一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法

摘要

本发明公开了一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法，包括以下步骤：S1、对掌子面进行超前加固支护；S2、进入关键断面前，在所述关键断面前的小断面施工段完成三台阶法到四台阶法的转换，在关键断面前形成四个台阶；S3、在所述台阶Ⅰ和所述台阶Ⅱ处掘进施工形成左上分部和右上分部两个分部，在所述台阶Ⅲ和所述台阶Ⅳ处掘进施工形成左下分部和右下分部两个分部；S4、待最后一个分部掘进超过所述关键断面时，三台阶法向CRD法转换完成；S5、利用常规CRD法对过渡段和大断面施工段进行施工挖掘。本发明实现台阶法直接向常规CRD法转换，避免复杂的转换步序。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法。

背景技术

地铁隧道矿山法施工常常需要在不同工法之间进行转换，其中以小断面工法向大断面工法转换为常见，例如三台阶法向CRD法转换。三台阶法和CRD法是两种矿山法建造地铁隧道常用方法，根据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)，三台阶法一般适用于Ⅳ/Ⅴ级围岩中等～大跨度隧道开挖，CRD法一般适用于Ⅴ级围岩大～特大跨度隧道开挖。常规三台阶法向CRD法转换存在的问题有：

1)台阶法按台阶分层开挖，同一台阶一次开挖完成。CRD法按临时中隔壁及临时仰拱分成四个分部(左上、左下、右上、右下)开挖，常规(规范指导)步序为左上-左下-右上-右下(或左右调换)。故从台阶法直接转换到常规CRD法可能导致台阶土体侧向失稳，特别在动态施工中风险较高；

2)目前常用的台阶法向CRD法转换方法(“张国辉等，地铁区间隧道台阶法与中隔墙加台阶法施工及其转换[J]，城市轨道交通研究，2013”)，需要设置一个工法转换段(转换段，下同)。转换段中按照左上-右上-左下-右下(或左右对调)开挖。此种方法临时中隔壁无法快速落地，同时转换段较长，对控制土体沉降不利。另一方面，转换段和断面由小到大过渡段(过渡段，下同)重合，由于过渡段中隧道断面需连续动态调整，耦合工法转换，更不利于风险控制，尤其是在穿越敏感建构筑物区段风险较高(如图1所示)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法，包括以下步骤：

S1、对掌子面进行加固施工；

S2、进入关键断面前，在所述关键断面前的小断面施工段完成三台阶法到四台阶法的转换，在关键断面前形成四个台阶，所述四个台阶由上至下为台阶Ⅰ，台阶Ⅱ、台阶Ⅲ和台阶Ⅳ，所述台阶Ⅰ端面与所述关键断面重合；

S3、在所述台阶Ⅰ和所述台阶Ⅱ处掘进施工形成左上分部和右上分部两个分部，在所述台阶Ⅲ和所述台阶Ⅳ处掘进施工形成左下分部和右下分部两个分部；

S4、待最后一个分部掘进超过所述关键断面时，三台阶法向CRD法转换完成；

S5、利用常规CRD法对过渡段和大断面施工段进行施工挖掘。

进一步地，对所述掌子面进行加固施工的方法为：在所述掌子面对应范围通过超前小导管或钻注一体等方法完成超前注浆加固止水以确保施工过程中所述掌子面自稳且无明水。

进一步地，所述步骤S2还包括：所述四台阶法开挖过程中，上下相邻台阶之间错开βm。

进一步地，所述步骤S3还包括：

S31、将所述台阶Ⅰ左侧和所述台阶Ⅱ左侧掘进超过关键断面βm处，形成所述左上分部并闭合左上分部初支钢架；

S32、将所述台阶Ⅱ右侧掘进至所述关键断面处与所述台阶Ⅰ端面平齐，喷砼封闭右上分部掌子面；

S33、将所述台阶Ⅲ和所述台阶Ⅳ左侧掘进至关键断面后，形成左下分部，并闭合左下分部初支钢架，此时在所述左下分部的顶面和侧面采用压型钢板临时闭合所述左下分部，以保持所述台阶Ⅲ和所述台阶Ⅳ土体侧向稳定；

S34、待所述左下分部掘进超过所述关键断面βm后，右上分部掘进，当所述右上分部掘进超过所述关键断面βm处，闭合右上分部初支钢架；

S35、将所述台阶Ⅲ和所述台阶Ⅳ右侧掘进至超过所述关键断面βm处，形成右下分部，并拆除临时闭合左下分部的压型钢板，并闭合右下分部初支钢架，至此三台阶法向CRD法转换完成。

进一步地，所述β为大于等于3且小于等于5的自然数。

本发明的有益效果在于：

1)实现台阶法直接向常规CRD法转换，避免复杂的转换步序；

2)工法转换段短，有助于控制节省工期；

3)避免出现临时中隔壁不落底情况，有助于控制地层沉降和变形，保证周边建构筑物安全；

4)工法转换段和断面过渡段分开，有效降低施工风险。

附图说明

图1为采用现有技术中台阶法向CRD法转换法进行施工的隧道结构示意图；

图1-1为小断面施工段截面图(3台阶)；

图1-2为小断面施工段截面图(4台阶)；

图1-3为现有技术过渡段中工法转换段截面图以及开挖步序示意图；

图1-4为现有技术中常规CRD法开挖步序示意图；

图2为采用本发明三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法进行施工的隧道结构示意图

图2-1为本发明中采用常规CRD法对过渡段和大截面施工段进行施工的开挖步序示意图；

图3为本发明三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法步骤示意图；

图4为本发明三台阶开挖隧道截面示意图；

图5为本发明四台阶开挖隧道截面示意图；

图6为本发明左上分部初支钢架闭合的隧道截面示意图；

图7为本发明左下分部初支钢架闭合的隧道截面示意图；

图8为本发明右上分部初支钢架闭合的隧道截面示意图；

图9为本发明右下分部初支钢架闭合的隧道截面示意图。

附图标记：1、关键断面；2、压型钢板；3、超前小导管；4、锁脚锚管；5、初支钢架；6、喷砼封闭的右上分部掌子面；7、临时中隔壁；8、临时仰拱。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

本发明的目的是提供一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法，可实现三台阶法直接向常规CRD法转换，临时中隔壁7快速落底满足控制地层沉降的要求，同时将转换段前置避免转换段和过渡段重合。

如图1所示，本发明涉及的隧道施工段依次为小断面施工段、断面由小至大的过渡段和大断面施工段，小断面施工段和过渡段的交界的断面为关键断面1，小断面施工段采用三台阶法进行开挖施工，大断面施工段采用CRD法施工，关键断面1前的小断面施工段需要完成三台阶法到四台阶法的转换。

台阶法按台阶分层开挖，同一台阶一次开挖完成。CRD法原则上是以十字交叉的临时中隔壁7和临时仰拱8将开挖断面分成四部分，分别为左上分部、左下分部、右上分部、右下分部，常规CRD法对四个分部的施工顺序为左上-左下-右上-右下(或左右调换)。

目前常用的台阶法向CRD法转换方法：

S01、在关键断面1前的小断面施工段完成三台阶法到四台阶法的转换。用三台阶法施工后的小断面施工段截面图如图1-1所示，用四台阶法施工后的小断面施工段截面图如图1-2所示。

S02、在过渡段设置一个工法转换段，工法转换段按照“左上-右上-左下-右下”(或左右调换)的施工顺序开挖。

S03、在进入大断面施工段后，采用CRD法进行开挖，即按照“左上-左下-右上-右下”顺序开挖，到此完成台阶法向CRD法的转换。

在过渡段设置一个工法转换段，此种方法临时中隔壁7无法快速落地，同时转换段较长，对控制土体沉降不利。另一方面，转换段和过渡段重合，由于过渡段中隧道断面需连续动态调整，耦合工法转换，更不利于风险控制，尤其是在穿越敏感建构筑物区段风险较高。

以常规CRD法左上-左下-右上-右下步序为例，如图3所示，本实施例提供一种三台阶法向CRD法直接转换快速施工方法包括以下步骤：

S1、对掌子面进行加固施工；

掌子面相关范围通过超前小导管3或钻注一体等方法完成超前注浆加固止水，确保施工过程中掌子面可以自稳且无明水；

S2、在关键断面1前的小断面施工段完成三台阶法到四台阶法的转换。用三台阶法施工后的小断面施工段截面图如图1-1所示，用四台阶法施工后的小断面施工段截面图如图1-2所示。

如图3、图4和5所示，进入关键断面1前，通过调整钢架上的锁脚锚管3将三台阶法开挖转换成四台阶法开挖，在关键断面1前形成四个台阶，由上至下为台阶Ⅰ，台阶Ⅱ、台阶Ⅲ和台阶Ⅳ，上下相邻台阶之间间隔约βm；β为大于等于3且小于等于5的自然数；台阶Ⅰ端面与关键断面1重合。

S3、在台阶Ⅰ和所述台阶Ⅱ处掘进施工形成为左上分部和右上分部两个分部，在台阶Ⅲ和台阶Ⅳ处掘进施工形成左下分部和右下分部两个分部。

如图6所示，将台阶Ⅰ划分为台阶Ⅰa和台阶Ib左右两部分，将台阶Ⅱ划分为台阶Ⅱa和台阶Ⅱb左右两部分，将台阶Ⅲ划分为台阶Ⅲa和台阶Ⅲb左右两部分，将台阶Ⅳ划分为台阶Ⅳa和台阶Ⅳb左右两部分。如图3所示，具体转换步骤为：

S31、台阶Ⅰa和台阶Ⅱa掘进，形成左上分部并闭合左上分部初支。

如图3和图6所示，将台阶Ⅱa掘进βm至支撑面处，再将台阶Ⅰa和台阶Ⅱa掘进βm，形成左上分部，并闭合左上分部初支钢架5，左上分部初支钢架5设置在各分部的弧面、底面和侧面，左上分部底面的初支钢架形成临时仰拱左半部分，左上分部侧面的初支钢架形成临时中隔壁上半部分。

下述步骤中闭合各分部初支钢架，均指在各分部的弧面、底面和侧面设置初支钢架。

S32、如图7所示，将台阶Ⅱb处掘进βm至关键断面1处，必要时可临时喷砼封闭右上分部掌子面，保持右上分部掌子面的稳定性。

S33、如图7所示，台阶Ⅲa和台阶Ⅳa掘进至关键断面1后，形成左下分部，并闭合左下分部初支钢架，左下分部侧面的初支钢架形成临时中隔壁下半部分，使得临时中隔壁7快速落底，左下分部的顶面(临时仰拱)和侧面(临时中隔壁)采用压型钢板2临时闭合左下分部，以保持台阶Ⅲb和Ⅳb土体侧向稳定，即保持右下分部未掘进土体侧向稳定；

S34、如图8所示，待左下分部掘进超过关键断面βm后，右上分部掘进，当右上分部掘进超过关键断面βm处，闭合右上分部初支钢架；右上分部底面的初支钢架形成临时仰拱右半部分。至此，临时中隔壁7和临时仰拱8成型。

S35、如图9所示，将Ⅲb和Ⅳb掘进至超过关键断面βm处，形成右下分部，并拆除临时闭合左下分部的压型钢板2，至此三台阶法向CRD法转换完成。

S5、利用常规法对过渡段和大断面施工段进行施工挖掘。

本实施例具有以下优势：

本实施例可实现台阶法直接向常规CRD法转换，避免复杂的转换步序；

本实施例在关键断面1前完成台阶法向CRD法转换，工法转换段设置在关键断面1前，工法转换段短，有助于控制节省工期；

本实施例按步骤S31、步骤S32、步骤33顺序先后完成左上分部和左下分布的转换施工，使得中隔壁快速落底，避免出现中隔壁不落底情况，有助于控制地层沉降和变形，保证周边建构筑物安全；

本实施例工法转换段和过渡段分开，有效降低施工风险。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。