CN111577294B - 复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞及施工方法，包括安全防护通道、通道顶部防落石清理装置、防护通道外侧快速安装临时加固装置、升降顶升台架内撑式钢拱架校位及辅助仰拱吊模体系，在逆作施工中有效保障施工人员的安全，隧道洞身施工中降低施工难度，提高施工效率。本发明还公开了复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞施工方法，主要包括步骤：洞口测量、洞口初挖、安全防护通道安装、洞顶处置、隧道洞身开挖、架设钢拱架、喷射混凝土、绑扎仰拱钢筋笼、吊装端模、仰拱混凝土施工，施工效率高，可节约人力与工时，具有良好的经济技术效益。

Description

复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道领域，具体涉及一种在地形复杂岩体陡峭的情况下隧道门洞开挖的施工体系。

背景技术

随着我国高等级公路的建设发展，一些复杂地形地段区域也不断地需要开设公路，对应的就需要在这些复杂地形地段区域开挖隧道。然而，在复杂地形下开挖高等级公路隧道并不是一件容易的事情，需要充分考虑地形特点和保证开挖隧道的安全性。

隧道逆作进洞施工工艺是一种新型的隧道技术，特别适用于复杂地形的隧道开挖，其最大的特点是避免了土石方大开挖，将施工对山体的扰动减至最低，可有效防止开挖边削边坡引起的山体滑坡、边坡垮塌等险情。但，目前隧道逆作进洞施工工艺并不能很好地保障施工人员的安全，一旦在施工过程中发生岩石掉落等问题后果将不堪设想；同时，目前的隧道逆作进洞施工工艺施工难度较大，对施工人员的要求较高，整体的施工效率和质量不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞及施工方法，能在逆作隧道施工中确保施工安全性和支护的稳定性，因地制宜，有效降低施工难度、提高施工效率与质量，具有良好的经济技术效益。

附图说明

图1是本发明复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞体系示意图。

图2为本发明复杂地形陡峭岩体隧道进洞安全防护通道示意图。

图3为本发明顶部落石清理装置示意图。

图4为本发明钢拱架及仰拱示意图。

图5A到图5C为本发明定位器辅助钢拱架连接示意图。

图6为本发明顶升台架内撑式钢拱架校位装置示意图。

图7为本发明钢筋笼绑扎胎架俯视图。

图8为本发明仰拱吊模体系示意图。

图9为本发明复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞施工流程图。

图中：1-岩体；2-安全防护通道；3-竖杆；4-工字钢；5-顶板；6-钢筋网；7-顶部纵向杆；8-顶部横向杆；9-锚杆；10-应力监控器；11-导向板；12-L型钢；13-顶紧内撑架；14-落石清理装置；15-启闭式天窗；16-铰接底座；17-螺栓；18-吊耳；19-插销；20-把手；21-抗浮柱；22-顶紧钢板；23-工字钢延长段；24-螺栓孔；25-腐殖土；26-超前小导管；27-灌浆孔；28-钢拱架；29-定位器；30-钢拱架腹板；31-连接板；32-顶升台架；33-桁架；34-操作平台；35-滑轮；36-护栏；37-定滑轮；38-钢绞线；39-升降平台；40-卷扬机；41-支撑杆；42-支撑楔块；43-拱脚；44-径向锚杆；45-胎架；46-连接钢板；47-悬挂孔；48-V型槽；49-钢筋槽；50-端模；51-钢丝绳；52-滑移吊杆；53-[型滑移槽；54-斜顶杆；55-仰拱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

图1是本发明复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞体系的示意图，主要包括安全防护通道2、钢拱架29、顶升台架32、仰拱绑扎胎架45及钢拱架辅助固定仰拱吊模体系；

其中安全防护通道2搭设在隧道洞口处，安全防护通道2主要包括通道两侧竖向放置的竖杆3、固定单侧竖杆3的工字钢4，与竖杆3焊接的顶部横向杆8和顶部纵向杆7，以及置于顶部的落石清理装置14，其中安全防护通道2形成门字结构，工字钢4朝向开挖端的翼缘板上设有螺栓孔24，安全防护通道2顶点处由锚杆9穿越顶部纵向杆7的翼缘与岩体1锚固，顶部横向杆8和顶部纵向杆7上部焊接有顶板5，顶板5上铺设钢筋网6，所述安全防护通道2一半设置于隧道洞外，可作为施工加固平台，对顶部的腐殖土25进行钻打灌浆孔27，并利用超前小导管26进行腐殖土25加固处置。

图2为本发明复杂地形陡峭岩体隧道进洞安全防护通道示意图，在安全防护通道2内侧的工字钢4与竖杆3交汇处，顶部横向杆8与纵向杆7交汇处的角点及重点处设置应力监控器10。安全防护通道2内侧设置有断面为半圆形的顶紧内撑架13，顶紧内撑架13与安全防护通道2等高等宽，顶紧内撑架13的两侧与顶侧焊接有工字钢延长段23，工字钢延长段23为“[”形的钢板，其另一端设有若干螺栓孔24，所述顶紧内撑架13设置于安全防护通道2端部，即开挖方向，顶紧内撑架13和安全防护通道2两者通过螺栓与螺母连接固定，即螺栓与螺母穿过螺栓孔24实现两者的固定。

安全防护通道2的外侧设有快速安装临时加固装置，快速安装临时加固装置主要包括设置于通道外侧的抗浮柱21，抗浮柱21的底部锚固于岩体1，顶部弯曲焊接顶紧钢板22，顶紧钢板22与安全防护通道2的顶部纵向杆7及竖杆3相接触并给予安全防护通道2一个向内的支撑力。

图3为本发明顶部落石清理装置示意图，主要包括顶板5、导向板11及覆盖在顶板5上的钢筋网6。所述钢筋网6设置在最上层，其下方的顶板5则与顶部纵向杆7及顶部横向杆8焊接，顶板5包括若干个启闭式天窗15，启闭式天窗15与顶板5通过铰接底座16连接，铰接底座16两侧分别与顶板5和启闭式天窗15通过螺栓17固定，从而实现启闭式天窗15的启闭。启闭式天窗15另一侧设有吊耳18，在顶板5相对应的位置也设有若干个吊耳18，天窗关闭时，通过插销19穿过顶板5与启闭式天窗(15)的吊耳18紧闭天窗。

每个所述启闭式天窗15在其朝地面的一面上设有把手20，拔出插销19向下拉把手20即可打开启闭式天窗15，安全防护通道2内侧两边设有导向板11，作为向下清除垃圾的导向，导向板11的腰部焊接有L型钢12，其与安全防护通道(2)两侧横向设置的工字钢4相扣固定。

图4为本发明的钢拱架及仰拱示意图，每单元钢拱架28由若干节段拼接，每榀之间由工字钢钢架连接，钢架节点处通过定位器29实现钢拱架28的连接，钢拱架28形成拱门状结构，钢拱架28与岩体1通过径向锚杆44固定，钢拱架28的拱脚43处也通过锚杆固定。两侧的钢拱架28之间设有滑移吊杆52，仰拱混凝土浇筑前，仰拱55两端安装端模50，仰拱55和滑移吊杆52通过钢丝绳51连接。

图5A到图5C为本发明定位器辅助钢拱架连接示意图，定位器29为“凸”型钢板，其凸出段与钢拱架28的钢拱架腹板30等宽，其中钢拱架腹板30为工字结构，定位器29卡置在钢拱架腹板30内；定位器29上预钻有两个螺栓孔24，与连接板31上的螺栓孔24位置相对应，连接板31置于定位器29的一侧，且两者的螺栓孔24对应。定位器29用作连接板31连接钢拱架28的校准器，利用螺栓17穿过螺栓孔24临时固定连接板31，待连接板31与钢拱架28焊接完毕后拆除螺栓17取出定位器(29)。

图6为本发明顶升台架内撑式钢拱架校位装置示意图，顶升台架32主要包括其组成材料桁架33、操作平台34、升降平台39以及顶升系统，桁架33置于钢拱架28内，桁架33的两外侧设有操作平台34，顶升台架32的内侧通过滑轮35连接有升降平台39，顶升系统置于升降平台39上。所述顶升系统主要包括设置在升降平台39上的卷扬机40，设置在顶升台架32顶部的定滑轮37以及穿过定滑轮37连接在卷扬机40与升降平台39两端的钢绞线38。在整体安装钢拱架28时，利用顶升台架32至各个高度的升降平台39安装支撑杆41并垫支撑楔块42进行钢拱架28的调整校位，顶升台架32通过支撑杆41和支撑楔块42与钢拱架28连接。

图7为本发明钢筋笼绑扎胎架俯视图，胎架45两端焊接有带悬挂孔47的连接钢板46，可利用悬挂孔47与安装在钢拱架28的径向锚杆44上实现固定。胎架45根据仰拱55的钢筋笼设计要求同样为双层，每层均焊接若干排V型槽48，V型槽48的V字谷作为钢筋槽49，可起到较好的固定钢筋的作用，防止其滑移，每排V型槽48的间隔根据钢筋笼钢筋间距设置。

图8为本发明仰拱吊模体系示意图，端模50可由安装在钢拱架28上的滑移吊杆52起吊、滑移及下放；所述端模50由钢丝绳51连接悬挂于滑移吊杆52上，所述滑移吊杆52两端安装滑轮35，将焊接在钢拱架28内侧的“[”型滑移槽53作为滑移轨道并受力牵引滑移。下放完毕后，端模50两端与径向锚杆44底部斜置斜顶杆54以固定。

如图9所示，复杂地形陡峭岩体逆作洞门隧道进洞的施工流程如下：

1)洞口测量：根据隧道洞口的设计结构和洞口地形标高，详细计算洞口开挖轮廓线的坐标和各里程中心坐标，利用附合导线与以上计算坐标的相对关系，使用全站仪在地面上放出洞口开挖轮廓线，根据设计要求，精确计算出线路百米桩的坐标及结构的相关尺寸和标高，并按每10m编制出隧道各部位标高表；

2)洞口初挖：在隧道洞口采取短进尺进行弱爆破，形成隧道洞口；

3)安全防护通道安装：在洞口处搭设安全防护通道2，其中安全防护通道2的结构如前所述，并在安全防护通道2的顶部焊接带有启闭式天窗15的顶板5，并由锚杆9穿过安全防护通道2两侧的顶部纵向杆7的翼缘板与岩体1锚固，在顶板5上铺设一层钢筋网6作为初级防护；

4)洞顶处置：在洞口及洞顶腐殖土25处钻打灌浆孔27，安全防护通道2一半设置于隧道洞外，并以安全防护通道2作为加固施工平台利用超前小导管26进行腐殖土25加固处置。

5)隧道洞身开挖：为减轻爆破时对围岩的扰动，周边眼采用小直径光爆药卷，其余采用φ32药卷，并采用导爆索串联装药结构，孔口堵塞长度不小于设计要求。钻爆作业时,根据地质条件及时修正爆破参数,以期达到最佳爆破效果；

6)架设钢拱架

a)钢拱架焊接：每榀钢拱架28由若干拱架段拼装而成，拼装采用定位器29快速精确连接，连接时，将已加工好的定位器29放入已加工好的弯制的钢拱架28上，将连接板31上已钻好的孔与定位器28的螺栓孔24通过螺栓17连接，将连接板31与钢拱架28焊接牢固，焊接完成后，卸下定位器29。

b)钢拱架整体安装：钢拱架焊接完毕后，分别将每榀钢拱架整体安装作为支护，利用顶升台架32的升降平台39，操作人员可至不同高度的操作平台34将钢拱架28与岩体1利用径向锚杆44锚固，并在钢拱架28内侧安装支撑杆41与支撑楔块42以调整。

7)喷射混凝土：根据设计要求及围岩情况，采用商品混凝土对开挖断面进行喷射。

8)绑扎仰拱钢筋笼：根据设计要求及开挖情况在预制的胎架45两侧焊接带有悬挂孔47的高度符合要求的连接钢板，在隧道底部放置钢筋笼绑扎胎架45后通过悬挂孔47将其与锚固在钢拱架28最低处的径向锚杆44固定，后利用胎架45进行仰拱55钢筋笼绑扎。

9)吊装端模：仰拱55钢筋笼绑扎完毕后，在钢筋笼两端放置端模50，内侧端模50因钢筋笼等其他障碍物放置困难，可利用设置在钢拱架28上的滑移吊杆52滑移吊放；所述滑移吊杆52两端的滑轮35放置于焊接在钢拱架28上的[型滑移槽53，并由牵引绳牵引至设计位置后下方。

10)仰拱混凝土施工：采用商品混凝土进行仰拱浇筑。

11)下一断面施工：洞身混凝土喷射及仰拱浇筑完毕后，进行下一断面的施工。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）洞口测量：根据隧道洞口的设计结构和洞口地形标高，计算洞口开挖轮廓线的坐标和各里程中心坐标，利用附合导线与计算所得的洞口开挖轮廓线的坐标和各里程中心坐标的相对关系，使用全站仪在地面上放出洞口开挖轮廓线，根据设计要求，精确计算出线路百米桩的坐标及百米桩结构的相关尺寸和标高；

2）洞口初挖：在隧道洞口采取短进尺进行弱爆破，形成隧道洞口；

3）安全防护通道安装：在洞口处搭设安全防护通道（2），并在安全防护通道（2）的顶部焊接带有启闭式天窗（15）的顶板（5），并由锚杆（9）穿过安全防护通道（2）两侧的顶部纵向杆（7）的翼缘板与岩体（1）锚固，在顶板（5）上铺设一层钢筋网（6）作为初级防护；

4）洞顶处置：在隧道洞口及洞顶的腐殖土（25）处钻打灌浆孔（27），安全防护通道（2）一半设置于隧道洞外，并以安全防护通道（2）作为加固施工平台利用超前小导管（26）进行腐殖土（25）加固处置；

5）隧道洞身开挖；

6）架设钢拱架

a）钢拱架焊接：每榀钢拱架（28）由若干拱架段拼装而成，采用定位器（29）连接，将已加工好的定位器（29）放入已加工好的弯制的钢拱架（28）上，将连接板（31）上已钻好的孔与定位器（29）的螺栓孔（24）通过螺栓（17）连接，将连接板（31）与钢拱架（28）焊接牢固，焊接完成后，卸下定位器（29）；

b）钢拱架整体安装：钢拱架焊接完毕后，分别将每榀钢拱架整体安装作为支护，利用顶升台架（32）的升降平台（39），操作人员可至不同高度的操作平台（34）将钢拱架（28）与岩体（1）利用径向锚杆（44）锚固，并在钢拱架（28）内侧安装支撑杆（41）与支撑楔块（42）以调整；

7）喷射混凝土：根据设计要求及围岩情况，采用商品混凝土对开挖断面进行喷射；

8）绑扎仰拱钢筋笼：根据设计要求及开挖情况在预制的胎架（45）两侧焊接带有悬挂孔（47）的连接钢板（46），在隧道底部放置钢筋笼绑扎胎架（45）后通过悬挂孔（47）将其与锚固在钢拱架（28）最低处的径向锚杆（44）定位，后利用胎架（45）进行仰拱（55）钢筋笼绑扎；

9）吊装端模：仰拱（55）钢筋笼绑扎完毕后，在钢筋笼两端放置端模（50），内侧端模（50）利用设置在钢拱架（28）上的滑移吊杆（52）滑移吊放，滑移吊杆（52）两端的滑轮（35）放置于焊接在钢拱架（28）上的“[”型滑移槽（53），并由牵引绳牵引至设计位置后下方；

10）仰拱混凝土施工：采用商品混凝土进行仰拱浇筑；

11）下一断面施工：洞身混凝土喷射及仰拱浇筑完毕后，进行下一断面的施工。

2.根据权利要求1所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，安全防护通道（2）包括通道两侧竖向放置的竖杆（3）、固定单侧竖杆（3）的工字钢（4），与竖杆（3）焊接的顶部横向杆（8）和顶部纵向杆（7），以及置于顶部的落石清理装置（14），工字钢（4）朝向开挖端的翼缘板上设有螺栓孔，顶部横向杆（8）和顶部纵向杆（7）上部焊接有顶板（5）。

3.根据权利要求2所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，安全防护通道（2）内侧的工字钢（4）与竖杆（3）交汇处，顶部横向杆（8）与纵向杆（7）交汇处的角点及中点处设置应力监控器（10）。

4.根据权利要求2所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，安全防护通道（2）内侧设置有断面为半圆形的顶紧内撑架（13），顶紧内撑架（13）与安全防护通道（2）等高等宽，顶紧内撑架（13）的两侧与顶侧焊接有工字钢延长段（23），工字钢延长段（23）的纵截面为“[”形的钢板，顶紧内撑架（13）的工字钢延长段（23）设有若干螺栓孔，顶紧内撑架（13）设置于安全防护通道（2）端部，顶紧内撑架（13）和安全防护通道（2）之间通过螺栓与螺母连接固定。

5.根据权利要求2所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，安全防护通道（2）的外侧设有快速安装临时加固装置，快速安装临时加固装置包括设置于通道外侧的抗浮柱（21），抗浮柱（21）的底部锚固于岩体（1），顶部弯曲并焊接有顶紧钢板（22），顶紧钢板（22）与安全防护通道（2）的顶部纵向杆（7）及竖杆（3）相接触并给予安全防护通道（2）一个向内的支撑力。

6.根据权利要求2所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，顶部落石清理装置包括顶板（5）、导向板（11）及覆盖在顶板（5）上的钢筋网（6），钢筋网（6）设置在最上层，其下方的顶板（5）则与顶部纵向杆（7）及顶部横向杆（8）焊接，启闭式天窗（15）一侧与顶板（5）通过铰接底座（16）连接，启闭式天窗（15）另一侧设有吊耳（18），在顶板（5）相对应的位置也设有若干个吊耳（18），天窗关闭时，通过插销（19）穿过顶板（5）与启闭式天窗（15）的吊耳（18）紧闭天窗。

7.根据权利要求2所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，安全防护通道（2）内侧两边设有导向板（11），导向板（11）的腰部焊接有L型钢（12），其与安全防护通道（2）两侧横向设置的工字钢（4）翼缘板相扣固定。

8.根据权利要求1所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法，其特征在于，桁架（33）置于钢拱架（28）内，桁架（33）的两外侧设有操作平台（34），顶升台架（32）的内侧通过滑轮（35）连接有升降平台（39），顶升系统置于升降平台（39）上，顶升系统主要包括设置在升降平台（39）上的卷扬机（40），设置在顶升台架（32）顶部的定滑轮（37）以及穿过定滑轮（37）的钢绞线，钢绞线一端连接在卷扬机（40）上，另一端与升降平台（39）相连接。

9.一种复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞结构，其特征在于，根据权利要求1到8任一所述的复杂地形陡峭岩体逆作洞口隧道进洞的施工方法施工得到。

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