CN109931075B - 陡坡斜井隧道的洞口布置结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陡坡斜井隧道的洞口布置结构，包括洞口施工平台、洞门墙、二次衬砌、洞口套拱、斜坡道、提升系统，洞口施工平台设有场边道路，二次衬砌设有扩大段，扩大段外壁与洞口套拱相连，扩大段顶部的山体上设置有沿二次衬砌宽度方向的收料平台，收料平台与场边道路位置高的一端相连，收料平台靠近洞门墙的一侧设有穿过山体和扩大段、并与扩大段洞内空腔相连通的进料孔，进料孔与钢轨道一一对应。本发明能够提高施工效率、加快施工速度、有效缩短施工工期，可以广泛应用于隧道工程技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，特别是涉及一种陡坡斜井隧道的洞口布置结构。
背景技术
在公路、铁路和水利工程的隧道施工中，为增加工作面，创造良好的施工条件，缩短施工工期，需要设施工支洞。由于受地形、地质等各种因素的限制，施工支洞须采用斜井形式，其纵向坡度达到20度以上，甚至更陡，陡坡斜井隧道的开挖出渣和支护材料的洞内运输常采用轨道提升机系统。传统的陡坡斜井隧道的洞口布置结构在轨道提升机系统的洞口出渣与其它施工机械、支护材料的进洞方面存在相互干扰现象，使得斜井隧道的开挖支护与混凝土二次衬砌须分序施工，造成施工效率低下、施工速度慢、施工工期长。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种陡坡斜井隧道的洞口布置结构，使得轨道提升机系统的洞口出渣与其它施工机械、支护材料的进洞避免相互干扰，陡坡斜井隧道的开挖、出渣和混凝土二次衬砌具备同时施工的条件，能够提高施工效率、加快施工速度、有效缩短施工工期。
本发明提供的一种陡坡斜井隧道的洞口布置结构，包括位于隧道洞口前的洞口施工平台，所述洞口施工平台一侧沿着隧道挖掘方向依次设有洞门墙和二次衬砌，所述二次衬砌设有与其外壁相连的洞口套拱，所述洞口施工平台上设有依次穿过洞门墙和洞口套拱、并与二次衬砌相连的斜坡道，所述洞口施工平台上设有沿斜坡道和二次衬砌布置的提升系统，所述洞口施工平台边缘设有逐渐上升的场边道路，所述二次衬砌由沿纵向依次相连的扩大段、过渡段和洞身段组成，所述扩大段的一侧设有相对于过渡段和洞身段凸出的、便于混凝土搅拌车通过的凸出部，所述扩大段进口端分别与洞门墙和斜坡道相连，所述扩大段外壁与洞口套拱相连，所述扩大段顶部的山体上设有沿二次衬砌宽度方向设置的收料平台，所述收料平台与场边道路位置高的一端相连，所述收料平台靠近洞门墙的一侧设有穿过山体和扩大段、并与扩大段洞内空腔相连通的进料孔，所述进料孔与钢轨道一一对应。
所述提升系统包括提升机房内的卷扬机、钢丝绳、天轮、定滑轮、沿斜坡道和二次衬砌置的钢轨道和箕斗车，所述天轮设置在洞口施工平台上，并靠近斜坡道端部，所述天轮与钢轨道一一对应，所述箕斗车位于钢轨道上，所述定滑轮沿钢轨道均布设置，所述钢丝绳两端分别与卷扬机和箕斗车相连、且与天轮和定滑轮相配合。
在上述技术方案中，所述扩大段和斜坡道均为坡度为4～6度的缓坡，所述缓坡处的钢轨道和定滑轮上表面与缓坡坡道平齐，所述过渡段纵向呈圆弧状，所述洞身段的坡度为20～40度的陡坡，所述陡坡处的钢轨道和定滑轮设于陡坡坡面上。
在上述技术方案中，所述过渡段为半径20～40m的圆弧，所述圆弧两端分别与陡坡和缓坡相切。
在上述技术方案中，所述钢轨道靠近扩大段凸出部的一侧设有衬砌混凝土溜槽。
在上述技术方案中，所述收料平台位于洞口套拱顶部的山体上，所述进料孔依次穿过山体、洞口套拱和扩大段。
在上述技术方案中，所述收料平台顶面比洞门墙顶面低80cm，所述收料平台的宽度为5m。
在上述技术方案中，所述洞门墙为重力式挡墙结构，所述洞门墙两侧呈上宽下窄的台阶状结构。
在上述技术方案中，所述洞口套拱的顶拱设有多根直径Φ＝80～180mm钢管，所述各根钢管中心距离为30～50cm，所述钢管两端分别与洞口套拱和岩体固定相连，所述钢管内充填有水泥砂浆。
在上述技术方案中，所述二次衬砌相对于凸出部的另一侧分别设有施工风水管和施工供电线，所述施工风水管设于二次衬砌侧壁的底部，所述施工供电线设于二次衬砌侧壁的顶部，所述二次衬砌顶部设有通风排烟管。
在上述技术方案中，所述洞口套拱与二次衬砌的顶部均为圆弧状结构。
本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构，具有以下有益效果：
(1)陡坡斜井隧道采用钻爆法施工，在有轨运输的条件下，可以实现开挖出渣与施工机械、支护材料进洞同时进行，避免了相互干扰。斜井隧道的开挖出渣与混凝土二次衬砌可同步进行，施工效率和施工速度显著提高，施工工期有效缩短。当隧道的围岩类别为Ⅳ类时，若开挖出渣与混凝土二次衬砌分序施工，每公里隧道开挖出渣需用时12个月，混凝土二次衬砌用时8个月，总工期达到20个月，而本发明实现了开挖出渣与混凝土二次衬砌同步进行，每公里隧道总工期可缩短为12个月。
(2)洞口套拱和扩大段二次衬砌顶拱部位预留有进料孔，隧洞支护所需的喷混凝土骨料和水泥经场边道路运输至收料平台后，利用重力作用落入箕斗车内，避免了物料的二次倒运。
附图说明
图1为本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构的平面结构示意图；
图2为本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构的纵向剖切示意图；
图3为图2中的局部放大图；
图4为本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构中二次衬砌的扩大段立面结构示意图；
图5为本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构中二次衬砌的洞身段立面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
参见图1至图5，本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构，包括位于隧道洞口前的洞口施工平台2，所述洞口施工平台2一侧沿着隧道挖掘方向依次设有洞门墙6和二次衬砌9，所述二次衬砌9设有与其外壁相连的洞口套拱7，所述洞口施工平台2上设有依次穿过洞门墙6和洞口套拱7、并与二次衬砌9相连的斜坡道4，所述洞口施工平台2上设有沿斜坡道4和二次衬砌9布置的提升系统3，所述提升系统3包括提升机房3.1内的卷扬机3.1.1、钢丝绳3.2、天轮3.3、定滑轮3.4、沿斜坡道4和二次衬砌9布置的钢轨道3.5和箕斗车3.6，所述天轮3.3设置在洞口施工平台2上、并靠近斜坡道4端部，所述天轮3.3与钢轨道3.5一一对应，所述箕斗车3.6位于钢轨道3.5上，所述定滑轮3.4沿钢轨道3.5均布设置，所述钢丝绳3.2两端分别与卷扬机3.1.1和箕斗车3.6相连、且与天轮3.3和定滑轮3.4相配合，所述洞口施工平台2边缘设有逐渐上升的场边道路1，所述二次衬砌9由沿纵向依次相连的扩大段9.1、过渡段9.2和洞身段9.3组成，所述扩大段9.1的一侧设有相对于过渡段9.2和洞身段9.3凸出的、便于混凝土搅拌车11通过的凸出部9.1.1，所述扩大段9.1一端分别与洞门墙6和斜坡道4相连，所述扩大段9.1外壁与洞口套拱7相连，所述扩大段9.1顶部的山体上设有沿二次衬砌9宽度方向设置的收料平台5，所述收料平台5与场边道路1位置高的一端相连，所述收料平台5靠近洞门墙6的一侧设有穿过山体和扩大段9.1、并与扩大段9.1洞内空腔相连通的进料孔8，所述进料孔8与钢轨道3.5一一对应。
所述扩大段9.1和斜坡道4均为坡度为4～6度的缓坡，所述缓坡处的钢轨道3.5和定滑轮3.4上表面与缓坡坡道平齐，所述过渡段9.2纵向呈圆弧状，所述洞身段9.3的坡度为20～40度的陡坡，所述陡坡处的钢轨道3.5和定滑轮3.4设于陡坡坡面上。所述过渡段9.2为半径20～40m的圆弧，所述圆弧两端分别与陡坡和缓坡相切。
所述钢轨道3.5靠近扩大段9.1凸出部9.1.1的一侧设有衬砌混凝土溜槽10。
所述收料平台5位于洞口套拱7顶部的山体上，所述进料孔8依次穿过山体、洞口套拱7和扩大段9.1。所述收料平台5顶面比洞门墙6顶面低80cm，所述收料平台5的宽度为5m。
所述洞门墙6为重力式挡墙结构，所述洞门墙6两侧呈上宽下窄的台阶状结构。
所述洞口套拱7的顶拱设有多根直径Φ＝80～180mm钢管，所述各根钢管中心距离为30～50cm，所述钢管两端分别与洞口套拱7和岩体固定相连，所述钢管内充填有水泥砂浆。
所述二次衬砌9相对于凸出部9.1.1的另一侧分别设有施工风水管13和施工供电线14，所述施工风水管13设于二次衬砌9侧壁的底部，所述施工供电线14设于二次衬砌9侧壁的顶部，所述二次衬砌9顶部设有通风排烟管15。
所述洞口套拱7与二次衬砌9的顶部均为圆弧状结构。
本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构的设计原理如下：
所述场边道路1位于洞口施工平台2的边缘，主要用于运输斜井隧道施工所需的机械设备和材料。
所述洞口施工平台2紧接隧道洞口，主要用于摆放施工所需的变电站、供风站、现场仓库、施工临时设备等。
所述提升系统3主要由提升机房3.1内的卷扬机3.1.1、钢丝绳3.2、天轮3.3、定滑轮3.4、钢轨道3.5和箕斗车3.6组成。所述钢丝绳3.2一端与箕斗车3.6相连，另一端与提升机房3.1内的卷扬机3.1.1相连。钢丝绳3.2中间部位沿着钢轨道3.5与定滑轮3.4和天轮3.3接触，以避免钢丝绳与地面接触，可以起到减小钢丝绳3.2的摩擦力并保护钢丝绳3.2的作用。由于陡坡斜井隧道的纵坡一般大于20度，箕斗车3.6在重力的作用下可以沿着钢轨道3.5滑进洞内，当滑动过快时，可用钢丝绳3.2减速。当箕斗车3.6从斜井底部驶向洞外时，在提升机房内3.1内的卷扬机3.1.1牵引力作用下，箕斗车3.6沿着钢轨道3.5驶向洞外的斜坡路堤4.1直至翻渣台4.2，然后卸渣。
所述洞口斜坡道4由斜坡路堤4.1和翻渣台4.2组成，采用C15混凝土浇筑，纵向断面为直角三角形。洞口斜坡道4的坡度与洞口缓坡段的纵坡一致，为同时满足箕斗车3.6自动下滑的要求和洞口缓坡段车辆通行的要求，洞口斜坡道4的纵向坡度为4～6度，优选为5度。洞口斜坡道4的定滑轮3.4和钢轨道3.5与斜坡道4表面平齐。
所述收料平台5位于洞口顶部，一侧为挖方边坡，另一侧为洞门墙6。洞门墙6顶部高出收料平台5 80cm。收料平台5宽度为5m，起点与场边道路1连接，横跨斜井隧道的顶部。所述收料平台5表面采用水泥混凝土硬化。
所述洞门墙6位于洞口的外侧，采用重力式挡墙结构形式。洞门墙6基础根据所处的地形和地质条件，开挖成台阶状。所述洞门墙6墙体采用C25混凝土浇筑而成，墙内设Φ50mm排水孔，间排距2m×2m。
所述洞口套拱7为明拱衬砌，一侧与洞门墙6相连，另一侧与明挖岩面接触。由于洞口多为风化破碎围岩，岩质较差，为保证斜井隧道的进洞施工安全，所述洞口套拱7采用管棚超前支护的施工工艺。所述洞口套拱7的顶部布设有多根直径为Φ80～180mm的钢管，各根钢管中心距离为30～50cm，钢管长度视软弱破碎围岩的厚度而定，优选长度为10～45m。钢管沿岩面钻孔打入后，内注水泥砂浆增加钢管刚度。钢管一端与洞口套拱7连接，另一端插入岩体，通过形成梁结构来承担隧道顶部的围岩压力。
所述进料孔8位于洞口套拱7的顶部，钢轨道3.5的正上方，进料孔8截面为圆形，直径为80cm，所述进料孔8与钢轨道3.5一一对应。
所述二次衬砌9截面为城门洞型，沿着纵向分为扩大段9.1、过渡段9.2和洞身段9.3，为钢筋混凝土结构，现场浇筑而成。洞身段9.3二次衬砌纵向为陡坡，坡度为20～40度，坡面主要用于布设钢轨道3.5、定滑轮3.4和衬砌混凝土溜槽10，且均在洞身段9.3底板以上位置。二次衬砌9右侧墙用于固定施工风水管13和施工供电线14，顶部用于固定通风排烟管15。洞身段9.3二次衬砌9净断面尺寸采用6.5m×6.0m(宽×高)，以满足斜井隧道的施工需求。扩大段9.1二次衬砌9在洞身段9.3二次衬砌9的基础上，左侧向外扩宽2.5m，二次衬砌净断面尺寸采用9.0m×6.0m(宽×高)，以满足扩大段9.1具备混凝土搅拌车11运输的条件。扩大段9.1二次衬砌9纵向为缓坡，坡度为5度，长度为14m，顶部与洞口套拱7相接部位预留有进料孔8。扩大段9.1二次衬砌9坡面主要用于布设钢轨道3.5和定滑轮3.4，且均与二次衬砌9坡面表面平齐。过渡段9.2二次衬砌9纵坡为圆弧形，圆弧半径大于20m，弧线两端分别与陡坡段和缓坡段相切，以保证钢轨道3.5由陡坡均匀过渡为缓坡，箕斗车3.6可以顺利从洞身段9.3驶向斜坡道4。
所述施工风水管13、施工供电线14、通风排烟管15从洞内通向洞外，分别固定于二次衬砌9右边墙底部、二次衬砌右边墙顶部和顶拱部位，以满足斜井隧道施工风水电和通风排烟的需求。
本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构，陡坡斜井隧道采用钻爆法施工、提升系统3出渣的运输方式。隧道开挖支护所需的喷混凝土拌合料12采用自卸汽车(图中未示出)运输，经场边道路1运输至洞口顶部收料平台5，喷混凝土拌合料12在重力的作用下，由进料孔8自然落入箕斗车3.6内，然后运输至开挖面。由于缓坡段钢轨道3.5和定滑轮3.4与二次衬砌9底板表面平齐，开挖支护所需的装载机、挖掘机等施工机械(图中未示出)，可在洞口缓坡段横向调整方位，将钢轨道3.5和定滑轮3.4位于底盘(图中未示出)之下，然后驶入洞内。开挖支护的同时，二次衬砌9的混凝土施工可及时跟进，二次衬砌9所需的混凝土采用混凝土搅拌车11运输，经过衬砌混凝土溜槽10入仓。洞口二次衬砌9扩大段9.1为缓坡，洞口宽度扩大后混凝土搅拌车11可在洞内缓坡段行驶，为混凝土经衬砌混凝土溜槽10入仓创造了条件。本发明陡坡斜井隧道的洞口布置结构能够满足隧道开挖支护的同时进行混凝土二次衬砌的施工条件，两个工序互不干扰，能够有效提高施工效率、加快施工速度、缩短施工工期。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：包括位于隧道洞口前的洞口施工平台(2)，所述洞口施工平台(2)一侧沿着隧道挖掘方向依次设有洞门墙(6)和二次衬砌(9)，所述二次衬砌(9)设有与其外壁相连的洞口套拱(7)，所述洞口施工平台(2)上设有依次穿过洞门墙(6)和洞口套拱(7)、并与二次衬砌(9)相连的斜坡道(4)，所述洞口施工平台(2)上设有沿斜坡道(4)和二次衬砌(9)布置的提升系统(3)；
所述洞口施工平台(2)边缘设有围绕洞口施工平台(2)布置并逐渐上升的场边道路(1)，所述二次衬砌(9)由沿纵向依次相连的扩大段(9.1)、过渡段(9.2)和洞身段(9.3)组成，所述扩大段(9.1)的一侧设有相对于过渡段(9.2)和洞身段(9.3)凸出的、便于混凝土搅拌车(11)通过的凸出部(9.1.1)，所述扩大段(9.1)进口端分别与洞门墙(6)和斜坡道(4)相连，所述扩大段(9.1)外壁与洞口套拱(7)相连，所述扩大段(9.1)顶部的山体上设有沿二次衬砌(9)宽度方向的收料平台(5)，所述收料平台(5)与场边道路(1)位置高的一端相连，所述收料平台(5)靠近洞门墙(6)的一侧设有穿过山体和扩大段(9.1)、并与扩大段(9.1)洞内空腔相连通的进料孔(8)，所述进料孔(8)与钢轨道(3.5)一一对应。
2.根据权利要求1所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述提升系统(3)包括提升机房(3.1)里的卷扬机(3.1.1)、钢丝绳(3.2)、天轮(3.3)、定滑轮(3.4)、沿斜坡道(4)和二次衬砌(9)布置的钢轨道(3.5)和箕斗车(3.6)，所述天轮(3.3)设置在洞口施工平台(2)上、并靠近斜坡道(4)端部，所述天轮(3.3)与钢轨道(3.5)一一对应，所述箕斗车(3.6)位于钢轨道(3.5)上，所述定滑轮(3.4)沿钢轨道(3.5)均布设置，所述钢丝绳(3.2)两端分别与卷扬机(3.1.1)和箕斗车(3.6)相连、且与天轮(3.3)和定滑轮(3.4)相配合。
3.根据权利要求2所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述扩大段(9.1)和斜坡道(4)均为坡度为4～6度的缓坡，所述缓坡处的钢轨道(3.5)和定滑轮(3.4)上表面与缓坡坡道平齐，所述过渡段(9.2)纵向呈圆弧状，所述洞身段(9.3)的坡度为20～40度的陡坡段，所述陡坡段的钢轨道(3.5)和定滑轮(3.4)设于陡坡坡面上。
4.根据权利要求3所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述过渡段(9.2)为半径20～40m的圆弧，所述圆弧两端分别与陡坡和缓坡相切。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述钢轨道(3.5)靠近扩大段(9.1)凸出部(9.1.1)的一侧设有衬砌混凝土溜槽(10)。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述收料平台(5)位于洞口套拱(7)顶部的山体上，所述进料孔(8)依次穿过山体、洞口套拱(7)和扩大段(9.1)。
7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述收料平台(5)顶面比洞门墙(6)顶面低80cm，所述收料平台(5)的宽度为5m。
8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述洞门墙(6)为重力式挡墙结构，所述洞门墙(6)两侧呈上宽下窄的台阶状结构。
9.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述洞口套拱(7)的顶拱内设有多根直径Φ＝80～180mm钢管，所述各根钢管的中心距离为30～50cm，所述钢管两端分别与洞口套拱(7)和岩体固定相连，所述钢管内充填有水泥砂浆。
10.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的陡坡斜井隧道的洞口布置结构，其特征在于：所述二次衬砌(9)相对于凸出部(9.1.1)的另一侧分别设有施工风水管(13)和施工供电线(14)，所述施工风水管(13)设于二次衬砌(9)侧壁的底部，所述施工供电线(14)设于二次衬砌(9)侧壁的顶部，所述二次衬砌(9)顶部设有通风排烟管(15)；所述洞口套拱(7)与二次衬砌(9)的顶部均为圆弧状结构。
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