CN109915149B - 一种基于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法，包括以下步骤：第一步：小导洞爬坡挑顶；从小断面处采用导洞方式向大断面隧道中线方向挑顶，等截面斜向上开挖导洞至其与大断面隧道拱顶位于同一高程；第二步：过渡段扩挖；导洞顶部继续向前开挖形成过渡段；第三步：标准段施工；从过渡段等截面向前开挖，形成机械设备的工作段；第四步：过渡段回挖；在过渡段的水平面向下挖形成中台阶阶面；第五步，小导洞爬坡段回挖；从小导洞扩挖至小断面处；第六步：从变断面处向前开挖并形成下台阶阶面，形成三台阶并根据三台阶法施工。本发明在变断面施工中大大节省了施工时间和成本，可广泛应用于建筑施工领域。

Description

一种基于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域。更具体地说，本发明涉及一种基于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通的不断发展，地铁的建设进入了一个高峰期。为满足轨道合流与分流需要以及其他特殊条件，隧道施工会遇到断面由小变大突变的情况，由于断面高度和宽度差距较大，施工面临向上挑顶，风险较大，并且两隧道断面在衬砌类型、支护参数及开挖工法等方面存在一定差异，造成施工的空间和长度方面受限，异形支撑和临时支撑较多，施工工序复杂，难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种施工灵活、由小断面至大断面的灵活过渡的基于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：小导洞爬坡挑顶；

小断面隧道开挖至变断面处，采用导洞方式向大断面隧道中线方向挑顶，等截面斜向上开挖导洞至其与大断面隧道拱顶位于同一高程；

第二步：过渡段扩挖；

导洞顶部继续向前开挖形成过渡段，使得过渡段的直径等于大截面隧道直径的一半；在过渡段位置向两侧扩挖，使得过渡段的宽度等于大断面隧道该标高的宽度；

第三步：标准段施工；

从过渡段等截面向前开挖，形成机械设备的工作段，所述工作段的水平面为高台阶阶面；

第四步：过渡段回挖；

在过渡段的水平面向下挖形成中台阶阶面；

第五步，小导洞爬坡段回挖；

在导洞处向两侧扩挖至与所述大断面隧道的宽度一致，再向上扩挖使得导洞顶部轮廓与大断面顶部轮廓相一致；

第六步：从变断面处向前开挖并形成下台阶阶面，形成三台阶并根据三台阶法施工，完成小端面隧道向大断面隧道的过渡。

优选地，第一步至六步任意工序均边开挖边设置支撑护架，其均包括沿着隧道纵向间隔设置的多个拱架，且每两相邻拱架之间设置纵向连接筋。

优选地，支撑护架包括：

两对H型钢架，其沿着隧道纵向相对间隔且竖直设置；每对H型钢架的两个H型钢架沿着隧道横向间隔设置，且二者之间通过多根横杆连接；所述H型钢的两根立柱上均沿其长度方向竖向间隔设置若干横向贯通的连接孔，两对H型钢架上正对的一对连接孔内分别螺纹连接有一水平的连接杆的两端；

每对H型钢架的顶部通过插接部固定有一内拱顶；所述内拱顶上螺纹连接有多根沿其径向设置的螺杆的一端，螺杆的另一端均固定有一弹簧钢制备的圆弧杆，相邻的圆弧杆之间相互铰接，并弯曲成与隧道顶部配合的圆弧状。

优选地，还包括：

若干根灌浆喷管，其为圆筒状且沿着隧道纵向水平设置在两对H型钢架上，所述灌浆喷管外侧面沿其长度方向均匀间隔设置有两组与其相互连通的喷嘴，两组喷嘴之间上下交错设置；所述灌浆喷管两端部均伸出两对H型钢架形成延伸部；

四根灌浆柱，若干根灌浆喷管的位于同一侧且同一竖直平面内的延伸部对应且连通一所述灌浆柱，所述灌浆柱顶部设置阀门。

本发明至少包括以下有益效果：

1、施工比较灵活，采用小导洞斜向上挑顶方式由小断面至大断面的灵活过渡，避免了现有技术当中小断面至变断面高度不断变化导致的支护参数不统一，异型支护过多，拆除困难等因素。

2、施工面增加，通过小导洞将施工面延伸至大断面处，从大断面往小断面回挖，扩大施工面，双向施工，提高隧道开挖效率；

3、利用一体化的临时支护对边墙和拱顶进行快速有效支撑防护，安装和拆卸都比现有技术支护和拆卸的效率高，且利用H型钢架组成的结构形成边墙系统的浇筑面能够快速浇筑，并且浇筑均匀节省成本和时间。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是爬坡导洞变断面施工工序俯视图；

图2为本发明所述临时支撑护架的结构图；

图3为本发明所述灌浆喷管与灌浆柱的安装关系图；

图4为本发明所述施工工艺结构图；

图5为本发明所述高台阶、中台阶示意图；

图6为本发明第二步中过渡段扩挖之前截面示意图；

图7为本发明第二步中过渡段扩挖之后截面示意图。

说明书附图标记说明：1、小导洞爬坡挑顶，2、过渡段扩挖，3、标准段施工，4、过渡段回挖，5、小导洞段回挖，6、H型钢架，7、连接孔，8、弹簧钢，9、螺杆，10、内拱顶，11、灌浆喷管，12、喷头，13、灌浆柱，14、阀门，15、小断面，16、导洞，17、过渡段，18、大断面，19、机械工作面，20、横杆，21、连接杆，22、变断面、23，高台阶、24，中台阶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-7所示，本发明提供一种基于爬坡导洞16的变断面22隧道开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：小导洞爬坡挑顶1；

小断面15隧道开挖至变断面22处，采用导洞16方式向大断面18隧道中线方向挑顶，等截面斜向上开挖导洞16至其与大断面18隧道拱顶位于同一高程；

第二步：过渡段扩挖2；

导洞16顶部继续向前开挖形成过渡段17，使得过渡段17的直径等于大截面隧道直径的一半；在过渡段17位置向两侧扩挖，使得过渡段17的宽度等于大断面18隧道该标高的宽度；

第三步：标准段施工3；

从过渡段17等截面向前开挖，形成机械设备的工作段19，所述工作段19的水平面为高台阶23阶面；

第四步：过渡段回挖4；

在过渡段17的水平面向下挖形成中台阶24阶面；

第五步，小导洞爬坡段回挖；

在导洞16处向两侧扩挖至与所述大断面18隧道的宽度一致，再向上扩挖使得导洞16顶部轮廓与大断面18顶部轮廓相一致；

第六步：从变断面22处向前开挖并形成下台阶阶面，形成三台阶并根据三台阶法施工，完成小断面15隧道向大断面18隧道的过渡。

在上述技术方案中，通过挑顶方式对导洞16顶部容易坠落的沙烁泥土残渣进行清理，避免在施工作业时，顶部掉落碎石泥土对施工安全造成影响，其中，等截面是指，在斜向上开挖过程中，其导洞16的截面直径始终保持一致；

第二步当中，过渡段扩挖时，将过渡段宽度扩挖至与大断面宽度相一致，以及将过渡段的高度挖至与大断面的半径相一致。

在另一种技术方案中，第一步至六步任意工序均边开挖边设置支撑护架，其均包括沿着隧道纵向间隔设置的多个拱架，且每两相邻拱架之间设置纵向连接筋。

在上述技术方案中，每个施工步骤通过边开挖边设置支护的方式进行，在容易出现局部坍塌或者岩土层不稳定的边墙处，应设置若干砂浆锚杆，然后在砂浆锚杆外套设钢筋网片，砂浆锚杆按照环形将出现易损的区域进行围护，然后将该处块状结构或者碎裂岩层吊挂在松动区以外的稳定岩体上，开挖前，在开挖掌子面上设置若干超前小导管，在软弱及破碎岩层施工中，超前小导管对松散岩层起到加固作用，注浆后增强了松散、软弱围岩的稳定性，有利于完成开挖后与完成初期支护时间内围岩的稳定，不至于围岩失稳破坏直至坍塌。

施工过程中，先在进行临时支撑时，每拆除一榀钢拱架后，再向周围扩挖并迅速按设计标准大断面18拱顶进行支护。

在另一种技术方案中，所述支撑护架包括：

两对H型钢架6，其沿着隧道纵向相对间隔且竖直设置；每对H型钢架6的两个H型钢架6沿着隧道横向间隔设置，且二者之间通过多根横杆20连接；所述H型钢的两根立柱上均沿其长度方向竖向间隔设置若干横向贯通的连接孔7，两对H型钢架6上正对的一对连接孔7内分别螺纹连接有一水平的连接杆21的两端；

每对H型钢架6的顶部通过插接部固定有一内拱顶10；所述内拱顶10上螺纹连接有多根沿其径向设置的螺杆9的一端，螺杆9的另一端均固定有一弹簧钢制备的圆弧杆8，相邻的圆弧杆8之间相互铰接，并弯曲成与隧道顶部配合的圆弧状。

在上述技术方案中，将H型钢架6贴近边墙固定，通过连接杆21对边墙进行横向的支撑和防护，通过拱顶对隧道拱顶进行顶部支撑和防护，其中，拱顶分为两层，外层拱顶采用多截铰接的弹簧钢围护成一个圆弧状，其可根据隧道拱顶的弧度变化进行调整至与其轮廓相贴合，内层拱顶采用刚性的支撑件弯折成圆弧状，两拱顶之间通过若干根螺杆9进行连接，且每一根螺杆9都支撑住一截外拱顶，螺杆9与外拱顶连接处采用轴承连接，螺杆9端部连接轴承的内环，轴承外环嵌入内拱顶10，安装调节时，通过螺杆9的调节对隧道拱顶的某一局部直径大于外拱顶部分进行顶推匹配至与该处隧道拱顶完全贴合。

为了适应隧道的顶部高度，可在H型钢架底部进行焊接和切割带有连接孔的支撑立柱以调整整个H型钢架的支撑高度。

在另一种技术方案中，还包括：

若干根灌浆喷管11，其为圆筒状且沿着隧道纵向水平设置在两对H型钢架6上，所述灌浆喷管11外侧面沿其长度方向均匀间隔设置有两组与其相互连通的喷嘴，两组喷嘴之间上下交错设置；所述灌浆喷管11两端部均伸出两对H型钢架6形成延伸部；

四根灌浆柱13，若干根灌浆喷管11的位于同一侧且同一竖直平面内的延伸部对应且连通一所述灌浆柱13，所述灌浆柱13顶部设置阀门14。

在上述技术方案中，将若干根灌浆喷管11穿插在H型钢架6的若干对相对的连接孔7内，形成一个浇筑面，然后利用外部混凝土喷射设备将预制的混凝土以一定压力通过灌浆柱13顶部阀门14进行压力喷射，一次性对局部隧道的两侧边墙进行快速浇筑加固，避免人工喷射带来的混凝土浪费以及喷射浇筑面不均匀的弊端；

其中，每一根灌浆喷管11上两相邻喷头12为交叉设置，形成一个弧形的浇筑面，所以在将灌浆喷管11穿插在H型钢架6上时应间隔设置，以避免混凝土的浪费。

在对隧道边墙进行混凝土浇筑时，应将H钢架先远离边墙一定距离，形成良好的喷射距离，然后等待边墙混凝土凝固后，在依次拆除灌浆柱13和灌浆喷管11，换上连接杆21，在将H型钢架6贴近边墙形成支撑防护。

实施例一：

纵向挑顶小导洞16爬坡段纵距共10m，坡度为38.2％；临时异形钢拱架为I18型钢钢架，拱架间距为0.5m；边墙系统砂浆锚杆φ22，长度3.5m，纵距0.5m，环距0.8m；φ8单层钢筋网片20cm×20cm及C25喷射混凝土厚25cm；开挖时每隔2m设置超前小导管φ42，长度3.5m、纵距2m、环距0.3m；纵向连接筋φ22，环距1m，内外交错布置；锁脚锚管φ42，每榀4根、长度3.5m，其支护参数可视岩层情况进行调整。

拱顶设置过渡段17向两侧扩挖，过渡段17采用同心圆曲拱墙，半径变化尺寸随着每延米平均变化量逐步过渡到大断面18隧道该标高的宽度。过渡段17扩挖2设置超前小导管支护，临时钢拱架为I20型钢钢架，间距50cm；φ8单层钢筋网片20cm×20cm；C25喷射混凝土厚27cm；设置超前小导管φ42，长度3.5m、纵距2m、环距0.3m；纵向连接筋φ22，环向间距1m，内外交错布置；锁脚锚管φ42，每榀4根、长度3.5m。

按大断面18隧道拱顶标准断面向前施工到适当距离，形成机械设备的工作面，标准段采用I22型钢拱架，间距50cm，拱架设置锁脚锚管，长度3.5m，纵距1.5m，环距0.3m。系统砂浆锚杆φ22,、长度4.0m。环距0.8m，纵距0.5m。φ10钢筋网片10cm×10cm，纵向连接筋φ22，环向间距1m，内外交错布置。

逐步形成三台阶法向前开挖中台阶24，同时往回开挖支护过渡段17，先拆除拱架临时支撑，每拆除一榀钢拱架后，再向周围扩挖满足设计轮廓后，应迅速按设计标准大断面18拱顶进行支护，直至逐步完成过渡段17上拱拱架支护，工序为“先拆再挖后撑”。

小导洞16爬坡段回挖。先向导洞16周围扩挖，并设置临时支撑，扩挖完成后，拆除小导洞16与导洞16周围的临时支撑，满足设计轮廓后，按设计标准段大断面18支护，工序为“先挖后撑再拆”。

顺线路开挖中下台阶，将拱顶拱架沿边墙搭接至底部，逐步形成三台阶法施工工艺。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.基于爬坡导洞的变断面隧道开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：小导洞爬坡挑顶；

小断面隧道开挖至变断面处，采用导洞方式向大断面隧道中线方向挑顶，等截面斜向上开挖导洞至其与大断面隧道拱顶位于同一高程；

第二步：过渡段扩挖；

导洞顶部继续向前开挖形成过渡段，使得过渡段的直径等于大截面隧道直径的一半；在过渡段位置向两侧扩挖，使得过渡段的宽度等于大断面隧道该标高的宽度；

第三步：标准段施工；

从过渡段等截面向前开挖，形成机械设备的工作段，所述工作段的水平面为高台阶阶面；

第四步：过渡段回挖；

在过渡段的水平面向下挖形成中台阶阶面；

第五步，小导洞爬坡段回挖；

在导洞处向两侧扩挖至与所述大断面隧道的宽度一致，再向上扩挖使得导洞顶部轮廓与大断面顶部轮廓相一致；

第六步：从变断面处向前开挖并形成下台阶阶面，形成三台阶并根据三台阶法施工，完成小断面隧道向大断面隧道的过渡；第一步至六步任意工序均边开挖边设置支撑护架，其均包括沿着隧道纵向间隔设置的多个拱架，且每两相邻拱架之间设置纵向连接筋；所述支撑护架，包括：

两对H型钢架，其沿着隧道纵向相对间隔且竖直设置；每对H型钢架的两个H型钢架沿着隧道横向间隔设置，且二者之间通过多根横杆连接；所述H型钢的两根立柱上均沿其长度方向竖向间隔设置若干横向贯通的连接孔，两对H型钢架上正对的一对连接孔内分别螺纹连接有一水平的连接杆的两端；

每对H型钢架的顶部通过插接部固定有一内拱顶；所述内拱顶上螺纹连接有多根沿其径向设置的螺杆的一端，螺杆的另一端均固定有一弹簧钢制备的圆弧杆，相邻的圆弧杆之间相互铰接，并弯曲成与隧道顶部配合的圆弧状；

还包括：

若干根灌浆喷管，其为圆筒状且沿着隧道纵向水平设置在两对H型钢架上，所述灌浆喷管外侧面沿其长度方向均匀间隔设置有两组与其相互连通的喷嘴，两组喷嘴之间上下交错设置；所述灌浆喷管两端部均伸出两对H型钢架形成延伸部；

四根灌浆柱，若干根灌浆喷管的位于同一侧且同一竖直平面内的延伸部对应且连通一所述灌浆柱，所述灌浆柱顶部设置阀门；

每一根灌浆喷管上两相邻喷头为交叉设置，形成一个弧形的浇筑面。

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