6的长度为17米，有效工作面的长度为13米，两端支撑各长2米，宽度为1.2米，端头梁宽约1米，重约为8吨，使用挖掘机可以完成对设备的前后移动。如图4所示，本发明中双栈桥仰拱移动模架法的施工步骤为：步骤1，如图4中，开挖约13米长的仰拱基坑，将双栈桥仰拱移动模架设备一端置于已达到强度的仰拱填充混凝土8上，另一端置于平整稳定的虚碴5上；双栈桥仰拱移动模架的中间设置有端头梁7位于栈桥中间下方将仰拱基坑分为前后两个基坑，其中靠近掌子面一侧为前方基坑，靠近洞口一侧为后方基坑；步骤2，如图5中，混凝土罐车12开上第一栈桥10对后方基坑进行仰拱二衬混凝土9的浇筑，达到强度后，进行仰拱填充混凝土8的浇筑，浇筑过程中掌子面的出碴车13从第二栈桥11通过；步骤3，如图6中，将第二栈桥11向后移动6米，A端置于基坑后方已达到强度的仰拱填充混凝土8上，B端搭放在端头梁上7，同时养护步骤2中已浇筑的混凝土，并开挖第二栈桥侧的基坑前方虚碴14，开挖长度为6米，开挖过程中的施工车辆及掌子面的出碴车13从第一栈桥10通过；步骤4，如图7中，待步骤3中第二栈桥侧的基坑前方虚碴14开挖完成后，将第二栈桥11前移12米，A端搭放在端头梁7上，B端置于平整稳定的虚碴5上，此时仰拱填充混凝土8已达到强度，第二栈桥11可作为施工车辆及掌子面的出碴车13的通道，将第一栈桥10后移6米，对第一栈桥侧的基坑前方虚碴15进行开挖，开挖长度为6米；步骤5，如图8、9中，待步骤4中第一栈桥侧的基坑前方虚碴15开挖完成后，将第一栈桥10前移12米，与第二栈桥11平行，拆除仰拱填充模板，将移动模架和端头梁前移6米，置于基坑中间；步骤6，重复步骤1～5，至施工结束。以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围，但本领域的技术人员应当了解到以下内容：技术人员依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，以使得本发明能够合理的运用到实际工程中；同时技术人员所做的修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，掌子面开挖采用的是微差减振爆破法对上台阶1、中台阶2和下台阶带仰拱3同时施工，掌子面前方的施工车辆从后方的双栈桥通过；仰拱的施工采用双栈桥仰拱移动模架法。2.如权利要求1所述的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，所述微差减振爆破法的具体步骤为：步骤1，对上台阶1、中台阶2、下台阶带仰拱3同时钻孔、装药，并采取微差减振爆破技术同时起爆；步骤2，通风排烟后，对上台阶1、中台阶2进行排险，利用部分石碴为中台阶2修筑临时坡道，其余石碴扒至下台阶带仰拱3；步骤3，对上台阶1和中台阶2进行初喷、打锚杆、挂钢筋网、立拱架，同时进行下台阶带仰拱3的出碴；步骤4，对上台阶1和中台阶2进行复喷，同时对下台阶进行初喷、打锚杆、挂钢筋网、立拱架、复喷，仰拱进行基底清理、初喷、安装拱架、复喷和虚碴回填；步骤5，初期支护4施工完成，重复步骤1～4，至施工结束。3.如权利要求2所述的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，所述步骤1中第一次爆破开始前进行爆破设计得到爆破参数，爆破完成后，根据爆破效果，优化爆破参数用于下一次爆破；所述爆破参数包括孔数、孔深、孔径、孔距、排距、最小抵抗线、炸药单耗量、孔间及排间延期时间。4.如权利要求1所述的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，所述双栈桥包括沿隧道掘进方向，平行设置的第一栈桥10和第二栈桥11；每幅栈桥均为两片分离式，形成双车道。5.如权利要求4所述的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，所述双栈桥仰拱移动模架法施工的具体步骤为：步骤a，开挖仰拱基坑，仰拱基坑的长度与栈桥6的有效工作面长度相同；将双栈桥仰拱移动模架设备的一端置于已达到强度的仰拱填充混凝土8上，另一端置于平整稳定的虚碴5上；所述双栈桥仰拱移动模架的下方设置有端头梁7，且端头梁7位于栈桥的中间设置，端头梁7将仰拱基坑分为前后两个基坑，其中靠近掌子面一侧为前方基坑，靠近洞口一侧为后方基坑；步骤b，浇筑设备利用第一栈桥10对后方基坑进行仰拱二衬混凝土9的浇筑，达到强度后，进行仰拱填充混凝土8的浇筑，浇筑过程中掌子面施工的运输车辆从第二栈桥11通过；步骤c，将第二栈桥11向后移动X米，一端置于基坑后方已达到强度的仰拱填充混凝土8上，另一端搭放在端头梁上7，同时养护步骤b中已浇筑的混凝土；开挖第二栈桥侧的基坑前方虚碴14，开挖长度为X米，开挖过程中的施工车辆及掌子面的运输车辆从第一栈桥10通过；步骤d，步骤c中第二栈桥侧的基坑前方虚碴14开挖完成后，将第二栈桥11前移2X米，一端搭放在端头梁7上，另一端置于平整稳定的虚碴5上，此时仰拱填充混凝土已达到强度，第二栈桥11作为施工车辆及掌子面的运输车辆的通道；将第一栈桥10后移X米，对第一栈桥侧的基坑前方虚碴15进行开挖，开挖长度为X米；步骤e，步骤d中第一栈桥侧的基坑前方虚碴15开挖完成后，将第一栈桥10平行于第二栈桥11前移2X米，拆除仰拱填充模板，将移动模架和端头梁7前移X米，置于基坑中间；步骤f，重复步骤a～e，至施工结束。6.如权利要求1或3所述的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，所述的微差减振爆破法采用数码雷管逐孔起爆。7.如权利要求1所述的一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法，其特征在于，所述上台阶1、中台阶2和下台阶带仰拱3的开挖长度为4～5米，且上台阶1、中台阶2和下台阶带仰拱3的开挖高度比为4:3:3。

百度查询： 长安大学 一种软弱围岩隧道三台阶同时起爆双栈桥快速施工方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD