《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》是中鐵第四勘察設計院集團有限公司於2013年11月6日申請的專利，該專利的公布號為CN103527204A，授權公布日為2014年1月22日，發明人是肖明清、鄧朝輝、陳建樺、李強、龔彥峰、魯志鵬、季大雪、胡志廣、李長福。
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》公開了一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，該發明先施工拱腳部位的導洞，再在導洞中施工豎向縱梁及導洞下方施工豎向邊樁，然後在超前支護保護下採用CRD工法分部開挖隧道。該發明適用於地質條件差、埋深淺、寬度大且對施工沉降要求嚴格的隧道，可以將拱部荷載及時傳遞至承載能力極高的縱梁及邊樁上，有效減少施工期沉降，施工安全性高，且初期支護結構整體性好，防水層能夠連續鋪設、整體澆築二次襯砌，防水效果好，質量有保障。
2020年7月14日，《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法
- 申請人：中鐵第四勘察設計院集團有限公司
- 申請日：2013年11月6日
- 申請號：2013105447055
- 公布號：CN103527204A
- 公布日：2014年1月22日
- 發明人：肖明清、鄧朝輝、陳建樺、李強、龔彥峰、魯志鵬、季大雪、胡志廣、李長福
- 地址：湖北省武漢市武昌楊園和平大道745號
- Int. Cl.：E21D9/00(2006.01)I、E21D11/00(2006.01)I
- 代理機構：武漢開元智慧財產權代理有限公司
- 代理人：黃行軍
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
在複雜環境、淺埋條件下大跨度隧道開挖方法較多，其中主要的施工方法為交叉中隔壁法（CRD，Center Cross Diaphragm）或樁梁拱法（PBA，Pile-Beam-Arc）。
如圖1所示，CRD工法是將較大斷面的隧道用中隔壁1.1，水平支撐1.2，分隔為若干小洞室，分部開挖小洞室且各自封閉成環直至整個斷面開挖完成，然後拆除中隔壁和水平支撐，澆築二次襯砌，完成隧道施工的方法。該方法將大斷面分割為小斷面施工，最終完成大斷面隧道的施工，可避免一次開挖斷面積多大從而對地層產生的擾動過大，有利於隧道結構穩定，但由於初期支護拱腳和牆腳均直接座落於地層上，在強大的地層豎向荷載作用下容易引起結構整體下沉和左右不均勻下沉，當下沉量過大時不僅難以控制地面沉降，也可能使結構產生破壞。此外，該工法的中隔壁、水平支撐與初期支護的連線質量難以保證，可能出現連線部位局部失穩進而導致整個結構破壞的風險。
如圖2所示，PBA工法，是利用先施工的小導洞2.1，豎向施工邊樁2.2、中柱2.3及設定在小導洞2.1內的縱梁2.4，然後分步開挖拱部、澆築兩側縱梁之間的拱部結構，在拱部結構、邊樁的保護下，開挖隧道其餘部分，再分層澆築內部結構直至完成整個隧道結構。
該工法主要套用於捷運車站施工，其借鑑了地下工程中常用的蓋挖施工方法的優點，在先施工的頂部結構保護下完成主洞施工，但在實際使用過程中存在以下問題：
①施工工序多，轉換節點多：結構的主要節點都是在狹小空間內施作，施工質量難以保證；
②中柱2.3上方的縱梁2.4與邊樁2.2上方的縱梁2.4通過分段的拱部結構連線，在節點位置處防水施工困難，此位置漏水較嚴重，施工質量難以保證；
③內部結構施工縫多，整體性差，防水效果差。
因此，需對2013年之前的技術進行改進。
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》的目的就是要解決上述背景技術的不足，提供一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，以解決背景技術中存在的問題。
技術方案
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》的技術方案為：一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，其特徵在於，它包括以下步驟：
1）、施工左導洞和右導洞；
2）、在左導洞的底部向下施工左邊樁，在右導洞的底部向下施工右邊樁；
3）、在左導洞內施工左縱梁，在右導洞內施工右縱梁；
4）、從左導洞右側開挖第一分部，並施工第一分部的第一拱部初期支護、第一中隔壁及第一水平支撐，第一水平支撐設定在左導洞和第一中隔壁之間；
5）、從右導洞左側開挖第二分部，並施工第二分部的第二拱部初期支護、及第二水平支撐，第二拱部初期支護與第一拱部初期支護構成隧道拱部初期支護，第二水平支撐設定在右導洞和第一中隔壁之間；
6）、從左邊樁右側、第一水平支撐下方開挖第三分部，並施工第三分部的第二中隔牆和第三水平支撐，第二中隔牆上端與第一中隔壁下端連線，第三水平支撐設定在左邊樁和第二中隔牆之間；
7）、從右邊樁左側、第二水平支撐下方開挖第四分部，並施工第四分部的第四水平支撐，第四水平支撐設定在右邊樁和第二中隔牆之間；
8）、按照步驟6、7向下開挖，直至隧道全部開挖完成；
9）、隧道開挖完成後，分段拆除中隔牆、隧道內的水平支撐及左導洞和右導洞侵入隧道範圍的結構；
10）、鋪設防水板，澆築二次襯砌，完成隧道結構施工。
在上述方案中：
所述左邊樁和右邊樁採用人工挖孔樁或鑽孔灌注樁進行施工。
所述左縱梁和右縱梁預留有與拱部初期支護、第一水平支撐和第二水平支撐相連線的預埋件。
所述第三水平支撐與左邊樁固定連線，所述第四水平支撐與左邊樁固定連線。
改善效果
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》適用於地質條件差、埋深淺、寬度大且對施工沉降要求嚴格的隧道，可以將拱部荷載及時傳遞至承載能力極高的縱梁及邊樁上，有效減少施工期沉降，施工安全性高，且初期支護結構整體性好，防水層能夠連續鋪設、整體澆築二次襯砌，防水效果好，質量有保障。
附圖說明
圖1是CRD工法示意圖；
圖2是PBA工法示意圖；
圖3是施工左導洞和右導洞示意圖；
圖4是施工左邊樁和右邊樁示意圖；
圖5是施工左縱梁和右縱梁示意圖；
圖6是施工第一分部示意圖；
圖7是施工第二分部示意圖；
圖8是施工第三分部示意圖；
圖9是施工第四分部示意圖；
圖10是隧道施工示意圖。
技術領域
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》涉及隧道施工技術領域，具體地指一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法。
權利要求
1.一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，其特徵在於，它包括以下步驟：
1）、施工左導洞（1）和右導洞（2）；
2）、在左導洞（1）的底部向下施工左邊樁（3），在右導洞（2）的底部向下施工右邊樁（4）；
3）、在左導洞（1）內施工左縱梁（5），在右導洞（2）內施工右縱梁（6）；
4）、從左導洞（1）右側開挖第一分部（7），並施工第一分部（7）的第一拱部初期支護（8）、第一中隔壁（9）及第一水平支撐（10），第一水平支撐（10）設定在左導洞（1）和第一中隔壁（9）之間；
5）、從右導洞（2）左側開挖第二分部（11），並施工第二分部（11）的第二拱部初期支護（12）、及第二水平支撐（13），第二拱部初期支護（12）與第一拱部初期支護（8）構成隧道拱部初期支護，第二水平支撐（13）設定在右導洞（2）和第一中隔壁（9）之間；
6）、從左邊樁（3）右側、第一水平支撐（10）下方開挖第三分部（14），並施工第三分部（14）的第二中隔牆（15）和第三水平支撐（16），第二中隔牆（15）上端與第一中隔壁（9）下端連線，第三水平支撐（16）設定在左邊樁（3）和第二中隔牆（15）之間；
7）、從右邊樁（4）左側、第二水平支撐（13）下方開挖第四分部（17），並施工第四分部（17）的第四水平支撐（18），第四水平支撐（18）設定在右邊樁（4）和第二中隔牆（15）之間；
8）、按照步驟6、7向下開挖，直至隧道全部開挖完成；
9）、隧道開挖完成後，分段拆除中隔牆、隧道內的水平支撐及左導洞（1）和右導洞（2）侵入隧道範圍的結構；
10）、鋪設防水板（19），澆築二次襯砌（20），完成隧道結構施工。
2.根據權利要求1所述的一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，其特徵在於：所述左邊樁（3）和右邊樁（4）採用人工挖孔樁或鑽孔灌注樁進行施工。
3.根據權利要求1所述的一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，其特徵在於：所述左縱梁（5）和右縱梁（6）預留有與拱部初期支護、第一水平支撐（10）、第二水平支撐（13）相連線的預埋件。
4.根據權利要求1所示的一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，其特徵在於：所述第三水平支撐（16）與左邊樁（3）固定連線，所述第四水平支撐（18）與左邊樁（4）固定連線。
實施方式
如圖1所示的CRD工法、圖2所示的PBA工法，已在背景技術中作了詳細說明，於此不再贅述。
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》所示的一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法，它包括以下步驟：
1）、利用周邊環境條件，施工左導洞1和右導洞2（如圖3所示），左導洞1和右導洞2的淨空尺寸在滿足左邊樁3、右邊樁4及左縱梁5、右縱梁6的施工要求下應儘量的小；
2）、在左導洞1的底部向下施工左邊樁3，在右導洞2的底部向下施工右邊樁4（如圖4所示），根據地質條件左邊樁3和右邊樁4採用人工挖孔樁或鑽孔灌注樁進行施工；
3）、在左導洞1內施工左縱梁5，在右導洞2內施工右縱梁6（如圖5所示），左縱梁5和右縱梁6預留有與拱部初期支護、第一水平支撐10、第二水平支撐13相連線的預埋件；
4）、從左導洞1右側開挖第一分部7，並施工第一分部7的第一拱部初期支護8、第一中隔壁9及第一水平支撐10，第一水平支撐10設定在左導洞1和第一中隔壁9之間（如圖6所示），第一拱部初期支護8、第一水平支撐10與左縱梁5內的預埋件連線牢固；
5）、從右導洞2左側開挖第二分部11，並施工第二分部11的第二拱部初期支護12、及第二水平支撐13（如圖7所示），第二拱部初期支護12與第一拱部初期支護8構成隧道拱部初期支護，隧道拱部初期支護可根據結構受力要求設定型鋼拱架或格柵拱架；第二水平支撐13設定在右導洞2和第一中隔壁9之間，第二拱部初期支護12與右縱梁6內的預埋件連線牢固；
6）、從左邊樁3右側、第一水平支撐10下方開挖第三分部14，並施工第三分部14的第二中隔牆15和第三水平支撐16，第二中隔牆15上端與第一中隔壁9下端連線，第三水平支撐16設定在左邊樁3和第二中隔牆15之間（如圖8所示），第三水平支撐16與左邊樁3連線牢固；
7）、從右邊樁4左側、第二水平支撐13下方開挖第四分部17，並施工第四分部17的第四水平支撐18，第四水平支撐18設定在右邊樁4和第二中隔牆15之間（如圖9所示），第四水平支撐18與左邊樁4連線牢固。
8）、按照步驟6、7向下開挖，直至隧道全部開挖完成；
9）、隧道開挖完成後，分段拆除中隔牆、隧道內的水平支撐及左導洞1和右導洞2侵入隧道範圍的結構；
10）、鋪設防水板19，澆築二次襯砌20，完成隧道結構施工（如圖10所示）。
《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》針對CRD工法與PBA工法的缺點，提出採用先牆後拱交叉中隔壁法（簡稱PBCRD工法，Pile-Beam-Center Cross Diaphragm），以解決2013年之前的技術中存在的問題。該發明中，先施工拱腳部位的導洞，再在導洞中施工豎向縱梁及導洞下方施工豎向邊樁，然後在超前支護保護下採用CRD工法分部開挖隧道，形成帶有中隔壁和臨時水平支撐的隧道初期支護，豎向縱梁及豎向邊樁作為隧道初期支護的邊牆，水平縱梁作為樁牆的冠梁，頂部初期支護支撐於縱樑上，水平臨時支撐與縱梁（或樁牆）連線，可以將拱部地層壓力傳遞至縱梁及邊樁上，進而通縱梁及邊樁傳遞至深部地層中，從而避免拱頂結構因其拱腳位置沉降過大而造成的結構變形過大。在隧道開挖完成後，分段拆除中隔壁及水平支撐，沿隧道四周連續鋪設防水層，整體澆築二次襯砌。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種先牆後拱交叉中隔壁的隧道施工方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
