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1、10申请公布号CN103982191A43申请公布日20140813CN103982191A21申请号201410247119922申请日20140605E21D9/0420060171申请人凌贤长地址150090黑龙江省哈尔滨市海河路202号哈尔滨工业大学二校区2647信箱72发明人凌贤长唐亮陈宏伟熊钦武张红卫张锋罗军耿琳王子玉54发明名称预留土柱上下分步左右同步开挖工法57摘要本发明属于隧道工程和地下工程技术领域，提供的是一种有效用于膨胀性较大的强风化与全风化膨胀岩、膨胀土与自稳定性较差的砂砾石散土场地浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道施工的方法。这种方法考虑了土拱的支撑效应，隧道开挖过程中。
2、在围岩中形成土拱，并利用临时支撑与永久支撑的反拱支撑作用，通过变大断面开挖为小断面分步开挖，完成整个大断面隧道的开挖。它给出了简化而便于工程应用的有效方法，可以采用隧道预留土柱，上下分步且左右同步开挖的方式，解决浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道施工安全隐患，并避免不必要的经济浪费。51INTCL权利要求书1页说明书2页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图1页10申请公布号CN103982191ACN103982191A1/1页21一种预留土柱上下分步左右同步开挖工法，考虑土拱的形成条件，利用土拱的承载力支撑效应，其特征在于先计算预留土柱各部的宽度。
3、、预留土核环形开挖工法中土核的断面积、每一开挖工序沿隧道轴向掘进的长度、工字钢永久支撑和工字钢临时支撑要求的尺寸与承载力；接着进行人工暗挖与支挡施工，两侧采用“预留土柱环形开挖工法”进行开挖施工；开挖施工全程对关键部位做施工监测。2根据权利要求1所述的预留土柱上下分步左右同步开挖工法，其特征在于以开挖施工中围岩能够形成自然土拱为计算的基准，计算预留土柱的上部、中部、下部的宽度。3根据权利要求1所述的预留土柱上下分步左右同步开挖工法，其特征在于以土核能够稳妥支撑开挖面挤出变形为计算的基准，计算预留土核环形开挖工法中土核的断面积；以确保在开挖与支挡之间的间隔时间内围岩不发生过大的挤出变形为计算的基。
4、准，确定每一开挖工序沿隧道轴向掘进的长度。权利要求书CN103982191A1/2页3预留土柱上下分步左右同步开挖工法技术领域0001本发明涉及隧道工程领域、地铁工程领域，是一种有效用于膨胀性较大的强风化膨胀岩、全风化膨胀岩、膨胀土与自稳定性较差的砂砾石散土场地浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道开挖的施工工法。技术背景0002当今，随着世界各国高速铁路、快速客运专线、重载铁路、高速公路、城市地铁等重大基础设施建设快速发展，越来越多遇到膨胀性较大的强风化膨胀岩、全风化膨胀岩、膨胀土与自稳定性较差的砂砾石散土场地条件，而在这种复杂场地进行浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道人工暗挖施工，支挡难度大、问题。
5、多，特别是往往出现支挡破坏、失效等严重问题，导致频繁发生围岩挤出、拱起、塌方、冒顶等现象，不仅显著影响施工进度、额外增加工程费用，而且还可能诱发安全施工。近年，在我国高速铁路、快速客运专线、城市地铁等隧道工程施工中，经常发生上述工程问题或事故，导致一系列较大的生命、生产、财产损失与既有建筑破坏。然而，国内外一直缺乏可靠的技术手段，有效解决以上复杂场地条件下浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道人工暗挖施工的工程难题。发明内容0003本发明给出了浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道人工暗挖施工的一种的预留土柱上下分步左右同步开挖工法。针对膨胀性较大的强风化膨胀岩、全风化膨胀岩、膨胀土与自稳定性较差的砂砾石。
6、散土复杂场地条件，考虑土拱的形成条件，利用土拱的支撑效应，通过变大断面开挖为小断面分步开挖，在开挖施工中围岩形成土拱。进而，利用临时支撑与永久支撑的反拱支撑作用，避免开挖顶部塌方、侧壁与底部膨胀挤出。通过变大跨度施工为小跨度施工，通过对小跨度连续使用，最终扩展成大跨度。0004本发明方法包括三方面内容，如下00051根据场地条件、围岩性能、隧道埋深和隧道断面等，以在开挖施工中围岩能够形成自然土拱为准，并满足铁路隧道工程施工安全技术规程TB103042009的基本要求，计算出最小的预留土柱上部、中部、下部的宽度，见图1。00062图1所示施工工序、形成预留的环形土核断面积见图2中所示，以土核能够。
7、稳妥支撑开挖面挤出变形为计算的基准，同时满足铁路隧道工程施工安全技术规程TB103042009的基本要求，得到开挖中土核的最小断面积。00073针对每一开挖工序，见图1中工序、，以确保在开挖与支挡的间隔时间内围岩变形不超过容许变形为准，容许变形由铁路隧道工程施工安全技术规程TB103042009直接确定，计算出沿隧道轴向掘进的最长距离。00084进行工字钢永久支撑、工字钢临时支撑的施工，满足铁路隧道工程施工安全技术规程TB103042009的基本要求，进而按照图1中圆圈数字所示的工序，进行人工暗挖与支挡施工，其中工序、依据图2采用预留土柱环形开挖工法进行开挖施工。说明书CN103982191A。
8、2/2页400095在开挖施工全程中，依据铁路隧道工程施工安全技术规程TB103042009的要求，对关键部位做施工监测，监测内容包括围岩的变形、土压力与支挡结构的应力、变形、变位，确保安全顺利施工。0010本发明具有以下有益效果0011针对膨胀性较大的强风化膨胀岩、全风化膨胀岩、膨胀土与自稳定性较差的砂砾石散土复杂场地条件，为了保证浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道人工暗挖的安全顺利施工，利用预留土柱的临时支撑作用，避免开挖顶部塌方，同时，应用临时支撑与永久支撑的反拱支撑作用，避免开挖顶部塌方、侧壁与底部膨胀挤出。此外，变大跨度施工为小跨度施工，通过对小跨度连续使用，最终扩展成整跨度隧道施工。。
9、提出的一种有效用于浅埋或超浅埋大断面、特大断面隧道的预留土柱上下分步左右同步开挖工法，有效地指导复杂场地条件下隧道施工设计，并进行工法优化和施工方案合理确定，保证预留土柱上下分步左右同步开挖工法的科学性与合理性。附图说明0012图1是本发明中涉及到的预留土柱上下分步左右同步开挖工法的设计型式与施工流程。0013图2是本发明中涉及到的预留土核环形开挖方法。具体实施方式0014发明还给出了隧道预留土柱上下分步左右同步开挖方法的实施步骤，如下。00151根据场地条件、围岩性能、隧道埋深、隧道断面等，得到预留土柱的上部、中部、下部的最小宽度。00162确定出预留环形土核的最小断面积。00173计算出沿隧道轴向掘进的最大长度。00184进行工字钢永久支撑、工字钢临时支撑承载力验算与设计。00195依据图1工序，进行预留土柱环形隧道开挖施工。说明书CN103982191A1/1页5图1图2说明书附图CN103982191A。