CN110159291A - 隧道施工方法及隧道结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道施工方法及隧道结构。隧道轨迹包括直线段及与直线段相连接的非直线段。将接收井建造在位于隧道轨迹的非直线段远离直线段的一端，始发井建造在位于隧道轨迹远离接收井的一端。将隧道掘进机设置于始发井内，并沿隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道。由于隧道掘进机挖掘施工速度快，且成本降低，因此能够有效降低顶管隧道成本，提高顶管隧道的挖掘速度。采用矿山法由接收井出发沿隧道轨迹挖掘非直线段，形成矿山隧道，有效避免了矿山法长距离掘进的施工风险。通过接头隧道有效连接顶管隧道与矿山隧道，进而形成完整的隧道结构。通过接头隧道能够实现顶管隧道与矿山隧道的有效过渡。

Description

隧道施工方法及隧道结构

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别是涉及一种隧道施工方法及隧道结构。

背景技术

目前，公路、铁路、地铁等行业都会需要隧道，传统的隧道掘进技术为顶管法隧道施工工艺，在隧道尾部采用千斤顶提供前进顶力，隧道端部被动掘进。然而，在城市中修建隧道，由于地质条件复杂、周边环境复杂、地下管线复杂等情况，导致隧道轨迹设计通常会具有转弯、陡坡等非直线部分，而传统的隧道掘进技术无法对转弯部分进行有效挖掘。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够有效挖掘非直线部分的隧道的隧道施工方法及隧道结构。

一种隧道施工方法，包括以下步骤：

确定隧道轨迹，建造始发井；

根据隧道轨迹，建造接收井，其中，所述隧道轨迹包括直线段及与所述直线段相连接的非直线段，所述接收井位于所述隧道轨迹的非直线段远离所述直线段的一端，所述始发井位于所述隧道轨迹远离所述接收井的一端；

将隧道掘进机设置于所述始发井内，并沿所述隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道；

采用矿山法由所述接收井出发沿所述隧道轨迹挖掘所述非直线段，形成矿山隧道。

采用上述隧道施工方法施工时，首先设计隧道轨迹，其中，隧道轨迹包括直线段及与所述直线段相连接的非直线段。将接收井建造在位于隧道轨迹的非直线段远离直线段的一端，始发井建造在位于隧道轨迹远离接收井的一端。在隧道轨迹设计的过程中，可以将非直线段尽量缩短，且靠近接收井一侧。将隧道掘进机设置于始发井内，并沿隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道。由于隧道掘进机挖掘施工速度快，且成本低，因此能够有效降低成本提高隧道结构的挖掘速度。由于受到地理条件的影响，隧道轨迹中出现非直线段，通过隧道掘进机无法有效挖掘非直线段，因此，采用矿山法由接收井出发沿隧道轨迹挖掘非直线段，形成矿山隧道。由于接收井位于非直线段远离直线段一端，采用矿山法只需挖掘非直线段即可，有效避免了矿山法长距离掘进的施工风险。通过上述方法，有效避免了由于地理环境导致隧道轨迹出现非直线段的情况下，能够有效形成隧道结构，同时避免了矿山法长距离掘进的施工风险，应用该方法能够有效提高隧道挖掘的适应性。

在其中一个实施例中，将隧道掘进机设置于所述始发井内并沿所述隧道轨迹挖掘所述直线段，形成顶管隧道的步骤之后包括：

使所述隧道掘进机停止在所述隧道轨迹的直线段与所述非直线段的连接处，在所述隧道掘进机的外侧灌注加固泥浆。

在其中一个实施例中，使所述隧道掘进机停止在所述隧道轨迹的直线段与所述非直线段的连接处，在所述隧道掘进机的外侧灌注加固泥浆的步骤之前还包括：

在所述隧道掘进机的前端灌注加固泥浆。

在其中一个实施例中，所述加固泥浆为水泥浆。

在其中一个实施例中，将隧道掘进机设置于所述始发井内，并沿所述隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道的步骤包括：

在利用所述隧道掘进机掘进的过程中，在所述隧道掘进机的外侧灌注触变泥桨。

在其中一个实施例中，所述隧道掘进机包括外壳、驱动组件及刀盘，采用矿山法由所述接收井出发沿所述隧道轨迹挖掘所述非直线段，形成矿山隧道的步骤之后还包括：

拆卸所述驱动组件及所述刀盘，将所述驱动组件及所述刀盘由所述接收井或所述始发井运出。

在其中一个实施例中，所述外壳内壁围成连接隧道，所述连接隧道与所述顶管隧道相连通，所述连接隧道远离所述顶管隧道的一端通过接头隧道与所述矿山隧道相连通。

在其中一个实施例中，在所述外壳的内侧制作支撑衬，所述支撑衬由所述顶管隧道过渡至矿山隧道。

在其中一个实施例中，所述外壳的内壁上设置有多个加强筋。

一种隧道结构，包括：

由隧道掘进机设置于始发井内并沿隧道轨迹挖掘所述隧道轨迹的直线段形成的顶管隧道；及

采用矿山法由接收井出发沿所述隧道轨迹挖掘所述隧道轨迹的非直线段形成的矿山隧道，所述矿山隧道与所述顶管隧道相连通。

上述隧道结构，由于受地理条件影响，隧道轨迹一般包括直线段及与所述直线段相连接的非直线段。将接收井建造在位于隧道轨迹的非直线段远离直线段的一端，始发井建造在位于隧道轨迹远离接收井的一端。将隧道掘进机设置于始发井内，并沿隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道。由于隧道掘进机挖掘施工速度快，且成本降低，因此能够有效降低顶管隧道成本，提高顶管隧道的挖掘速度。采用矿山法由接收井出发沿隧道轨迹挖掘非直线段，形成矿山隧道，有效避免了矿山法长距离掘进的施工风险。

附图说明

图1为一实施例中的隧道施工方法的流程示意图；

图2为一实施例中的隧道结构处于挖掘状态下的结构示意图；

图3为图2所示的隧道结构的结构示意图；

图4为图2中的隧道掘进机的主视图；

图5为图4中外壳的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1至图3，一实施例中的隧道施工方法，能够有效加工非直线部分的隧道，且避免影响加工效率。具体地，隧道施工方法包括以下步骤：

步骤S110：确定隧道轨迹，建造始发井。

步骤S120：根据隧道轨迹，建造接收井。其中，隧道轨迹10包括直线段110及与直线段110相连接的非直线段120，接收井130位于隧道轨迹10的非直线段120远离直线段110的一端，始发井位于隧道轨迹10远离接收井130的一端。

由于在城市当中建造隧道结构20，城市的地质条件复杂、地下管线复杂，需要形成的隧道结构20的周边环境复杂，进而导致隧道结构20具有转弯、斜坡隧道段。因此，在确定隧道轨迹10的过程中，可以使得隧道轨迹10包括直线段110及与直线段110相连接的非直线段120。通过将非直线段120设置于直线段110的一侧，将非直线段120集中在一起，能够有效提高隧道结构20的挖掘速度。

在本实施例中，非直线段120部分为小半径曲线。当然，在其他实施例中，非直线段120部分还可以为曲线、斜坡等。

具体地，尽量延长直线段110的距离，缩短非直线段120的距离。通过将隧道轨迹10的直线段110延长，能够有利于进一步提高隧道结构20的挖掘速度。

进一步地，始发井建造在隧道轨迹10的直线段110远离非直线段120的一端，使得隧道轨迹10的直线段110的起点位于始发井内。接收井130建造在隧道轨迹10的非直线段120远离直线段110的一端，使得隧道轨迹10的非直线段120的终点位于接收井130内。接收井130与始发井分别位于隧道轨迹10的起点与终点，进而能够使得用于挖掘隧道结构20的设备从始发井出发，并沿着隧道轨迹10进行挖掘，由接收井130运出，有效提高加工效率。

步骤S130：将隧道掘进机200设置于始发井内，并沿隧道轨迹10挖掘直线段110形成顶管隧道300。

具体地，将隧道掘进机200设置于始发井内，并沿隧道轨迹10进行掘进。将顶管机设置于始发井内，通过顶管机将一节一节的顶管310顶入顶管隧道300内。通过顶管310支撑顶管隧道300。进一步地，顶管310预制成型。通过采用顶管法挖掘隧道轨迹10的直线段110，使得轨道轨迹的直线段110的施工速度快且造价低。

进一步地，在利用隧道掘进机200掘进的过程中，在隧道掘进机200的外侧灌注触变泥桨。通过灌注触变泥桨，能够有效降低隧道掘进机200在隧道结构20内掘进的摩擦阻力。同时能够维护已经形成的隧道结构20的内壁，防止坍塌。

步骤S140：使隧道掘进机200停止在隧道轨迹10的直线段110与非直线段120的连接处，在隧道掘进机200的外侧灌注加固泥浆。通过在隧道掘进机200的外侧灌注加固泥浆能够有效稳固隧道掘进机200周围隧道的土体结构，同时能够起到有效地防水作用。由于隧道掘进机200在该处停止，因此，不需要使用触变泥浆进行润滑。当然，在其他实施例中，该步骤还可以省略。

进一步地，在隧道掘进机200的外侧灌注加固泥浆之前，可以在所述隧道掘进机200的前端灌注加固泥浆。通过在隧道掘进机200的前端灌注加固泥浆，能够有效避免隧道掘进机200的前端出现塌陷，影响后续的隧道挖掘。

在本实施例中，所述加固泥浆为水泥浆。水泥浆灌注在隧道掘进机200的外侧及前端，通过水泥浆凝固，能够有效固定隧道掘进机200周围隧道的土体结构。在其他实施例中，所述加固泥浆还可以为混凝土泥浆等，只要能够有效加固隧道掘进机200周围隧道的土体结构即可。

传统的利用顶管法的施工方法，在进行隧道挖掘的过程中，面对隧道轨迹10的非直线段120时，会在非直线段120处设置工作转向井。通过工作转向井实现隧道掘进机200的转向。然而由于工作转向井开设在非直线段120处，同时需要使得工作转向井完全覆盖非直线段120，因此只适用于小半径的曲线段，适用范围小。同时，由于场地限制，或避免提高加工成本，导致无法有效开设工作转向井。

步骤S150：采用矿山法由接收井130出发沿所述隧道轨迹10挖掘所述非直线段120，形成矿山隧道400。采用矿山法可实现急转弯及较大坡度等隧道轨迹10路径的挖掘，线路处理灵活，进而能够有效实现轨道轨迹的非直线段120的挖掘。

而倘若全部的隧道轨迹10够采用矿山法进行挖掘，会造成施工区的变形，进而对城市建筑物造成影响。例如，当形成的隧道结构20用于电力对隧道，由于电力隧道的深浅不一、建设环境的复杂、地层变化的差异大等因素，不允许长距离的采用矿山法进行挖掘。在本实施例中，隧道轨迹10的非直线段120的较短，通过采用矿山法挖掘非直线段120，能够避免长距离挖掘，同时避免矿山法挖掘对城市建筑物造成影响。

请一并参阅图4及图5，一实施例中，所述隧道掘进机200包括外壳210、驱动组件220及刀盘230，驱动组件220与刀盘230均设置于外壳210上。驱动组件220能够驱动刀盘230相对于外壳210转动，进而能够使得刀盘230挖掘土体结构形成顶管隧道300结构。其中，刀盘230位于隧道掘进机200的前端，进而方便刀盘230挖掘土体结构形成顶管隧道300。

具体地，驱动组件220及刀盘230均可拆卸地设置于外壳210上，进而方便后续步骤的进行。

步骤S160：拆卸驱动组件220及刀盘230，将驱动组件220及刀盘230由接收井130或所述始发井运出。由于隧道掘进机200无法在矿山隧道400部分有效移动，通过拆卸驱动组件220及刀盘230，使得外壳210保留在顶管隧道300内，并靠近顶管隧道300与矿山隧道400的连接处，使得外壳210能够有效支撑该部分的顶管隧道300，避免塌陷。当然，在其他实施例中，该步骤还可以省略。

具体地，外壳210内壁围成连接隧道240，连接隧道240与顶管隧道300相连通，连接隧道240远离顶管隧道300的一端通过接头隧道250与矿山隧道400相连通。通过外壳210有效连通顶管隧道300与矿山隧道400，避免该处塌陷。

进一步地，在外壳210的内侧制作支撑衬260，支撑衬260由所述顶管隧道300过渡至矿山隧道400。通过支撑衬260能够进一步加强连接隧道240部分的结构，进而使得顶管隧道300能够通过连接隧道240有效过渡到矿山隧道400。

在本实施例中，支撑衬260由钢筋混凝土制成，进而能够有效加强连接隧道240的结构。

更进一步地，所述外壳210的内壁上设置有多个加强筋。通过设置多个加强筋能够有效坚强外壳210的结构，进而能够有效提高外壳210对外壳210外侧的土体结构的有效支撑。同时，通过加强筋能够有效提高支撑衬260在外壳210内壁上设置的稳定性。

在本实施例中，外壳210的内壁上设置有多个间隔设置的横筋211及多个间隔设置的竖筋212，所述横筋211及竖筋212相互交叉设置，形成加强网格。通过设置横筋211及竖筋212，不仅能够进一步加强连接隧道240的结构，同时使得支撑衬260能够更加稳定地设置在外壳210的内壁上。

上述隧道施工方法，将接收井130建造在位于隧道轨迹10的非直线段120远离直线段110的一端，始发井建造在位于隧道轨迹10远离接收井130的一端。在隧道轨迹10设计的过程中，可以将非直线段120尽量缩短，且靠近接收井130一侧。将隧道掘进机200设置于始发井内，并沿隧道轨迹10挖掘所述直线段110形成顶管隧道300。由于隧道掘进机200挖掘施工速度快，且成本降低，因此能够有效降低成本提高隧道结构20的挖掘速度。由于受到地理条件的影响，隧道轨迹10中出现非直线段120，通过隧道掘进机200无法有效挖掘非直线段120，因此，采用矿山法由接收井130出发沿隧道轨迹10挖掘非直线段120，形成矿山隧道400。由于接收井130位于非直线段120远离直线段110一端，采用矿山法只需挖掘非直线段120即可，有效避免了矿山法长距离掘进的施工风险。通过上述方法，有效避免了由于地理环境导致隧道轨迹10出现非直线段120的情况下，能够有效形成隧道结构20，同时避免了矿山法长距离掘进的施工风险，应用该方法能够有效提高隧道挖掘的适应性。

在本实施例中，利用上述任一实施例中的隧道施工方法形成的隧道结构20应用于电力隧道中。而在城市中修建电力隧道，通常会遇到地质条件复杂、周边环境复杂、地下管线复杂等问题，导致电力隧道通常比其他专业隧道具有断面小、转弯急、场地小等特点。通过上述隧道施工方法能够有效加工非直线部分的隧道，且避免影响加工效率，有效形成的应用于电力隧道的隧道结构20。

当然，在其他实施例中，隧道结构20还可以应用于公路、铁路、地铁等需要隧道的行业。

请参阅图2，一实施例中隧道结构20，隧道结构20包括由隧道掘进机200设置于始发井内并沿隧道轨迹10挖掘隧道轨迹10的直线段110形成的顶管隧道300、及采用矿山法由接收井130出发沿隧道轨迹10挖掘隧道轨迹10的非直线段120形成的矿山隧道400，矿山隧道400与顶管隧道300相连通。

一实施例中，隧道结构20还包括接头隧道250，接头隧道250的一端对接所述顶管隧道300，接头隧道250相对的另一端对接矿山隧道400。通过接头隧道250能够有效连接顶管隧道300与矿山隧道400，实现顶管隧道300与矿山隧道400的有效连通。

一实施例中，接头隧道250包括连接衬270及支撑衬260，连接衬270与支撑衬260由外向内层叠设置，支撑衬260由顶管隧道300过渡连接至矿山隧道400。连接衬270起到有效的连接作用，通过在连接衬270的内壁设置支撑衬260能够起到进一步的加强作用和过渡作用，有效提高接头隧道250的稳定性，同时实现顶管隧道300与矿山隧道400的稳定过渡。

进一步地，接头隧道250还包括防水层280，防水层280设置于连接衬270与支撑衬260之间。通过设置防水层280能够使得接头隧道250起到有效的止水防水效果，避免水渗入接头隧道250内。

请一并参阅图3及图4，一实施例中，隧道结构20还包括连接隧道240，连接隧道240由隧道掘进机200的外壳210的内壁围成。连接隧道240与顶管隧道300及接头隧道250相连通。通过外壳210形成的连接隧道240有效连通顶管隧道300与接头隧道250，进而连通与矿山隧道400。

进一步地，支撑衬260朝向外壳210的一侧进一步形成于外壳210的内侧，进而使得支撑衬260能够有效由顶管隧道300过渡至矿山隧道400。通过支撑衬260能够进一步加强连接隧道240的结构，同时使得顶管隧道300通过连接隧道240及接头隧道250有效过渡到矿山隧道400。

更进一步地，外壳210的内壁上设置有多个加强筋。通过设置多个加强筋能够有效坚强外壳210的结构，进而能够有效提高外壳210对外壳210外侧的土体结构的支撑。同时，通过加强筋能够有效提高支撑衬260在外壳210内壁上设置的稳定性。

在本实施例中，支撑衬260包括钢筋混凝土层，进而能够有效加强连接隧道240及接头隧道250的结构。在其他实施例中，支撑衬260还可以包括其他加固层，如水泥层等，只要能够有效形成支撑衬260即可。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定隧道轨迹，建造始发井；

根据隧道轨迹，建造接收井，其中，所述隧道轨迹包括直线段及与所述直线段相连接的非直线段，所述接收井位于所述隧道轨迹的非直线段远离所述直线段的一端，所述始发井位于所述隧道轨迹远离所述接收井的一端；

将隧道掘进机设置于所述始发井内，并沿所述隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道；

采用矿山法由所述接收井出发沿所述隧道轨迹挖掘所述非直线段，形成矿山隧道。

2.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，将隧道掘进机设置于所述始发井内并沿所述隧道轨迹挖掘所述直线段，形成顶管隧道的步骤之后包括：

使所述隧道掘进机停止在所述隧道轨迹的直线段与所述非直线段的连接处，在所述隧道掘进机的外侧灌注加固泥浆。

3.根据权利要求2所述的隧道施工方法，其特征在于，使所述隧道掘进机停止在所述隧道轨迹的直线段与所述非直线段的连接处，在所述隧道掘进机的外侧灌注加固泥浆的步骤之前还包括：

在所述隧道掘进机的前端灌注加固泥浆。

4.根据权利要求3所述的隧道施工方法，其特征在于，所述加固泥浆为水泥浆。

5.根据权利要求1-4任一项所述的隧道施工方法，其特征在于，将隧道掘进机设置于所述始发井内，并沿所述隧道轨迹挖掘所述直线段形成顶管隧道的步骤包括：

在利用所述隧道掘进机掘进的过程中，在所述隧道掘进机的外侧灌注触变泥桨。

6.根据权利要求1-4任一项所述的隧道施工方法，其特征在于，所述隧道掘进机包括外壳、驱动组件及刀盘，采用矿山法由所述接收井出发沿所述隧道轨迹挖掘所述非直线段，形成矿山隧道的步骤之后还包括：

拆卸所述驱动组件及所述刀盘，将所述驱动组件及所述刀盘由所述接收井或所述始发井运出。

7.根据权利要求6所述的隧道施工方法，其特征在于，所述外壳内壁围成连接隧道，所述连接隧道与所述顶管隧道相连通，所述连接隧道远离所述顶管隧道的一端通过接头隧道与所述矿山隧道相连通。

8.根据权利要求7所述的隧道施工方法，其特征在于，在所述外壳的内侧制作支撑衬，所述支撑衬由所述顶管隧道过渡至矿山隧道。

9.根据权利要求7所述的隧道施工方法，其特征在于，所述外壳的内壁上设置有多个加强筋。

10.一种隧道结构，其特征在于，包括：

由隧道掘进机设置于始发井内并沿隧道轨迹挖掘所述隧道轨迹的直线段形成的顶管隧道；及

采用矿山法由接收井出发沿所述隧道轨迹挖掘所述隧道轨迹的非直线段形成的矿山隧道，所述矿山隧道与所述顶管隧道相连通。