CN107130967B - 特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法 - Google Patents

特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明申请属于隧道施工技术领域，具体公开了一种特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，包括以下步骤：（1）将隧道的断面横向依次分为左区、主区和右区；（2）从左区和右区开挖左洞和右洞；（3）从主区开挖主洞；（4）拆除所有的临时支护；（5）反复进行步骤（2）至（4）；（6）挖掘风道。与现有技术相比，本施工方法可快速、且振动小的对特大断面深埋隧道进行挖掘。

Description

特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体公开了一种特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法。
背景技术
现代城市的快速发展导致城市交通越发拥堵，所以现在大城市都在大力发展公共交通，特别是轨道交通，轨道交通已然成为大城市的必然需求。受地形特征和轨道交通所需地势的限制，轨道交通在设计时就设计了较多的隧道；然而轨道交通工程的特点是工期短、质量标准高、对市政设施和居民生活的影响大。即在隧道施工过程中，不仅要在挖掘时产生的震动小，而且掘进速度要快。
目前对隧道的挖掘方法有全断面法、台阶法、中隔壁法(CD法)、交叉中壁法(CRD法)、双侧壁导坑法等。全断面法的施工特点是充分使用机械、减少人力、开挖依次成型，适用于断面较小且对爆破挖掘时产生的震动要求不严的矿山井下或野外作业中。台阶法适用于断面较大、岩石结构较软或破碎的隧道的施工，但其围岩较差、工序复杂。中隔壁法、交叉中壁法、双侧壁导坑法，存在临时支撑多、不经济，施工操作不便，降低施工自由度，拆除临时支撑有受力体系转换风险，导致一次拆撑距离受限等问题。随着高等级交通建设的迅速发展，传统的两车道断面的普通隧道已经逐渐不适应交通运输的需要，单洞三车道的大断面隧道和单洞四车道的特大断面隧道工程日益增加。对于轨道交通中的特大断面隧道来说，以上方法都不能较好的适用，较难符合震动小、掘进快，且使用于特大断面隧道的掘进。
另外对于隧道来说，通常设计有与之匹配的附属结构。对于深埋隧道来说，为了使隧道建成后通风情况良好，其附属结构主要为风道。对于特大断面深埋隧道，一般是在起两端设置两个风道；在掘进隧道过程，也需要完成其附属结构风道的施工。
发明内容
本发明的目的在提供一种特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，以解决特大断面隧道及附属结构掘进慢、振动大的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)将隧道的断面横向依次分为左区、主区和右区，左区和主区之间设有左隔断层，主区和右区之间设有右隔断层；左隔断层的上端和右隔断层的上端均位于隧道的顶部中心位置，左隔断层的下端位于隧道底部左侧，右隔断层的下端位于隧道底部右侧；
(2)从左区和右区开挖左洞和右洞，在挖出的左洞和右洞的底部使用混凝土浇筑，在左洞的右侧壁和右洞的左侧壁上做临时支护，并在左洞的左侧壁和右洞的右侧壁上做支护结构；所述支护结构包括锚杆、钢筋网、钢筋架、混凝土，所述钢筋架的纵截面为三角形；钢筋网的一侧紧贴左洞的左侧壁和右洞的右侧壁，另一侧设置固定有多个钢筋架，钢筋架之间设有加强筋；锚杆一端固定在钢筋架上，锚杆穿过钢筋网将钢筋架、钢筋网固定在左洞的左侧壁和右洞的右侧壁；钢筋网、钢筋架和加强筋通过混凝土浇筑成一体；
(3)从主区开挖主洞，在主洞的左右两侧壁上设置临时支护，在底部使用混凝土进行浇筑，并进行养护；
(4)拆除所有的临时支护，挖掉左隔断层和右隔断层，在左隔断层和右隔断层挖掉的隧道底部位置使用混凝土浇筑并进行养护，在隧道顶部中心位置做相应的所述支护结构；
(5)反复进行步骤(2)至(4)，直到隧道挖掘至所需长度为止；
(6)在隧道挖掘至风道位置时，使用中隔壁法掘进风道，并在风道的内壁做相应的所述支护结构。
本基础方案的工作原理在于：对于特大断面深埋隧道而言，隧道的断面面积较大，将其区分为左区、主区、右区，再分区域进行挖掘，可有效防止因隧断面过大，挖掘而产生的各种问题。步骤(1)中将隧道的断面分为左区、主区、右区，左区和主区之间设有左隔断层，主区和右区之间设有右隔断层；左隔断层的上端和右隔断层的上端均位于隧道的顶部中心位置，左隔断层的下端位于隧道底部左侧，右隔断层的下端位于隧道底部右侧。在隧道的断面上，左隔断层和右隔断层形似一条支梁，与隧道的底面可围成三角形，即在隧道的断面中间位置设置一个三角形；左隔断层和右隔断层一是形成的三角形较为稳固，可对隧道进行支撑，防止隧道掘进过程中塌陷；二是左隔断层和右隔断层可分割隧道的断面，对隧道分区域进行掘进，避免隧道掘进断面过大而导致噪声过大；三是左隔断层和右隔断层上端处于隧道的顶部中心位置处，左隔断层和右隔断层与隧道的拱形内壁相交位置少，便于支护结构的设置，可快速推进隧道的掘进。
步骤(2)从左区和右区开挖左洞和右洞，可先对隧道的内壁进行掘进并做支护结构，由于左隔断层和右隔断层的设置，使得左区和右区在掘进后，即可对隧道内壁的绝大部分设置支护结构；使得支护结构的设置较为快速，在对隧道分区进行掘进时，有效避免了将隧道区分较多块，或者将隧道分块位置不佳，而引起的不便于支护设置，影响支护结构的设置，从而影响隧道的掘进速度。支护结构中，锚杆可将支护结构较好的嵌合到隧道的内壁上；钢筋架的纵截面为三角形，钢筋架的一侧固定在钢筋网上，可使得钢筋架的设置不影响支护结构的安装，也能加固支护结构。
本施工方法中在隧道挖掘到风道处，使用中隔壁法掘进风道，风道相对于隧道来说，其断面面积小很多，使用中隔壁法进行挖掘，可快速完成，且振动较小。风道也使用支护结构进行支撑，可使得风道的内壁结构稳固。
本基础方案的有益效果在于：本施工方法通过将特大断面深埋隧道的断面使用左隔断层和右隔断层进行分区掘进，一方面减少了隧道挖掘的振动，也保证了隧道挖掘的速度；同时由于左隔断层和右隔断层结构的设置可对隧道进行支撑，避免隧道在挖掘过程中产生塌方。本施工方法使用自制的支护结构对特大断面深埋隧道的断面进行支撑，可使得支护结构固定速度加快，从而加快了隧道挖掘的速度；同时自制的支护结构还可使保证其对隧道内壁进行牢固稳定的支撑。与现有技术相比，本施工方法可快速、且振动小的对特大断面深埋隧道进行挖掘。
优选方案一：作为基础方案的优选，步骤(1)中，所述左隔断层的下端位于隧道底部左侧的中心位置，所述右隔断层的下端位于隧道底部右侧的中心位置，左隔断层和右隔断层沿隧道的中心线对称。此设置进一步使左隔断层和右隔断层可对挖掘中的隧道进行良好的支撑，同时且结构对称方便挖掘。
优选方案二：作为基础方案的优选，步骤(2)中钢筋架在钢筋网上分布均匀，锚杆伸入左洞的左侧壁和右洞的右侧壁的一端设有螺纹。钢筋架均匀设置可使得支护结构在使用过程后更好牢固和稳定，锚杆的一端设置螺纹，可使锚杆在伸入岩层后与岩层之间摩擦更大，使得支护结构更容易设置。
优选方案三：作为基础方案的优选，步骤(2)中从左区和右区开挖左洞和右洞时，先挖左区或者右区的上半部，再挖左区或者右区的下半部。更适合于左洞和右洞的挖掘。
优选方案四：作为基础方案的优选，步骤(3)中从主区开挖主洞时，采用台阶法掘进主洞。主洞的内壁与隧道的内壁关联性小，仅主洞的底部内壁与隧道的底部内壁重合，因此使用台阶法可快速挖掘主洞，同时也使挖掘主洞的底部内壁时，便于设置隧道的底部内壁。
附图说明
图1是本发明特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法实施例的结构示意图；
图2是通过本发明的施工方法完成的挖掘的隧道断面。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：左区11、主区12、右区13、左隔断层21、右隔断层22、锚杆31、钢筋网32、钢筋架33、混凝土34、加强筋35、岩层40、隧道50。
如图1、图2所示，一种特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，包括以下步骤：(1)将隧道50的断面从左只有依次分为左区11、主区12和右区13，如图1所示，左区11和主区12之间设有左隔断层21，主区12和右区13之间设有右隔断层22；左隔断层21的上端和右隔断层22的上端均位于隧道50的顶部中心位置，左隔断层21的下端位于隧道50底部左侧的中心位置，所述右隔断层22的下端位于隧道50底部右侧的中心位置，左隔断层21和右隔断层22沿隧道50的中心线对称；
(2)从左区11开挖左洞，先挖左区11上半部，再挖左区11的下半部；同时可以从右区13开挖右洞，先挖右区13上半部，再挖右区13的下半部；在挖出的左洞和右洞的底部使用混凝土34浇筑，在左洞的右侧壁和右洞的左侧壁上做临时支护，并在左洞的左侧壁和右洞的右侧壁上做支护结构；
所述支护结构包括锚杆31、钢筋网32、钢筋架33、混凝土34，钢筋架33的纵截面为三角形；钢筋网32的一侧紧贴左洞的左侧壁和右洞的右侧壁，另一侧设置均匀固定有多个钢筋架33，钢筋架33之间设有加强筋35；锚杆31一端固定在钢筋架33上，锚杆31的另一端设置有螺纹，锚杆31穿过钢筋网32将钢筋架33、钢筋网32固定在左洞的左侧壁和右洞的右侧壁；钢筋网32、钢筋架33和加强筋通过混凝土34浇筑成一体；
(3)从主区12开挖主洞，采用台阶法进行挖掘，在主洞的左右两侧壁上设置临时支护，在底部使用混凝土34进行浇筑，并进行养护；
(4)拆除所有的临时支护，如图2所示，挖掉左隔断层21和右隔断层，在隧道50底部左隔断层21和右隔断层22挖掉处使用混凝土34浇筑并进行养护，在隧道50顶部中心位置做相应的所述支护结构；
(5)反复进行步骤(2)至(4)，直到隧道50挖掘至所需长度为止；
(6)在隧道50挖掘至风道位置时，使用中隔壁法掘进风道，并在风道的内壁做相应的所述支护结构。
使用上述步骤对特大断面深埋隧道50进行挖掘时，将隧道50的断面分为左区11、主区12、右区13，左区11和主区12之间设有左隔断层21，主区12和右区13之间设有右隔断层22；左隔断层21的上端和右隔断层22的上端均位于隧道50的顶部中心位置，左隔断层21的下端位于隧道50底部左侧的中心位置，所述右隔断层22的下端位于隧道50底部右侧的中心位置，左隔断层21和右隔断层22沿隧道50的中心线对称。在隧道50的断面上，左隔断层21和右隔断层22形似一条支梁，与隧道50的底面可围成三角形，即在隧道50的断面中间位置设置一个三角形；一方面三角形较为稳固，可对隧道50进行支撑，防止隧道50掘进过程中塌陷；另一方面左隔断层21和右隔断层22可分割隧道50的断面，对隧道50分区域进行掘进，避免隧道50掘进断面过大而导致噪声过大。同时左隔断层21和右隔断层22上端处于隧道50的顶部中心位置处，左隔断层21和右隔断层22与隧道50的拱形内壁相交位置少，便于支护结构的设置，可快速推进隧道50的掘进。
在挖掘过程中，使用的支护结构为自制的支护结构，锚杆31可将支护结构较好的嵌合到隧道50的内壁上；钢筋架33的纵截面为三角形，钢筋架33的一侧固定在钢筋网32上，可使得钢筋架33的设置不影响支护结构的安装，也能加固支护结构。同时上述支护结构先对隧道50的内壁进行掘进并做支护结构，由于左隔断层21和右隔断层22的设置，使得左区11和右区13在掘进后，即可对隧道50内壁的绝大部分设置支护结构；使得支护结构的设置较为快速，在对隧道50分区进行掘进时，有效避免了将隧道50区分较多块，或者将隧道50分块位置不佳，而引起的不便于支护结构设置，影响支护结构的设置，从而影响隧道50的掘进速度。
先对隧道50的内壁进行掘进并做支护结构，由于左隔断层21和右隔断层22的设置，使得左区11和右区13在掘进后，即可对隧道50内壁的绝大部分设置支护结构；使得支护的设置较为快速，在对隧道50分区进行掘进时，有效避免了将隧道50区分较多块，或者将隧道50分块位置不佳，而引起的不便于支护结构设置，影响支护结构的设置，从而影响隧道50的掘进速度。
本施工方法中在隧道50挖掘到风道处，使用中隔壁法掘进风道，风道相对于隧道50来说，其断面面积小很多，使用中隔壁法进行挖掘，可快速完成，且振动较小。风道也使用支护结构进行支撑，可使得风道的内壁结构稳固。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体方法及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明方法的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将隧道的断面横向依次分为左区、主区和右区，左区和主区之间设有左隔断层，主区和右区之间设有右隔断层；左隔断层的上端和右隔断层的上端均位于隧道的顶部中心位置，左隔断层的下端位于隧道底部左侧，右隔断层的下端位于隧道底部右侧；
(2)从左区和右区开挖左洞和右洞，在挖出的左洞和右洞的底部使用混凝土浇筑，在左洞的右侧壁和右洞的左侧壁上做临时支护，并在左洞的左侧壁和右洞的右侧壁上做支护结构；所述支护结构包括锚杆、钢筋网、钢筋架、混凝土，所述钢筋架的纵截面为三角形；钢筋网的一侧紧贴左洞的左侧壁和右洞的右侧壁，另一侧设置固定有多个钢筋架，钢筋架之间设有加强筋；锚杆一端固定在钢筋架上，锚杆穿过钢筋网将钢筋架、钢筋网固定在左洞的左侧壁和右洞的右侧壁；钢筋网、钢筋架和加强筋通过混凝土浇筑成一体；
(3)从主区开挖主洞，在主洞的左右两侧壁上设置临时支护，在底部使用混凝土进行浇筑，并进行养护；
(4)拆除所有的临时支护，挖掉左隔断层和右隔断层，在左隔断层和右隔断层挖掉的隧道底部位置使用混凝土浇筑并进行养护，在隧道顶部中心位置做相应的所述支护结构；
(5)反复进行步骤(2)至(4)，直到隧道挖掘至所需长度为止；
(6)在隧道挖掘至风道位置时，使用中隔壁法掘进风道，并在风道的内壁做相应的所述支护结构。
2.如权利要求1所述的特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述左隔断层的下端位于隧道底部左侧的中心位置，所述右隔断层的下端位于隧道底部右侧的中心位置，左隔断层和右隔断层沿隧道的中心线对称。
3.如权利要求1所述的特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中钢筋架在钢筋网上分布均匀，锚杆伸入左洞的左侧壁和右洞的右侧壁的一端设有螺纹。
4.如权利要求1所述的特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中从左区和右区开挖左洞和右洞时，先挖左区或者右区的上半部，再挖左区或者右区的下半部。
5.如权利要求1所述的特大断面深埋隧道及附属结构的施工方法，其特征在于，步骤(3)中从主区开挖主洞时，采用台阶法掘进主洞。
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