CN109594987A - 隧道交叉段完全支护再开挖装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了隧道交叉段完全支护再开挖装置及其施工方法。该装置由主隧道衬砌模板、若干层侧隧道开挖面支撑体系、侧隧道开挖面旋转支护面板、缝隙填充板、主侧隧道衬砌连接钢板和侧隧道衬砌模板组成。该装置可能首先完成主隧道永久衬砌施工，然后再分部开挖侧隧道，并在支护侧隧道开挖面的条件下，完成侧隧道永久衬砌的施工，交叉段施工完成后，该装置可简单改造为主隧道和侧隧道一般断面模板台车使用，装置也可以与现有加固技术组合使用。与现有技术相比，本发明施工稳定性、安全性高，施工简单、拆除方便、能重复使用，经济性和兼容性好，能大大降低施工成本和缩短工期。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程开挖施工领域，涉及交叉隧道完全支护再开挖装置及其施工方法。
背景技术
隧道交叉段是隧道工程中常见的结构形式，该部位各单体结构之间相互作用强烈、应力集中非常显著，而且围岩被多次分割和扰动，围岩自稳能力大幅下降，受力分析理论非常复杂，交叉段的稳定性因开挖的时间先后、空间位置及开挖方式的不同而变化，受力异常复杂，开挖顺序和精细化程度要求很高，开挖基本依赖经验，施工中难度和危险性很大。
目前，交叉隧道常用的施工方法有：冻结法、地层加固法和超前支护法等。冻结法主要适用于水压较大的富水地层，造价高昂，技术难度大；地层加固法分为竖向加固和水平加固两种，隧道埋深较浅时，采用三轴搅拌桩等手段从地表向下加固交叉段，隧道埋深较大时，采用水平注浆方式加固交叉段，这种方法造价不菲，而且严重受场地条件限制，水平注浆加固效果也难以保证；超前支护法采用超前管棚或超前锚杆等手段对交叉段预先支护，然后再开挖，该方法造价便宜，施工难度较低，但是地层变形很大，围岩加固效果较差，施工危险性很高。
因此，目前亟需寻求一种技术难度低、施工简单、经济性高、拆除方便、能重复使用的隧道交叉段开挖装置及其施工方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种隧道交叉段完全支护再开挖装置及其施工方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
技术方案一
一种隧道交叉段完全支护再开挖装置，包括主隧道衬砌模板，若干层侧隧道开挖面支撑体系，缝隙填充板，主、侧隧道衬砌连接钢板，侧隧道衬砌模板。
若干层侧隧道开挖面支撑体系自上向下依次设置在主隧道衬砌模板的侧壁与侧隧道开挖面之间。
具体的，侧隧道开挖面支撑体系包括测隧道开挖面旋转支护面板、侧隧道开挖面主液压支撑杆、侧隧道开挖面主支撑斜杆、侧隧道开挖面伸缩支撑、侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆。
侧隧道开挖面主液压支撑杆的一端固定在主隧道衬砌模板的侧壁上，其另一端与侧隧道开挖面伸缩支撑的一端连接，侧隧道开挖面伸缩支撑的另一端与侧隧道开挖面旋转支护面板通过连接铰铰接在侧隧道开挖面旋转支护面板的下部，且侧隧道开挖面伸缩支撑可沿侧隧道开挖方向伸缩，侧隧道开挖面旋转支护面板竖向设置于侧隧道开挖面处，且侧隧道开挖面旋转支护面板的顶部开设有主隧道衬砌预留连接钢板预留缝以插入主隧道衬砌预留连接钢板。
进一步，隧道开挖面主液压支撑杆与主隧道衬砌模板的侧壁之间设置有侧隧道开挖面主支撑斜杆，用以支撑隧道开挖面主液压支撑杆；侧隧道开挖面伸缩支撑与侧隧道开挖面旋转支护面板之间设置有侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆，用以支撑侧隧道开挖面伸缩支撑。
在优选的实施方式中，开挖面主液压支撑杆、侧隧道开挖面伸缩支撑水平设置，侧隧道开挖面主支撑斜杆、侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆斜向设置。
进一步，缝隙填充板与侧隧道开挖面轮廓一致，且其设置在侧隧道开挖面旋转支护面板与侧隧道开挖面之间。
拆除侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆后，侧隧道开挖面旋转支护面板可平放在侧隧道开挖面伸缩支撑上，并通过螺栓与侧隧道开挖面伸缩支撑上部固定。
进一步，主隧道衬砌模板、侧隧道衬砌模板和侧隧道开挖面旋转支护面板的材料可以为铝合金。
进一步，缝隙填充板的材料可以为泡沫混凝土。
进一步，主隧道衬砌预留连接钢板预留缝的长度比主隧道衬砌预留连接钢板的长度大1厘米，同时主隧道衬砌预留连接钢板预留缝的宽度比主隧道衬砌预留连接钢板的宽度也大1厘米。
进一步，主隧道衬砌预留连接钢板与主隧道永久衬砌钢筋网之间、主隧道衬砌预留连接钢板与侧隧道永久衬砌钢筋网之间均通过焊接连接，主隧道衬砌预留连接钢板之间满焊连接。
进一步，侧隧道开挖面旋转支护面板上可以开设有冻结孔、注浆孔和超前支护锚杆孔等孔洞。
进一步，主隧道衬砌模板和侧隧道衬砌模板的隧道衬砌模板连接件可以为振动螺栓。
技术方案二
一种隧道交叉段完全支护再开挖装置的施工方法，包括如下步骤：
(1)主隧道开挖完成后，分段架设主隧道永久衬砌钢筋网，完成一段将隧道交叉段完全支护再开挖装置向前移动一段，直至主隧道交叉段衬砌钢筋网全部架设完成并置于主隧道衬砌模板之上。
(2)安装隧道交叉段完全支护再开挖装置，然后展开侧隧道开挖面支撑体系，将与侧隧道开挖面轮廓一致的缝隙填充板设置于侧隧道开挖面旋转支护面板与侧隧道开挖面之间，缝隙填充板需保证主隧道衬砌预留连接钢板能恰好能插入侧隧道开挖面旋转支护面板上部预留缝隙中，接着向主隧道衬砌模板背后注入混凝土，完成主隧道永久衬砌。
(3)主隧道永久衬砌达到设计强度后，拆除上层侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆和缝隙填充板，逆时针90°旋转侧隧道开挖面旋转支护面板并固定；以平放的该面板为工作平台，开挖侧隧道上层断面，并施工侧隧道初衬，完成一个循环进尺，如1米后，延伸侧隧道开挖面支撑一个循环进尺，并将该侧隧道开挖面旋转支护面板顺时针90°旋转，安装侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆，支护最上层开挖断面，保障开挖面的稳定性。
(4)参照步骤(3)，依次完成其他层侧隧道的开挖与支护，依次循环数个循环进尺。
(5)安装侧隧道衬砌模板，将主隧道衬砌预留连接钢板与侧隧道衬砌连接钢板焊接，分段架设侧隧道永久衬砌钢筋网，完成一段将侧隧道衬砌模板向前移动一段，直至交叉段侧隧道永久衬砌钢筋网全部架设完成并置于侧隧道衬砌模板之上，接着向侧隧道衬砌模板背后注入混凝土，完成侧隧道永久衬砌。
(6)待隧道交叉段衬砌强度达到设计要求，将交叉段主隧道衬砌模板的侧隧道开挖面旋转支护面板改装为普通模板，继续作为主隧道一般断面模板使用；侧隧道模板无需改装就可作为侧隧道一般断面模板使用，继续进行下一步施工。
在本发明中，交叉段主隧道衬砌模板和侧隧道衬砌模板均为拼装式，待隧道交叉段衬砌强度达到设计要求，将交叉段主隧道衬砌模板的侧隧道开挖面旋转支护面板改装为普通模板，则该模板可继续做为主隧道一般断面模板使用；侧隧道模板无需改装就可作为侧隧道一般断面模板使用，继续进行下一步施工。
本发明所述装置也可以与现有加固技术组合使用，如在支护面板上开设冻结孔、注浆孔和超前支护锚杆孔等，增加施工的安全性。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
(1)稳定性、安全性高，主隧道永久衬砌大大提高了主隧道围岩的稳定性，支护面板也保证了侧隧道开挖面的稳定性；
(2)装置为模块拼装结构，施工简单、拆除方便、能重复使用；
(3)经济性好，既适用于隧道交叉段也适应于一般断面；
(4)兼容性好，可与现有加固手段联合使用。
附图说明
图1为实施例中主隧道永久衬砌完成后的开挖装置整体示意图；
图2为实施例中主隧道衬砌预留连接钢板插入旋转支护面板上部预留缝示意图；
图3为实施例中侧隧道上层侧隧道开挖面旋转支护面板旋转后开挖示意图；
图4为实施例中侧隧道上层断面开挖一个循环进尺后再次支护示意图；
图5为实施例中侧隧道中层断面开挖一个循环进尺后再次支护示意图；
图6为实施例中侧隧道下层断面开挖一个循环进尺后再次支护示意图；
图7为实施例中主、侧隧道永久衬砌连接支护示意图；
图8为实施例中侧隧道永久衬砌施工示意图。
图中标记说明：
1—主隧道永久衬砌、11—主隧道衬砌预留连接钢板、12—主隧道永久衬砌钢筋网、
2—侧隧道待开挖岩土体、
3—主隧道衬砌模板、
31—侧隧道开挖面主液压支撑杆、311—侧隧道开挖面主支撑斜杆、
32—侧隧道开挖面伸缩支撑、321—连接铰、322—侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆、
33—侧隧道开挖面旋转支护面板、331—主隧道衬砌预留连接钢板预留缝、
34—缝隙填充板、
4—侧隧道初衬、
5—侧隧道永久衬砌、51—侧隧道永久衬砌钢筋网、
6—侧隧道衬砌模板、61—隧道衬砌模板连接件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
某隧道交叉段为Ⅳ类围岩，主侧隧道断面均为直墙顶拱型，侧隧道比主隧道直墙低1米，两者垂直交叉。
隧道交叉段完全支护再开挖装置的施工方法，包括如下步骤：
(1)主隧道开挖初衬施工完成后，分段架设主隧道永久衬砌钢筋网12，完成一段将该隧道交叉段完全支护再开挖装置向前移动一段，直至交叉段主隧道永久衬砌钢筋网12全部架设完成并置于主隧道衬砌模板3之上。
(2)安装隧道交叉段完全支护再开挖装置，然后展开侧隧道开挖面三层支撑体系，将与侧隧道开挖面轮廓一致的缝隙填充板34设置于侧隧道开挖面旋转支护面板33与侧隧道开挖面之间，缝隙填充板34需保证预留的主隧道衬砌预留连接钢板11恰好能插入主隧道衬砌预留连接钢板预留缝331中；向主隧道衬砌模板3背后注入混凝土，完成主隧道永久衬砌1。
(3)主隧道永久衬砌1达到设计强度后，拆除上层侧隧道开挖面旋转支护面板33的侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆322和缝隙填充板34，逆时针90°旋转侧隧道开挖面旋转支护面板33并固定；以平放的该面板为工作平台，开挖侧隧道上层断面，并施工侧隧道初衬，开挖1米后，延伸侧隧道开挖面1米，并将该侧隧道开挖面旋转支护面板33顺时针90°旋转，安装侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆322，支护最上层开挖断面，保障开挖面的稳定性。
(4)参照步骤(3)，完成侧隧道中层和下层的开挖与支护，依次循环6米。
(5)用隧道衬砌模板连接件61拼装侧隧道衬砌模板6；分段架设侧隧道永久衬砌钢筋网51，并将预留的主隧道衬砌预留连接钢板11与侧隧道衬砌连接钢板焊接；完成一段侧隧道永久衬砌钢筋网51，将侧隧道衬砌模板6向前移动一段，直至侧隧道交叉段衬砌钢筋网全部架设完成并置于侧隧道衬砌模板6之上，向侧隧道衬砌模板6背后注入混凝土，完成侧隧道永久衬砌。
(6)待隧道交叉段衬砌强度达到设计要求，将交叉段主隧道衬砌模板的侧隧道开挖面旋转支护面板33改装为普通模板，继续作为主隧道一般断面模板使用；侧隧道模板无需改装就可作为侧隧道一般断面模板使用，继续进行下一步施工。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：包括主隧道衬砌模板(3)，若干层侧隧道开挖面支撑体系，缝隙填充板(34)，主、侧隧道衬砌连接钢板，侧隧道衬砌模板(6)：
所述若干层侧隧道开挖面支撑体系自上向下依次设置在主隧道衬砌模板(3)的侧壁与侧隧道开挖面之间；
所述侧隧道开挖面支撑体系包括测隧道开挖面旋转支护面板(33)、侧隧道开挖面主液压支撑杆(31)、侧隧道开挖面主支撑斜杆(311)、侧隧道开挖面伸缩支撑(32)、侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆(322)；
所述侧隧道开挖面主液压支撑杆(31)的一端固定在主隧道衬砌模板(3)的侧壁上，其另一端与侧隧道开挖面伸缩支撑(32)的一端连接，所述侧隧道开挖面伸缩支撑(32)的另一端与侧隧道开挖面旋转支护面板(33)通过连接铰(331)铰接在侧隧道开挖面旋转支护面板(33)的下部，且侧隧道开挖面伸缩支撑(32)可沿侧隧道开挖方向伸缩，所述侧隧道开挖面旋转支护面板(33)竖向设置于侧隧道开挖面处，且侧隧道开挖面旋转支护面板(33)的顶部开设有主隧道衬砌预留连接钢板预留缝(331)，以插入主隧道衬砌预留连接钢板(11)；
所述隧道开挖面主液压支撑杆(31)与主隧道衬砌模板(3)的侧壁之间设置有侧隧道开挖面主支撑斜杆(311)；所述侧隧道开挖面伸缩支撑(32)与侧隧道开挖面旋转支护面板(33)之间设置有侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆(322)；
所述缝隙填充板(34)设置在侧隧道开挖面旋转支护面板(33)与侧隧道开挖面之间。
2.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：拆除侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆(322)后，侧隧道开挖面旋转支护面板(33)平放在侧隧道开挖面伸缩支撑(32)上，并通过螺栓与侧隧道开挖面伸缩支撑(32)上部固定。
3.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述主隧道衬砌模板(3)、侧隧道衬砌模板(6)和侧隧道开挖面旋转支护面板(33)的材料为铝合金。
4.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述缝隙填充板(34)的材料为泡沫混凝土。
5.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述主隧道衬砌预留连接钢板预留缝(331)的长度比主隧道衬砌预留连接钢板(11)的长度大1厘米，所述主隧道衬砌预留连接钢板预留缝(331)的宽度比主隧道衬砌预留连接钢板(11)的宽度大1厘米。
6.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述主隧道衬砌预留连接钢板(11)与主隧道永久衬砌钢筋网(12)之间、所述主隧道衬砌预留连接钢板(11)与侧隧道永久衬砌钢筋网(51)之间通过焊接连接，所述主隧道衬砌预留连接钢板(11)之间满焊连接。
7.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述侧隧道开挖面旋转支护面板(33)上开设有冻结孔、注浆孔和超前支护锚杆孔。
8.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述主隧道衬砌模板(3)和侧隧道衬砌模板(6)的隧道衬砌模板连接件(61)为振动螺栓。
9.根据权利要求1所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置，其特征在于：所述缝隙填充板(34)与侧隧道开挖面轮廓一致。
10.一种如权利要求1至9任一项所述的隧道交叉段完全支护再开挖装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)主隧道开挖完成后，分段架设主隧道永久衬砌钢筋网(12)，完成一段将隧道交叉段完全支护再开挖装置向前移动一段，直至主隧道交叉段衬砌钢筋网(12)全部架设完成并置于主隧道衬砌模板(3)之上；
(2)安装隧道交叉段完全支护再开挖装置，然后展开侧隧道开挖面支撑体系，将与侧隧道开挖面轮廓一致的缝隙填充板(34)设置于侧隧道开挖面旋转支护面板(33)与侧隧道开挖面之间，并使主隧道衬砌预留连接钢板(11)恰好能插入主隧道衬砌预留连接钢板预留缝(331)中，接着向主隧道衬砌模板(3)背后注入混凝土，完成主隧道永久衬砌(1)；
(3)主隧道永久衬砌(1)达到设计强度后，拆除上层侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆(322)和缝隙填充板(34)，逆时针90°旋转侧隧道开挖面旋转支护面板(33)并固定；以平放的该面板为工作平台，开挖侧隧道上层断面，并施工侧隧道初衬(4)，完成一个循环进尺，延伸侧隧道开挖面支撑一个循环进尺，并将该侧隧道开挖面旋转支护面板(33)顺时针90°旋转，安装侧隧道开挖面伸缩支撑斜杆(322)，支护最上层开挖断面，保障开挖面的稳定性；
(4)参照步骤(3)，从上向下依次完成其他层侧隧道的开挖与支护，并依次循环数个循环进尺；
(5)安装侧隧道衬砌模板(6)，将主隧道衬砌预留连接钢板(11)与侧隧道衬砌连接钢板焊接，分段架设侧隧道永久衬砌钢筋网(51)，完成一段将侧隧道衬砌模板(6)向前移动一段，直至交叉段侧隧道永久衬砌钢筋网(51)全部架设完成并置于侧隧道衬砌模板(6)之上，接着向侧隧道衬砌模板(6)背后注入混凝土，完成侧隧道永久衬砌(5)；
(6)待隧道交叉段衬砌强度达到设计要求，将交叉段主隧道衬砌模板的侧隧道开挖面旋转支护面板(33)改装为普通模板，继续作为主隧道一般断面模板使用；侧隧道模板无需改装就可作为侧隧道一般断面模板使用，继续进行下一步施工。
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2018
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