CN110030004A - 一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，采用小型空间逐段开挖，分段依次顶举抬高的方式形成大型隧洞，同时对每段隧洞的顶端及两侧端根据依次顶举抬高进行不断加固支撑，加固支撑结束后形成各段隧洞钢体；泄流时，水流不断冲刷土体底面，隧洞底面被掏空，各段隧洞钢体随着土体底面不断下降，进一步降低了堰塞湖泄流高度；小型空间开挖的启始位置设定在堰塞体的单边方向或双边方向或中间沉井内，沉井施工时采用单向或双向方式进行，在泄流隧洞钢体或沉井中设有流量控制装置。本发明极大减少土方开挖量，通过在开挖线路上设置沉井增加工作面，极大缩短每个工作面挖掘长度，有利于在很短时间内开始泄流排险工作。

Description

一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法

技术领域

本发明涉及减灾技术，具体涉及一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法。

背景技术

堰塞湖是一种主要由大规模山体滑坡、崩塌等地质灾害在河道中形成堰塞体，堰塞体堵塞河道而蓄水形成湖泊，对大型堰塞湖，堰塞体高出河床几十米，库水位大幅上涨，不仅淹没上游，结构松散、稳定性差的堰塞体极可能溃坝，对下游造成洪灾，水位越高，库容量越大，灾害越严重，所以需要进行应急排险处置，在尽可能短的时间内，排泄湖水，降低水位，消除溃坝风险。

主要处置方法就是开挖泄流槽引流，可用的方法有机械开槽引流、爆破开挖引流、湖水机械抽排、引流冲刷和虹吸抽排等。目前常采用机械开槽，开挖土方量很大，需要挖掘机等大型接卸设备。这种开挖方法存在多方面不足：一是开挖土方量大，土方转运量大，成槽速度慢；二是道路不通，大型机械进场困难，耗费时间；三是现场抢险人员露天作业，受山体二次滑坡崩威胁；四是泄流过程中，无法控制下泄流量，导致巨大下泄洪峰，引起洪灾。

发明内容

本发明的目的就是针对目前机械开挖泄流槽存在的不足，提供了一种堰塞体泄流隧洞开挖方法，该方法通过渐进阶梯式开挖顶举形成泄流隧洞，以设置沉井的方式增加工作面，沉井内安装流量控制闸，控制下泄流量。该方法无需大型挖掘设备，土体开挖量少，成槽速度快，工作人员在地下作业，不受二次滑坡威胁，可调节下泄流量，减少泄流洪灾，尤其适用以碎石为主的堰塞体。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，采用小型空间逐段开挖，分段依次顶举抬高的方式形成大型隧洞，同时对每段隧洞的顶端及两侧端根据依次顶举抬高进行不断加固支撑，加固支撑结束后形成各段隧洞钢体；泄流时，水流不断冲刷土体底面，隧洞底面被掏空，各段隧洞钢体随着土体底面不断下降，进一步降低了堰塞湖泄流高度，小型空间开挖的启始位置设定在堰塞体的单边或双边或中间设有的沉井内，沉井施工时采用单向或双向方式进行，在泄流隧洞钢体或沉井中设有流量控制装置。

进一步，包括以下步骤：

S1沿河流纵向选定沉井位置及泄流隧洞开挖线路；以长度短和开挖深度方向孤石较少较小为标准确定开挖线路，以堰塞体大小和初始堰塞湖水面位置确定沉井深度和隧洞底面深度，标定沉井位置和泄流隧洞开挖线路，再进行沉井施工；

S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业；先在地下指定深度，在同一沉井中按开挖线路双向进行管棚支护，在管棚下方进行土方开挖作业形成初始顶举空间，退出管棚，同时用顶举装置和支护板对初始顶举空间进行第一阶段顶举和同步局部加固；第一阶段顶举抬高后，前方又成为一个新的初始顶举空间的挖掘作业面，再进行管棚支护逐段开挖和顶举抬高，这种阶梯分段的作业方式在挖通最后一段之前，阶梯分段需保证前方有进行管棚支护的阶梯作业面，局部加固随着顶举抬高进行；

S3第二阶段顶举作业；在进行过第一阶段顶举的基础上，再进行后续顶举作业，增加隧洞高度，阶梯状往前推进，使整个隧洞高度达到设计要求；

S4加固支撑体系，局部加固随着顶举抬高不断进行至形成隧洞钢体；

S5沉井内安装流量控制闸，控制下泄流量，避免过大下泄流量引起洪灾。

进一步，步骤S1包括以下步骤：

S101开挖深度按湖水上升速度和施工时间确定；即泄流隧洞开挖完成前，湖水应未超过泄流隧洞底面高度；

S102标记沉井位置；为增加作业面，用沉井将待挖掘堰塞体分为若干作业段，每个沉井底部有两个背向起始工作端面，每个开挖方向独立作业，上下游两个末端以挖通为止；

S103沉井施工；组装沉井，先安装刃脚和活动壁板，活动壁板与开挖线路纵向垂直，挖掘沉井内土体吊运到堰塞体顶面，随着土体不断被挖掘，沉井在自重作用下不断下沉，直到下降到设计深度，再拆卸活动壁板，活动壁板拆卸后就是隧洞开挖作业的起始工作洞口。

进一步，所述沉井的水平截面包括矩形、圆形或椭圆形，底部有刃脚，与泄流隧洞纵向垂直方向底端为活动壁板，活动壁板长度等于泄流隧洞设计宽度L，活动壁板宽度或组合宽度等于起始工作洞口初始开挖高度；沉井采用分段装配式结构，由若干预制混凝土板装配而成，每段构件之间固定连接。

进一步，步骤S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业包括以下步骤：

S201开始作业时，先拆去若干块沉井活动壁板，露出作业洞口，随着顶举作业进行，隧洞高度增加，拆下更多活动壁板，洞口高度始终等于隧洞高度，直到洞口达到设计高度为止；

S202泄流隧洞采取分段阶梯的作业方式向前开挖和顶举；先在洞口上边缘下方高为h的位置沿开挖前进方向水平打入一排棚管形成管棚，其宽度等于隧洞设计宽度L，也等于支护板长度b，棚管前端打入土中，后端固定在钢架上，入土深度不小于开挖进深的1.5～2.5倍，开挖进深等于支护板宽度a，下方土体被挖除后，管棚形成水平梁支撑上方土体；

S203向前挖除管棚下方一定深度和一定宽度范围内的土体，其中挖掘深度等于支护板宽度a，挖掘宽度等于支护板长度b，也等于隧洞设计宽度L；

S204在底面横向铺上垫板或枕木，其上再铺设钢制轨道，顶举装置安放在钢轨上，方便前后移动；其中四个角上单独嵌入小型垫块，作为支护板两端支撑架的垫块；

S205将顶举装置平稳放置在轨道上，第一块支护板置于顶举板上，顺轨道向前移至管棚下，上升紧靠管棚，逐根拔去所有棚管，移走管棚支撑架，启动电动油泵，向上平稳顶举支护板升高一个距离e，距离e等于或小于顶举装置行程，支护板托举上覆土层向上隆起，隧洞高度亦增加了距离e，总高度为初始洞口高h+距离e，然后在两侧放置支撑架，支护板上所有荷载由支撑架承担，两侧支撑架在竖直方向上连接侧支护板，顶举装置收缩复位，顺轨道退出；

S206第一次顶举第二块支护板；第一块支护板顶举抬高后，前方成为第二段初始顶举空间的挖掘作业面，重复步骤S202、S203、S204、S205，完成第二块支护板顶举，第二块支护板上升一个距离e，此时第一、第二块支护板高度相同，均为h+e；

S207第二块支护板顶举抬高后，前方成为第三段初始顶举空间的挖掘作业面，重复步骤S202、S203、S204、S205，完成第三块支护板顶举；这样直到完成最后一块支护板顶举，同时各块支护板顶举至设计尺寸，各块支护板顶举时，支护板之间采用过渡板连接，防止支护板之间的碎石进入隧洞。

进一步，所述管棚由棚管和管架组成，所述棚管前端实心呈锥尖状，所述管架为倒U形钢架，棚管成水平平行向前打入土中一定深度，管与管之间并排排列或有一定间距，后端固定在U形钢架，当管棚下方土体被挖除后，上方土体因管棚支撑保持稳定不掉落。

进一步，所述支护板由主板和翼板组成，主板长度b等于隧洞宽度，宽度a等于管棚下挖土进深；翼板为L型截面，一个翼边固定在主板长边下方一侧，另一个翼边与主板长边边缘齐平且为支护板之间的过渡板，翼板宽度等于每一次的顶举高度，翼板长度小于主板长度b，两端留出放置支撑架的空间。

进一步，所述流量控制闸，包括框架和格栅闸门，所述框架为矩形钢架，固定在沉井壁隧洞洞口四周。所述格栅闸门可沿框架上下移动，包括格栅板和板架，格栅板为长条形带孔钢板，板宽不宜太大，20～40cm为宜，板长大于板架高度，每块格栅板可单独上下移动，可根据需要调节高度，板上有格栅孔，孔径5～10cm为宜，下部孔径稍小，上部稍大。

本发明的有益效果是：

本发明采用一种以顶举为主的开挖方法在堰塞体内形成泄流隧洞，通过开挖一个能容纳顶举装置的小型空间，利用顶举装置增加高度而形成泄流隧洞，同时采用沉井增加施工作业面，优点如下：

1.极大减少土方开挖量。在泄流隧洞开挖过程中，只需要挖掘一个能容纳顶举装置的小型空间，土方量很小，避免了土方运输问题。

2.不需要大型挖掘机械，有利于在很短时间内开始泄流排险工作。开挖使用的都是小型机械，其中沉井和顶举装置均是装配式，搬运方便，对交通不便的堰塞湖，有利于在很短时间内开始泄流排险挖掘工作。

3.可调节下泄流量，减少下游洪灾。在每个沉井靠下游侧面均设置流量控制闸，通过升降格栅闸门，将冲刷下来的粗颗粒拦截在格栅板前，对隧道底面形成防冲刷层和降低水力坡度，阻止冲刷下切，从而控制流量继续增大，并随时间增加流量慢慢减少。

4.多个工作面同时作业，施工速度快。通过在开挖线路上设置沉井增加工作面，每个沉井有两个工作面，可极大缩短每个工作面挖掘长度。

5.抢险人员在泄流隧洞内作业，不受二次滑坡(碎石)威胁。

附图说明：

图1是泄流隧洞开挖顶举过程纵剖面示意图；

图2是泄流隧洞顶举横剖面示意图；

图3是顶举装置示意图；

图4是支护板纵向剖面示意图；

图5是支护板横向剖面示意图；

图6是图1A—B剖面示意图；

图7是顶举过程中支护板呈阶梯状分布示意图。

图中，沉井1、管棚2、顶举装置3、底座301、顶举千斤顶302、顶举板303、支护板4、主板401、翼板402、支撑架5、横梁501、支护板柱脚502、挡土侧板6、轨道7、轨道垫板8、小型垫块9。

具体实施方式

结合以下实施例和附图对本发明作进一步说明，但本实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。

一种堰塞湖泄流隧洞开挖支撑系统特别适用于一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，它包括管棚、隧洞钢体和沉井，泄流隧洞设有一个或多个沉井以及多段独立的隧洞钢体，隧洞钢体横截面为下框形包括支护板和支撑架，支撑架在竖直方向上为能固定的伸缩结构；沉井的水平截面包括矩形、圆形或椭圆形，底部有刃脚，沉井两侧底部单边方向和/或双边方向设有活动壁板，活动壁板为单块或多块组合结构，活动壁板拆除后为隧洞开挖口，隧洞开挖后安装隧洞钢体，隧洞钢体隧洞开挖过程中不断抬高，隧洞钢体抬高后与活动壁板拆除后形成隧洞开挖口相通且形成的通道平齐。

进一步，它还包括过程设施中的顶举装置，支护板在顶举装置的作用下顶举抬高，顶举抬高后拆除顶举装置，由支撑架固定，支撑架在竖直方向上连接侧向挡土板。

进一步，它还包括过程设施中的管棚，在隧洞开挖方向使用管棚支护，管棚下方的土体开挖后安装隧洞钢体，在隧洞钢体抬高前拆除管棚。

进一步，它还包括过程设施中的轨道，在隧洞底面横向铺上垫板或枕木，其上纵向再铺设钢制轨道，顶举装置安放在钢轨上，拆除顶举装置后再拆除钢轨及垫板或枕木。

进一步，支撑架由横梁和柱脚组成，横梁长度等于支护板宽度，柱脚在竖直方向上为能固定的伸缩结构，横梁与支护板连接，柱脚与侧向挡土板连接，柱脚底部与小型垫块连接。

进一步，支护板由主板和翼板组成，翼板为L型截面，一个翼边固定在主板长边下方一侧，另一个翼边与主板长边边缘齐平且为支护板之间的过渡板。

进一步，沉井采用分段装配式结构，由若干预制混凝土板装配而成，每段构件之间能固定连接，与泄流隧洞纵向垂直方向底端为活动壁板，活动壁板长度等于泄流隧洞设计宽度L，活动壁板宽度或组合宽度等于起始工作洞口初始开挖高度。

进一步，所述顶举装置包括底座、千斤顶和顶举板，由四台千斤顶固定在同一底座上进行联合顶举，由顶举板顶举支护板。

进一步，管棚由棚管和管架组成，所述棚管前端实心呈锥尖状，所述管架为下框倒U形钢架，棚管成水平平行向前打入土中一定深度，管与管之间并排排列或有一定间距，后端固定在U形钢架。

进一步，在隧洞钢体或沉井中设有流量控制装置，所述流量控制装置采用流量控制闸，流量控制闸包括框架和格栅闸门，所述框架为矩形钢架，固定在沉井壁隧洞洞口四周。所述格栅闸门能沿框架上下移动，包括格栅板和板架，格栅板为长条形带孔钢板，板长大于板架高度，每块格栅板能单独上下移动，板上有格栅孔，下部孔径稍小，上部稍大。

实施例1

某堰塞湖的堰塞体(坝)沿河道方向长220m，顶面宽180m，高出水面50m，主要由碎石组成。采用顶举方式开挖泄流隧洞进行排险，设计泄流隧洞长200m、宽3m、高2.75m，隧洞底面深15m。为增加工作面，沿隧洞开挖方向(河流纵向)设置两个沉井，共有四个工作面，四个班组同时开始工作，每个班组挖掘长度为50m，沉井相距100m，距离上下游50m。整个隧洞分40节，每节长5m，合计长200m，每块支护板长b＝3.0m宽a＝1.0m，则每节隧洞由5块支护板和相应支撑体系固定在一起组成，形成一个隧洞刚体。每个工作面有2组作业人员和2台顶举装置，整个顶举作业分为两个阶段，第一组负责挖掘和第一阶段的顶举作业，第二组负责第二阶段的顶举作业，顶举装置行程为0.25m，每次顶举高度亦为e＝0.25m，第一阶段进行两次顶举作业，第二阶段完成五次顶举，初始顶举空间高度为1.0m，则第一阶段顶举作业完成后，隧洞(支护板)高度为1.0+2×0.25＝1.5m，第二阶段顶举作业完成后，隧洞高度达1.5+5×0.25＝2.75m。

一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，包括以下步骤：

S1确定开挖线路，标定沉井位置，进行沉井施工。具体如下：

S101确定泄流隧洞底面深度为15m，沿河流纵向选定泄流隧洞开挖线路，以长度较短和隧洞开挖位置(深度13～15m的位置)孤石较少为标准，以直线为宜，量测总开挖长度200m。

S102标记沉井1位置。为增加作业面，沿开挖线路设置两个沉井1，沉井1水平间距100m，距离堰塞体上、下游50m，标记沉井1位置。整个泄流隧洞分4个作业段，共四个作业班组同时开展工作，每个班组挖掘长度为50m，从沉井开始，沿开挖线分别向上游和向下游方向进行作业。

S103沉井1施工。沉井1为预制装配式，矩形端面，长边3.6m，与隧洞纵向垂直布置，短边3m，与隧洞纵向平行布置。整平地面，组装沉井，带刃脚构件位于底部，活动壁板安装于长边，活动壁板宽3.m(等于泄流隧洞设计宽度)，每块高0.5m，其中一块0.3m，并最后安装，共6块，总高2.8m(几乎等于泄流隧洞设计高度)，活动壁板拆除后形成隧洞作业面起始洞口。人工或借助机械挖掘沉井1内土体，随底部土体被挖除并吊运到堰塞体顶面，在自重作用下沉井1不断下沉，不断增加沉井高度，直到沉井底部下沉到设计深度15m为止。

所述沉井1为矩形、圆形或椭圆形等截面的竖向(立式)沉井，底下有刃口，宽度不小于隧洞宽度，为便于运输和人工安装，采用装配式结构，由若干预制混凝土板装配而成，每块构件之间用螺杆或连接钢板固定，每块高度约0.5～1.0m，其中垂直隧洞纵向的沉井壁(即横向边)最底下2.8m是活动壁板，可拆卸，拆卸后形成隧洞工作面起始洞口。沉井1构件按照统一标准事先预制好，作为抢险储备材料或物资，以便在现场快速组装。

S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业。在地下深15m处沿开挖方向进行管棚支护和土方开挖作业，形成顶举空间，用顶举装置进行分块顶举，阶梯状向前推进，形成有一定高度的隧洞(还未达到设计高度)。具体如下：

进一步，步骤S2包括顶举空间开挖和顶举两个步骤，具体包括以下步骤：

S201一个沉井1有两个起始工作面，两组作业人员先后下到沉井底进行作业，一组往上游方向作业另一组往下游方向作业，第一组已经进入洞內作业后第二组再下到井底作业，因空间较小，错开起始作业时间。开始作业时，先拆去最底下2块活动板，露出高1.0m宽3.0m的初始作业洞口，随着隧洞高度增加，逐块拆下活动壁板，增加洞口高度，直到设计高度，拆下的壁板吊运到堰塞湖顶面。

S202泄流隧洞采用阶梯向前开挖和顶举的施工方法。洞顶支护板4的主板401长度b＝3m(等于隧洞设计宽度)，宽度a＝1.0m。先在洞口上边缘高h＝1.0m处水平打入一排棚管形成管棚2，棚管长2.5m，前端入土不小于2.0m(即不小于挖土水平进深1.0m的2倍)，后端固定在钢架上，挖除下方土体后，形成水平梁支撑上方土体，管棚2总宽度3m，等于隧洞宽度或支护板长度。

所述管棚2由棚管和管架组成，所述棚管为前端带锥尖的厚壁钢管，具有较大抗弯刚度。棚管成水平平行排列(可有一定间距)打入土体一定深度，后端固定在移动管架上，形成粱式支撑结构。所述管架为可移动的倒U形钢架。当管棚2下方土体被挖除后，上方土体因管棚支撑保持稳定不掉落。

S203挖除管棚2下方土体。将管棚2下方高1.0m宽3.0m进深1.0m的土体挖除运走，形成长方体顶举空间，洞壁垂直或略倾斜，洞底水平，可拍密。在底面铺设轨道垫块8和轨道7，四个角上嵌入小型垫块9，在水平面上垫块9受垫块8约束不能移动。

所述支护板4由主板401和翼板402组成，主板401用于顶举并支撑洞顶土体，具有较大抗弯刚度，长方形，长度b等于隧洞宽度，宽度a等于管棚下挖土进深。翼板402为L型截面，一个翼边用螺丝固定在主板401长边下方一侧，另一个翼边与主板401长边边缘齐平，翼板402宽度等于顶举高度，长度小于主板401长度b，两端留出放置支撑架5的空间。支护时支护板4水平横向放置，翼板402朝下朝里。支护板4用混凝土预制板或带加强肋钢板制成，为方便施工，规格相同。

S204所述支撑架5由横梁501和柱脚502组成，横梁501长度等于主板401宽度a，并预留螺丝孔，用于与支护板4固定连接；柱脚502用槽钢等型钢制成，高度可伸缩，有若干螺丝孔，用于与侧向挡土板6和横向支撑杆连接，柱脚502底部有用于与小型垫块9连接的螺丝孔。

S205将顶举装置3置于轨道7上，顶举板303上放置第一块支护板4，翼板402朝下朝里，移动顶举装置3，支护板4正对隧洞顶面，向上紧靠管棚2，逐根拔去所有棚管，移走管架，启动电动油泵，将支护板4向上平稳顶举一个距离e＝0.25m(每次顶举距离等于翼板宽度，且小于或等于顶举装置行程，本实施例取等于行程)，支护板4挤压上覆土层向上隆起，隧洞高度亦增加了e，总高度为h+e＝1.25m。然后在两侧纵向放置支撑架5对支护板4两侧形成支撑，其柱脚502分别与四个小型垫块9用螺丝固定，相当于柱脚502受轨道垫块8的约束而不会发生向洞内的横向变形，支撑架5用槽钢等型钢加工而成，柱脚502和横梁501上设有螺丝孔，便于安装侧向档土板6、安装横向支撑杆和与支护板连接。顶举装置3收缩复位，顺轨道7退出。

所述顶举装置3，包括底座301、千斤顶302和顶举板303，采用4台千斤顶固定在同一底座301上进行联合顶举，便于形成较大顶举力，所述千斤顶302吨位较大，行程e＝0.25m，电动液压型，上面有顶举板303，每台千斤顶可独立升降，便于调整顶举板303水平上举，更能适应较松地基。顶举板303长2.4m(小于支护板4的长度b＝3.0m)，两侧留出安放支撑架5的位置。宽0.8m(小于或等于主板401宽度a＝1.0m减去翼板厚度)。

S206第一次顶举第二块支护板。重复步骤S202、S203、S204、S205，在第一块支护板4的翼板402下缘即洞体横向竖壁高h＝1.0m的位置水平打入一排棚管，入土2.0m，挖除棚管下方进深1.0m范围内的土体，形成顶举空间，,挖出的土体由安装在千斤顶302之间预留空间中的传动带送到沉井，在运到地面。在底面铺设轨道垫板8、小型垫块9和轨道7。在顶举板303上放置第二块支护板4，翼板402朝下朝里，顺钢轨7移动顶举装置3，使支护板4位于管棚2下方和第一块支护板翼板402外侧，并紧贴管棚2。拔去棚管，移去支架，启动顶举装置，平稳上举e＝0.25m，隧洞高度达h+e＝1.25m。两侧安装支撑架5，柱脚502与小型垫块9用螺丝固定，退出顶举装置3。此时第一块、第二块支护板4高度相同，均为h+e＝1.25m。

S207第二次顶举第一块支护板4。将顶举装置3置于第一块支护板4下方，横向对称放置两块高为e＝0.25m的垫块，用顶举装置3第二次将第一块支护板4向上顶举一个高度e＝0.25m，擅长支撑架柱脚502并支撑在支护板两侧，将柱脚502固定在小型垫块9上。此时洞高为h+2e＝1.5m，第一块支护板已经达到第一阶段顶举高度。并且两块支护板高度形成阶梯状，两者之间因高度不同在洞顶出露的土体由第一块支护板翼板402支挡。

S208第一次顶举第三块支护板。重复步骤S206，在第二块支护板翼板402下缘即洞内横向竖侧壁高h＝1.0m的位置水平打入管棚2，挖除下方土体形成顶举空间，铺设轨道垫板8、小型垫块9和轨道7，挖出的土体通过安装在顶举装置中间或两侧空间的小型传送装置运到沉井，最后吊运到地面。用顶举装置3第一次将第三块支护板4向上顶举一个高度e＝0.25m，安装支撑架5，固定柱脚，退出顶举装置3，此时，第二和第三块支护板4的高度相同，均为h+e＝1.25m。再重复步骤S207，第二次顶举第二块支护板4，使隧洞高变为h+2e＝1.5m。此时，第一块和第二块支护板均已达到第一阶段的设计顶举高度1.5m。该组作业人员不再对其进行顶举作业，留给后续作业组继续顶举增加隧洞高度。

S209重复步骤S208，以这种阶梯状的方式不断向前挖掘和顶举，使所有支护板4的高度均达到h+2e＝1.5m，完成第一阶段的挖掘与顶举作业。

S210随着顶举的进行，隧洞侧壁因高度不断增加而稳定性变差，需要适时在两侧支撑架5的支撑柱脚之间焊接或铆接侧向档土板6，档土板6用带肋的钢板预制混凝土板制成。

S3第二阶段顶举作业。在第一阶段顶举形成隧洞的基础上，另一工作班组同时进行后续顶举作业，增加隧洞高度，阶梯状往前推进，使整个隧洞达到2.75m的设计高度。具体如下：

S301在前面一组作业人员向前挖掘和顶举同时，另一组作业人员用另一台顶举装置3进行顶举，其行程e＝0.25m，本次实施例每次顶举高度取e＝0.25m，每块支护板还需进行5次顶举，使隧洞高度增加1.25m。将顶举装置3置于钢制轨道上，以分块阶梯状的方式分步向前顶举，先第一次依次顶举第一块、第二块、第三块、第四块、第五块支护板，均升高e，洞高变为h+2e+e＝1.75m。本阶段采用更高柱脚502的可伸缩支撑架。

S302重复步骤S301，用顶举装置3第二次对第一块、第二块、第三块、第四块支护板依次进行顶举，均升高e，总高度达h+2e+2e＝2.0m。重复步骤S301，用顶举装置3第三次对第一块、第二块、第三块支护板依次进行顶举，均升高e，总高度达h+2e+3e＝2.25,m。重复步骤S301，用顶举装置3第四次依次对第一块、第二块支护板进行顶举，升高e，总高度达h+2e+4e＝2.5m。重复步骤S301，用顶举装置第五次对第一块支护板进行顶举，升高e，总高度达h+2e+5e＝2.75m。至此前面5块支护板从高到低呈阶梯状排列，支护板之间因高度不同外露的竖壁土体均由相应的翼板402支挡，此时，第一块支护板已经达到设计高度H＝h+2e+5e＝2.75m。

S303重复步骤S301，用顶举装置3依次对第六块、第七块、第八块、第九块、第十块支护板进行顶举，均升高e，总高度为h+2e+e＝1.75m。再依次对第五块、第六块、第七块、第八块、第九块支护板进行顶举，均升高e，总高度为h+2e+2e＝2.0m。再依次对第四块、第五块、第六块、第七块、第八块支护板进行顶举，均升高e，总高度为h+2e+3e＝2.25m。再依次对第三块、第四块、第五块、第六块、第七块支护板进行顶举，均升高e，总高度为h+2e+4e＝2.5m，再依次对第二块、第三块、第四块、第五块、第六块支护板进行顶举，均升高e，总高度为h+2e+5e＝2.75m，至此，从第一块到第六块支护板均达到泄流隧洞设计高度2.75m。

S304重复步骤S303，按照阶梯状方式依次向前对各支护板4进行顶举，使所有支护板4都经过五次顶举，泄流隧洞高度均达到设计高度h+2e+5e＝2.75m。

S305顶举过程中，不断在支撑架5的柱脚之间焊接或铆接侧向档土板6。

S4加固支撑体系，增加隧洞结构整体性。采用焊接或螺丝铆接增加支撑杆的方式加强支撑架之间及支撑架与支护板之间的连接，增加支护体系抗变形能力，增加所隧洞在泄流下沉过程中保持洞型稳定。

S401加固支撑体系，增加隧洞结构整体性。整个泄流隧洞分为若干节，每节由若干块支护板组成。将每节范围内的横梁与支护板4锚固在一起，相邻支撑架5柱脚相互焊接或铆接固定在一起，在每个支撑架柱脚下端增加一道水平横撑，防止拆除底面垫板后两侧支撑架5和侧向挡土板6向洞内横向位移，同时，在支撑架5与支护板4之间、支撑架5与横向支撑杆之间可增加一些角撑，以进一步增加隧洞结构整体刚度。支护体系加固后，每节均具有较大整体刚度，可单独下沉。这种由若干节构成的泄流隧洞，水流不断冲刷其底面，隧洞脚下被掏空，泄流隧洞以节为单位不断下降，下降过程中能保持隧洞洞型稳定，泄流通畅。

S402拆除轨道7和垫板8，但保留两侧支撑架的垫块9，露出隧洞底面，泄流过程中，水流不断冲刷洞底，掏空支撑架柱脚502和挡土板6下面的土体，隧洞以节为单位随之下沉，湖水位亦不断下降。

S5沉井内安装流量控制闸，控制下泄流量，避免过大下泄流量引起洪灾。

S5安装流量控制闸。在沉井1靠下游洞口四周固定流量控制闸的矩形框架，框架上有可上下移动的格栅闸门。由于堰塞体组成物质以粗大颗粒为主，当泄流水量超过一定标准时，会对下游造成洪灾，对隧洞底面也会产生巨大冲刷，此时，为控制下泄流量，放下格栅闸门，闸门上的格栅板直接插到隧洞底面，拦截冲刷下来的粗大颗粒并堆积在板前，在隧洞底面形成防冲刷碎石层，同时板前水位会有一定淤高，板前和板后会有一定水位落差，板上游和下游水流流速也有所降低，达到抑制甚至阻止水流对隧洞底面继续冲刷的目的，从而水流深度和流量不再增加或增加缓慢，而下泄流量还是远大于入库流量，水位随时间增加逐渐下降，流量亦逐渐减少。当流量减少到一定程度后(还是远大于入库流量)，拉起格栅闸门，堆积在格栅板前的粗颗粒因失去支撑而被水冲走，水流恢复了对泄流隧洞底面的冲刷能力，洞底重新遭受冲刷，高程不断下降，水流深度和流量逐步增加，当需要限制流量时，可又一次放下格栅闸门，限制流量。

所述流量控制闸，包括框架和格栅闸门，所述框架为矩形钢架，固定在沉井壁隧洞洞口四周。所述格栅闸门可沿框架上下移动，包括格栅板和板架，格栅板为长条形带孔钢板，板宽不宜太大，20～40cm为宜，板长大于板架高度，每块格栅板可单独上下移动，可根据需要调节高度，板上有格栅孔，孔径5～20cm为宜，下部孔径稍小，上部稍大。

本发明的描述和实施是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，凡在本发明的精神和原则之内，做出的简单修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，采用小型空间逐段开挖，分段依次顶举抬高的方式形成大型隧洞，同时对每段隧洞的顶端及两侧端根据依次顶举抬高进行不断加固支撑，加固支撑结束后形成各段隧洞钢体；泄流时，水流不断冲刷土体底面，隧洞底面被掏空，各段隧洞钢体随着土体底面不断下降，进一步降低了堰塞湖泄流高度；小型空间开挖的启始位置设定在堰塞体的单边方向或双边方向或中间沉井内，沉井施工时采用单向或双向方式进行，在泄流隧洞钢体或沉井中设有流量控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1沿河流纵向选定沉井位置及泄流隧洞开挖线路；以长度短和开挖深度方向孤石较少较小为标准确定开挖线路，以堰塞体大小和初始堰塞湖水面位置确定沉井深度和隧洞底面深度，标定沉井位置和泄流隧洞开挖线路，再进行沉井施工；

S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业；先在地下指定深度同一沉井中按开挖线路双向进行管棚支护，在管棚下方进行土方开挖作业形成初始顶举空间，退出管棚，同时用顶举装置和支护板对初始顶举空间进行第一阶段顶举和同步局部加固；第一阶段顶举抬高后，前方又成为一个新的初始顶举空间的挖掘作业面，再进行管棚支护逐段开挖和顶举抬高，这种阶梯分段的作业方式在挖通最后一段之前，阶梯分段需保证前方有进行管棚支护的阶梯作业面，局部加固随着顶举抬高进行；

S3第二阶段顶举作业；在进行过第一阶段顶举的基础上，再进行后续顶举作业，增加隧洞高度，阶梯状往前推进，使整个隧洞高度达到设计要求；

S4加固支撑体系，局部加固随着顶举抬高不断进行至形成隧洞钢体；

S5沉井内安装流量控制闸，控制下泄流量，避免过大下泄流量引起洪灾。

3.根据权利要求1所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

S101开挖深度按湖水上升速度和施工时间确定；即泄流隧洞开挖完成前，湖水应未超过泄流隧洞底面高度；

S102标记沉井位置；为增加作业面，用沉井将待挖掘堰塞体分为若干作业段，每个沉井底部有两个背向起始工作端面，每个开挖方向独立作业，上下游两个末端以挖通为止；

S103沉井施工；组装沉井，先安装刃脚和活动壁板，活动壁板与开挖线路纵向垂直，挖掘沉井内土体吊运到堰塞体顶面，随着土体不断被挖掘，沉井在自重作用下不断下沉，直到下降到设计深度，再拆卸活动壁板，活动壁板拆卸后就是隧洞开挖作业的起始工作洞口。

4.根据权利要求3所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，所述沉井的水平截面包括矩形、圆形或椭圆形，底部有刃脚，与泄流隧洞纵向垂直方向底端为活动壁板，活动壁板长度等于泄流隧洞设计宽度L，活动壁板宽度或组合宽度等于起始工作洞口初始开挖高度；沉井采用分段装配式结构，由若干预制混凝土板装配而成，每段构件之间固定连接。

5.根据权利要求2或3所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，步骤S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业包括以下步骤：

S201开始作业时，先拆去若干块沉井活动壁板，露出作业洞口，随着顶举作业进行，隧洞高度增加，拆下更多活动壁板，洞口高度始终等于隧洞高度，直到洞口达到设计高度为止；

S202泄流隧洞采取分段阶梯的作业方式向前开挖和顶举；先在洞口上边缘下方高为h的位置沿开挖前进方向水平打入一排棚管形成管棚，其宽度等于隧洞设计宽度L，也等于支护板长度b，棚管前端打入土中，后端固定在钢架上，入土深度不小于开挖进深的1.5～2.5倍，开挖进深等于支护板宽度a，下方土体被挖除后，管棚形成水平梁支撑上方土体；

S203向前挖除管棚下方一定深度和一定宽度范围内的土体，其中挖掘深度等于支护板宽度a，挖掘宽度等于支护板长度b，也等于隧洞设计宽度L；

S204在底面铺上轨道，顶举装置安放在钢轨上，方便顶举装置前后移动；其中四个角上单独铺设小型垫块，作为支护板两侧支撑架的垫块；

S205将顶举装置平稳放置在轨道上，第一块支护板置于顶举板上，顺轨道向前移至管棚下，上升紧靠管棚，逐根拔去所有棚管，移走管棚支撑架，启动电动油泵，向上平稳顶举支护板升高一个距离e，距离e等于或小于顶举装置行程，支护板托举上覆土层向上隆起，隧洞高度亦增加了距离e，总高度为初始洞口高h+距离e，然后在两侧放置支撑架，支护板上所有荷载由支撑架承担，两侧支撑架在竖直方向上连接侧支护板，顶举装置收缩复位，顺轨道退出；

S206第一次顶举第二块支护板；第一块支护板顶举抬高后，前方成为第二段初始顶举空间的挖掘作业面，重复步骤S202、S203、S204、S205，完成第二块支护板顶举，第二块支护板上升一个距离e，此时第一、第二块支护板高度相同，均为h+e；

S207第二块支护板顶举抬高后，前方成为第三段初始顶举空间的挖掘作业面，重复步骤S202、S203、S204、S205，完成第三块支护板顶举；这样直到完成最后一块支护板顶举，同时各块支护板顶举至设计尺寸，各块支护板顶举时，支护板之间采用过渡板连接，防止支护板之间的碎石进入隧洞。

6.根据权利要求5所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，所述管棚由棚管和管架组成，所述棚管前端实心呈锥尖状，所述管架为倒U形钢架，棚管成水平平行向前打入土中一定深度，管与管之间并排排列或有一定间距，后端固定在U形钢架，当管棚下方土体被挖除后，上方土体因管棚支撑保持稳定不掉落。

7.根据权利要求5所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，所述支护板由主板和翼板组成，主板长度b等于隧洞宽度，宽度a等于管棚下挖土进深；翼板为L型截面，一个翼边固定在主板长边下方一侧，另一个翼边与主板长边边缘齐平且为支护板之间的过渡板，翼板宽度等于每一次的顶举高度，翼板长度小于主板长度b，两端留出放置支撑空间。

8.根据权利要求1所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法，其特征在于，所述流量控制闸，包括框架和格栅闸门，所述框架为矩形钢架，固定在沉井壁隧洞洞口四周。

9.所述格栅闸门可沿框架上下移动，包括格栅板和板架，格栅板为长条形带孔钢板，板长大于板架高度，每块格栅板能单独上下移动，能根据需要调节高度，板上有格栅孔，下部孔径稍小，上部稍大。