CN110486074B - 一种长大隧道施工通风的布管设计方法和施工方法 - Google Patents

一种长大隧道施工通风的布管设计方法和施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长大隧道施工通风的布管设计方法和施工方法，包括如下：步骤A、根据隧道施工过程中所需的通风量计算通风管的截面面积a和直径d；步骤B、根据隧道施工过程中所需的排水量计算中心排水沟的截面面积b和截面尺寸；步骤C、设计新中心排水沟：将所述截面面积a和截面面积b相加，得到总截面面积c；新通风管的直径为f；设仰拱填充层的厚度为g；如果d小于g，且d与中心排水沟的宽度之和符合隧道施工要求，则设置一根新通风管和一条新中心排水沟；如果d大于g，则设置多根新通风管和多条新中心排水沟，各新通风管的直径f均小于g。该方法中，新通风管设置于新中心排水沟内，不易被台车、车辆等移动划坏；且不会发生弯折。

Description

一种长大隧道施工通风的布管设计方法和施工方法
【技术领域】
本发明属于土木工程隧道施工技术领域，尤其涉及一种长大隧道施工通风的布管设计方法和施工方法。
【背景技术】
矿山法施工，是隧道建设中的一种传统方法，其根据围岩地质条件分部开挖，并随之修筑衬砌，具有简便高效、灵活性强等优点，是我国隧道建设中应用最广泛的隧道施工方法。
然而在隧道开挖施工过程中，开挖产生的粉尘、机械设备和车辆产生的油烟等，会严重降低隧道内空气质量，隧道施工过程必须配置充足的临时通风设施。常规通风设计为：在隧道拱顶部位挂设通风软管，随着掌子面推进不断续接延长。此种设计，在长大隧道中，通风软管暴露在外，容易产生破损，悬挂于空中，修补困难；同时，需要穿越衬砌修补台车、衬砌台车、防水板铺设台车等设施，十分不便，且连续弯折降低通风效率；再次，隧道施工中必须对拱顶沉降、周边收敛的变形情况进行监测，通风软管很容易遮挡测点，影响测量工作。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种长大隧道施工通风的布管设计方法和施工方法，通风管设置于中心排水沟内，不易被台车、车辆等移动划坏；且不会因穿越台车发生弯折，不会降低排风效果。
本发明采用以下技术方案：.一种长大隧道施工通风的布管设计方法，该方法包括如下：步骤A、设计通风管：根据隧道施工过程中所需的通风量计算通风管的截面面积a和直径d。
步骤B、设计中心排水沟：根据隧道施工过程中所需的排水量计算中心排水沟的截面面积b和截面尺寸。
步骤C、设计新中心排水沟：将截面面积a和截面面积b相加，得到总截面面积c；新中心排水沟的截面面积e不小于总截面面积c；新通风管的直径为f，新通风管用于沿纵向放置于新中心排水沟内；设仰拱填充层的厚度为g；
如果d小于g，且d与中心排水沟的宽度之和符合隧道施工要求，则设置一根新通风管和一条新中心排水沟，新通风管的直径f与d的大小一致；若d与中心排水沟的宽度之和不符合隧道施工要求，则设置多根新通风管和多条新中心排水沟，新中心排水沟的个数与新通风管的个数相一致，各所述新通风管的直径f均小于对应的所述新中心排水沟的宽度和高度；
如果d大于g，则设置多根新通风管和多条新中心排水沟，新中心排水沟的个数与新通风管的个数相一致，各新通风管的直径f均小于g，新中心排水沟的宽度符合隧道施工要求。
步骤D、沿隧道纵向布设新中心排水沟：
当为一条时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；
当为多条时，其中一条新中心排水沟的纵向中心线与隧道中心线相重合，其他新中心排水沟对称布设在其两侧。
步骤E、各新中心排水沟内的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉，两侧壁上的圆孔钉的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉间均连接有一钢丝。
步骤F、将各新通风管沿对应的新中心排水沟的走向兜挂于圆孔钉间的钢丝上。
进一步地，各新通风管的一端均位于隧道洞口外，用于与风机装置相连接；另一端位于隧道仰拱填充层的端头。
本发明还公开了一种长大隧道施工通风的通风管的施工方法，采用上述的布管设计方法，该施工方法包括如下：
步骤一、隧道开挖与初期支护施工：随着隧道开挖一个循环步距，掌子面向前推进，分段施作初期支护层，直至初期支护完全闭合成环；然后施作衬砌底板：绑扎衬砌层的底板钢筋，浇筑完成衬砌层的底板部分。
步骤二、根据上述的布管设计方法布管，在隧道衬砌层的底板部分放出各新中心排水沟的边线；
当为一条新中心排水沟时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；
当为多条新中心排水沟时，其中一条新中心排水沟的轴向中心线与隧道中心线相重合，其他新中心排水沟对称布设在其左右两侧。
步骤三、根据新中心排水沟的边线立模，预埋好底部环向排水盲管，确保隧道上部的环向汇水可以顺利流入新中心排水沟内；仰拱浇筑素混凝土，凝固后，即得新中心排水沟。
步骤四、在各新中心排水沟的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉，两侧壁上的圆孔钉的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉间均连接有一钢丝。
步骤五、将各延长后的新通风管沿各对应的新中心排水沟的走向兜挂于圆孔钉的钢丝上，而后再各新中心排水沟上安装好预制排水沟盖板。
进一步地，在步骤五后，隧道主体贯通后，回收新通风管。
进一步地，该新中心排水沟位于仰拱填充层内。
本发明还公开了一种长大隧道的通风系统，包括：
新中心排水沟，为一条或者多条，均纵向设置在隧道内，且位于仰拱填充层内；
当为一条时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；当为多条时，其中一条新中心排水沟的纵向中心线与隧道中心线相重合；其他新中心排水沟对称布设在其左右两侧；
在各新中心排水沟内的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉，两侧壁上的圆孔钉的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉间均连接有一钢丝；
新通风管，用于沿纵向兜挂于新中心排水沟内的钢丝上，其个数与新中心排水沟的个数相一致；各新通风管的一端均位于隧道洞口外，用于与风机装置相连接；另一端位于隧道仰拱填充层的端头。
本发明的有益效果是：
1.柔性通风管设置于新中心排水沟内，不易被台车、车辆等移动划坏。
2.通风管的延长、检查、修补工作都位于地表，便于操作。
3.通风管与台车互不影响，不会因穿越台车多次弯折，降低通风效率。
4.通风管不会遮挡隧道变形监测测点，影响测量工作。
【附图说明】
图1为本发明实施例中在隧道内施工的示意图；
图2为本发明实施例的局部放大图。
其中：1初期支护层，2衬砌层，3仰拱填充层，4排水盲管，5、新中心排水沟，6、新通风管，61、圆孔钉，62、预制排水沟盖板。
【具体实施方式】
下面结合附图1和2和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明实施例公开了一种长大隧道施工通风的布管设计方法，该方法包括如下：
步骤A、设计通风管：根据隧道施工过程中所需的通风量计算通风管的截面面积a和直径d。
步骤B、设计中心排水沟：根据隧道施工过程中所需的排水量计算中心排水沟的截面面积b和截面尺寸。
步骤C、设计新中心排水沟5：将截面面积a和截面面积b相加，得到总截面面积c；新中心排水沟5的截面面积e不小于总截面面积c；新通风管6的直径为f，新通风管6用于沿纵向放置于新中心排水沟内；设仰拱填充层3的厚度为g；
如果d小于g，且d与中心排水沟的宽度之和符合隧道施工要求，则设置一根新通风管和一条新中心排水沟，新通风管6的直径f与d的大小一致；若d与中心排水沟的宽度之和不符合隧道施工要求，则设置多根新通风管6和多条新中心排水沟5，新中心排水沟5的个数与新通风6管的个数相一致，各所述新通风管6的直径f均小于对应的新中心排水沟5的宽度和高度。
如果d大于g，则设置多根新通风管6和多条新中心排水沟5，新中心排水沟的个数与新通风管的个数相一致，各新通风管6的直径f均小于g，新中心排水沟5的宽度符合隧道施工要求；
各新通风管6用于放置于对应的新中心排水沟5内，且各新通风管6的截面尺寸小于对应的新中心排水沟5的宽度；避免影响排水盲管5的正常工作。
设置多根新通风管6和多条新中心排水沟5的标准为：各新通风管6设置在对应的新中心排水沟5内，新通风管6均位于仰拱填充层3内，各新中心排水沟5均满足隧道施工要求；多根新通风管6截面面积之和不小于a；多条新中心排水沟5的截面面积之和不小于b。各新中心排水沟5的截面为正方形或长方形，其宽度要满足隧道施工要求，不能过宽，在本领域中，技术人员可根据实际情况进行判断，保证在盖上排水沟盖板62时，满足过车的承重要求。
步骤D、沿隧道纵向布设新中心排水沟5：
当为一条时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；
当为多条时，其中一条新中心排水沟5的纵向中心线与隧道中心线相重合；其他新中心排水沟5对称布设在其左右两侧；
步骤E、在各新中心排水沟5内的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉61，两侧壁上的圆孔钉61的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉61间均连接有一钢丝；
步骤F、将各新通风管6沿对应的新中心排水沟5的走向兜挂于圆孔钉61间的钢丝上。各新通风管6的一端均位于隧道洞口外，用于与风机装置相连接；另一端位于隧道仰拱填充层5的端头。
采用上述的布管设计方法，应用于长大隧道施工通风的通风管的施工，长大隧道施工通风的通风管的施工方法包括如下步骤：
步骤一、隧道开挖与初期支护施工：随着隧道开挖一个循环步距，掌子面向前推进，分段施作初期支护层1，直至初期支护完全闭合成环；然后施作衬砌底板：绑扎衬砌层2的底板钢筋，浇筑完成衬砌层2的底板部分。
步骤二、根据布管设计方法，在隧道衬砌层2的底板部分放出各新中心排水沟5的边线；
当为一条新中心排水沟5时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；
当为多条新中心排水沟5时，其中一条新中心排水沟5的纵向中心线与隧道中心线相重合；其他新中心排水沟5对称布设在其左右两侧。
步骤三、根据新中心排水沟5的边线立模，预埋好底部环向排水盲管，确保隧道上部的环向汇水可以顺利流入新中心排水沟内；仰拱浇筑素混凝土，凝固后，即得新中心排水沟5；
步骤四、在各新中心排水沟5的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉61，两侧壁上的圆孔钉61的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉61间均连接有一钢丝；
步骤五、将各延长后的新通风管6沿各对应的新中心排水沟5的走向兜挂于圆孔钉61的钢丝上，而后再各新中心排水沟5上安装好预制排水沟盖板62。
然后安装隧道边墙与拱部的环向排水盲管和纵向排水盲管，铺设防水板；绑扎隧道衬砌层2的边墙与拱部钢筋，浇筑混凝土，使衬砌层2完成闭合成环。隧道主体贯通后，回收通风管6。
本发明中还公开了一种长大隧道的通风系统，包括：新中心排水沟5，为一条或者多条，均纵向设置在隧道内，且位于仰拱填充层3内；
当为一条时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；当为多条时，其中一条新中心排水沟5的纵向中心线与隧道中心线相重合；其他新中心排水沟5对称布设在其左右两侧；
在各新中心排水沟5内的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉61，两侧壁上的圆孔钉61的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉61间均连接有一钢丝；
新通风管6，用于沿纵向兜挂于新中心排水沟5内的钢丝上，其个数与新中心排水沟5的个数相一致；各新通风管6的一端均位于隧道洞口外，用于与风机装置相连接；另一端位于隧道仰拱填充层5的端头。
本发明中，是在隧道设计的既有中心排水沟的基础上，根据设计计算的通风量，设计新中心排水沟5的截面面积，但此新中心排水沟5只能严格控制在仰拱填充层3之中，禁止对初期支护层1和衬砌层2造成侵限，以免危及隧道结构安全，新通风管6应悬挂于新中心排水沟5内，确保新中心排水沟5底部排水通畅，新通风管6直径小于中心排水沟5的宽度，避免影响排水盲管4的正常工作。便于延长、检查和修补，克服了传统通风管穿越台车带来的诸多不便和通风效率降低问题，同时避免了遮挡隧道变形监测测点，影响测量工作。
具体施工中，以某长大隧道为例，其断面面积150m2，初支厚度0.3m，二衬厚度0.8m，仰拱填充层最大厚度1.8m，最大通风长度3km，隧道施工所需的通风面积为2.54m2，排水面积为2.28m2。原设计通风管直径1.8m。中心排水沟的设计如下：在隧道中心部位设计了三条，尺寸分别为1条1m*1m，2条0.8m*0.8m。没有写出中心排水沟。
采用本发明中的方法，由隧道施工所需的通风面积2.54m2，排水面积2.28m2，得到总截面面积为4.82m2，按2.2m*2.2m的尺寸考虑单独设计一条新排水沟，明显超出了仰拱填充层1.8m的最大厚度，新中心排水沟侵入衬砌层，会降低隧道支护强度，危及隧道结构安全。
故要设计多条新中心排水沟，具体如下：采用1条1.3m*1.6m，2条1.2m*1.5m的新中心排水沟分别代替原设计中心排水沟；采用1条直径1.2m和2条直径1.0m的通风管，代替原设计直径1.8m的通风管，并将三条新通风管分别挂入三条新排水沟内，通风能力和排水能力均没有降低，新中心排水沟也全部位于仰拱填充层内，未侵入隧道衬砌层。具体如表1所示：
表1新中心排水沟及通风管参数表
Figure BDA0002199427900000091
由表1可知，采用本发明中的方法，通风能力和排水能力均不会降低，隧道初期支护层和衬砌层完好，隧道结构安全性没有降低。

Claims (6)

1.一种长大隧道施工通风的布管设计方法，其特征在于，该方法包括如下：
步骤A、设计通风管：根据隧道施工过程中所需的通风量计算通风管的截面面积a和直径d；
步骤B、设计中心排水沟：根据隧道施工过程中所需的排水量计算中心排水沟的截面面积b和截面尺寸；
步骤C、设计新中心排水沟(5)：将所述截面面积a和截面面积b相加，得到总截面面积c；新中心排水沟(5)的截面面积e不小于总截面面积c；新通风管(6)的直径为f，新通风管(6)用于沿纵向放置于新中心排水沟内；设仰拱填充层(3)的厚度为g；
如果d小于g，且d与中心排水沟的宽度之和符合隧道施工要求，则设置一根新通风管(6)和一条新中心排水沟(5)，新通风管(6)的直径f与d的大小一致；
如果d大于g，则设置多根新通风管(6)和多条新中心排水沟(5)，所述新中心排水沟(5)的个数与新通风管(6)的个数相一致，各所述新通风管(6)的直径f均小于g，所述新中心排水沟(5)的宽度符合隧道施工要求；
步骤D、沿所述隧道纵向布设新中心排水沟(5)：
当为一条时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；
当为多条时，其中一条新中心排水沟(5)的纵向中心线与隧道中心线相重合；其他新中心排水沟(5)对称布设在其左右两侧；
步骤E、在各所述新中心排水沟(5)内的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置有圆孔钉(61)，两侧壁上的圆孔钉(61)的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉(61)间均连接有一钢丝；
步骤F、将各所述新通风管(6)沿对应的所述新中心排水沟(5)的走向兜挂于圆孔钉(61)间的钢丝上。
2.根据权利要求1所述的一种长大隧道施工通风的布管设计方法，其特征在于，所述步骤c中设置多根新通风管(6)和多条新中心排水沟(5)的标准为：各所述新通风管(6)设置在对应的所述新中心排水沟(5)内，所述新通风管(6)均位于仰拱填充层(3)内，各所述新中心排水沟(5)均满足隧道施工要求；所述多根新通风管(6)截面面积之和不小于a；所述多条新中心排水沟(5)的截面面积之和不小于b。
3.根据权利要求1或2所述的一种长大隧道施工通风的布管设计方法，其特征在于，各所述新通风管(6)的一端均位于隧道洞口外，用于与风机装置相连接；另一端位于隧道仰拱填充层(3 )的端头。
4.一种长大隧道施工通风的通风管的施工方法，采用权利要求1、2或3中的布管设计方法，其特征在于，该施工方法包括如下：
步骤一、隧道开挖与初期支护施工：随着隧道开挖一个循环步距，掌子面向前推进，分段施作初期支护层(1)，直至初期支护完全闭合成环；然后施作衬砌底板：绑扎衬砌层(2)的底板钢筋，浇筑完成衬砌层(2)的底板部分；
步骤二、根据权利要求1、2或3中的布管设计方法布管，在隧道衬砌层(2)的底板部分放出各所述新中心排水沟(5)的边线；
当为一条新中心排水沟(5)时，其纵向中心线与隧道中心线相重合；
当为多条新中心排水沟(5)时，其中一条新中心排水沟(5)的纵向中心线与隧道中心线相重合；其他新中心排水沟(5)对称布设在其左右两侧；
步骤三、根据新中心排水沟(5)的边线立模，预埋好底部环向排水盲管，确保隧道上部的环向汇水可以顺利流入新中心排水沟内；仰拱浇筑素混凝土，凝固后，即得新中心排水沟(5)；
步骤四、在各所述新中心排水沟(5)的左右两侧壁上、且沿其走向均间隔设置圆孔钉(61)，两侧壁上的圆孔钉(61)的位置相对应，在各左右两个位置对应的圆孔钉(61)间均连接有一钢丝；
步骤五、将各延长后的新通风管(6)沿各对应的所述新中心排水沟(5)的走向兜挂于圆孔钉(61)的钢丝上，而后再各新中心排水沟(5)上安装好预制排水沟盖板(62)。
5.根据权利要求4所述的一种长大隧道施工通风的通风管的施工方法，其特征在于，在步骤五后，隧道主体贯通后，回收所述新通风管(6)。
6.根据权利要求4或5所述的一种长大隧道施工通风的通风管的施工方法，其特征在于，所述新中心排水沟(5)位于所述仰拱填充层(3)内。
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