本發(fā)明涉及隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大斷面黃土隧道開挖及初期支護(hù)快速封閉成環(huán)技術(shù)。

技術(shù)背景

黃土主要分布在我國(guó)西北和華北地區(qū)，總覆蓋面積多達(dá)63.5萬平方米。黃土具有垂直裂隙發(fā)育快、剪切強(qiáng)度低等特點(diǎn)，導(dǎo)致了在黃土地層中開挖隧道容易引發(fā)土體突然坍塌和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大等現(xiàn)象。大斷面黃土隧道的力學(xué)性質(zhì)決定了只能采用分步開挖、分部支護(hù)的方式。當(dāng)前，普遍在大斷面黃土隧道中采用的施工工法有弧形導(dǎo)坑（預(yù)留核心土）法、cd法（中隔壁法）、crd法（中壁交叉法）、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、三臺(tái)階七步開挖法。上述工法雖然能保證施工安全，但都存在著施工技術(shù)難度大，施工工序轉(zhuǎn)換多，初期支護(hù)閉合慢，工效低等問題。

專利cn103089270b公開了一種適用于大斷面黃土隧道的開挖方法，適用于開挖面積100㎡以上的黃土隧道，其主要作法是：將隧道開挖斷面范圍內(nèi)的土體劃分為上部區(qū)域、中部區(qū)域和下部區(qū)域，先在上部區(qū)域開挖形成“山”字形土體；再同時(shí)開挖“山”字形土體，使“山”字形土體保持2.5—3m的深度；然后再依次開挖中部左側(cè)、中部右側(cè)和下部左側(cè)、下部右側(cè)的土體；在開挖過程中各開挖面之間始終保持相同的掘進(jìn)速度，各開挖處的土體被挖除后及時(shí)修筑隧道的初期支護(hù)，并在隧道底面距下部區(qū)域土體開挖面20m以外的位置架立模板并澆筑隧道的永久混凝土襯砌。其發(fā)明方法有利于減少隧道的下沉和變形，方便架設(shè)拱頂部位鋼拱架，勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工工序簡(jiǎn)單，能有效的降低工程造價(jià)，加快施工進(jìn)度。但此發(fā)明公開內(nèi)容顯示：上部區(qū)域中“山”字形土體頂面的深度需保持在2.5—3m的深度；當(dāng)“山”字形土體后面的中部區(qū)域的土體頂面的深度為17—21m后，再同時(shí)開挖中部區(qū)域的左側(cè)土體，中部區(qū)域中左側(cè)土體和右側(cè)土體之間的開挖面需保持在8—10m的距離；當(dāng)中部區(qū)域的左側(cè)土體后面的下部區(qū)域左側(cè)土體頂面的深度達(dá)到13-15m后，再同時(shí)開挖下部區(qū)域的左側(cè)土體，當(dāng)下部區(qū)域的左側(cè)土體的開挖面與下部區(qū)域的右側(cè)土體的后表面相聚5—7m后，再同時(shí)開挖下部區(qū)域的右側(cè)土體。在整個(gè)隧道開挖過程中，各個(gè)開挖面之間始終保持上述的距離；個(gè)開挖處的土體被挖除后及時(shí)修筑隧道的初期支護(hù)，并在隧道底面距下部區(qū)域土體開挖面20m以外的位置架立模板并澆筑隧道的永久混凝土襯砌。上述發(fā)明在大斷面黃土隧道的開挖中存在較大的缺陷，且中部區(qū)域和下部區(qū)域由于要考慮到土體穩(wěn)固性，均采用左右側(cè)土體交錯(cuò)進(jìn)行開挖，使得初期支護(hù)閉合距離較大，沒有做到開挖后支護(hù)并迅速封閉成環(huán)，存在一定的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)隧道施工中常見得三臺(tái)階七步法適用于開挖斷面為100～180平方米，具備一定自穩(wěn)條件的ⅳ、v級(jí)圍巖地段隧道的施工。其工法是以弧形導(dǎo)坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開挖面，各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)的隧道施工方法。采用三臺(tái)階七步開挖法施工應(yīng)盡量縮短臺(tái)階長(zhǎng)度，確保初期支護(hù)盡快閉合成環(huán)，仰拱和拱墻襯砌及時(shí)跟進(jìn)，盡早形成穩(wěn)定的支護(hù)體系。但由于中下臺(tái)階開挖均采用左右交錯(cuò)開挖形式，使得同臺(tái)階的長(zhǎng)度始終多出一個(gè)交錯(cuò)開挖的距離，通過縮短臺(tái)階長(zhǎng)度提高施工安全性受到極大制約，無法滿足隧道開挖快速封閉成環(huán)要求。其工法雖較為安全，但步驟繁瑣、復(fù)雜程度高，導(dǎo)致工程進(jìn)度緩慢、成本較高。

是否存在一種適合大斷面黃土隧道開挖及初期支護(hù)快速封閉成環(huán)的技術(shù)就顯得極其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決大斷面黃土隧道施工中缺少開挖后初期支護(hù)迅速封閉成環(huán)技術(shù)，從而無法有效保護(hù)施工安全的問題，提供了一種大斷面黃土隧道開挖及初期支護(hù)快速封閉成環(huán)技術(shù)。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種大斷面黃土隧道開挖及初期支護(hù)快速封閉成環(huán)技術(shù)，結(jié)合開挖揭示和超前鉆探地質(zhì)情況，利用自行式仰拱棧橋，采用三臺(tái)階四步開挖法，保證隧道初期支護(hù)快速閉合成環(huán)，主要包括如下步驟：

s1、根據(jù)隧道圍巖環(huán)境確定各臺(tái)階高度和長(zhǎng)度并進(jìn)行測(cè)量放樣；

s2、上臺(tái)階開挖：上臺(tái)階采用環(huán)形開挖，預(yù)留核心土，先從兩側(cè)拱腰土向下開挖，然后開挖拱頂土，進(jìn)一步人工清除上臺(tái)階拱腳土并除渣；

s3、中臺(tái)階開挖：中臺(tái)階采用左右兩側(cè)對(duì)稱開挖，進(jìn)一步人工清除中臺(tái)階拱腳土并除渣；中臺(tái)階采用左右兩側(cè)對(duì)稱開挖是指，先開挖左半土體再開挖相同尺寸的右半土體或者先開挖右半土體再開挖相同尺寸的左半土體；中臺(tái)階鋼架是安裝在中臺(tái)階兩側(cè)弧形面位置；

s4、利用機(jī)械手對(duì)上臺(tái)階（1）和中臺(tái)階（2）進(jìn)行初噴封閉，安裝上臺(tái)階拱架和中臺(tái)階鋼架，拱架頂緊掌子面，打設(shè)超前小導(dǎo)管，拱架拱腳和鋼架拱腳均采用墊板墊實(shí)，墊板下鋪10cm細(xì)沙；

同時(shí)，進(jìn)行下臺(tái)階（3）開挖：先抬起架設(shè)在下臺(tái)階（3）表面的仰拱棧橋前引橋，進(jìn)一步采用左右兩側(cè)對(duì)稱開挖方式，一次開挖到設(shè)定長(zhǎng)度并除渣，并進(jìn)行初噴封閉；

s5、上臺(tái)階弧形開挖面（i）、中臺(tái)階弧形開挖面（ii）復(fù)噴混凝土，同時(shí)安裝下臺(tái)階（3）鋼架，進(jìn)一步下臺(tái)階弧形開挖面（iii）復(fù)噴混凝土；

s6、仰拱開挖：仰拱開挖緊跟下臺(tái)階施工，并及時(shí)安裝仰拱鋼架，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行仰拱的澆筑。

步驟s2中上臺(tái)階開挖采用環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長(zhǎng)度宜為2～3m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2，循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，上臺(tái)階開挖是跨比應(yīng)大于0.3。

步驟s3中左右兩側(cè)對(duì)稱開挖，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m,開挖高度宜為3—3.5m。

仰拱的開挖長(zhǎng)度為不得超過3米?，F(xiàn)行《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》中明確規(guī)定，仰拱循環(huán)開挖長(zhǎng)度宜為2—3米，對(duì)于大斷面黃土隧道的特殊地層結(jié)構(gòu)，規(guī)定其開挖長(zhǎng)度不得超過3米。

步驟s2和s3中的墊板采用改性聚氨酯墊板或泡沫鋁合金墊板。針對(duì)黃土隧道拱腳、墻腳易下沉失穩(wěn)，從而誘發(fā)掌子面前方先行位移、擠出位移；為確保拱腳、墻腳落到實(shí)處，上、中臺(tái)階初支拱腳、墻腳需采用強(qiáng)度高、輕便耐用、可循環(huán)使用墊板夯墊，改性聚氨酯墊板和泡沫鋁合金墊板均具有輕便高強(qiáng)的特性，均可作為優(yōu)選使用。

隧道各臺(tái)階開挖均采取人工配合松土器或銑挖頭進(jìn)行開挖，即先通過松土器或銑挖頭開挖掌子面大面后再利用人工對(duì)掌子面進(jìn)行輪廓修整，其中老黃土地層可采取銑挖頭，新黃土地層可采取松土器。

初噴封閉、上臺(tái)階弧形開挖面復(fù)噴、中臺(tái)階弧形開挖面復(fù)噴和下臺(tái)階弧形開挖面復(fù)噴均采用機(jī)械手混凝土噴射裝置進(jìn)行施工。每臺(tái)機(jī)械手混凝土噴射裝置一般只需配置施工人員2名，將作業(yè)人員從惡劣的環(huán)境中解放，噴錨過程中粉塵較少，改善了洞內(nèi)施工環(huán)境，提高了施工效率，節(jié)約了勞力，更具人性化，同時(shí)速凝劑摻量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，降低了人為因素影響，顯著提高了噴射混凝土質(zhì)量，且噴射混凝土回彈率小，回彈率一般可控制在15%左右，減少了施工浪費(fèi)，且機(jī)械手濕噴混凝土強(qiáng)度高，與格柵鋼架形成的柔性支護(hù)共同承壓能力強(qiáng)。

自帶仰拱模板的長(zhǎng)大移動(dòng)仰拱棧橋結(jié)構(gòu)包括主棧橋和引橋，以及安裝在主棧橋下部的支撐裝置和行走裝置，主棧橋兩側(cè)沿長(zhǎng)度其長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ設(shè)置有主棧橋主梁，主棧橋主梁上部連接有主棧橋副梁，主棧橋主梁和主棧橋副梁的兩側(cè)長(zhǎng)度方向共同連接有多個(gè)等間距設(shè)置的成三角形結(jié)構(gòu)的鏈接支架，引橋包括連接在主棧橋兩端的前引橋和后引橋，支撐裝置包括設(shè)置在主棧橋主梁前端的前承載支架和前引橋端頭兩側(cè)的前引橋提升油缸，以及設(shè)置在主棧橋主梁后端的后承載支架和后引橋端頭兩側(cè)的后引橋提升油缸，行走裝置包括對(duì)稱設(shè)置在主棧橋主梁前端和后端底部的四個(gè)相同的行走輪箱，行走輪箱設(shè)置在行走鋼軌上，位于后端的兩個(gè)行走輪箱分別連接有減速器，減速器連接有電機(jī)；主棧橋主梁底部位于前承載支架和棧橋前部的行走輪箱間對(duì)稱設(shè)置有棧橋舉升主油缸，主棧橋主梁底部位于后承載支架和棧橋后部的行走輪箱間對(duì)稱設(shè)置有相同的棧橋舉升主油缸；主棧橋主梁的底面和鉸鏈支架的側(cè)面位于同一垂線位置分別連接有多個(gè)模板液壓桿，多個(gè)模板液壓桿均連接有仰拱模板，仰拱模板和鉸鏈支架間連接有手拉葫蘆；棧橋舉升主油缸、前引橋提升油缸、后引橋提升油缸和模板液壓桿分別連接在液壓站上。

自帶仰拱模板移動(dòng)仰拱棧橋由減速器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軌行式移動(dòng)行走，棧橋一端位于仰拱填充面上，另一端通過前引橋伸至中臺(tái)階不大于5米位置，收縮液壓油缸，使鋼支墩下?lián)巫鴮?shí)，通過仰拱模板平移油缸，結(jié)合手拉葫蘆，準(zhǔn)確定位仰拱弧形模板的位置，采用溜槽澆筑仰拱混凝土，拆模后澆筑填充混凝土，采用該棧橋?qū)崿F(xiàn)了多工序平行作業(yè)，既保證了前面正常開挖，有解決了大曲面仰拱混凝土澆筑問題。

仰拱模板在主棧橋的兩側(cè)分別成整塊弧形設(shè)置。成塊設(shè)置的弧形模板有效的避免了仰拱澆筑過程中可能產(chǎn)生的施工縫，保證了仰拱施工成品的質(zhì)量和美觀，具體加工生產(chǎn)中，可將多塊弧形模板通過焊接連接并采用拋光機(jī)拋光，實(shí)現(xiàn)其無縫連接。

液壓站設(shè)置在主棧橋主梁外側(cè)位于前引橋和主棧橋銜接的位置。本發(fā)明的棧橋舉升主油缸、前引橋提升油缸、后引橋提升油缸和模板液壓桿均需要連接液壓站并通過液壓站進(jìn)行支撐、定位控制，液壓站的安裝需設(shè)置在操作人員便于控制的位置，作為優(yōu)選，主棧橋主梁外側(cè)位于前引橋和主棧橋銜接的位置最有利于操作。

仰拱棧橋總長(zhǎng)度為30米到50米，主棧橋凈寬為3.5米到4米。仰拱棧橋的長(zhǎng)度需盡量滿足一次仰拱施工的最大距離，可以有效的減少施工縫的產(chǎn)生，同時(shí)主棧橋3.5米到4米，可以滿足正常的混凝土車及其他設(shè)備車輛進(jìn)入。

本發(fā)明遵循“初支仰拱緊跟掌子面下臺(tái)階，快速封閉成環(huán)”原則，空間上工序平行，時(shí)間上工序銜接。

施工工藝：

遵循“初支仰拱緊跟掌子面下臺(tái)階，快速封閉成環(huán)”原則，空間上工序平行，時(shí)間上工序銜接。施工順序如下：測(cè)量放樣→上臺(tái)階開挖→中臺(tái)階開挖→上、中臺(tái)階初噴封閉→上、中臺(tái)階安裝鋼架和下臺(tái)階開挖→初支仰拱基底承載力、黃土濕陷性檢測(cè)→下臺(tái)階初噴混凝土封閉→上、中臺(tái)階復(fù)噴混凝土和下臺(tái)階安裝鋼架→下臺(tái)階復(fù)噴混凝土→仰拱支護(hù)施工→下一循環(huán)。

開挖支護(hù)控制要點(diǎn)：

施工中遵循“少擾動(dòng)”原則，老黃土地層可采取銑挖頭配合人工開挖，新黃土地層可采取松土器配合人工開挖。根據(jù)掌子面地質(zhì)、圍巖量測(cè)情況確定開挖循環(huán)進(jìn)尺，不得大于兩榀拱架進(jìn)尺。施工中做到“兩緊跟”，即上臺(tái)階拱架緊貼掌子面，仰拱緊跟下臺(tái)階施工，初支仰拱及時(shí)封閉成環(huán)，步距控制在1.5倍洞徑以內(nèi)。上、中臺(tái)階嚴(yán)格執(zhí)行“帶墊板作業(yè)”，有效解決了臺(tái)階開挖后，拱腳噴射混凝土粘結(jié)的渣土清理不干凈消除了拱腳噴射混凝土不密實(shí)的施工難題。嚴(yán)控超挖，拱、墻腳落在實(shí)處，上、中臺(tái)階拱腳采用高性能聚氨酯墊板夯實(shí)或泡沫鋁合金墊板。

本發(fā)明具有的優(yōu)勢(shì)是：

本發(fā)明所述的大斷面黃土隧道采用初期支護(hù)快速封閉成環(huán)施工技術(shù)，中、下臺(tái)階對(duì)稱開挖，臺(tái)階距離短，下臺(tái)階和仰拱初支一起開挖，仰拱初支距離掌子面不大于1.5倍洞徑（≤17m），具有初期支護(hù)閉合快，工效高、圍巖變形小等優(yōu)點(diǎn)。大斷面黃土隧道采用傳統(tǒng)的施工方法弧形導(dǎo)坑（預(yù)留核心土）法、cd法（中隔壁法）、crd法（中壁交叉法）、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法月平均速度一般為20米左右，采用傳統(tǒng)的三臺(tái)階七步開挖法，月平均速度一般為40米左右；而采用初期支護(hù)快速封閉成環(huán)施工技術(shù)，月平均速度可達(dá)70米左右，大大提高了施工速度。大斷面黃土隧道采用初期支護(hù)快速封閉成環(huán)施工技術(shù)，施工進(jìn)度達(dá)到月進(jìn)尺70米左右，工期提前5個(gè)月，節(jié)約各項(xiàng)管理成本300多萬元，節(jié)省工程投資約2000萬元，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

此外，本發(fā)明利用自帶仰拱模板的長(zhǎng)大移動(dòng)仰拱棧橋進(jìn)行仰拱施工，相對(duì)于傳統(tǒng)棧橋采用的是固定結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性、靈活性差，不但仰拱施工質(zhì)量難以控制，而且開挖、襯砌不能同步進(jìn)行，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全事故頻發(fā)、功效非常低，大大影響了隧道施工速度，具有以下優(yōu)勢(shì)：

有效保證了棧橋上各種車輛設(shè)備和人員正常通行，以及棧橋下仰拱鋼筋綁扎、止水帶安裝、立模、澆筑混凝土等流水作業(yè)。相比傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易棧橋，解決了隧道施工通道，棧橋下作業(yè)空間問題，減少了工序干擾，實(shí)現(xiàn)了隧道施工快速安全推進(jìn)。

一次性施工仰拱及填充24米；相比采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易棧橋一次施工6～8米，減少2～3道仰拱施工縫，降低了仰拱施工工藝對(duì)不均勻沉降的影響，大大降低了滲漏水、整體澆筑短沉降量變化大等病害隱患發(fā)生的概率。

與掌子面開挖形成相應(yīng)的配套工法，相比采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易棧橋，優(yōu)化了施工工序，縮短初支閉合時(shí)間，加快了掌子面施工進(jìn)度。

采用仰拱棧橋配置下掛式模板，定位準(zhǔn)確，工人施工環(huán)境得到了很大改善，相比采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易棧橋，仰拱及填充混凝土易于振搗，仰拱收面更平整，結(jié)構(gòu)尺寸、線型精確，混凝土質(zhì)量更能保證。模板定位一般由原來的10名工人縮減至4名工人即可，大大提高了工效、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；加之重復(fù)利用周期長(zhǎng)，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便，比傳統(tǒng)仰拱模板安裝費(fèi)用每延米節(jié)約成本100元左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的施工順序圖；

圖2為本發(fā)明的施工工藝圖；

圖3為本發(fā)明的上臺(tái)階開挖示意圖；

圖4為本發(fā)明的中臺(tái)階開挖示意圖；

圖5為本發(fā)明的下臺(tái)階開挖示意圖；

圖6為本發(fā)明的仰拱棧橋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的仰拱棧橋前主視圖；

圖8為本發(fā)明的仰拱棧橋后主視圖；

圖9為本發(fā)明的仰拱棧橋的后正視圖；

圖中：1-上臺(tái)階，2-中臺(tái)階，3-下臺(tái)階，4-仰拱，1.1-核心土，1.2-拱頂土，1.3-拱腰土，1.4-上臺(tái)階拱腳土，2.1-左半土體，2.2-右半土體，2.3-中臺(tái)階拱腳土，3.1-左側(cè)土體，3.2-右側(cè)土體，i-上臺(tái)階弧形開挖面，ii-中臺(tái)階弧形開挖面，iii-下臺(tái)階弧形開挖面；5-前引橋，6-模板液壓桿，7-后承載支架，8-棧橋舉升主油缸，9-后引橋提升油缸，10-鏈接支架，11-行走輪箱，11.1-減速器，11.2-電機(jī)，12-后引橋，13-主棧橋，14-手拉葫蘆，15-仰拱模板，16-行走鋼軌，17-主棧橋主梁，18-主棧橋副梁，19-前引橋提升油缸，20-前承載支架，a-仰拱，b-仰拱填充。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1—圖5對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，一種大斷面黃土隧道開挖及初期支護(hù)快速封閉成環(huán)技術(shù)，主要包括如下步驟：

s1、根據(jù)隧道圍巖環(huán)境確定各臺(tái)階高度和長(zhǎng)度并進(jìn)行測(cè)量放樣；

s2、上臺(tái)階1開挖：上臺(tái)階1采用環(huán)形開挖，預(yù)留核心土1.1，先從兩側(cè)拱腰土1.3向下開挖，然后開挖拱頂土1.2，進(jìn)一步人工清除上臺(tái)階拱腳土1.4并除渣；

s3、中臺(tái)階2開挖：中臺(tái)階2采用左右兩側(cè)對(duì)稱開挖，進(jìn)一步人工清除中臺(tái)階拱腳土2.3并除渣；中臺(tái)階采用左右兩側(cè)對(duì)稱開挖是指，先開挖左半土體2.1再開挖相同尺寸的右半土體2.2或者先開挖右半土體2.2再開挖相同尺寸的左半土體2.1，中臺(tái)階鋼架是安裝在中臺(tái)階兩側(cè)弧形面位置；

s4、利用機(jī)械手對(duì)上臺(tái)階1和中臺(tái)階2進(jìn)行初噴封閉，安裝上臺(tái)階拱架和中臺(tái)階鋼架，拱架頂緊掌子面，打設(shè)超前小導(dǎo)管，拱架拱腳和鋼架拱腳均采用墊板墊實(shí)，墊板下鋪10cm細(xì)沙；

同時(shí)，進(jìn)行下臺(tái)階3開挖：先抬起架設(shè)在下臺(tái)階3表面的仰拱棧橋前引橋，進(jìn)一步采用左右兩側(cè)對(duì)稱開挖方式，一次開挖到設(shè)定長(zhǎng)度并除渣，并進(jìn)行初噴封閉；下臺(tái)階按照對(duì)稱開挖的方式進(jìn)行施工，分別對(duì)左側(cè)土3.1和右側(cè)土體3.2進(jìn)行對(duì)稱開挖。

s5、上臺(tái)階弧形開挖面i、中臺(tái)階弧形開挖面ii復(fù)噴混凝土，同時(shí)安裝下臺(tái)階3鋼架，進(jìn)一步下臺(tái)階弧形開挖面iii復(fù)噴混凝土；

s6、仰拱開挖：仰拱開挖緊跟下臺(tái)階施工，并及時(shí)安裝仰拱鋼架，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行仰拱的澆筑。

其中：步驟s2上臺(tái)階開挖采用環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長(zhǎng)度宜為2～3m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2，循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，上臺(tái)階開挖是跨比應(yīng)大于0.3。步驟s3中左右兩側(cè)對(duì)稱開挖，開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m,開挖高度宜為3—3.5m。仰拱的開挖長(zhǎng)度為不得超過3米。步驟s2和s3中的墊板采用改性聚氨酯墊板或泡沫鋁合金墊板。隧道各臺(tái)階開挖均采取人工配合松土器或銑挖頭進(jìn)行開挖，即先通過松土器或銑挖頭開挖掌子面大面后再利用人工對(duì)掌子面進(jìn)行輪廓修整，其中老黃土地層可采取銑挖頭，新黃土地層可采取松土器。初噴封閉、上臺(tái)階弧形開挖面i復(fù)噴、中臺(tái)階弧形開挖面ii復(fù)噴和下臺(tái)階弧形開挖面iii復(fù)噴均采用機(jī)械手混凝土噴射裝置進(jìn)行施工。

實(shí)施例：

我集團(tuán)承建的萬榮隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，全長(zhǎng)7683米，其中ⅴ、ⅵ級(jí)圍巖占97.66%，最大埋深90.25米。隧道洞身共33處下穿道路及村莊，且地表道路縱橫、村莊密集、黃灌水系交錯(cuò)，特別是隧道洞身通過新黃土、粉細(xì)砂層段存在著極高的塌方、涌砂等施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

為在施工中有效預(yù)防塌方、涌砂和解決新黃土、粉細(xì)砂地層中實(shí)現(xiàn)“快挖、快支、快封、快強(qiáng)”等一系列施工難題，我部結(jié)合萬榮隧道工程及地質(zhì)特征和質(zhì)量、安全、工期風(fēng)險(xiǎn)管控要求，根據(jù)隧道圍巖條件確定各臺(tái)階高度及長(zhǎng)度，初期支護(hù)閉合距離不得大于1.5倍洞徑，臺(tái)階布置需滿足濕噴機(jī)械手和其他設(shè)備的作業(yè)空間要求。具體開挖步驟如下：

上臺(tái)階開挖支護(hù)

在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長(zhǎng)度宜為2～3m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2，高度采取3.8m。開挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖級(jí)別、量測(cè)情況確定，循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過2榀。開挖應(yīng)盡量少擾動(dòng)圍巖，一般采取人工配合松土器開挖，即松土器開挖掌子面大面后，人工修整輪廓。上臺(tái)階鋼架時(shí)，拱架要盡量頂緊掌子面，拱腳采用墊板，墊板下面用10cm細(xì)沙鋪墊，拱腳采用墊板墊實(shí)。

中臺(tái)階開挖支護(hù)

為滿足挖掘機(jī)及機(jī)械手工作平臺(tái)，中臺(tái)階留取高度為3.5m，長(zhǎng)度留15m左右，長(zhǎng)大仰拱棧橋前引橋搭在中臺(tái)階上。如此使洞內(nèi)線條流暢，隧道內(nèi)挖掘機(jī)及機(jī)械手易操作，工作效率高。左右側(cè)邊墻同步對(duì)稱開挖，開挖采取人工配合松土器開挖，鋼架采用墊板、墊板，要求同上臺(tái)階。

下臺(tái)階開挖支護(hù)

下臺(tái)階高2.7m，開挖時(shí)挖掘機(jī)坐于中臺(tái)階，卸下前引橋前面的6米橋面板，挖取下臺(tái)階土體，左右側(cè)邊墻同步對(duì)稱開挖，挖取土體后，再掛上6米前引橋，出碴。緊貼開挖基面快鋼架，底腳坐實(shí)。

仰拱開挖支護(hù)

仰拱高1.86m，仰拱緊跟下臺(tái)階施工，初支仰拱及時(shí)封閉成環(huán)。仰拱開挖方式同下臺(tái)階，一次開挖長(zhǎng)度不得大于3m。

考慮到黃土隧道施工安全，引入全方位的洞體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，增設(shè)1條邊墻水平收斂線，加密量測(cè)布點(diǎn)。采用非接觸式量測(cè)法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集核對(duì)無誤后，利用專用手機(jī)上傳至信息化平臺(tái)，傳輸?shù)剿淼揽趌ed屏，公示信息。同時(shí)將監(jiān)控量測(cè)圍巖級(jí)別，拱頂沉降、起拱線和最大跨收斂的當(dāng)日變形量、累計(jì)變形量，狀態(tài)判定等五項(xiàng)內(nèi)容在各測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)牌上顯示，讓全員了解隧道內(nèi)的圍巖變形情況，為安全施工提供信息保障，確實(shí)做到不問清量測(cè)結(jié)果不進(jìn)洞，不轉(zhuǎn)入下道工序。經(jīng)檢驗(yàn)，整個(gè)隧道的開挖及初期支護(hù)變形均在合理誤差范圍之內(nèi)。

結(jié)合圖6—圖9對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，一種自帶仰拱模板的長(zhǎng)大移動(dòng)仰拱棧橋，包括主棧橋13和引橋，以及安裝在主棧橋13下部的支撐裝置和行走裝置，主棧橋13兩側(cè)沿長(zhǎng)度其長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ設(shè)置有主棧橋主梁17，主棧橋主梁17上部連接有主棧橋副梁18，主棧橋主梁17和主棧橋副梁18的兩側(cè)長(zhǎng)度方向共同連接有多個(gè)等間距設(shè)置的成三角形結(jié)構(gòu)的鏈接支架10，引橋包括連接在主棧橋13兩端的前引橋5和后引橋12，支撐裝置包括設(shè)置在主棧橋主梁17前端的前承載支架20和前引橋5端頭兩側(cè)的前引橋提升油缸19，以及設(shè)置在主棧橋主梁17后端的后承載支架7和后引橋12端頭兩側(cè)的后引橋提升油缸9，行走裝置包括對(duì)稱設(shè)置在主棧橋主梁17前端和后端底部的四個(gè)相同的行走輪箱11，行走輪箱11設(shè)置在行走鋼軌16上，位于后端的兩個(gè)行走輪箱11分別連接有減速器11.1，減速器11.1連接有電機(jī)11.2；主棧橋主梁17底部位于前承載支架20和棧橋前部的行走輪箱11間對(duì)稱設(shè)置有棧橋舉升主油缸8，主棧橋主梁17底部位于后承載支架7和棧橋后部的行走輪箱11間對(duì)稱設(shè)置有相同的棧橋舉升主油缸8；主棧橋主梁17的底面和鉸鏈支架10的側(cè)面位于同一垂線位置分別連接有多個(gè)模板液壓桿6，多個(gè)模板液壓桿6均連接有仰拱模板15，仰拱模板15和鉸鏈支架10間連接有手拉葫蘆14；棧橋舉升主油缸8、前引橋提升油缸19、后引橋提升油缸9、仰拱模板平移油缸和模板液壓桿6分別連接在液壓站上。

仰拱模板15在主棧橋13的兩側(cè)分別成整塊弧形設(shè)置，液壓站設(shè)置在主棧橋主梁17外側(cè)位于前引橋5和主棧橋13銜接的位置，仰拱棧橋總長(zhǎng)度為30米到50米，主棧橋13凈寬為3.5米到4米。

本發(fā)明仰拱棧橋現(xiàn)場(chǎng)拼裝：

1）現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，搭建100cm高的安裝支架，現(xiàn)場(chǎng)采用挖掘機(jī)吊裝配合安裝；

2）按照如下順序進(jìn)行施工：定位主棧橋主梁17，聯(lián)接主棧橋副梁18，安裝左側(cè)導(dǎo)向承載裝置，安裝棧橋舉升主油缸8，安裝右側(cè)導(dǎo)向承載裝置，聯(lián)接端部支撐，安裝前端行走裝置；

3)拼裝后引橋12，聯(lián)接主棧橋主梁17，棧橋后承載支架7，安裝棧橋舉升主油缸8，安裝后引橋提升油9；

4)拼裝前引橋，聯(lián)接主棧橋主梁17，棧橋前承載支架20，安裝棧橋舉升主油缸8，安裝前引橋提升油缸19；

5)安裝液壓油路；

6)頂升前后液壓缸，放置前后工作支撐，收回前后液壓缸，使桁架擱在工作支撐上；

7)安裝橋面板；

8)安裝桁架頂部拉桿，以增加棧橋移動(dòng)行走時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度；

9)安裝仰拱弧形模板；

10)一般以6m/min的速度自行式行走，進(jìn)行行走試驗(yàn)；并放下工作支撐，采用裝滿渣料的自卸汽車在棧橋上通過，進(jìn)行安全檢查。

本發(fā)明仰拱初支面檢查：

1)若仰拱a初支施工后回填了渣土，先把回填渣土采用人工配合機(jī)械清理干凈，清理時(shí)避免損壞初期支護(hù)；

2)對(duì)仰拱a初支輪廓、凈空尺寸進(jìn)行測(cè)量檢查，要滿足設(shè)計(jì)要求；若有仰拱初支面混凝土破損的部位，采用噴錨補(bǔ)齊。

本發(fā)明棧橋移動(dòng)就位：

1)清理殘?jiān)簵蛞苿?dòng)前，需清理橋面、桁架、前后引橋等上面的殘?jiān)?/p>

2)頂升油缸：操縱液壓控制閥，同時(shí)頂升、鎖定前后液壓缸，使前后鋼支墩離地，并盡量保持橋面水平；

3)排除障礙：拆除前后引橋、鋼支墩、桁架等底部所有障礙物；

4)提升引橋：采用液壓油缸提升前引橋使之脫離仰拱初支1.5米高，采用液壓油缸提升后引橋使之脫離仰拱填充0.5米高；

5)行走裝置：通過倒移工具鋼軌緩慢勻速行走（一般控制在6m/min）。通過調(diào)整鋼軌位置來進(jìn)行仰拱棧橋定位，棧橋縱向移動(dòng)到位后，進(jìn)行橫向移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行小幅度定位調(diào)整；

7)駐橋支護(hù)：當(dāng)棧橋前移滿足施工要求時(shí)，采用制動(dòng)裝置使棧橋完全停止后，平整引橋底部，放下前引橋，引橋底部鋪設(shè)800mm×800mm×20mm鋼板，鋼板上方安放枕木，使前引橋座于枕木上。棧橋鋼支墩的上面放置枕木墊實(shí)主棧橋，以保證棧橋工作時(shí)支撐可靠；

8)收縮油缸：操縱液壓控制閥，同時(shí)收縮、鎖定前后液壓缸，使前后鋼支墩充分接觸地面，要求保持橋面水平、支撐可靠；

9)安全防護(hù)：重點(diǎn)檢查棧橋接頭、支撐、行走機(jī)構(gòu)等重要部位狀況，消除其移動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的安全隱患；并采取適當(dāng)措施，保護(hù)好液壓系統(tǒng)。

本發(fā)明仰拱鋼筋綁扎、止水帶安裝：

1)根據(jù)仰拱施作長(zhǎng)度24m，提前把仰拱鋼筋采用擠壓套筒連接至設(shè)計(jì)仰拱長(zhǎng)度，鋼筋搭接長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)標(biāo)要求；

2)通過仰拱弧形模板和初期支護(hù)的間隙把仰拱鋼筋拉入仰拱初支上，按照設(shè)計(jì)要求，分層綁扎鋼筋；

3)仰拱縱向鋼筋通過鋼筋卡槽伸出，保證兩板仰拱間鋼筋搭接。

本發(fā)明定位仰拱弧形模板、立端頭模：

1)通過手動(dòng)葫蘆把仰拱弧形模板放下；

2)測(cè)量班放樣定出仰拱位置，通過仰拱平移油缸結(jié)合拉動(dòng)手動(dòng)葫蘆，把仰拱弧形模板定位準(zhǔn)確；

3)仰拱端頭采用鋼模（留有鋼筋卡槽），有效控制鋼筋間距和止水帶平整度；

4)若設(shè)計(jì)此板仰拱存在檢查井時(shí)，按設(shè)計(jì)要求預(yù)留好檢查井。

本發(fā)明仰拱澆筑：

1)混凝土罐車行至棧橋上，采用溜槽澆筑混凝土；

2)采取分片分層澆筑，加強(qiáng)混凝土振搗攤鋪；

3)混凝土澆筑不宜太快，每小時(shí)澆筑方量不宜大于30m³；

4)過軌管件可通過仰拱棧橋中間預(yù)留的2.6m*0.9m孔洞或仰拱弧形模板和初期支護(hù)的間隙放入仰拱，按照設(shè)計(jì)要求安裝。

本發(fā)明中心涵管安放：

1)仰拱棧橋中間預(yù)留一個(gè)2.6m*0.9m孔洞，通過該孔洞下放中心涵管（2m長(zhǎng)），向仰拱兩頭分采用鋼筋把涵管左右兩側(cè)固定牢固，并采取土工布包裹嚴(yán)實(shí)，防止混凝土滲入；

2)拖動(dòng)中心涵管時(shí)要盡量小心，避免破壞涵管。

本發(fā)明仰拱填充立端頭模：

1)填充與仰拱錯(cuò)開至少50cm，遇到沉降縫要按照規(guī)范要求預(yù)留；

2)仰拱填充端頭采用鋼模施工，采用鋼筋支設(shè)牢固，在鋼模上標(biāo)出填充面標(biāo)高，以控制好填充施工高度。

本發(fā)明仰拱填充b澆筑：

1)仰拱填充b端頭采用鋼模，保證混凝土端頭平整；

2)混凝土罐車行至主棧橋17上，采用溜槽澆筑混凝土；

3)采取分片分層澆筑，加強(qiáng)混凝土振搗攤鋪；

4)混凝土澆筑不宜太快，每小時(shí)澆筑方量不宜大于30m3。

本發(fā)明脫模：

1)通過拉動(dòng)手拉葫蘆14、收縮仰拱模板平移油缸13進(jìn)行仰拱脫模，仰拱弧形模板拉至填充面以上30cm即可；

2)仰拱及填充脫端模時(shí)不要用錘重?fù)?，盡量避免損壞模板。

實(shí)施例：

利用本發(fā)明所設(shè)計(jì)棧橋?yàn)槿簤鹤孕惺窖龉皸?，行車軌道中心距?.5米，棧橋凈寬為3.8米，總長(zhǎng)度48.35米，主棧橋主梁17長(zhǎng)度為29米，主行車橋18.67米，前引橋5為19米，后引橋12為10米。棧橋行走部分由兩臺(tái)200型渦桿減速機(jī)和兩臺(tái)11千瓦電機(jī)帶動(dòng)行走。棧橋液壓部分由12只油缸和一臺(tái)液壓站組成，由液壓站控制每只油缸升降。本棧橋易于拼裝行走靈活，移動(dòng)就位方便，由于仰拱棧橋跨度大使用仰拱棧橋時(shí)，須由項(xiàng)目部指定的操作人員來操作。先開啟電控柜來啟動(dòng)液壓站，升起仰拱棧橋的4只棧橋舉升主油缸8來定位,再用枕木來墊實(shí)主棧橋，放下前引橋5和后引橋12的四只油缸使前引橋5和后引橋12達(dá)到工作位置，使用仰拱模板時(shí)用手拉葫蘆14放下仰拱小模板和左右調(diào)整油缸來定位仰拱模板后用絲桿千斤支撐，最后檢查絲桿千斤是否牢固，檢查完畢后就可以打仰拱了。脫模時(shí)先松開絲桿千斤后，在用手拉葫蘆14拉起仰拱小模板使仰拱小模板高于仰拱填充b面后就可以打仰拱填充b的混凝土。等到仰拱填充b面養(yǎng)護(hù)完畢后，開啟液壓站先操作前油缸收起前引橋5并使前引橋5脫離地面到一定高度后用絲桿千斤加固好后，在收起后引橋12同樣用絲桿千斤加固好，其中在升起仰拱棧橋四支棧橋舉升主油缸8后同時(shí)取掉墊好的枕木后再放下4支棧橋舉升主油缸8后，再檢查一遍是否還有支撐點(diǎn)。檢查完畢后，在仰拱棧橋前端的行走輪箱11下部的行走鋼軌16前繼續(xù)銜接行走鋼軌16，最終通過啟動(dòng)控制柜按下前進(jìn)鍵完成整個(gè)仰拱棧橋的移動(dòng)。

利用本發(fā)明的大斷面黃土隧道開挖及初期支護(hù)快速封閉成環(huán)施工技術(shù)，施工進(jìn)度達(dá)到月進(jìn)尺70米左右，工期提前5個(gè)月，節(jié)約各項(xiàng)管理成本300多萬元，節(jié)省工程投資約2000萬元，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。