一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108843338 A(43)申请公布日 2018.11.20

(21)申请号 2018106728.3(22)申请日 2018.06.27

(71)申请人 北京市政路桥股份有限公司

地址 100068 北京市西城区南礼士路17号(72)发明人 赵迎　宋战平　胡敏　曹智淋　

王西波　刘宪永　张海生　肖双全　石清宇　张曼华　李静　周鹏远　霍奇　(74)专利代理机构 西安研创天下知识产权代理

事务所(普通合伙) 61239

代理人 杨凤娟(51)Int.Cl.

E21D 9/14(2006.01)E21D 11/18(2006.01)E21D 11/10(2006.01)

权利要求书2页 说明书6页 附图17页

E21D 20/00(2006.01)

(54)发明名称

一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法(57)摘要

本发明公开了一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，该方法竖井与横通道的里程与双侧壁横通道的内部横通道的里程设置需大于3倍横通道洞宽，避免竖井—横通道施工与内部横通道施工相互扰动。横通道与地铁车

避免大小断面隧道变站隧道同一标高转换施工，

截面施工，造成的连接段偏压。双侧壁导坑法开挖大断面隧道进行开辟内部横通道架设框架梁，转换施工。本发明整体结合施工通道台阶法和地铁车站隧道九步双侧壁导坑法，使得两者施工方法的转换段工艺趋于简化，易与施工。CN 108843338 ACN 108843338 A

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1.一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将施工通道第一层台阶施工至至主洞中隔壁临时支护轮廓线，形成A型施工通道，扩挖施工通道上部围岩，施加工字钢加强支护；

(2)开挖地铁车站隧道九步双侧壁导坑中第一导坑部分，在开挖前，在主洞大、小里程方向各架设2榀右导坑初期支护钢架作为托换梁，对A型施工通道钢架进行托换；钢架托换完成以后，分别向主洞大、小里程方向按坡度为10％的上坡开挖主洞第一导坑石方，施作该部分初期支护；

(3)第一导坑部分与右侧上导坑完全重合后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道宽度范围内的九步双侧壁导坑法中的第七导坑部分和第二导坑部分以及拱顶扩挖部分，施作B型施工通道临时支护和主洞拱部初期支护；

(4)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞双侧壁导坑法中的第七导坑和第二导坑部分，施作该部分导坑初期支护；

(5)在步骤(4)施工的同时，进行步骤(5)施工，开挖施工通道A的下台阶位置，下台阶位置开挖完成以后，进入主洞，继续向前掘进，开挖下台阶位置部石方，接长A型施工通道钢架托换梁，施作该部分初期支护；

(6)分别向主洞大、小里程方向开挖主洞右侧中第三导坑部分，施作该部分初期支护及临时支护，架设临时横撑；

(7)第三导坑部分开挖至B型施工通道处以后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道范围内的第八导坑部分和第四导坑部分，施作主洞左侧初期支护，接长B型施工通道钢架，架设临时横撑；

(8)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞中第三导坑部分和第四导坑部分，施作该部分导坑初期支护；

(9)在施工步骤(8)进行的同时，开挖施工通道A中与主洞仰拱部分相同标高的部分；其开挖完成以后，施作加强环框，待加强环框混凝土强度达到设计强度标准值后，接长主洞初支钢架，并与加强环框连接牢固，然后继续向前掘进，开挖主洞第五导坑部分石方，并施作该部分初期支护；

(10)分别向主洞大、小里程方向开挖主洞右侧下第五导坑部分，施作该部分导坑初期支护；

(11)第五导坑部分开挖至B型施工通道处以后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道范围内的第九导坑部分和第六导坑部分，施作主洞左侧初期支护，接长施工通道临时钢架，架设临时横撑；

(12)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞下第五导坑部分和第六导坑部分，施作该部分导坑初期支护，架设临时横撑；

(13)拆除临时施工转换支撑，分别开挖断面中部核心土导坑第七导坑部分、第八导坑部分和第九导坑部分，主洞初期支护封闭成环，纵向长度达到模筑台车长度后，安装台车，施作主洞衬砌。

2.根据权利要求1所述的竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，其特征在于，步骤(9)中，所述的B型施工通道宽度范围为净空4～6m。

3.根据权利要求1所述的竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，其特征在

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于，步骤(7)中所述的B型施工通道中，每榀钢架包括顶横梁(1)、I型接头(2)、I&V型接头(3)、I&I型接头(4)、I&I&I型接头(5)和锁脚锚杆(6)；

型钢钢架顶部由顶横梁(1)组成，所述顶横梁(1)的中部设有300mm的弯曲；所述顶横梁的两端采用I型接头(2)，连接两根竖向I20b工字钢，在竖向型钢的连接处，采用I&I型接头，并且设置锁脚锚杆(6)；竖向型钢每3.5m设置一道横撑，横撑与竖向I20b工字钢的连接方式为I&V型接头(3)；在竖向型钢的底部，加设槽钢以I&I&I型接头(4)连接；每榀钢架以0.5m间隔布置，每榀钢架之间以环向间距1.0m设置纵向I22纵向连接钢筋。

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一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法

技术领域

[0001]本发明属于大断面隧道施工技术领域，涉及一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，具体地说，涉及一种双洞中岩柱法—在双侧壁导坑开挖法基础上进行改进的竖井-施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法。

背景技术

[0002]随着社会的快速发展和城市化进程的加快，城市规模在不断的扩大，大城市和特大城市中人口密集，供人们出行的交通已经变得拥堵不堪。为了满足人们出行的要求，实现交通方便快捷的目的，人们逐渐把目光投向城市轨道交通的的建设。其中对轨道交通工程中地铁车站的修建，常采用明挖法或者暗挖法进行施工，但是在城市繁华地段采用传统明挖法显得不再适用，就采用对周边环境影响较少的暗挖法进行地铁车站的施工。暗挖法施工需要通过修建竖井-横通道结构转入车站隧道开辟工作面，然后完成车站隧道整体结构的开挖支护。

[0003]地铁车站隧道相较与区间隧道，断面要求更大，按国际隧道划分等级属于大断面隧道甚至出现特大断面隧道。多步台阶法、中隔壁法、CRD法、双侧壁导坑法常被采用进行大断面隧道的施工，其中双侧壁导坑法对地表沉降控制和支护结构受力平衡效果最好，但同时也是造价最高、工期最长的施工方法，所以地铁车站修建在对地表沉降变形敏感的城市中心区域，大断面双侧壁导坑法被采用进行暗挖地铁车站隧道施工。双侧壁导坑法开挖大断面地铁车站隧道对地表沉降有很好控制，但是工期过长会影响整个建设周期。[0004]采用竖井-横通道转入车站隧道开辟工作面进行暗挖施工，横通道通常采用台阶法开挖。因为地铁车站开挖断面较大，所以面临小断面施工通道台阶法施工转换大断面车站隧道开挖施工问题，因为转换施工中会出现转换段围岩应力多次扰动情况，从小断面隧道变截面施工为大断面隧道，造成断面连接段受偏压，断面面积相差越大受偏压越严重，这对转换段马头门支护要求高，不利于施工安全控制。如图1所示，为施工通道转换地铁车站隧道施工示意图。[0005]综上所述，双侧壁导坑开挖大断面地铁车站隧道工期过长和施工通道变截面转换施工问题是需要在现在城市轨道交通工程中需要解决的问题。

发明内容

[0006]本发明的目的在于克服在于改善施工通道转换地铁车站隧道中转换段围岩-支护受力不均匀和受偏压严重问题，克服现有施工方案利用施工通道转入地铁车站隧道完成车站整体开挖周期长的缺点。整体研究竖井、横通道、铁车站隧道双侧壁导坑法施工，以及相互之间转换施工工序和施工安全问题，提出一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，达到以下目的：

[0007]1)横通道与大断面地铁车站隧道转换施工中，在相同标高下完成阶段性转换施工，横通道上台阶对应双侧壁导坑中左(右)导坑上台阶、横通道中台阶对应双侧壁导坑中

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左(右)导坑中台阶、横通道下台阶对应双侧壁导坑中左(右)导坑仰拱部位，每次阶段性转换施工完成，大断面地铁隧道继续在同一台阶往大小里程开挖，不继续往大断面隧道底部施工，这样能解决横通道与大断面地铁车站隧道转换施工安全问题和转换施工中工期问题。

[0008]2)采用双侧壁导坑法开挖大断面隧道施工中开辟内部横通道，改善传统的中隔壁支护，以架设框架梁来代替保证内部横通道安全施工，方便左右导洞间出渣、支护、风水电路的施工，进一步解决双侧壁导坑法内部开辟横通道施工安全问题和开挖地铁车站工期缓慢问题。

[0009]3)合理安排竖井、横通道、大断面地铁车站隧道三者的施工工序、以及相互之间转换施工工序，以最大程度减少竖井-横通道与大断面隧道内部横通道的相互干扰作用。[0010]其技术方案如下：

[0011]一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，包括以下步骤：[0012](1)将施工通道第一层台阶施工至主洞中隔壁临时支护轮廓线，形成A型施工通道，扩挖施工通道上部围岩，施加工字钢加强支护；[0013](2)开挖地铁车站隧道九步双侧壁导坑中第一导坑部分，在开挖前，在主洞大、小里程方向各架设2榀右导坑初期支护钢架作为托换梁，对A型施工通道钢架进行托换。钢架托换完成以后，分别向主洞大、小里程方向按坡度为10％的上坡开挖主洞第一导坑石方，施作该部分初期支护。[0014](3)第一导坑部分与右侧上导坑完全重合后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道宽度范围内的九步双侧壁导坑法中的第七导坑部分和第二导坑部分以及拱部扩挖部分，施作B型施工通道临时支护和主洞拱部初期支护。[0015](4)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞双侧壁导坑法中的第七导坑和第二导坑部分，施作该部分导坑初期支护。[0016](5)在步骤(4)施工的同时，进行步骤(5)施工，开挖施工通道A的下台阶位置，下台阶位置开挖完成以后，进入主洞，继续向前掘进，开挖下台阶位置部石方，接长A型施工通道钢架托换梁，施作该部分初期支护。[0017](6)分别向主洞大、小里程方向开挖主洞右侧中第三导坑部分，施作该部分初期支护及临时支护，架设临时横撑。[0018](7)第三导坑部分开挖至B型施工通道处以后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道范围内的第八导坑部分和第四导坑部分，施作主洞左侧初期支护，接长B型施工通道钢架，架设临时横撑。[0019](8)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞中第三导坑部分和第四导坑部分，施作该部分导坑初期支护；[0020](9)在施工步骤(8)进行的同时，开挖施工通道A中与主洞仰拱部分相同标高的部分。其开挖完成以后，施作施工通道A马头门整体加强环框，待加强环框混凝土强度达到设计强度标准值后，接长主洞初支钢架，并与加强环框连接牢固，然后继续向前掘进，开挖主洞第五导坑部分石方，并施作该部分初期支护；[0021](10)分别向主洞大、小里程方向开挖主洞右侧下第五导坑部分，施作该部分导坑初期支护。

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(11)第五导坑部分开挖至B型施工通道处以后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道

范围内的第九导坑部分和第六导坑部分，施作主洞左侧初期支护，接长施工通道临时钢架，架设临时横撑；[0023](12)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞下第五导坑部分和第六导坑部分，施作该部分导坑初期支护，架设临时横撑；[0024](13)拆除临时施工转换支撑，分别开挖断面中部核心土导坑第七导坑部分、第八导坑部分和第九导坑部分，主洞初期支护封闭成环，纵向长度达到模筑台车长度后，安装台车，施作主洞衬砌。[0025]进一步，步骤(9)中，所述的B型施工通道宽度范围为净空4～6m。[0026]进一步，步骤(7)中所述的B型施工通道中，每榀钢架包括顶横梁(1)、I型接头(2)、I&V型接头(3)、I&I型接头(4)、I&I&I型接头(5)和锁脚锚杆(6)；[0027]型钢钢架顶部由顶横梁(1)组成，所述顶横梁(1)的中部设有300mm的弯曲；所述顶横梁的两端采用I型接头(2)，连接两根竖向I20b工字钢，在竖向型钢的连接处，采用I&I型接头，并且设置锁脚锚杆(6)；竖向型钢每3.5m设置一道横撑，横撑与竖向I20b工字钢的连接方式为I&V型接头(3)；在竖向型钢的底部，加设槽钢以I&I&I型接头(4)连接；每榀钢架以0.5m间隔布置，每榀钢架之间以环向间距1.0m设置纵向I22纵向连接钢筋。[0028]本发明的有益效果为：

[0029]1)施工通道与地铁车站隧道在施工期间连接断面的断面面积相差不大，车站隧道中部核心土从B型施工通道往施工通道方向拆除，所以在连接段处地铁车站隧道中部岩柱和整体初期支护在被开挖之前都将改善连接段马头门围岩-支护受力状态。

[0030]2)在地铁车站隧道内部B型施工通道和连接段A型施工通道工作面同时作业，相较于与传统的施工方案，增加了2个车站大小里程工作面，缩短了工期。

[0031]3)整体结合施工通道台阶法和地铁车站隧道九步双侧壁导坑法，使得两者施工方法的转换段工艺趋于简化，易与施工。附图说明

[0032]图1施工通道转换地铁车站隧道施工示意图；[0033]图2双洞中岩柱法施工工序平面示意图；[0034]图3 A型通道布置示意图；[0035]图4 A型施工通道横断面图；[0036]图5开挖B部分工序示意图；[0037]图6 B型通道断面示意图；[0038]图7工序4；

[0039]图8施工步骤5；[0040]图9施工步骤6；[0041]图10施工步骤7；[0042]图11施工步骤8；[0043]图12施工步骤9；[0044]图13施工步骤10；

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图14施工步骤11；

[0046]图15施工步骤12；[0047]图16施工步骤13；[0048]图17B型施工通道，其中，图17(a)B型施工通道横断面设计，图17(b)B型施工通道型钢钢架设计图，图17(c)B型施工通道型钢钢架立面布置，a-主洞初期支护锚杆；b-主洞开挖轮廓线；c-二次衬砌；d-车站主洞；e-阴影部分为未开挖部分；f-施工通道中线，1-顶横梁；2-I型接头；3-I&V型接头；4-I&I型接头；5-I&I&I型接头；6-锁脚锚杆；[0049]图18观水路站平面示意图；

[0050]图19观水路地铁车站现场双洞中岩柱法流程图，其中，图19(a)中显示的是本发明施工步骤(1)～(4)，图19(b)为本发明步骤(5)～(11)，图19(c)为本发明的步骤(12)～(13)。

具体实施方式

[0051]下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。[0052]一种竖井施工通道转换大断面隧道的一体开挖施工法，包括以下步骤：[0053](1)将施工通道第一层台阶施工至至主洞中隔壁临时支护轮廓线，形成A型施工通道，如图3所示，扩挖施工通道上部围岩，施加工字钢加强支护，A型施工通道横断面如图4所示。[0054](2)开挖地铁车站隧道九步双侧壁导坑中导坑1部分，即图5中B部分。在开挖B部分开挖前，在主洞大、小里程方向各架设2榀右导坑初期支护钢架作为托换梁，对A型施工通道钢架进行托换。钢架托换完成以后，分别向主洞大、小里程方向按坡度为10％的上坡开挖主洞B部分(右侧上导坑及部分中导坑)石方，施作该部分初期支护。[0055](3)B部分与右侧上导坑完全重合(即沿主洞纵向开挖长度达到3倍施工通道宽度)后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道宽度范围(净空4～6m)内的九步双侧壁导坑法中的导坑7、2部分以及拱部扩挖部分，施作B型施工通道临时支护和主洞拱部初期支护。B型通道断面形式如图6所示。[0056](4)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞双侧壁导坑法中的导坑1和2部分，施作该部分导坑初期支护。[0057](5)在步骤4施工的同时，进行步骤5施工，开挖施工通道A的下台阶位置，如图6中的C部分所示。C部分开挖完成以后，进入主洞，继续向前掘进，开挖主洞C部石方，接长A型施工通道钢架托换梁，施作该部分初期支护。[0058](6)分别向主洞大、小里程方向开挖主洞右侧中导坑3，施作该部分初期支护及临时支护，架设临时横撑。[0059](7)导坑3部分开挖至B型施工通道处以后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道范围内的导坑8和4部分，施作主洞左侧初期支护，接长B型施工通道钢架，架设临时横撑。[0060](8)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞中导坑3和4，施作该部分导坑初期支护。[0061](9)在施工步骤8进行的同时，开挖施工通道A中D部分。其开挖完成以后，施作加强环框，待加强环框混凝土强度达到设计强度标准值后，接长主洞初支钢架，并与加强环框连接牢固，然后继续向前掘进，开挖主洞导坑5部石方，并施作该部分初期支护。

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(10)分别向主洞大、小里程方向开挖主洞右侧下导坑5，施作该部分导坑初期支

护。

(11)导坑5部分开挖至B型施工通道处以后，向主洞左侧方向开挖B型施工通道范

围内的导坑9和6部分，施作主洞左侧初期支护，接长施工通道临时钢架，架设临时横撑。[00](12)向主洞大、小里程方向分别开挖主洞下导坑5和6，施作该部分导坑初期支护，架设临时横撑。[0065](13)拆除临时施工转换支撑，分别开挖断面中部核心土导坑7、8、9，主洞初期支护封闭成环，纵向长度达到模筑台车长度后，安装台车，施作主洞衬砌。[0066]本发明的竖井、横通道、地铁车站隧道整体施工工序方案，竖井与横通道的里程与双侧壁横通道的内部B型横通道的里程设置需大于3倍横通道洞宽，避免竖井—横通道施工与内部横通道施工相互扰动。

[0067]横通道与地铁车站隧道同一标高转换施工，避免大小断面隧道变截面施工，造成的连接段偏压。

[0068]双侧壁导坑法开挖大断面隧道进行开辟内部横通道，需架设框架梁转换施工，如图17所示。每榀钢架包括I型接头、I&V型接头、I&I型接头、I&I&I型接头、锁脚锚杆和顶横梁，如图17b。型钢钢架顶部由顶横梁组成，长度由联络通道宽度决定，材质为I20b工字钢，其中顶横梁中部有300mm的弯曲以贴合隧道拱顶的变化；顶横梁两端采用I型接头，连接两根竖向I20b工字钢，工字钢长度视现场联络通道高度决定，在竖向型钢的连接处，采用I&I型接头，并且设置锁脚锚杆(长度和型号视现场围岩情况，如采用I22锁脚锚杆L＝3.5m)，固定型钢连接处的变化，以稳固整体型钢钢架变形；竖向型钢每3.5m设置一道横撑，横撑材质也为I20b工字钢，横撑与竖向I20b工字钢的连接方式为I&V型接头；在竖向型钢的底部，加设槽钢以I&I&I型接头连接。

[0069]每榀钢架以0.5m间隔布置，每榀钢架之间以环向间距1.0m设置纵向I22纵向连接钢筋连接钢筋。[0070]实施案例

[0071]本发明被用于贵阳市城市轨道交通2号线一期工程中观水路地铁站，并从现场施工情况反应取得良好效果。

[0072]贵阳市城市轨道交通2号线是贵州省贵阳市建设中的一条重要地铁线路。线路起自七机路口站，途径龙洞堡国际机场、南明区行政中心等贵阳市重点建设区域，终于客运东站，2号线一期工程(七机路口站～油榨街站)线路全长27.4km，均为地下线。共设车站24座。平均站间距1162m，最大站间距2070m，最小站间距5m，共5座换乘站。[0073]观水路站是2号线一期工程的第23个车站，拟建车站为中间站，位于于宝山南路与观水路的十字交叉口道路下方，车站沿宝山南路跨路口呈南北向布置，主体结构位于宝山南路下方，起点里程ZDK35+945.357～ZDK36+125.357，总长180m。车站站大里程端临近南明河，受区间隧道下穿南明河影响，本站轨面埋深33.3～42m，拟采用为地下两层岛式暗挖车站，采用曲墙+仰拱的五心圆马蹄形断面，结构型式为单拱双层型式。车站隧道拱顶覆土约17.5～20.5m，其中覆岩厚度3.5～12.5m，隧道围岩级别为V级，采用矿山法施工，车站主体最大开挖断面宽22.16m，高19.21m，属于特大断面暗挖隧道，采用双侧壁导坑法施工。图19为本发明双洞中岩柱法在观水路地铁车站使用的3D流程图。下面对每步流程图进行简述：

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(a)观水路1号风亭兼施工竖井按倒挂井壁法开挖至横通道第一层台阶拱底标高

位置，转入横通道施工，然后按照本发明“双洞中岩柱法”转入地铁车站隧道施工，图(a)中第4步为开挖B型施工通道。图19(a)中显示的是本发明施工步骤(1)～(4)。[0075](b)在内部B型施工通道往地铁隧道导坑1、2大小里程开挖的同时，开挖竖井及横通道剩余部分，转入地铁车站隧道开挖导坑3、5，开挖至内部B型横通道，按照本发明步骤(5)～(11)。[0076](c)从B型横通道内部往地铁车站隧道大小里程开挖，逐步拆除临时中隔壁支撑，施加二衬，按照本发明步骤(12)～(13)。[0077]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

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