一種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)及挖掘方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，特別是涉及一種城市分岔隧道大拱段襯砌型結(jié)構(gòu)及開挖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為緩解日益突出的交通擁堵問題，以北京和上海為代表的國內(nèi)一線城市的地下公路(又稱城市地下道路)即將迎來建設(shè)高潮，作為連接其與地面交通紐帶的大量分岔隧道將隨之產(chǎn)生。分岔隧道是一類由大拱段、連拱段和小凈距段共同構(gòu)成的組合隧道型式，其線形設(shè)計上的多斷面、多尺度和施工工序及圍巖荷載頻繁轉(zhuǎn)換的特點導致其開挖支護體系在復雜應(yīng)力空間中表現(xiàn)為一個難度自增值系統(tǒng)。分岔隧道是一種新型隧道結(jié)構(gòu)型式，目前尚無相應(yīng)的設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范和標準可循，在國內(nèi)建成并投入使用的例子并不多。而且與山嶺分岔隧道相比，城市地下道路分岔隧道具有斷面和結(jié)構(gòu)更加復雜，地質(zhì)條件更差和環(huán)境影響敏感性更強等特點。
[0003]大拱段是城市地下道路分岔隧道這一結(jié)構(gòu)型式中重要的組成部分，并具有超大的開挖斷面特征，圍巖應(yīng)力變化和圍巖與結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系復雜，并且具有以下特點:
[0004](1)大拱段隧道斷面尺寸大，并且由于在隧道出口處土質(zhì)條件較差，導致普通的洞間凈距基本上不能達到最小凈距的要求，于是產(chǎn)生了大跨度的隧道經(jīng)常是小凈距隧道這種情況；
[0005](2)大拱段隧道斷面面積大，就拿單洞四車道公路隧道來說，凈斷面面積通常都大于220m2。當車道數(shù)增加的時候，隧道開挖跨度也隨之增大，在施工過程中，如果采用一般雙車道公路隧道設(shè)計方法設(shè)計斷面時，將會造成較大的空間浪費，斷面的利用率會隨之降低，從一定程度上來說會造成施工不經(jīng)濟，因此，大拱段隧道一般情況下會設(shè)計成扁平形狀；
[0006](3)在軟弱圍巖中，大拱段隧道施工過程將會由于斷面較大的特征而采取分部開挖的方式。在圍巖條件較好的時候，施工過程將控制擾動，基本上不會采用一次爆破然后進行全斷面開挖的方法，因此將會采取復雜的施工工序和方法。故而在大拱段隧道施工過程中更加需要重視施工力學效應(yīng)影響，從而研究出較為合理的施工步驟。
[0007]由于大拱段隧道復雜的力學特性，再加上隧道工程的地質(zhì)環(huán)境也很復雜，因此在設(shè)計和施工過程中沒有統(tǒng)一的規(guī)范。而且，大拱段隧道斷面形式、襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)以及施工工藝等方面的研究還比較少，可以借鑒的工程實例并不多，設(shè)計與管理尚無明確的經(jīng)驗可循，數(shù)值模擬、系統(tǒng)分析等數(shù)值和理論研究也并不深入，還有很多關(guān)鍵性的問題亟待解決。因此，開展城市地層中分岔隧道大拱段的力學特征研究，將為支護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)制定提供理論基礎(chǔ)，具有重要而現(xiàn)實的意義。
[0008]隧道扁平率是指隧道高度與跨度的比值。隧道在斷面尺寸設(shè)計時，在保證建筑限界的基礎(chǔ)上，盡量減小拱頂高度，減小限界以上多余凈空，減少土方開挖，進而節(jié)約工程造價，此時需要減小扁平率，但扁平率的降低會造成隧道穩(wěn)定性降低，結(jié)構(gòu)受力更加不利，帶來安全隱患。因此，如何在保證結(jié)構(gòu)安全的同時降低工程造價，選擇合適的扁平率則成為研究的重點。
[0009]扁平、超大斷面隧道的基本力學特性可以概括為:(1)超大斷面隧道在幾何特征上表現(xiàn)為一個扁平的拱結(jié)構(gòu)，進行力學特性分析時可近似看作橢圓；(2)跨度與斷面面積加大，應(yīng)力重分布趨于不利；(3)拱腳處應(yīng)力集中，需要較高的地基承載力；(4)拱頂穩(wěn)定性差；(5)松弛壓力較大；(6)支護結(jié)構(gòu)承載力較小。扁平率是實際工程中存在的大問題，扁平率過大，安全性問題，襯砌過厚，也不經(jīng)濟；扁平率過小，開挖面積過大，不經(jīng)濟。
[0010]因此，需要提供一種新型的挖掘方法，以滿足超大跨度扁平隧道支護結(jié)構(gòu)的安全性的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)及挖掘方法，以解決在城市分岔隧道大拱段襯砌結(jié)構(gòu)安全性不足和施工難度大的問題。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0013]—種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括依次鋪設(shè)在隧道內(nèi)壁上的第一襯砌和第二襯砌；
[0014]該結(jié)構(gòu)進一步包括垂直于水平面支撐在隧道內(nèi)部的多個支撐部，所述支撐部通過第一縱梁和第二縱梁固定在第一襯砌和第二襯砌上。
[0015]優(yōu)選的，所述第一襯砌為噴射混凝土，第二襯砌為模筑鋼筋混凝土。
[0016]優(yōu)選的，所述支撐部為鋼筋混凝土管柱。
[0017]優(yōu)選的，所述支撐結(jié)構(gòu)進一步包括用于協(xié)助所述第一襯砌、第二襯砌和多個支撐部對新挖掘成的隧道結(jié)構(gòu)進行支撐的多個臨時支撐部。
[0018]優(yōu)選的，所述臨時支撐部為噴射混凝土并內(nèi)嵌工字形型鋼的支撐架。
[0019]—種城市分岔隧道大拱段挖掘方法，該方法的步驟包括
[0020]S1、基于預先設(shè)計的隧道藍圖的截面圖，在該隧道的頂部附近的位置開鑿一貫通隧道的第一導洞，并在該第一導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第一導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第一導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0021]S2、在所述隧道中與第一導洞對稱位置的隧道底部附近的位置開鑿一貫通隧道的第二導洞，并在該第二導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第二導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第二導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0022]S3、在第一導洞的底部每隔一段距離向第二導洞施作鉆孔灌注粧，該粧體的頂部通過第一縱梁固定在第一導洞內(nèi)的第一襯底上，該粧體的底部通過第二縱梁固定在第二導洞內(nèi)的第一襯底上；
[0023]S4、在所述隧道的左側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和左側(cè)壁之間的空間的上半部分開鑿一貫通隧道的第三導洞，并在該第三導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第三導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第三導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0024]S5、在所述隧道的左側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和左側(cè)壁之間的空間的下半部分開鑿一貫通隧道的第四導洞，并在該第四導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第四導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第四導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0025]S6、在所述隧道的右側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和右側(cè)壁之間的空間的上半部分開鑿一貫通隧道的第五導洞，并在該第五導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第五導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第五導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0026]S7、在所述隧道的右側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和右側(cè)壁之間的空間的下半部分開鑿一貫通隧道的第六導洞，并在該第六導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第六導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第六導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0027]S8、在所述隧道的所述粧體與第三導洞之間距離的二分之一處和第三導洞之間的空間開鑿一貫通隧道的第七導洞，并在該第七導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第七導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第七導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0028]S9、在所述隧道的所述粧體與第四導洞之間距離的二分之一處和第四導洞之間的空間開鑿一貫通隧道的第八導洞，并在該第八導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第八導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第八導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0029]S10、在所述隧道的所述粧體與第五導洞之間的空間，并拆除該空間與第一導洞重疊空間內(nèi)的第一導洞的臨時支撐部，開鑿一貫通隧道的第九導洞，并在該第九導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第九導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第九導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0030]S11、在所述隧道的所述粧體與第六導洞之間的空間，并拆除該空間與第二導洞重疊空間內(nèi)的第二導洞的臨時支撐部，開鑿一貫通隧道的第十導洞，并在該第十導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第十導洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時支撐部，在第十導洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0031]S12、在所述隧道的所述粧體與第七導洞之間的空間，并拆除該空間與第一導洞重疊空間內(nèi)的第一導洞的臨時支撐部，開鑿一貫通隧道的第十一導洞，并在該第十一導洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重