适用于上软下硬地层爆破开挖的CRD工法和结构的制作方法

适用于上软下硬地层爆破开挖的crd工法和结构
技术领域
1.本发明涉及地铁区间隧道和铁路隧道施工领域，具体来说是一种适用于上软下硬地层爆破开挖的crd工法和结构。


背景技术：

2.目前，crd法普遍用于均匀的第四系地层，采用机械开挖，对临时横撑影响很小。常规的crd法开挖首先进行上导洞开挖，开挖后立即进行临时钢架、临时竖撑和临时横撑的架设，临时支护紧跟上台阶掌子面，并且步步封闭成环，达到比较好的受力。下台阶采用机械开挖，开挖后立即架设临时钢架、临时竖撑。一般需要在临时横撑上间隔一定距离设置出土口，方便上台阶的出土。
3.对于一些特殊地区，隧道上部位于第四系土层，而下部处于强度较高的岩层，需要采用爆破开挖。当下部采用爆破开挖时，会对已经架设的临时横撑造成破坏，危害结构安全，同时也造成了工程材料的浪费。此外，在临时横撑上开出土孔满足上台阶需求的做法不仅出土效率比较低，而且，小型车辆在横撑上行走，增加了横撑的荷载，增大了风险。
4.综上所述，目前crd法不能很好的满足上软下硬地层爆破开挖需要，需要我们提出新方案加以解决。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的不足，本发明提出一种适用于上软下硬地层爆破开挖的crd工法和结构，能有效解决上述问题。
6.本发明的技术方案具体如下：一种适用于上软下硬地层爆破开挖的crd工法，包括如下步骤：左右导洞的临时横撑滞后上台阶掌子面架设，滞后距离不大于一倍隧道洞径；滞后的临时横撑，采用喷射早强混凝土代替；喷射的早强混凝土与上台阶的钢架和临时竖撑封闭成环，喷射的早强混凝土应紧跟上台阶掌子面；下台阶和上台阶采用微台阶法开挖，下台阶爆破开挖时破除下台阶掌子面和滞后横撑之间的喷射早强混凝土；上台阶挖出的土方需要经过下台阶掌子面与滞后横撑间的空隙运输到下台阶，再从下台阶运走，避免横撑上开孔卸土。
7.进一步地，采用喷射早强混凝土代替，混凝土的强度不宜低于c25。
8.进一步地，下台阶掌子面与滞后的横撑距离2~3m。
9.本发明还涉及适用于上述工法的支护结构，包括若干格栅钢架、临时竖撑、临时横撑和早强砼；临时竖撑、临时横撑支撑若干格栅钢架；左右导洞撑子面间距＞15m。
10.与现有技术相比，本发明具有如下优点：通常情况crd主要是适用于均匀第四系土层，采用机械进行开挖，在横撑上局部开
孔满足出土需求。对于一些特殊地区，隧道上部位于第四系土层，而下部处于强度较高的岩层，需要采用爆破开挖。当下部采用爆破开挖时，会对临时横撑造成破坏，危害结构安全。
11.本发明提出一种横撑滞后掌子面架设，采用临时喷射早强仰拱混凝土的开挖方法，既可以保证初期支护步步成环，又避免横撑因架设过早，被爆破开挖破坏情况。此外，横撑滞后还能解决上台阶出土问题，不需要在横撑上开出土孔。具体的：（1）横撑滞后架设，不仅有效解决了下台阶爆破开挖对横撑造成破坏的问题，而且解决了上台阶出土的问题。以往情况下临时横撑、格栅钢架和临时竖撑紧跟上台阶掌子面，架设后三者之间采用螺栓或者焊接连接固定，这样下台阶爆破开挖时，横撑底部的岩石在爆破的作用下会对顶部已经架设的临时横撑钢架进行冲击，轻则横撑变形，重则横撑与竖撑、横撑与格栅钢架之间的接头破坏脱落，造成上台阶初期支护失效。本发明中横撑滞后的范围采用早强混凝土临时代替，下台阶爆破开挖时，爆破破坏的是下台阶掌子面与滞后横撑之间的喷射混凝土，而被破坏的喷射混凝土拆除后就会在下台阶掌子面和临时横撑之间形成2~3m的孔洞，通过此孔洞就可以把上台阶开挖的土方运输到下台阶，再从下台阶运走，形成的孔洞可以作为上台阶开挖出土的通道，避免以往在临时横撑上间隔开洞采用小型车辆在横撑上运土的问题。
12.（2）上台阶仰拱喷射临时早强混凝土，代替临时横撑，实现了初期支护紧跟掌子面，步步成环，实现初期支护更好的受力。如果只架设临时竖撑和格栅钢架，受力体系不闭合，则临时竖撑和格栅钢架的底部不稳，变形较大，会踢脚破坏等。如果采用早强混凝土代替临时横撑，则早强混凝土、临时竖撑、格栅钢架形成闭合的三角形受力体系或者近似圆形受力体系，结构受力均匀，材料强度能充分发挥，结构更安全。
附图说明
13.为了更清楚、更详细、更具体的描述本发明的基本内容、基本特征和基本内涵，本文补充了相关图片说明。
14.图1为本发明的上软下硬地层爆破开挖crd法剖面示意图；图2为本发明的上软下硬地层爆破开挖crd法平面示意图；图3为图中a-a剖面图；图4为图中b-b剖面图；图5为图中c-c剖面图；图6为图中d-d剖面图；图7为图中e-e剖面图；图8为图中f-f剖面图；图1-8中标号为：1、第一格栅钢架，2、第二格栅钢架，3、第三格栅钢架，4、第四格栅钢架，5、第一临时横撑，6、临时竖撑，7、临时竖撑，8、第二临时横撑。
具体实施方式
15.下面将结合本技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申
请保护的范围。
16.除非另外定义，本技术实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语，意指出现该词前面的元器件或者物件涵盖出现在该词后面列举的部件或者物件及其等同，而不排除其他部件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于部件之间相对位置的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
17.为了使本发明的技术特征、结构组成、使用方法和技术效果清楚明了，下面结合说明附图，进一步阐述本发明的具体实施例。
18.本实施例是一种适用于上软下硬地层爆破开挖的crd工法，包括如下步骤：第一步，进行掌子面ⅰ开挖，开挖后立即架设第一格栅钢架1和临时竖撑6，及时喷射早强混凝土a。
19.第二步，进行掌子面ⅱ开挖，及时架设第二格栅钢架2和临时竖撑7，破除下台阶上部的早强混凝土a，上下台阶和滞后临时横撑形成一个竖向的通道，方便上台阶ⅰ的出土。
20.第三步，伴随着上台阶ⅰ和下台阶ⅱ的开挖，及时架设第一临时横撑5，第一临时横撑5距离掌子面ⅰ的距离不宜超过一倍开挖洞径，同时，第一临时横撑5距离掌子面ⅱ的距离控制在2~3m比较合适。
21.第四步，当掌子面ⅰ开挖大于15m，进行掌子面ⅲ开挖，及时架设第三格栅钢架3和喷射早强混凝土b，及时封闭成环。
22.第五步，下台阶ⅳ开挖，及时架设第四格栅钢架4，破除下台阶上部的早强混凝土b，上下台阶和滞后临时横撑形成一个竖向的通道，方便上台阶ⅲ的出土。
23.第六步，伴随着上台阶ⅲ和下台阶ⅳ的开挖，及时架设第二临时横撑8，第二临时横撑8距离掌子面ⅲ的距离不宜超过一倍开挖洞径，同时，第二临时横撑8距离掌子面ⅳ的距离控制在2~3m比较合适。
24.本实施还涉及适用于上述工法的支护结构，包括格栅钢架、临时竖撑、临时横撑和早强混凝土；临时竖撑和临时横撑支撑若干格栅钢架；左右导洞撑子面间距＞15m。
25.当四个掌子面均开挖后，采用喷射早强混凝土代替临时横撑，临时横撑滞后架设的方案，依次循环推进，直至隧道全部贯通。该方案不仅解决下台阶爆破开挖对临时横撑的影响，而且解决了上台阶出土的问题，提高施工效率，确保了工程的安全。
26.上述实例仅为本发明应用的个例，并不限制本发明使用的范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种适用于上软下硬地层爆破开挖的crd工法，其特征在于：包括如下步骤：左右导洞的临时横撑滞后上台阶掌子面架设，滞后距离不大于一倍隧道洞径；滞后的临时横撑，采用喷射早强混凝土代替；喷射的早强混凝土与上台阶的钢架和临时竖撑封闭成环，喷射的早强混凝土应紧跟上台阶掌子面；下台阶和上台阶采用微台阶法开挖，下台阶爆破开挖时破除下台阶掌子面和滞后横撑之间的喷射早强混凝土；上台阶挖出的土方需要经过下台阶掌子面与滞后横撑间的空隙运输到下台阶，再从下台阶运走，避免横撑上开孔卸土。2.根据权利要求1所述的工法，其特征在于：喷射早强混凝土的强度不低于c25。3.根据权利要求1所述的工法，其特征在于：下台阶掌子面与滞后的临时横撑距离2~3m。4.适用于权利要求1-3任一项所述工法的支护结构，其特征在于：包括若干格栅钢架、临时竖撑、临时横撑和早强混凝土；临时竖撑、临时横撑支撑若干格栅钢架；左右导洞撑子面间距＞15m。

技术总结
本发明公开一种适用于上软下硬地层爆破开挖的CRD工法和结构，包括架设格栅钢架、临时竖撑、临时横撑、喷射早强砼。左右导洞的临时横撑滞后上台阶掌子面架设，滞后距离不大于一倍隧道洞径；滞后的临时横撑，采用喷射早强混凝土代替；下台阶和上台阶采用微台阶法开挖，下台阶爆破开挖时破除下台阶掌子面和滞后横撑之间的喷射早强混凝土；上台阶挖出的土方需要经过下台阶掌子面与滞后横撑间的空隙运输到下台阶，再从下台阶运走，避免横撑上开孔卸土。本发明有效解决了上软下硬地层CRD法爆破开挖中横撑被破坏的问题，以及上台阶出土问题，确保了工程安全，加快了施工速度，缩短建设工期。缩短建设工期。缩短建设工期。


技术研发人员：杨陈相 孟小伟 郑天池 方鸿波 高骏 刘艳 陈歆 孙庆洁 鲁汉银 蒋强福 伏润航 王剑川 杨雪斌 刘鸿 景云萍
受保护的技术使用者：中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2022/3/8