技术领域
[0001] 本
发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法。
背景技术
[0002] 近年来，正在修建及规划的
铁路隧道、公路隧道、城市地铁等地下工程中，软岩隧道(也称软弱围岩隧道)占有很高的比例，而且隧道的长度和跨度也越来越大，大量隧道还处于特殊地质中，如具有大孔隙结构的黄土、富水的全强
风化
花岗岩、富水断层破碎带、碎屑流
地层、砂卵石地层及松散的堆积体等。在这些地层中修建大断面、大跨隧道极为困难，施工中常常出现塌方现象。其中，断层破碎带是指断层两盘相对运动，相互
挤压，使附近的
岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，简称
断裂带。穿越断层破碎带的软弱围岩隧道施工难度非常大，尤其是当所处地层为富水地层时，所穿越的断层破碎带为富水断层带，岩体破碎为
地下水的赋存与富集提供了更有利条件，极易出现隧道泥石流、碎屑流、滑坡等突涌现象，给隧道工程带来了极强的破坏，施工难度非常大。其中，碎屑流是一种有塑性流变性质和
层流流动状态的
沉积物重
力流，其沉积物的
支撑机制主要是由其塑性流变的性质所决定，与其所具有的
屈服强度直接相关。因而，当隧道穿越断层内富含地下水时，岩体多为碎屑岩，此时隧道所处地层为碎屑流地层，在高水压作用下，掌子面极易突发涌水(也称为突水)、涌泥(也称为突泥)等地质灾害，施工风险高，施工难度大且施工进度慢。其中，突水是指在隧道内突然发生且来势凶猛的涌水现象，突泥是指在隧道内突然发生且来势凶猛的涌泥现象。
[0003] 另外，对穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道进行开挖时，需采用台阶法进行开挖。台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶，也称隧道上洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。采用台阶法对穿越地层破碎带的富水软弱围岩隧道进行开挖时，由于开挖断面分
块较多，施工难度大且施工风险高，尤其是当隧道开挖断面较大时，开挖难度非常大，在开挖过程中容易引起拱顶大面积下沉，具有开挖后拱顶
变形速率快，短时间内下沉量过大、边墙片帮、拱架扭曲变形侵限，严重情况下导致隧洞垮塌等特点，此种情况下，若采用常规的支护体系，很控制变形，并且施工时间长，围岩长期暴露，容易造成围岩大面积侵限、喷射
混凝土剥落掉块、
钢架扭曲变形等情形，进一步增加坍塌风险，安全
质量无法保证得同时，也严重制约工期。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述
现有技术中的不足，提供一种穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，先采用自钻式管棚对上洞体进行超前支护，能对隧道拱墙进行有效支护；开挖之前先进行超前地质预报并根据超前地质预报结果判断是否进行掌子面前方岩层超前加固，确保隧道开挖施工过程安全、可靠；并且，采用两台阶法进行开挖，能有效提高隧道施工效率，缩短隧道支护结构封闭时间，确保隧道结构稳固性。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征在于：所施工隧道的隧道洞横断面积大于100m2，所述隧道洞分为上洞体和位于上洞体正下方的下洞体；所述隧道洞的开挖高度大于10m，所述上洞体的开挖高度为6.5m～8m，所述下洞体的开挖高度为3.5m～4.5m；所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级；
[0006] 所施工隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段，每个所述隧道节段的长度为28m～32m；
[0007] 对所施工隧道进行施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工隧道中的多个所述隧道节段分别进行施工，多个所述隧道节段的施工方法均相同；对所施工隧道中的任一个所述隧道节段进行施工时，包括以下步骤：
[0008] 步骤一、管棚超前支护：对当前所施工隧道节段的超前管棚支护结构进行施工；
[0009] 所述超前管棚支护结构为对当前所施工隧道节段进行超前支护的超前支护结构；所述超前管棚支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度为l，其中l＝b+c；b为当前所施工隧道节段的长度，b的取值范围为28m～34m；c为管棚前段支撑长度， θ为当前
所施工隧道节段的围岩岩体的内摩擦
角，h为上洞体的开挖高度；
[0010] 所述超前管棚支护结构为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至当前所施工隧道节段掌子面前方岩层内的管棚管，多根所述管棚管沿所述上洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设，所述管棚管的
外倾角为3°；每个所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管呈均匀布设，相邻两根所述管棚管后端之间的环向间距为400mm～800mm，所述管棚管的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；
[0011] 每根所述管棚管均为自钻式管棚管，所述自钻式管棚管包括平直管体和安装在所述平直管体前端的
钻头，所述钻头上沿圆周方向开有多个注浆孔，所述平直管体由多个由前向后布设于同一直线上的管段拼装而成，每个所述管段均为外壁上由前至后均设置有外
螺纹的螺纹钢管；多个所述管段的横截面结构和尺寸均相同，相邻两个所述管段之间均通过一个
螺纹连接套进行紧固连接；
[0012] 步骤二、超前地质预报：步骤一中进行管棚超前支护过程中，采用超前地质预报系统对当前所施工隧道节段进行超前地质预报，并根据超前地质预报结果，判断当前所施工隧道节段掌子面前方是否存在碎屑流地层：当判断得出所述掌子面前方存在碎屑流地层时，进入步骤三；否则，进入步骤四；
[0013] 步骤三、掌子面前方岩层超前加固，过程如下：
[0014] 步骤B1、掌子面封堵：对掌子面封堵结构进行施工，并通过所述掌子面封堵结构对当前所施工隧道节段的掌子面进行封堵；
[0015] 所述掌子面封堵结构包括对上洞体的开挖面进行封堵的止浆墙和对下洞体的开挖面进行封堵的下部封堵层，所述下部封堵层位于下洞体的开挖面后方，所述下部封堵层为位于止浆墙下方的未开挖岩层或由对所施工隧道进行开挖过程中产生的渣石回填形成的回填层，所述下部封堵层的上表面为水平面且其上表面与所述上洞体的底面呈水平布设；所述止浆墙呈竖直向布设的混凝土墙且其厚度为1.8m～2.5m，所述止浆墙且其横截面形状与上洞体的横截面形状相同，所述止浆墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体，所述上部墙体的中部高度为h1，其中h1的取值范围为4.5m～5.5m；所述下部墙体后侧设置有上部回填层，所述上部回填层为由对所施工隧道进行开挖过程中产生的渣石回填形成的回填层，所述上部回填层的上表面为水平面；所述下部封堵层和上部回填层组成下部封堵结构，所述下部封堵结构的后端面为待封堵面，所述待封堵面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；所述待封堵面上设置有一层后部封堵层，所述后部封堵层为向所述待封堵面上喷射一层混凝土后形成的混凝土喷射层；所述上部回填层上部平铺有一层上部封堵层，所述上部封堵层呈水平布设且其上表面与所述下部墙体的上表面相平齐，所述上部封堵层为由一层浇筑于上部回填层上混凝土形成的混凝土层；所述上部封堵层后部与后部封堵层上部连接且二者组成对所述下部封堵结构进行封堵的外部封堵层；
[0016] 步骤B2、超前泄水：对地下水排水结构进行施工，并通过所述地下水排水结构将当前所施工隧道节段掌子面前方岩层内的地下水排出；
[0017] 所述地下水排水结构包括多根由前向后将所施工隧道掌子面前方岩层内的地下水排出的
排水管，所述排水管的后端伸出至后部封堵层后方，所述排水管的前端经下部封堵层后伸入至下部封堵层前方的碎屑流地层内；所述下部封堵层前方的岩层、后部封堵层和下部封堵层内均开有供排水管安装的排水孔；
[0018] 步骤B3、洞周超前加固：对洞周超前加固结构进行施工，并通过所述洞周超前加固结构对当前所施工隧道节段的掌子面前方岩层进行加固；
[0019] 所述洞周超前加固结构为通过四组注浆孔对所施工隧道掌子面前方岩层进行加固后形成的帷幕注浆加固结构，每组所述注浆孔均包括多个帷幕注浆孔，每个所述帷幕注浆孔均为经所述上部墙体由后向前钻进至岩层内的注浆孔；
[0020] 四组所述注浆孔分别为A组注浆孔、B组注浆孔、C组注浆孔和D组注浆孔，A组注浆孔、B组注浆孔和C组注浆孔中所有帷幕注浆孔的前端均布设于同一隧道横断面上，A组注浆孔、B组注浆孔和C组注浆孔中各帷幕注浆孔前端所处的隧道横断面为注浆前断面；所述注浆前断面位于当前所施工隧道节段前方，当前所施工隧道节段前端与所述注浆前断面之间的间距为0.5m～2m；
[0021] 所述注浆前断面上A组注浆孔中的所有帷幕注浆孔注浆完成后形成外侧注浆加固结构，所述注浆前断面上B组注浆孔中的所有帷幕注浆孔注浆完成后形成中间注浆加固结构，所述注浆前断面上C组注浆孔中的所有帷幕注浆孔注浆完成后形成内侧注浆加固结构；所述外侧注浆加固结构和所述内侧注浆加固结构均为对所施工隧道的周侧围岩进行整体加固的拱形加固结构，所述外侧注浆加固结构和所述中间注浆加固结构连接为一体且二者的横截面形状均与所施工隧道的拱墙横截面形状相同；所述外侧注浆加固结构位于所施工隧道的拱墙开挖轮廓线外侧，所述外侧注浆加固结构的拱顶与所施工隧道拱顶之间的间距为K3，K3的取值范围为4.5m～5.5m；所述内侧注浆加固结构为对上洞体所处区域的岩层进行整体加固的加固结构，所述内侧注浆加固结构与所述中间注浆加固结构连接为一体；
[0022] 所述D组注浆孔中所有帷幕注浆孔的前端均布设于同一隧道横断面上，D组注浆孔中各帷幕注浆孔前端所处的隧道横断面为注浆中部断面，所述注浆中部断面与止浆墙后端面之间的水平间距为K2，K2的取值范围为16m～18m；
[0023] 所述注浆中部断面上D组注浆孔中的所有帷幕注浆孔注浆完成后形成中部注浆加固结构，所述中部注浆加固结构为对所施工隧道的周侧围岩进行整体加固的拱形加固结构，所述中部注浆加固结构的横截面形状与所施工隧道的拱墙横截面形状相同；所述中部注浆加固结构位于所施工隧道的拱墙开挖轮廓线外侧，所述中部注浆加固结构的拱顶与所施工隧道拱顶之间的间距为K2；
[0024] 步骤四、隧道开挖及初期支护施工：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段进行开挖，开挖过程中同步对开挖成型的所述隧道洞进行初期支护，并获得施工成型的所述隧道初期支护结构；
[0025] 步骤五、隧道二次衬砌施工：步骤四中对当前所施工隧道节段进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的隧道二次衬砌进行施工，并使隧道二次衬砌位于已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧。
[0026] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：步骤四中所述隧道初期支护结构的内壁上设置有防水层，所述隧道二次衬砌位于防水层内侧；
[0027] 步骤五中进行隧道二次衬砌施工之前，先沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工成型的所述隧道初期支护结构内侧施工防水层；
[0028] 由后向前对防水层进行施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道二次衬砌进行施工；
[0029] 步骤四中所述隧道初期支护结构和步骤五中所述隧道二次衬砌均为对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌为
钢筋混凝土衬砌。
[0030] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：步骤一中每根所述管棚管均安装于一个管棚安装孔内，所述超前管棚支护结构中的一个或多个所述管棚安装孔为采用岩层钻孔探测仪进行探测的探孔；
[0031] 步骤二中进行超前地质预报时，所述超前地质预报结果包括采用超前地质预报系统对当前所施工隧道节段进行超前地质预报后获得的超前地质预报结果和采用所述岩层钻孔探测仪对所述探孔进行探测后获得的探测结果。
[0032] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：所述隧道初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系；所述全断面支撑结构和所述锚固体系均沿隧道纵向延伸方向布设；
[0033] 所述全断面支撑结构包括多榀对所施工隧道进行全断面支护的型钢拱架和多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的拱架连接结构，多榀所述型钢拱架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，多榀所述型钢拱架呈均匀布设，每榀所述型钢拱架均位于所施工隧道的一个隧道横断面上；
[0034] 每榀所述型钢拱架的形状均与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述型钢拱架均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱
支架，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于上洞体内的上部钢拱架和两个对称布设于上部钢拱架左右两侧底部下方的侧部支架，两个所述侧部支架均位于下洞体内；所述上部钢拱架的中部底面上设置有一个用于连接竖向临时支撑柱的水平连接板；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架、侧部支架和隧道仰拱支架均位于同一隧道横断面上；
[0035] 多个所述拱架连接结构的结构均相同，前后相邻两榀所述型钢拱架之间均通过一个所述拱架连接结构进行紧固连接；每个所述拱架连接结构均包括多道连接于前后相邻两榀所述拱墙钢拱架之间的纵向连接件，多道所述纵向连接件沿所施工隧道的拱墙开挖轮廓线布设于同一隧道断面上；每道所述纵向连接件均为一道呈水平布设的型钢，每道所述纵向连接件均沿隧道纵向延伸方向进行布设；相邻两个所述拱架连接结构中的纵向连接件呈交错布设；
[0036] 所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固结构，每榀所述上部钢拱架外侧均设置有一个所述锚固结构，每榀所述上部钢拱架均与其外侧所设置的锚固结构布设于同一隧道横断面上；每个所述锚固结构均布设于一榀所述上部钢拱架外侧，每个所述锚固结构均包括左右两个对称布设的锚固组，两个所述锚固组分别布设于一榀所述上部钢拱架的下部左右两侧；每个所述锚固组均包括一个下
锁脚锚管和多个由上至下布设的上锁脚锚杆，多个所述上锁脚锚杆均位于下锁脚锚管正上方且其均布设于同一竖直面上，所述上锁脚锚杆和下锁脚锚管均由内至外进入所述隧道洞外侧的岩层内且二者均由内向外逐渐向下倾斜；多个所述上锁脚锚杆均呈平行布设且其与水平面之间的夹角为A1，A1的取值范围为25°～35°；所述下锁脚锚管与水平面之间的夹角为A2，A2的取值范围为38°～45°；所述下锁脚锚管为中空自进式锚杆且其为注浆锚杆，所述下锁脚锚管的长度不小于
4m；所述上锁脚锚杆为中空注浆锚杆，多个所述上锁脚锚杆的长度均相同且其长度均不小于3m；所述上锁脚锚杆和下锁脚锚管的内端均固定于位于其内侧的上部钢拱架上。
[0037] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：步骤二进行超前地质预报时，当判断得出所述掌子面前方存在碎屑流地层时，判断为当前所施工隧道节段为超前加固节段；否则，判断为当前所施工隧道节段为直接开挖节段；
[0038] 步骤四中进行隧道开挖及初期支护施工时，当所述当前所施工隧道节段为所述直接开挖节段时，所述上洞体分为预留核心土区域洞体和位于预留核心土区域洞体外侧的上部周侧洞体，所述下洞体分为左右两个下部洞体，所述下洞体中的一个所述下部洞体为先开挖洞体，另一个所述下部洞体为后开挖洞体；
[0039] 对所述直接开挖节段进行隧道开挖及初期支护施工时，过程如下：
[0040] 步骤A1、上部周侧洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的上部周侧洞体进行开挖；
[0041] 所述上部周侧洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的上部周侧洞体进行初期支护；
[0042] 对上部周侧洞体进行初期支护时，由后向前在开挖成型的上部周侧洞体内安装上部钢拱架，并在每榀所述上部钢拱架的中部正下方分别安装一个所述竖向临时支撑柱，并使所述竖向临时支撑柱底部支撑于上部周侧洞体的内侧底部，且将每榀所安装的上部钢拱架均通过多个纵向连接件与位于其后侧的一榀所述上部钢拱架紧固连接；同时，由后向前在已安装完成的每榀所述上部钢拱架的下部左右两侧分别施工一个所述锚固组；
[0043] 本步骤中，所述上部周侧洞体的开挖面为竖直面；
[0044] 步骤A2、预留核心土区域洞体开挖及初期支护：步骤A1中对上部周侧洞体进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的预留核心土区域洞体进行开挖，获得开挖成型的上洞体；
[0045] 所述预留核心土区域洞体开挖过程中，由后向前对预留核心土区域洞体开挖完成后处于悬空状态的竖向临时支撑柱进行拆除；
[0046] 本步骤中，所述预留核心土区域洞体的开挖面位于上部周侧洞体的开挖面后方，且预留核心土区域洞体的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；
[0047] 步骤A3、先开挖洞体开挖及初期支护：步骤A2中对预留核心土区域洞体进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的所述先开挖洞体进行开挖；
[0048] 所述先开挖洞体开挖过程中，由后向前对所述先开挖洞体进行初期支护；对所述先开挖洞体进行初期支护时，由后向前在开挖成型的所述先开挖洞体内安装侧部支架，并将每个所安装的侧部支架均通过多个纵向连接件与位于其正后方的一个侧部支架紧固连接；
[0049] 本步骤中，所述先开挖洞体的开挖面位于预留核心土区域洞体的开挖面后方，且所述先开挖洞体的开挖面为竖直面；
[0050] 步骤A4、后开挖洞体开挖及初期支护：步骤A3中对所述先开挖洞体进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的所述后开挖洞体进行开挖，获得开挖成型的下洞体；
[0051] 所述后开挖洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的下洞体进行初期支护；对下洞体进行初期支护时，由后向前在开挖成型的所述后开挖洞体内安装侧部支架，并将每个所安装的侧部支架均通过多个纵向连接件与位于其正后方的一个侧部支架紧固连接；同时，由后向前在开挖成型的下洞体底部安装隧道仰拱支架并使所安装隧道仰拱支架与下洞体左右两侧所安装的侧部支架紧固连接为一体；
[0052] 本步骤中，所述后开挖洞体的开挖面位于所述先开挖洞体的开挖面后方，且所述后开挖洞体的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；
[0053] 步骤四中进行隧道开挖及初期支护施工时，当所述当前所施工隧道节段为所述超前加固节段时，隧道开挖及初期支护施工过程如下：
[0054] 步骤C1、上洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的上洞体进行全断面开挖；
[0055] 所述上洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的上洞体进行初期支护；
[0056] 对上洞体进行初期支护时，由后向前在开挖成型的上洞体内安装上部钢拱架，将每榀所安装的上部钢拱架均通过多个纵向连接件与位于其后侧的一榀所述上部钢拱架紧固连接；同时，由后向前在已安装完成的每榀所述上部钢拱架的下部左右两侧分别施工一个所述锚固组；
[0057] 步骤C2、下洞体开挖及初期支护：步骤C1中对上洞体进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段的下洞体进行全断面开挖；
[0058] 所述下洞体开挖过程中，由后向前对下洞体进行初期支护；对下洞体进行初期支护时，由后向前在开挖成型的下洞体内部左侧两侧分别安装侧部支架，并将每个所安装的侧部支架均通过多个纵向连接件与位于其正后方的一个侧部支架紧固连接；同时，由后向前在开挖成型的下洞体底部安装隧道仰拱支架并使所安装隧道仰拱支架与下洞体左右两侧所安装的侧部支架紧固连接为一体；
[0059] 本步骤中，所述下洞体的开挖面位于上洞体的开挖面后方，下洞体和上洞体的开挖面均为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面且二者之间的间距不大于5m。
[0060] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：步骤B3中进行洞周超前加固时，还需采用左右两个拱脚超前管棚支护结构对上洞体的拱脚外侧岩层进行加固；
[0061] 两个所述拱脚超前管棚支护结构呈对称布设；
[0062] 每个所述拱脚超前管棚支护结构均为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至止浆墙前方岩层内的拱脚管棚管，多根所述拱脚管棚管沿上洞体的拱脚开挖轮廓线由上至下进行布设，所述拱脚管棚管的外倾角为3°～5°；每个所述拱脚超前管棚支护结构中多根所述拱脚管棚管呈均匀布设，相邻两根所述拱脚管棚管后端之间的环向间距为55cm～65cmmm，所述拱脚管棚管的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；所述拱脚管棚管沿隧道纵向延伸方向的长度为6m～9m。
[0063] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：步骤一中所述超前管棚支护结构所布设的区域为超前支护区，所述超前支护区位于所述锚固体系上方。
[0064] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：步骤一中对所述超前管棚支护结构进行施工时，对所述超前管棚支护结构中的多根所述管棚管分别进行施工，并且由拱顶向左右两侧对多根所述管棚管进行对称施工；
[0065] 所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管的施工方法均相同；对任一根所述管棚管进行施工时，采用钻机对该管棚管进行钻进施工，钻进过程中采用注浆设备且通过该管棚管同步进行注浆；
[0066] 待所述超前管棚支护结构中所有管棚管均施工完成后，采用注浆设备对通过各管棚管分别进行二次注浆，待所有管棚管均完成二次注浆后，完成所述超前管棚支护结构的施工过程；
[0067] 钻进过程中通过该管棚管同步进行注浆时和通过该管棚管进行二次注浆时，所注
浆液为
水泥浆。
[0068] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：前后相邻两榀所述型钢拱架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.6m～1.2m；
[0069] 步骤A2中所述预留核心土区域洞体的开挖面顶部与上部周侧洞体的开挖面之间的水平间距为2L～4L，步骤A3中所述先开挖洞体的开挖面与预留核心土区域洞体的开挖面底部位于同一竖直面上，步骤A4中所述后开挖洞体的开挖面顶部与所述先开挖洞体的开挖面之间的水平间距为2L～4L。
[0070] 上述穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征是：所述隧道初期支护结构还包括对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构和对所述隧道洞底部进行初期支护的仰拱初期支护结构，所述仰拱初期支护结构位于所述拱墙初期支护结构的正下方；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于所述隧道洞底部的仰拱混凝土喷射层，所述隧道仰拱支架固定于仰拱混凝土喷射层内；
[0071] 所述拱墙初期支护结构包括挂装在所述隧道洞拱墙上的拱墙
钢筋网片和一层喷射于所述隧道洞拱墙上的拱墙混凝土喷射层，所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上，所述拱墙钢筋网片、所述拱墙钢拱架和水平连接板均固定于拱墙混凝土喷射层内；所述拱墙混凝土喷射层与位于其下方的仰拱混凝土喷射层连接为一体；
[0072] 所述拱墙初期支护结构还包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚杆组，每个所述锚杆组均布设在一榀所述型钢拱架外侧，每个所述锚杆组均与位于其内侧的所述型钢拱架布设于同一隧道横断面上；每个所述锚杆组均包括多个对所述隧道洞的拱墙进行支护的注浆锚杆，多个所述注浆锚杆沿所述隧道洞的拱墙开挖轮廓线进行布设；前后相邻两个所述锚杆组的注浆锚杆呈交错布设；每个所述注浆锚杆均由内至外进入所述隧道洞外侧的岩层内，每个所述注浆锚杆的内端均固定在位于其内侧的所述型钢拱架上。
[0073] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0074] 1、方法步骤简单、设计合理且施工简便，投入的施工成本较低。
[0075] 2、开挖之前先进行超前地质预报，并根据超前地质预报结果确定是否进行掌子面前方岩层超前加固，确保穿越碎屑流地层隧道的施工安全。并且，所采用的掌子面前方岩层超前加固方法简单、设计合理且加固效果好，首先通过掌子面封堵结构对掌子面进行有效封堵，确保施工安全，避免发生突水、突泥；并且，通过洞周超前加固结构对掌子面前方岩层进行帷幕注浆加固，洞周超前加固结构仅从上洞体的上部掌子面上进行帷幕注浆，能有效减小帷幕注浆施工量，提高施工效率，并能确保帷幕注浆效果；采用洞周超前加固结构对掌子面前方岩层进行帷幕注浆加固的同时，采用位于下洞体的地下水排水结构对所施工隧道掌子面前方岩层内的地下水进行及时排出，不仅排水简便，并且通过排水过程对掌子面前方岩层进行加固，使下洞体前方岩层通过排水得到有效加固，确保隧道结构稳固，降低施工风险。因而，能有效控制碎屑流地层隧道的稳定性，安全系数高，且施工难度较小，施工工期短，尤其适用于碎屑流分布面积非隧道全断面但分布面积占隧道横断面面积50％以上且纵向长度小于5米的隧道施工过程。
[0076] 3、所采用的隧道超前支护结构设计合理、施工简便且施工效率高，每个管棚超前支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度为30m左右，能有效加快断层破碎带地层的隧道超前支护施工进度，节约施工工期，并降低施工成本。
[0077] 4、管棚超前支护结构对上洞体150°范围内进行稳固支护，能有效提高隧道结构稳固；并且，管棚超前支护结构为自钻式管棚，对周侧围岩扰动小，并且超前支护效果好，由于对断层破碎带地层隧道施工中，管棚超前支护的作用在于加固围岩，避免岩块冒落，保证隧道稳定和施工安全；同时，限制围岩进一步松动，防止围岩过度变形和顶板过度下沉，为后期二次支护施工创造有利条件，采用所述自钻式管棚对富水软弱围岩隧道进行超前加固后，具有以下优点：第一、自钻式管棚能有效改善围岩自身岩体性质，实现软岩塑性变形与蠕变变形的减小；自进式管棚作为一种集注浆、钻进、支护为一体的长管棚，利用充分注浆，使掌子面前方塑性松动圈内围岩形成有效胶结，进而围岩性质得到改变，隧道开挖后围岩的塑性变形与蠕变变形减小；第二、自钻式管棚能有效改良塑性松动圈围岩性质，形成共同承载体系；由于自进式管棚在钻进过程中同步注浆，因此注浆
覆盖范围更好，浆液使管棚体、松动圈围岩充分胶结，加固整个塑性区的围岩强度，有效提高了塑形松动圈围岩的自承载能力，并在一定程度上实现变形沉降的控制；第三、自钻式管棚利用棚架体系高
刚度、高强度特性，在预支护阶段实现掌子面前方围岩预收敛变形的有效控制，且通过注浆实现初期支护、管棚体与围岩的有效胶结并形成整体棚架体系，进而有效控制了隧道掌子面前方围岩的预收敛变形。
[0078] 5、所采用的型钢拱架结构设计合理、加工及支设简便且使用效果好，每榀拱墙钢拱架的中部正下方均设置有一个竖向临时支撑柱，在隧道拱墙初期支护结构施工完成前对隧道拱顶进行稳固支撑，有效增强隧道拱顶的支护强度和支护效果，能有效防止隧道拱墙初期支护结构施工完成前隧道拱顶发生变形、下沉等问题，进一步确保隧道结构稳定性，尤其是对大断面隧道而言，使用效果更佳。
[0079] 6、所采用的拱架连接结构设计合理、加工及连接方便且使用效果好，拱架连接结构采用多道型钢对前后相邻两榀型钢拱架进行连接，能有效增强相邻两榀型钢拱架之间的纵向连接强度，使多榀型钢拱架连接形成结构稳固的纵向支撑结构，能有效抵抗隧道轴向外力，并能有效增强隧道初支的支护强度，防止隧道初支因纵向变形过大发生变形、倾倒等问题，有效增强所施工成型隧道初支的三维约束能力。并且，在架设初期，由多榀型钢拱架连接形成的纵向支撑结构均能承受隧道轴向外力和爆破引起的振动，使纵向支撑结构整体的强度均得到有效提高。
[0080] 7、多榀型钢拱架通过拱架连接结构紧固连接为一体，每榀型钢拱架的拱墙钢拱架均包括一榀位于上部周侧洞体内的上部钢拱架和两个对称布设于上部钢拱架左右两侧底部下方的侧部支架，使上洞体的初期支护不受下部洞体内初期支护施工的影响，并且隧道上洞体的初期支护过程在下部洞体开挖之前进行，此时隧道洞尚未全面开挖，因而隧道上洞体内初期支护结构的支撑稳固性能进一步得到保证，并且上洞体的初期支护过程更易于进行，同时支护更有力，更有利于隧道施工安全。
[0081] 8、所采用的全断面支撑结构设计合理、施工简便且使用效果好，采用多道型钢对前后相邻两榀型钢拱架进行连接，同时在每榀型钢拱架的顶部下方均设置有一个竖向临时支撑柱，能有效避免断层破碎带围岩松散堆积压力所造成的初期支护开裂下沉并侵入二次衬砌净空、钢架扭曲变形、喷射混凝土掉块等严重安全质量隐患，保障了施工安全。
[0082] 9、所采用的锚固体系结构设计合理、施工简便且使用效果好，两个所述锚固组分别布设于一榀上部钢拱架的下部左右两侧，在上部周侧洞体开挖完成后，便可对两个锚固组分别进行施工，从而能及时、迅速对隧道周侧围岩进行注浆加固，能以最快速度限制隧道变形，从而能进一步确保隧道结构稳定性；并且，两个锚固组能直接、快速由上至下对隧道洞最大开挖处的周侧围岩进行有效加固，从而能有效确保隧道洞的整体稳固性；另外，由上至下对隧道洞最大开挖处的周侧围岩进行有效加固后，下部洞体无需再设置锁脚锚杆，能有效加快下部洞体的初期支护进度，节约施工工期，从而使隧道洞的初期支护能及时、快速封闭，从而能进一步确保施工成型初期支护结构的稳固性和整体性，进一步确保隧道结构稳固。
[0083] 10、所采用的隧道支护结构使用效果好且实用价值高，开挖之前采用自钻式管棚对富水软弱围岩隧道的上洞体进行超前支护，并在上洞体下部左右两侧设置的锚固体系能对管棚支护区域下方围岩进行加固，将自钻式管棚与锚固体系相结合组成对隧道洞外侧围岩进行整体加固的洞外围岩整体加固结构，确保隧道结构稳固性；并且，锚固体系与隧道初期支护结构内的全断面支撑结构紧固连接为一体，将洞外围岩整体加固结构与洞内的隧道初期支护结构和隧道二次衬砌连接形成结构稳固的整体性支护体系，能有效提高富水软弱围岩隧道的结构稳固性，确保后期隧道结构安全。
[0084] 同时，隧道初期支护结构中采用通过多道型钢组成的拱架连接结构将多榀型钢拱架连接成的全断面支撑结构对隧道进行稳固支撑，能有效抵抗隧道轴向外力，并能有效增强隧道初支的支护强度，防止隧道初期支护结构因纵向变形过大发生变形、倾倒等问题，有效增强所施工成型隧道初期支护结构的三维约束能力；并且，在每榀型钢拱架的顶部下方均设置有一个竖向临时支撑柱，能有效保证拱顶的稳定性并有效限定拱顶下沉；同时，采用与全断面支撑结构连接为一体的锚固体系对隧道洞外围岩进行有效加固，形成结构稳固的整体性支护体系，能有效避免初期支护变形并能有效保证初期支护的稳定性。
[0085] 11、掌子面前方岩层超前加固方法设计合理、施工简便且使用效果好，先通过掌子面封堵结构对掌子面进行封堵，再采用通过洞周超前加固结构对掌子面前方岩层进行帷幕注浆加固，同时通过地下水排水结构对所施工隧道掌子面前方岩层内的地下水进行及时排出，能有效解决碎屑流地层隧道的突水突泥问题，确保隧道结构稳固，降低施工风险。
[0086] 12、直接开挖节段采用两台阶开挖法对所施工隧道进行开挖，将隧道洞分为预留核心土区域洞体、上部周侧洞体和左右两个下部洞体分别进行开挖，能简便、快速完成隧道开挖过程。同时，对预留核心土区域洞体、上部周侧洞体和左右两个下部洞体的开挖面形状与
位置关系进行准确限定，确保隧道开挖过程中隧道洞的结构稳固性，防止因隧道洞分区过多、分区不合理、前后开挖面间距设计不合理等原因导致的隧道变形、坍塌等安全事故，从而确保穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖过程简便、快速且顺利进行。并且，将隧道洞分为预留核心土区域洞体、上部周侧洞体和左右两个下部洞体分别进行开挖，能简便、快速完成隧道开挖过程；对隧道上台阶进行全断面开挖之前，能完成隧道上洞体的型钢拱架支撑过程，确保上洞体结构稳定；同时，能有效加快隧道初期支护结构的闭合时间，并采用结构稳固的全断面支撑结构，能确保施工成型隧道洞的结构稳固性。并且，通过对预留核心土区域洞体、上部周侧洞体和左右两个下部洞体的开挖面形状与位置关系进行准确限定，使隧道开挖施工的安全性、围岩与支护的稳定性均能完全得到保证，同时初支闭合的时间较早，有利于控制围岩变形。
[0087] 针对超前加固节段，采用两台阶开挖法进行开挖，并且上洞体和下洞体均采用全断面开挖，能有效提高施工效率，缩短施工工期。
[0088] 13、施工简便且使用效果好，先采用自钻式管棚对上洞体进行超前支护，能对隧道拱墙进行有效支护；开挖之前先进行超前地质预报并根据超前地质预报结果判断是否进行掌子面前方岩层超前加固，确保隧道开挖施工过程安全、可靠；并且，采用两台阶法进行开挖，能有效提高隧道施工效率，缩短隧道支护结构封闭时间，确保隧道结构稳固性。同时，开挖过程中上洞体下部左右两侧设置的锚固体系能对管棚支护区域下方围岩进行加固，将自钻式管棚与锚固体系相结合组成对隧道洞外侧围岩进行整体加固的洞外围岩整体加固结构，确保隧道结构稳固性；并且，锚固体系与隧道初期支护结构内的全断面支撑结构紧固连接为一体，将洞外围岩整体加固结构与洞内的隧道初期支护结构和隧道二次衬砌连接形成结构稳固的整体性支护体系，能有效提高富水软弱围岩隧道的结构稳固性，确保后期隧道结构安全。
[0089] 下面通过
附图和
实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0091] 图2为本发明隧道支护结构的横断面结构示意图。
[0092] 图3为本发明超前管棚支护结构的横断面结构示意图。
[0093] 图4为本发明超前管棚支护结构的纵断面结构示意图。
[0094] 图5为本发明型钢拱架与锚固体系的横断面布设位置示意图。
[0095] 图6为本发明全断面支撑结构的纵向连接状态示意图。
[0096] 图7为本发明直接开挖节段中型钢拱架在隧道洞内的布设位置示意图。
[0097] 图8为图7中A处的局部放大示意图。
[0098] 图9为本发明隧道支护结构的纵断面结构示意图。
[0099] 图10为本发明掌子面封堵结构与洞周超前加固结构的横断面结构示意图。
[0100] 图11为本发明掌子面封堵结构与洞周超前加固结构的纵断面结构示意图。
[0101] 图12为本发明注浆前断面上的帷幕注浆加固结构示意图。
[0102] 图13为本发明注浆中部断面上的帷幕注浆加固结构示意图。
[0103] 图14为本发明排水管和拱脚超前管棚支护结构的布设位置示意图。
[0104] 图15为本发明直接开挖节段中隧道洞的横断面结构示意图。
[0105] 图16为本发明超前地质预报系统所获取掌子面前方岩层的层析扫描三维图像。
[0106] 附图标记说明:
[0107] 1—所施工隧道； 1-1—预留核心土区域洞体；
[0108] 1-2—上部周侧洞体； 1-3—下部洞体； 1-4—下部封堵层；
[0109] 1-5—上洞体； 1-6—下洞体； 2—隧道仰拱支架；
[0110] 3—纵向连接件； 4—上部钢拱架； 5—侧部支架；
[0111] 6—竖向临时支撑柱； 7—水平连接板； 8—水平垫板；
[0112] 9—下锁脚锚管； 10—上锁脚锚杆； 11—注浆锚杆；
[0113] 11-1—第一开挖面； 11-2—第二开挖面； 11-3—第三开挖面；
[0114] 11-4—第四开挖面； 12—拱墙混凝土喷射层；
[0115] 13—仰拱混凝土喷射层； 14—隧道二次衬砌； 15—防水层；
[0116] 16—管棚管； 17—预留变形腔； 18—施工节段；
[0117] 20—注浆前断面； 21—注浆中部断面； 22—止浆墙；
[0118] 23—上部回填层； 24—后部封堵层； 25—上部封堵层；
[0119] 26—帷幕注浆孔； 27—排水管； 28—拱脚管棚管。
具体实施方式
[0120] 如图1所示的一种穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，所施工隧道1的隧道洞横断面积大于100m2；结合图2、图3和图15，所述隧道洞分为上洞体1-5和位于上洞体1-5正下方的下洞体1-6；所述隧道洞的开挖高度大于10m，所述上洞体1的开挖高度为6.5m～8m，所述下洞体1-6的开挖高度为3.5m～4.5m，；所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级；
[0121] 所施工隧道1沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段18，每个所述隧道节段18的长度为28m～32m；
[0122] 对所施工隧道1进行施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工隧道1中的多个所述隧道节段18分别进行施工，多个所述隧道节段18的施工方法均相同；对所施工隧道1中的任一个所述隧道节段18进行施工时，包括以下步骤：
[0123] 步骤一、管棚超前支护：对当前所施工隧道节段18的超前管棚支护结构进行施工；
[0124] 结合图3、图4，所述超前管棚支护结构为对当前所施工隧道节段18进行超前支护的超前支护结构；所述超前管棚支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度为l，其中l＝b+c；b为当前所施工隧道节段18的长度，b的取值范围为28m～34m；c为管棚前段支撑长度，θ为当前所施工隧道节段18的围岩岩体的内摩擦角，h为上洞体1-5的开挖高度；其中，该超前管棚支护结构与位于其前方的一个所述超前管棚支护结构之间的搭接长度与c相等；
[0125] 所述超前管棚支护结构为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至当前所施工隧道节段18掌子面前方岩层内的管棚管16，多根所述管棚管16沿所述上洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设，所述管棚管16的外倾角为3°；每个所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管16呈均匀布设，相邻两根所述管棚管16后端之间的环向间距为400mm～800mm，所述管棚管16的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；
[0126] 每根所述管棚管16均为自钻式管棚管，所述自钻式管棚管包括平直管体和安装在所述平直管体前端的钻头，所述钻头上沿圆周方向开有多个注浆孔，所述平直管体由多个由前向后布设于同一直线上的管段拼装而成，每个所述管段均为外壁上由前至后均设置有
外螺纹的螺纹钢管；多个所述管段的横截面结构和尺寸均相同，相邻两个所述管段之间均通过一个螺纹连接套进行紧固连接；
[0127] 步骤二、超前地质预报：步骤一中进行管棚超前支护过程中，采用超前地质预报系统对当前所施工隧道节段18进行超前地质预报，并根据超前地质预报结果，判断当前所施工隧道节段18掌子面前方是否存在碎屑流地层：当判断得出所述掌子面前方存在碎屑流地层时，进入步骤三；否则，进入步骤四；
[0128] 步骤三、掌子面前方岩层超前加固，过程如下：
[0129] 步骤B1、掌子面封堵：对掌子面封堵结构进行施工，并通过所述掌子面封堵结构对当前所施工隧道节段18的掌子面进行封堵；
[0130] 结合图10、图11，所述掌子面封堵结构包括对上洞体1-5的开挖面进行封堵的止浆墙22和对下洞体1-6的开挖面进行封堵的下部封堵层1-4，所述下部封堵层1-4位于下洞体1-6的开挖面后方，所述下部封堵层1-4为位于止浆墙22下方的未开挖岩层或由对所施工隧道1进行开挖过程中产生的渣石回填形成的回填层，所述下部封堵层1-4的上表面为水平面且其上表面与所述上洞体1-5的底面呈水平布设；所述止浆墙22呈竖直向布设的混凝土墙且其厚度为1.8m～2.5m，所述止浆墙22且其横截面形状与上洞体1-5的横截面形状相同，所述止浆墙22分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体，所述上部墙体的中部高度为h1，其中h1的取值范围为4.5m～5.5m；所述下部墙体后侧设置有上部回填层23，所述上部回填层23为由对所施工隧道1进行开挖过程中产生的渣石回填形成的回填层，所述上部回填层23的上表面为水平面；所述下部封堵层1-4和上部回填层23组成下部封堵结构，所述下部封堵结构的后端面为待封堵面，所述待封堵面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；所述待封堵面上设置有一层后部封堵层24，所述后部封堵层24为向所述待封堵面上喷射一层混凝土后形成的混凝土喷射层；所述上部回填层23上部平铺有一层上部封堵层25，所述上部封堵层25呈水平布设且其上表面与所述下部墙体的上表面相平齐，所述上部封堵层25为由一层浇筑于上部回填层23上混凝土形成的混凝土层；所述上部封堵层25后部与后部封堵层24上部连接且二者组成对所述下部封堵结构进行封堵的外部封堵层；
[0131] 步骤B2、超前泄水：对地下水排水结构进行施工，并通过所述地下水排水结构将当前所施工隧道节段18掌子面前方岩层内的地下水排出；
[0132] 如图14所示，所述地下水排水结构包括多根由前向后将所施工隧道1掌子面前方岩层内的地下水排出的排水管27，所述排水管27的后端伸出至后部封堵层24后方，所述排水管27的前端经下部封堵层1-4后伸入至下部封堵层1-4前方的碎屑流地层内；所述下部封堵层1-4前方的岩层、后部封堵层24和下部封堵层1-4内均开有供排水管27安装的排水孔；
[0133] 步骤B3、洞周超前加固：对洞周超前加固结构进行施工，并通过所述洞周超前加固结构对当前所施工隧道节段18的掌子面前方岩层进行加固；
[0134] 所述洞周超前加固结构为通过四组注浆孔对所施工隧道1掌子面前方岩层进行加固后形成的帷幕注浆加固结构，每组所述注浆孔均包括多个帷幕注浆孔26，每个所述帷幕注浆孔26均为经所述上部墙体由后向前钻进至岩层内的注浆孔；
[0135] 四组所述注浆孔分别为A组注浆孔、B组注浆孔、C组注浆孔和D组注浆孔，A组注浆孔、B组注浆孔和C组注浆孔中所有帷幕注浆孔26的前端均布设于同一隧道横断面上，A组注浆孔、B组注浆孔和C组注浆孔中各帷幕注浆孔26前端所处的隧道横断面为注浆前断面20；所述注浆前断面20位于当前所施工隧道节段18前方，当前所施工隧道节段18前端与所述注浆前断面20之间的间距为0.5m～2m；
[0136] 如图12所示，所述注浆前断面20上A组注浆孔中的所有帷幕注浆孔26注浆完成后形成外侧注浆加固结构，所述注浆前断面20上B组注浆孔中的所有帷幕注浆孔26注浆完成后形成中间注浆加固结构，所述注浆前断面20上C组注浆孔中的所有帷幕注浆孔26注浆完成后形成内侧注浆加固结构；所述外侧注浆加固结构和所述内侧注浆加固结构均为对所施工隧道1的周侧围岩进行整体加固的拱形加固结构，所述外侧注浆加固结构和所述中间注浆加固结构连接为一体且二者的横截面形状均与所施工隧道1的拱墙横截面形状相同；所述外侧注浆加固结构位于所施工隧道1的拱墙开挖轮廓线外侧，所述外侧注浆加固结构的拱顶与所施工隧道1拱顶之间的间距为K3，K3的取值范围为4.5m～5.5m；所述内侧注浆加固结构为对上洞体1-5所处区域的岩层进行整体加固的加固结构，所述内侧注浆加固结构与所述中间注浆加固结构连接为一体；
[0137] 所述D组注浆孔中所有帷幕注浆孔26的前端均布设于同一隧道横断面上，D组注浆孔中各帷幕注浆孔26前端所处的隧道横断面为注浆中部断面21，所述注浆中部断面21与止浆墙22后端面之间的水平间距为K2，K2的取值范围为16m～18m；
[0138] 如图13所示，所述注浆中部断面21上D组注浆孔中的所有帷幕注浆孔26注浆完成后形成中部注浆加固结构，所述中部注浆加固结构为对所施工隧道1的周侧围岩进行整体加固的拱形加固结构，所述中部注浆加固结构的横截面形状与所施工隧道1的拱墙横截面形状相同；所述中部注浆加固结构位于所施工隧道1的拱墙开挖轮廓线外侧，所述中部注浆加固结构的拱顶与所施工隧道1拱顶之间的间距为K2；
[0139] 步骤四、隧道开挖及初期支护施工：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18进行开挖，开挖过程中同步对开挖成型的所述隧道洞进行初期支护，并获得施工成型的所述隧道初期支护结构；
[0140] 步骤五、隧道二次衬砌施工：步骤四中对当前所施工隧道节段18进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的隧道二次衬砌14进行施工，并使隧道二次衬砌14位于已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧。
[0141] 由于当前所施工隧道节段18前端与所述注浆前断面20之间的间距为0.5m～2m，这样在当前所施工隧道节段18前方形成一个厚度为0.5m～2m的防护墙，避免当前所施工隧道节段18整个施工过程安全、可靠，并且该防护墙可以作为下一个隧道节段18开挖前的防护结构，能有效避免下一个施工节段18进行超前支护前，掌子面发生突水与突泥现象；并且，当判断得出下一个隧道节段18内存在碎屑流地层时，所述防护墙可以作为下一个隧道节段18后侧所设置止浆墙22的后部墙体，使施工过程更为安全、可靠。本实施例中，所述注浆前断面20与止浆墙22后端面之间的水平间距为K1，K1＞30m。
[0142] 本实施例中，步骤四中所述隧道初期支护结构的内壁上设置有防水层15，所述隧道二次衬砌14位于防水层15内侧；
[0143] 步骤五中进行隧道二次衬砌施工之前，先沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工成型的所述隧道初期支护结构内侧施工防水层15；
[0144] 由后向前对防水层15进行施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道二次衬砌14进行施工；
[0145] 步骤四中所述隧道初期支护结构和步骤五中所述隧道二次衬砌14均为对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌14为
钢筋混凝土衬砌。
[0146] 其中，所述管棚管16的每个所述管段的管壁均为封闭式管壁，因而每根所述管棚管16的管体无孔。
[0147] 如图2所示，本实施例中，步骤一中所述超前管棚支护结构所布设的区域为超前支护区，所述超前支护区位于所述锚固体系上方。
[0148] 本实施例中，所述超前支护区的圆心角为A，其中A＝150°。
[0149] 所述隧道初期支护结构的内壁上设置有防水层15，所述隧道二次衬砌14位于防水层15内侧；
[0150] 步骤五中进行隧道二次衬砌施工之前，先沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工成型的所述隧道初期支护结构内侧施工防水层15；
[0151] 由后向前对防水层15进行施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道二次衬砌14进行施工。
[0152] 本实施例中，所述防水层15由布设于所述隧道初期支护结构内壁上的防水板铺设而成。并且，为进一步增强防水效果，所述防水层15的内壁上还铺设有一层土工布。
[0153] 为确保隧道结构稳定，所述防水层15与隧道二次衬砌14之间留有预留变形腔17，所述预留变形腔17的横截面为拱形且其拱部厚度为13mm～17mm。所述预留变形腔17为所述隧道初期支护结构的预留变形区域。
[0154] 所述隧道初期支护结构的厚度为28mm～35mm，所述隧道二次衬砌14的厚度为45mm～55mm。本实施例中，所述隧道初期支护结构的厚度为31mm，所述隧道二次衬砌14的厚度为50mm。实际施工时，可根据具体需要，对所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌14的厚度分别进行相应调整。
[0155] 本实施例中，所施工隧道1的开挖宽度为17.38m且其开挖高度为11.5m。所述上洞体1-1的开挖高度为7m。
[0156] 本实施例中，步骤二中所述超前地质预报系统为TRT6000超前地质预报系统，TRT6000超前地质预报系统是利用
地震波的反射原理进行地质预报。预报时，通过锤击或激振器产生的
地震波在隧道中的岩体内传播，但遇到一地震界面时，如裂隙破碎带、大的节理面等，一部分地震波就反射回来，反射波经过一短暂时间到达
传感器后被接收并被记录主机记录下来，然后经专
门的O-RV3D
软件进行分析处理，对地震波进行
叠加，就得到清晰的异常体的层析扫描三维图像，详见图16。根据如图16所示的所述超前地质预报结果，能直接判断出当前所施工隧道节段18的掌子面前方岩层内是否存在碎屑流地层，并能对碎屑流地层的结构和分布位置进行确定。
[0157] 为进一步提高超前地质预报结构的准确性，本实施例中，步骤一中每根所述管棚管16均安装于一个管棚安装孔内，所述超前管棚支护结构中的一个或多个所述管棚安装孔为采用岩层钻孔探测仪进行探测的探孔；
[0158] 步骤二中进行超前地质预报时，所述超前地质预报结果包括采用超前地质预报系统对当前所施工隧道节段18进行超前地质预报后获得的超前地质预报结果和采用所述岩层钻孔探测仪对所述探孔进行探测后获得的探测结果。其中，所述岩层钻孔探测仪为钻孔窥视仪。
[0159] 结合图2、图4和图9，所述隧道初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系；所述全断面支撑结构和所述锚固体系均沿隧道纵向延伸方向布设；
[0160] 如图5所示，所述全断面支撑结构包括多榀对所施工隧道1进行全断面支护的型钢拱架和多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的拱架连接结构，多榀所述型钢拱架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，多榀所述型钢拱架呈均匀布设，每榀所述型钢拱架均位于所施工隧道1的一个隧道横断面上；
[0161] 结合图6、图7和图8，每榀所述型钢拱架的形状均与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述型钢拱架均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架2，所述隧道仰拱支架2位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架2的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架2的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架2与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于上洞体1-5内的上部钢拱架4和两个对称布设于上部钢拱架4左右两侧底部下方的侧部支架5，两个所述侧部支架5均位于下洞体1-6内；所述上部钢拱架4的中部底面上设置有一个用于连接竖向临时支撑柱6的水平连接板7；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架4、侧部支架5和隧道仰拱支架2均位于同一隧道横断面上；
[0162] 多个所述拱架连接结构的结构均相同，前后相邻两榀所述型钢拱架之间均通过一个所述拱架连接结构进行紧固连接；每个所述拱架连接结构均包括多道连接于前后相邻两榀所述拱墙钢拱架之间的纵向连接件3，多道所述纵向连接件3沿所施工隧道1的拱墙开挖轮廓线布设于同一隧道断面上；每道所述纵向连接件3均为一道呈水平布设的型钢，每道所述纵向连接件3均沿隧道纵向延伸方向进行布设；相邻两个所述拱架连接结构中的纵向连接件3呈交错布设；
[0163] 所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固结构，每榀所述上部钢拱架4外侧均设置有一个所述锚固结构，每榀所述上部钢拱架4均与其外侧所设置的锚固结构布设于同一隧道横断面上；每个所述锚固结构均布设于一榀所述上部钢拱架4外侧，每个所述锚固结构均包括左右两个对称布设的锚固组，两个所述锚固组分别布设于一榀所述上部钢拱架4的下部左右两侧；每个所述锚固组均包括一个下锁脚锚管9和多个由上至下布设的上锁脚锚杆10，多个所述上锁脚锚杆10均位于下锁脚锚管9正上方且其均布设于同一竖直面上，所述上锁脚锚杆10和下锁脚锚管9均由内至外进入所述隧道洞外侧的岩层内且二者均由内向外逐渐向下倾斜；多个所述上锁脚锚杆10均呈平行布设且其与水平面之间的夹角为A1，A1的取值范围为25°～35°；所述下锁脚锚管9与水平面之间的夹角为A2，A2的取值范围为38°～45°；所述下锁脚锚管9为中空自进式锚杆且其为注浆锚杆，所述下锁脚锚管9的长度不小于4m；所述上锁脚锚杆10为中空注浆锚杆，多个所述上锁脚锚杆10的长度均相同且其长度均不小于3m；所述上锁脚锚杆10和下锁脚锚管9的内端均固定于位于其内侧的上部钢拱架4上。
[0164] 本实施例中，步骤二进行超前地质预报时，当判断得出所述掌子面前方存在碎屑流地层时，判断为当前所施工隧道节段18为超前加固节段；否则，判断为当前所施工隧道节段18为直接开挖节段；
[0165] 步骤四中进行隧道开挖及初期支护施工时，当所述当前所施工隧道节段18为所述直接开挖节段时，所述上洞体1-5分为预留核心土区域洞体1-1和位于预留核心土区域洞体1-1外侧的上部周侧洞体1-2，所述下洞体1-6分为左右两个下部洞体1-3，所述下洞体1-6中的一个所述下部洞体1-3为先开挖洞体，另一个所述下部洞体1-3为后开挖洞体；
[0166] 对所述直接开挖节段进行隧道开挖及初期支护施工时，过程如下：
[0167] 步骤A1、上部周侧洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的上部周侧洞体1-2进行开挖；
[0168] 所述上部周侧洞体1-2开挖过程中，由后向前对开挖成型的上部周侧洞体1-2进行初期支护；
[0169] 对上部周侧洞体1-2进行初期支护时，由后向前在开挖成型的上部周侧洞体1-2内安装上部钢拱架4，并在每榀所述上部钢拱架4的中部正下方分别安装一个所述竖向临时支撑柱6，并使所述竖向临时支撑柱6底部支撑于上部周侧洞体1-2的内侧底部，且将每榀所安装的上部钢拱架4均通过多个纵向连接件3与位于其后侧的一榀所述上部钢拱架4紧固连接；同时，由后向前在已安装完成的每榀所述上部钢拱架4的下部左右两侧分别施工一个所述锚固组；
[0170] 本步骤中，所述上部周侧洞体1-2的开挖面为竖直面；
[0171] 步骤A2、预留核心土区域洞体开挖及初期支护：步骤A1中对上部周侧洞体1-2进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的预留核心土区域洞体1-1进行开挖，获得开挖成型的上洞体1-5；
[0172] 所述预留核心土区域洞体1-1开挖过程中，由后向前对预留核心土区域洞体1-1开挖完成后处于悬空状态的竖向临时支撑柱6进行拆除；
[0173] 本步骤中，所述预留核心土区域洞体1-1的开挖面位于上部周侧洞体1-2的开挖面后方，且预留核心土区域洞体1-1的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；
[0174] 步骤A3、先开挖洞体开挖及初期支护：步骤A2中对预留核心土区域洞体1-1进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的所述先开挖洞体进行开挖；
[0175] 所述先开挖洞体开挖过程中，由后向前对所述先开挖洞体进行初期支护；对所述先开挖洞体进行初期支护时，由后向前在开挖成型的所述先开挖洞体内安装侧部支架5，并将每个所安装的侧部支架5均通过多个纵向连接件3与位于其正后方的一个侧部支架5紧固连接；
[0176] 本步骤中，所述先开挖洞体的开挖面位于预留核心土区域洞体1-1的开挖面后方，且所述先开挖洞体的开挖面为竖直面；
[0177] 步骤A4、后开挖洞体开挖及初期支护：步骤A3中对所述先开挖洞体进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的所述后开挖洞体进行开挖，获得开挖成型的下洞体1-6；
[0178] 所述后开挖洞体开挖过程中，由后向前对开挖成型的下洞体1-6进行初期支护；对下洞体1-6进行初期支护时，由后向前在开挖成型的所述后开挖洞体内安装侧部支架5，并将每个所安装的侧部支架5均通过多个纵向连接件3与位于其正后方的一个侧部支架5紧固连接；同时，由后向前在开挖成型的下洞体1-6底部安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与下洞体1-6左右两侧所安装的侧部支架5紧固连接为一体；
[0179] 本步骤中，所述后开挖洞体的开挖面位于所述先开挖洞体的开挖面后方，且所述后开挖洞体的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；
[0180] 步骤四中进行隧道开挖及初期支护施工时，当所述当前所施工隧道节段18为所述超前加固节段时，隧道开挖及初期支护施工过程如下：
[0181] 步骤C1、上洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的上洞体1-5进行全断面开挖；
[0182] 所述上洞体1-5开挖过程中，由后向前对开挖成型的上洞体1-5进行初期支护；
[0183] 对上洞体1-5进行初期支护时，由后向前在开挖成型的上洞体1-5内安装上部钢拱架4，将每榀所安装的上部钢拱架4均通过多个纵向连接件3与位于其后侧的一榀所述上部钢拱架4紧固连接；同时，由后向前在已安装完成的每榀所述上部钢拱架4的下部左右两侧分别施工一个所述锚固组；
[0184] 步骤C2、下洞体开挖及初期支护：步骤C1中对上洞体1-5进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段18的下洞体1-6进行全断面开挖；
[0185] 所述下洞体1-6开挖过程中，由后向前对下洞体1-6进行初期支护；对下洞体1-6进行初期支护时，由后向前在开挖成型的下洞体1-6内部左侧两侧分别安装侧部支架5，并将每个所安装的侧部支架5均通过多个纵向连接件3与位于其正后方的一个侧部支架5紧固连接；同时，由后向前在开挖成型的下洞体1-6底部安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与下洞体1-6左右两侧所安装的侧部支架5紧固连接为一体；
[0186] 本步骤中，所述下洞体1-6的开挖面位于上洞体1-5的开挖面后方，下洞体1-6和上洞体1-5的开挖面均为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面且二者之间的间距不大于5m。
[0187] 结合图4，每个所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管16的长度均相同，每根所述管棚管16的长度均为l'，其中 l为该管棚管16所处超前管棚支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度，a为管棚管后端外露长度且其为管棚管16中位于所支护隧道节段18后侧的后端节段的长度，a的取值范围为20cm～50cm。实际施工时，所述的a根据对所述超前管棚支护结构中各管棚管16进行导向的导向架的厚度进行确定。
[0188] 本实施例中，所述的c不小于3m。实际施工时，可根据具体需要，对c的取值大小进行相应调整。
[0189] 本实施例中，两个所述锚固组分别布设于一榀所述上部钢拱架4的下部左右两侧，因而在上部周侧洞体1-2开挖完成后，便可对两个所述锚固组分别进行施工，从而能及时、迅速对隧道周侧围岩进行注浆加固，能以最快速度限制隧道变形，从而能进一步确保隧道结构稳定性；并且，两个所述锚固组的施工过程不会对上洞体1-5的初期支护过程造成影响，使上洞体1-5的初期支护过程在上部周侧洞体1-2开挖完成后便可直接、快速进行，因而能进一步确保隧道初期支护的稳固性，并能有效提高施工效率，缩短施工工期。
[0190] 所述隧道洞的最大开挖处位于上洞体1-5内，为确保隧道结构稳固，采用两个所述锚固组对上洞体1-5外侧围岩进行注浆加固，确保上洞体1-5的稳固性；另一方面，将两个所述锚固组分别布设于上部钢拱架4的下部左右两侧，不仅施工简便，并且所述上锁脚锚杆10和下锁脚锚管9的内端均位于所述隧道洞的最大开挖处上方，这样两个所述锚固组的锚固处位于所述隧道洞的最大开挖处上方，由于上锁脚锚杆10和下锁脚锚管9均由内至外进入所述隧道洞外侧的岩层内，因而能直接、快速由上至下对所述隧道洞最大开挖处的周侧围岩进行有效加固，从而能有效确保所述隧道洞的整体稳固性；另外，由上至下对所述隧道洞最大开挖处的周侧围岩进行有效加固后，所述下洞体1-6无需再设置锁脚锚杆，从而能有效加快下洞体1-6的初期支护进度，从而使所述隧道洞的初期支护能及时、快速封闭，从而能进一步确保施工成型初期支护结构的稳固性和整体性，进一步确保隧道结构稳固。
[0191] 本实施例中，所述上锁脚锚杆10和下锁脚锚管9均为上部钢拱架锁脚锚杆，所述上部钢拱架锁脚锚杆内端与上洞体1-5底部之间的竖向间距为0.8m～1.8m。
[0192] 本实施例中，所述上锁脚锚杆10的长度为3.5m，所述下锁脚锚管9的长度为5m。
[0193] 实际施工时，可根据具体需要，对上锁脚锚杆10和下锁脚锚管9的长度以及所述上部钢拱架锁脚锚杆内端与上洞体1-5底部之间的竖向间距进行相应调整。
[0194] 本实施例中，对所述直接开挖节段进行开挖时，所述上洞体1-5采用中部预留核心土的方式进行开挖，所述上洞体1-5
内核心土的顶面净空高度为1.5m～1.8m。实际施工时，可根据具体需要，对上洞体1-5内核心土的顶面净空高度进行相应调整。并且所述竖向临时支撑柱6底部支撑于上洞体1-5内核心土的顶面上。
[0195] 本实施例中，所述隧道初期支护结构还包括对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构和对所述隧道洞底部进行初期支护的仰拱初期支护结构，所述仰拱初期支护结构位于所述拱墙初期支护结构的正下方；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于所述隧道洞底部的仰拱混凝土喷射层13，所述隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层13内。
[0196] 并且，所述拱墙初期支护结构包括挂装在所述隧道洞拱墙上的拱墙钢筋网片和一层喷射于所述隧道洞拱墙上的拱墙混凝土喷射层12，所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上，所述拱墙钢筋网片、所述拱墙钢拱架和水平连接板7均固定于拱墙混凝土喷射层12内；所述拱墙混凝土喷射层12与位于其下方的仰拱混凝土喷射层13连接为一体。
[0197] 为进一步增强支护效果，所述拱墙初期支护结构还包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚杆组，每个所述锚杆组均布设在一榀所述型钢拱架外侧，每个所述锚杆组均与位于其内侧的所述型钢拱架布设于同一隧道横断面上；每个所述锚杆组均包括多个对所述隧道洞的拱墙进行支护的注浆锚杆11，多个所述注浆锚杆11沿所述隧道洞的拱墙开挖轮廓线进行布设；前后相邻两个所述锚杆组的注浆锚杆11呈交错布设；每个所述注浆锚杆11均由内至外进入所述隧道洞外侧的岩层内，每个所述注浆锚杆11的内端均固定在位于其内侧的所述型钢拱架上。实际施工时，通过多个所述锚杆组对所述隧道洞拱墙外侧围岩进行有效加固，并且多个所述锚杆组不仅对所述隧道洞的拱部进行支护，同时对所述隧道洞的左右两侧边墙分别进行支护，形成一个对所述隧道洞拱墙进行全断面支护的注浆支护结构，进一步提高隧道结构的稳固性。
[0198] 本实施例中，所述注浆锚杆11的长度为4m。实际施工时，可根据具体需要，对注浆锚杆11的长度进行相应调整。
[0199] 实际进行隧道施工时，尤其是在软弱围岩地质条件下，易出现以下三种情况：
[0200] 第一、由于在软弱围岩条件下，隧道开挖易使围岩产生较大的松弛变形，迫使初期支护结构上的荷载增大，同时由于软弱围岩条件下隧道初期支护拱、墙脚地基承载力较低，若地层
含水量大、拱脚积水，则随着隧道初期支护上荷载的增大，拱、墙脚易产生较大的沉降变形；
[0201] 第二、隧道现场施工过程中，采用台阶法或分部开挖法进行开挖施工时，往往较难按照《公路隧道施工技术
细则》(JTG/TF60.2009)规定拱、墙脚预留一定厚度原状岩土，使拱、墙脚初期支护不能落在较坚实的原状岩土上，造成支护下沉，且此种情况在施工中较难把握，尤其在以
钻爆法及机械开挖方式进行隧道掘进中；
[0202] 第三、软弱围岩隧道在进行台阶法作业中，下台阶
马口(或仰拱)开挖，往往造成该处上台阶(或整个拱、墙部)初期支护在一定范围内处于悬空状态，此时初期支护由原来的无铰拱(一次超静定结构)转为
悬臂梁结构，降低了支护的承载能力。若施工中稍有不当，马口(或仰拱)开挖长度把握不好，围岩较差，甚至两侧马口(或仰拱)同时开挖，使初期支护同一断面两侧拱脚(墙脚)同时悬空，此时初期支护成为不稳定结构，承载能力大大降低，将引起该处初期支护较大的下沉及净空位移，进而增大围岩的松弛范围，使围岩条件恶化，隧道变形加剧。
[0203] 本实施例中，由于所述锚固体系位于上洞体1-5外侧，能有效解决上述三个问题，所述锚固体系的每个所述锚固组中均采用一道一个下锁脚锚管9和多个由上至下布设的上锁脚锚杆10对上部钢拱架4左右两侧拱脚外侧的围岩进行多重加固，从根源上解决洞外周侧围岩不稳定的情况，能有确保隧道结构的稳定性，并使软弱围岩条件下上部钢拱架4左右两侧拱脚支撑位置处的地基承载力大幅提高，能有效限制上部钢拱架4左右两侧拱脚发生沉降变形；并且，使上洞体1-5内的隧道支护结构更加稳固，杜绝所述上洞体1-5内隧道支护结构处于悬空、不稳定的情况。
[0204] 并且，下锁脚锚管9和上锁脚锚杆10的尾端(即内端)与结构稳固的全断面支撑结构紧固连接为一体，能进一步增强隧道初期支护的整体性，充分发挥初期支护的承载能力。所述下锁脚锚管9和上锁脚锚杆10均能起到良好的支承作用，并且具有简便、快速加固周侧围岩，对隧道进行超前支护等作用。同时，所述下锁脚锚管9和上锁脚锚杆10与上部钢拱架4紧固连接后，也能进一步限制所述型钢拱架与整个初期支护的下沉，并能有效防止初期支护向隧道净空方向位移，进而充分发挥初期支护承载作用，增加围岩自稳时间。
[0205] 实际施工时，所述纵向连接件3为槽钢或工字钢。
[0206] 本实施例中，所述纵向连接件3为工字钢，并且纵向连接件3的
腹板呈竖直向布设且其沿隧道纵向延伸方向布设。
[0207] 为加工简便，所述上部钢拱架4、侧部支架5和隧道仰拱支架2均由一根工字钢弯曲而成。并且，所述上部钢拱架4、侧部支架5和隧道仰拱支架2的腹板均呈竖直向布设。
[0208] 对前后相邻两榀所述型钢拱架进行连接时，将各纵向连接件3分别连接于前后相邻两榀所述型钢拱架的腹板之间，实际连接简便且牢靠。本实施例小，所述纵向连接件3与所述型钢拱架之间以
焊接方式进行固定连接。
[0209] 多榀所述型钢拱架紧固连接形成一个结构稳固、可靠的纵向支撑结构，避免了在破碎围岩中由于纵向支撑结构不稳固引起的拱架下沉，能有效保证所述型钢拱架支撑的纵向稳定性，进一步增强了初期支护的整体稳固性。
[0210] 为确保支撑稳固，前后相邻两榀所述型钢拱架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.6m～1.2m。本实施例中，L＝0.8m。实际施工时，可根据具体需要，对L的取值大小进行相应调整。
[0211] 本实施例中，每个所述拱架连接结构中的多道所述纵向连接件3呈均匀布设。
[0212] 每个所述拱架连接结构中相邻两道所述纵向连接件3之间的环向间距为0.8m～1.2m。本实施例中，每个所述拱架连接结构中相邻两道所述纵向连接件3之间的环向间距为
1m。实际施工时，可根据具体需要，对每个所述拱架连接结构中相邻两道所述纵向连接件3之间的环向间距进行相应调整。
[0213] 为确保支撑强度，所述水平连接板7为钢板且其焊接固定在上部钢拱架4的中部底面上。本实施例中，所述水平连接板7焊接固定在上部钢拱架4的中部底面上。待竖向临时支撑柱6拆除后，所述水平连接板7无需拆除，省工省时，并且水平连接板7能有效增强上部钢拱架4中部的支撑强度。同时，采用水平连接板7使竖向临时支撑柱6连接稳固且支撑牢靠。
[0214] 为连接简便，所述竖向临时支撑柱6与水平连接板7之间通过连接
螺栓进行连接或以焊接方式进行固定连接。本实施例中，所述竖向临时支撑柱6与水平连接板7之间以焊接方式进行固定连接。对竖向临时支撑柱6进行拆除时，只需采用切割设备对竖向临时支撑柱6与水平连接板7之间的连接
焊缝进行切割即可。
[0215] 同时，所述竖向临时支撑柱6底部设置有水平垫板8。并且，所述竖向临时支撑柱6为型钢。本实施例中，所述水平垫板8为平直钢板，能确保竖向临时支撑柱6平稳支撑，并能避免破碎围岩中由于基底软弱引起的竖向临时支撑柱6支撑不稳固、造成拱架下沉等问题，保证了支护初期隧道初期支护结构的稳定性。
[0216] 本实施例中，所述竖向临时支撑柱6为方形钢管。所述竖向临时支撑柱6与水平垫板8之间以焊接方式进行固定连接。
[0217] 实际施工时，所述下洞体1-6为对所施工隧道1进行下台阶开挖后形成的洞体，所述上洞体1-5为对所施工隧道1进行上台阶开挖后形成的洞体。
[0218] 对所述直接开挖节段进行上台阶开挖时，采用预留核心土开挖法(具体是中部预留核心土的方式)进行开挖，先由后向前对上部周侧洞体1-2进行开挖，再由后向前对预留核心土区域洞体1-1进行开挖，所述预留核心土区域洞体1-1的开挖面位于上部周侧洞体1-2后方，并且待上部周侧洞体1-2开挖完成后，便能直接对上部钢拱架4进行支撑并将所支撑的上部钢拱架4与位于其后侧的上部钢拱架4之间通过多道纵向连接件3进行稳固连接，从而确保上部周侧洞体1-2的支护强度和支护效果；并且，待上部周侧洞体1-2开挖完成后，便能对所述锚固组进行施工，并相应完成所述上洞体1-5的初期支护过程，而预留核心土区域洞体1-1的开挖进度不会对上洞体1-5的初期支护进度造成任何影响，使上洞体1-5的初期支护不受预留核心土区域洞体1-1和下洞体1-6内开挖施工的影响，并且上洞体1-5的初期支护过程是在预留核心土区域洞体1-1和下洞体1-6开挖之前进行，此时所述隧道洞仅上部周侧洞体1-2完成开挖，因而所述上洞体1-5内初期支护结构的支撑稳固性能进一步得到保证，并且所述上洞体1-5的初期支护过程更易于进行，同时支护更有力，更有利于隧道施工安全。
[0219] 另外，为进一步确保支撑强度，对预留核心土区域洞体1-1进行开挖之前，还需在上部钢拱架4的中部正下方设置竖向临时支撑柱6，进一步提高上洞体1-5的结构稳固性；同时，为后续开挖提供更多的安全保障。由后向前对预留核心土区域洞体1-1进行开挖过程中，再由后向前对临时支撑柱6进行拆除。
[0220] 由上述内容可知，由后向前对上部周侧洞体1-2进行开挖过程中，同步由后向前在上部周侧洞体1-2内安装上部钢拱架4，并且同步由后向前对上部周侧洞体1-2进行锚网喷支护，完成上洞体1-5的开挖及初期支护施工过程。
[0221] 并且，由后向前对上洞体1-5进行开挖过程中，同步由后向前对下洞体1-6进行开挖；由后向前对下洞体1-6进行开挖过程中，由后向前对开挖成型的下洞体1-6左右两侧分别进行网喷支护，网喷支护过程中同步由后向前在开挖成型的下部洞体1-3左右两侧分别安装侧部支架5，并使每个所述侧部支架5均与位于其上方的上部钢拱架4紧固连接为一体；同时，由后向前在下洞体1-6底部安装隧道仰拱支架2并使所安装隧道仰拱支架2与下洞体
1-6左右两侧所安装的侧部支架5紧固连接为一体；所述隧道仰拱支架2安装过程中，同步由后向前在隧道洞1底部喷射一层混凝土形成仰拱混凝土喷射层13，并使隧道仰拱支架2固定于仰拱混凝土喷射层13内，完成下部洞体1-3的开挖及初期支护施工过程。
[0222] 由后向前对下部洞体1-3进行开挖过程中，由后向前在施工成型的所述隧道初期支护结构内壁上施工防水层15，并且在防水层15内侧施工隧道二次衬砌14。
[0223] 实际施工时，步骤A2中所述预留核心土区域洞体1-1的开挖面顶部与上部周侧洞体1-2的开挖面之间的水平间距为2L～4L，步骤A3中所述先开挖洞体的开挖面与预留核心土区域洞体1-1的开挖面底部位于同一竖直面上，步骤A4中所述后开挖洞体的开挖面顶部与所述先开挖洞体的开挖面之间的水平间距为2L～4L。因而，能进一步确保开挖过程安全可靠。
[0224] 如图9所示，所述上部周侧洞体1-2的开挖面为第一开挖面11-1，预留核心土区域洞体1-1的开挖面为第二开挖面11-2，所述先开挖洞体的开挖面为第三开挖面11-3，所述后开挖洞体的开挖面为第四开挖面11-4。
[0225] 实际施工时，所述仰拱混凝土喷射层10的前端面位于所述后开挖洞体的开挖面后方，所述仰拱混凝土喷射层10的前端面与所述后开挖洞体的开挖面底部之间的间距不大于10m。并且，所述仰拱混凝土喷射层10的前端面与所述后开挖洞体的开挖面底部之间的间距不大于5L。
[0226] 本实施例中，所述仰拱混凝土喷射层10的前端面与所述后开挖洞体的开挖面底部之间的间距为3L。实际施工时，可根据具体需要，对仰拱混凝土喷射层10的前端面与所述后开挖洞体的开挖面底部之间的间距进相应调整。
[0227] 由于所述仰拱混凝土喷射层10的前端面与所述后开挖洞体的开挖面底部之间的间距较小，因而所述仰拱初期支护结构的施工进度与所述后开挖洞体的开挖进度基本保持一致，能简便、快速对所述仰拱初期支护结构进行施工，确保所述下洞体1-6的结构稳固性。
[0228] 本实施例中，所述拱墙混凝土喷射层9的前端面位于仰拱混凝土喷射层10的前端面后方。并且，所述拱墙混凝土喷射层9的前端面位于仰拱混凝土喷射层10的前端面之间的间距不大于10m，因而使所施工隧道1的隧道初期支护结构能快速封闭。
[0229] 本实施例中，所述后开挖洞体的开挖面与水平面之间的夹角为50°～75°，所述预留核心土区域洞体1-1的开挖面与水平面之间的夹角为50°～75°。并且，所述后开挖洞体的开挖面与预留核心土区域洞体1-1的开挖面呈平齐布设。
[0230] 本实施例中，所述后开挖洞体与所述先开挖洞体呈对称布设。因而，所述后开挖洞体与所述先开挖洞体均具有较大的施工空间，使侧部支架5支撑简便、及时，并能确保隧道结构稳定。
[0231] 所述超前加固节段由于提前进行注浆加固，因而掌子面前方岩层
温度，因而为加快施工效果，所述上洞体1-5和下洞体1-6均采用全断面开挖方法进行开挖，并且无需采用竖向临时支撑柱6，施工简便、快速，并且施工过程安全、可靠。
[0232] 本实施例中，步骤一中对所述超前管棚支护结构进行施工时，对所述超前管棚支护结构中的多根所述管棚管16分别进行施工，并且由拱顶向左右两侧对多根所述管棚管16进行对称施工；
[0233] 所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管16的施工方法均相同；对任一根所述管棚管16进行施工时，采用钻机对该管棚管16进行钻进施工，钻进过程中采用注浆设备且通过该管棚管16同步进行注浆；
[0234] 待所述超前管棚支护结构中所有管棚管16均施工完成后，采用注浆设备对通过各管棚管16分别进行二次注浆，待所有管棚管16均完成二次注浆后，完成所述超前管棚支护结构的施工过程；
[0235] 钻进过程中通过该管棚管16同步进行注浆时和通过该管棚管16进行二次注浆时，所注浆液为水泥浆。
[0236] 步骤一中对当前所施工隧道节段18的所述超前管棚支护结构进行施工之前，先搭建钻机工作平台，具体是在掌子面前方回填弃渣并垫高，碾压密实且平整形成钻机工作平台。实际对管棚管16进行钻进时，钻进过程同时注浆，每节管段钻进完成时停
泵并对下一个管段进行续接后与钻机连接，对下一个管段进行钻进并继续完成注浆，依次施工，直至管棚管16的所有管段均钻进完成。为了取得更好的注浆效果，充分发挥“棚架体系”的支护能力，当所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管16均施工完成后，对各管棚管16分别进行二次高压注浆。
[0237] 由上述内容可知，对穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道进行施工时，采用三台阶法虽然理论上能减小围岩、初支变形，但实际施工初支往往闭合时间较长，并不能达到理想的效果。而采用本发明所述的两台阶法进行开挖时，虽然开挖面积较大，但采用所述管棚超前支护结构进行超前、由多道型钢组成的所述拱架连接结构进行纵向连接加强、采用两组锚固组进行集中锚固等综合措施后，能有效减小初支变形，确保隧道施工过程安全、可靠，并且能有效提高施工效果，降低施工风险，施工的安全性、围岩与支护的稳定性完全可以保证，同时初支闭合的时间较早，有利于控制围岩变形。
[0238] 本实施例中，所述隧道二次衬砌14包括拱墙二次衬砌和位于所述拱墙二次衬砌正下方的仰拱二次衬砌，并且所述仰拱二次衬砌的前端面与仰拱混凝土喷射层10的前端面相平齐。因而，所述仰拱二次衬砌的施工进度与所述隧道仰拱初期支护结构的施工进度相同，能进一步确保隧道底部结构稳固性，并能进一步提高施工效率。
[0239] 本实施例中，所述止浆墙22的厚度为2m，所述的h1＝5m。
[0240] 实际施工时，可根据具体需要，对止浆墙22的厚度和h1的取值大小分别进行相应调整。
[0241] 本实施例中，K2＝17m，K3＝5m。
[0242] 实际施工时，可根据具体需要，对K2和K3的取值大小进行相应调整。
[0243] 本实施例中，所述上部封堵层25的层厚为18cm～22cm。实际施工时，可根据具体需要，对所述上部封堵层25进行相应调整。并且，所述上部封堵层25可以作为对四组所述帷幕注浆孔26进行钻孔时的钻孔平台。实际施工时，将用于对帷幕注浆孔26进行钻孔的钻机安装在所述钻孔平台上，实际操作简便，并且施工方便。
[0244] 如图10所示，所述A组帷幕注浆孔包括多个沿圆弧线C1布设的第一注浆孔和左右两个对称布设的第二注浆孔，多个所述第一注浆孔的后端沿圆周方向均匀布设于圆弧线C1上，两个所述第二注浆孔的后端和多个所述第一注浆孔中位于最下方的两个所述第一注浆孔的后端均布设于同一水平直线L1上；
[0245] 所述D组注浆孔包括多个沿圆弧线C1布设的第三注浆孔和左右两个对称布设的第四注浆孔，多个所述第三注浆孔的后端沿圆周方向均匀布设于圆弧线C1上，每个所述第三注浆孔均位于相邻两个所述第一注浆孔之间，相邻两个所述第一注浆孔之间均布设有一个所述第三注浆孔；两个所述第四注浆孔的后端均位于水平直线L1上；
[0246] 所述B组注浆孔包括多个沿圆弧线C2布设的第五注浆孔和左右两个对称布设的第六注浆孔，多个所述第五注浆孔的后端沿圆周方向均匀布设于圆弧线C2上，两个所述第六注浆孔的后端和多个所述第五注浆孔中位于最下方的两个所述第五注浆孔的后端均布设于水平直线L1上；
[0247] 所述C组注浆孔包括多个沿圆弧线C3布设的第七注浆孔、多个由左至右布设的第八注浆孔和左右两个对称布设的第九注浆孔，多个所述第七注浆孔的后端沿圆周方向均匀布设于圆弧线C3上，多个所述第八注浆孔的后端和多个所述第七注浆孔中位于最下方的两个所述第七注浆孔的后端均布设于同一水平直线L2上；两个所述第九注浆孔的后端布设于圆弧线C3与水平直线L2之间；位于水平直线L2上的所有帷幕注浆孔26呈均匀布设；
[0248] 位于水平直线L1上的帷幕注浆孔26的总数量为10个，所述水平直线L1的左右两侧分别布设有5个所述帷幕注浆孔26；位于水平直线L1左侧的5个所述帷幕注浆孔26分别为第一注浆孔、第五注浆孔、第四注浆孔、第二注浆孔和第六注浆孔；
[0249] 所述水平直线L2位于水平直线L1上方，所述圆弧线C1位于上洞体1-5的开挖轮廓线C1内侧，所述圆弧线C1、圆弧线C2和圆弧线C3由外至内进行布设，所述圆弧线C1、圆弧线C2、圆弧线C3和所述上洞体1-5的开挖轮廓线C1的圆心均为圆心O。
[0250] 结合图1、图12和图14，本实施例中，所述第一注浆孔的数量为13个，所述第三注浆孔的数量为12个，所述第五注浆孔的数量为10个，所述第七注浆孔的数量为7个，所述第八注浆孔的数量为3个。
[0251] 13个所述第一注浆孔的编号由左至右分别为A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13和A14，左右两个所述第二注浆孔的编号分别为A1和A15；
[0252] 12个所述第三注浆孔的编号由左至右分别为D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D5、D9、D10、D11、D12和D13，左右两个所述第四注浆孔的编号分别为D1和D14；
[0253] 10个所述第五注浆孔的编号由左至右分别为B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10和B11，左右两个所述第五注浆孔的编号分别为B1和B12；
[0254] 7个所述第七注浆孔的编号由左至右分别为C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7，3个所述第八注浆孔的编号由左至右分别为C8、C9和C10，左右两个所述第九注浆孔的编号分别为C11和C12。
[0255] 本实施例中，所述待封堵面与水平面之间的夹角为30°～45°。
[0256] 为进一步对所施工隧道1上台阶拱脚进行补强并对拱脚松散围岩进行有效加固，步骤B3中进行洞周超前加固时，还需采用左右两个拱脚超前管棚支护结构对上洞体1-5的拱脚外侧岩层进行加固；
[0257] 两个所述拱脚超前管棚支护结构呈对称布设；
[0258] 结合图14，每个所述拱脚超前管棚支护结构均为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至止浆墙22前方岩层内的拱脚管棚管28，多根所述拱脚管棚管28沿上洞体1-5的拱脚开挖轮廓线由上至下进行布设，所述拱脚管棚管28的外倾角为3°～5°；每个所述拱脚超前管棚支护结构中多根所述拱脚管棚管28呈均匀布设，相邻两根所述拱脚管棚管28后端之间的环向间距为55cm～65cmmm，所述拱脚管棚管28的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；所述拱脚管棚管28沿隧道纵向延伸方向的长度为6m～9m。
[0259] 本实施例中，所述拱脚管棚管28的外倾角为3°，相邻两根所述拱脚管棚管28后端之间的环向间距为60cmmm，所述拱脚管棚管28的外径为φ76mm且其壁厚为15mm。
[0260] 实际施工时，可根据具体需要，对拱脚管棚管28的外倾角、相邻两根所述拱脚管棚管28后端之间的环向间距以及所述拱脚管棚管28的外径和壁厚分别进行相应调整。
[0261] 实际施工时，先对止浆墙22进行施工；待止浆墙22施工完成后，对所述下部封堵结构进行施工，并对上部封堵层25和后部封堵层24进行施工；再对所述地下水排水结构进行施工；待所述地下水排水结构施工完成后，按照常规的帷幕注浆法对洞周超前加固结构进行施工即可。
[0262] 由上述内容可知，对穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道进行施工时，采用三台阶法虽然理论上能减小围岩、初支变形，但实际施工初支往往闭合时间较长，并不能达到理想的效果。而采用本发明所述的两台阶法进行开挖时，虽然开挖面积较大，但采用所述管棚超前支护结构进行超前、由多道型钢组成的所述拱架连接结构进行纵向连接加强、采用两组锚固组进行集中锚固等综合措施后，能有效减小初支变形，确保隧道施工过程安全、可靠，并且能有效提高施工效果，降低施工风险，施工的安全性、围岩与支护的稳定性完全可以保证，同时初支闭合的时间较早，有利于控制围岩变形。
[0263] 本实施例中，所述洞周超前加固结构的加固长度为30m，注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，周边至拱脚，掌子面至拱顶以下8.5m。
[0264] 本实施例中，通过四组所述帷幕注浆孔26进行注浆加固时，所注入的浆液为水泥-水玻璃双液浆，并且所述水泥-水玻璃双液浆由水泥浆和水玻璃均匀混合而成，所述水泥浆和水玻璃的体积比为1∶1；所述水泥浆中水灰比(即w∶c)为(0.8～1)∶1。
[0265] 实际使用时，通过四组所述帷幕注浆孔26进行注浆加固时，所注入的浆液也可以为普通
硅酸盐水泥单液浆，即纯水泥浆。
[0266] 本实施例中，通过四组所述帷幕注浆孔26进行注浆加固时，每个所述帷幕注浆孔26的注浆扩散半径为2m，注浆终止终压为3.0MPa～5.0MPa，注浆速度为20L/min～70L/min。
实际施工时，可根据具体需要，对每个所述帷幕注浆孔26的注浆扩散半径、注浆终止终压和注浆速度分别进行相应调整。
[0267] 并且，通过四组所述帷幕注浆孔26进行注浆加固时，注浆顺序按照先周边后中间，先浅孔后深孔的顺序，跳孔作业。并且，根据涌水量大小确定分段长度，分段长度原则为：在钻孔过程中无塌孔及涌水量不大于10m3/h时分段长度为10m，轻微塌孔及涌水量大于10m3/h且不大于30m3/h时分段长度为5m，塌孔严重及涌水量大于30mm3/h时，立即停止钻进实施注浆，注浆结束压力为3MPa～5MPa。
[0268] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
