CN111810183A - 一种上下交叉隧道综合施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种上下交叉隧道综合施工方法，涉及隧道施工领域，包括以下步骤：勘探待施工区域，并依据勘探资料分析，规划施工方案及方法；分析交叉隧道施工过程中的力学特征，确定薄弱地段，并对其隧道预加固；分析新建隧道爆破施工对既有隧道的影响，确定控制爆破的方案，并进行爆破参数设计；进行爆破安全距离验算；验算合格后，对现场监控量测，循环施工；通过对施工过程进行方案规划，对施工过程中的力学特征及爆破施工对既有隧道的影响进行分析，得出合理的施工方案及方法，为施工提供指导作用，提高施工效率和保证施工安全。

Description

一种上下交叉隧道综合施工方法

技术领域

本公开涉及隧道施工领域，特别涉及一种上下交叉隧道综合施工方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着经济的不断发展，对基础设施的需求在不断增加，尤其是交通设施。高等级的交通干线得到了前所未有的发展。由于地面空间有限，随着发展的越来越快，地面交通压力越来越大。因此城市地铁的修建成为缓解城市交通的重要手段；地下空间的开发和利用将会进入新的发展阶段,交通路网不断完善，新建交通路线遇到既有隧道形成交叉的概率将会越来越大。

发明人发现，目前新建隧道和既有隧道相遇的形式并不单一，既有同一平面的结构交叉近接隧道，又有空间交叉的上下交叉隧道。不可避免地是新建隧道必然会对既有隧道造成一定的影响，新建隧道的施工会对既有隧道周围的土体有所扰动，进而改变其受力状态引起变形，这就对既有隧道的安全稳定产生不利影响；但是在如今这种地面空间、土体资源日益紧张的背景下，会不断出现大量的交叉隧道的情况；而其复杂的受力特征和敏感的环境影响阻碍了交叉隧道地段的施工进度，难以满足现有对高效施工的需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种上下交叉隧道综合施工方法，通过对施工过程进行方案规划，对施工过程中的力学特征及爆破施工对既有隧道的影响进行分析，得出合理的施工方案及方法，为施工提供指导作用，提高施工效率和保证施工安全。

为了解决上述问题，采用以下技术方案：

一种上下交叉隧道综合施工方法，包括以下步骤：

勘探待施工区域，并依据勘探资料分析，规划施工方案及方法；

分析交叉隧道施工过程中的力学特征，确定薄弱地段，并对其隧道预加固；

分析新建隧道爆破施工对既有隧道的影响，确定控制爆破的方案，并进行爆破参数设计；

进行爆破安全距离验算；

验算合格后，对现场监控量测，循环施工。

进一步地，通过勘探了解待施工区域的地层情况，从而确定施工方案和施工方法。

进一步地，分析力学特征时，对隧道交叉段周围的变形行为进行分析，并确定上下两条隧道对应左右线的四个交叉段均满足开挖要求。

进一步地，所述预加固采用超前小导管注浆。

进一步地，注浆加固过程包括以下步骤：

喷射混凝土封闭掌子面，进行注浆设计；

测试放样，按照设计位置布置钻孔，并对钻孔进行检查；

安装小导管，封闭工作面后进行注浆。

进一步地，分析新建隧道施工不同爆破参数、爆破方案对既有隧道的影响程度，确定控爆范围。

进一步地，通过台阶法和三台阶法进行施工，控制爆破进尺，以控制爆破振动。

进一步地，爆破参数的设计包括以下步骤：

炮孔直径和设计进尺；

炮孔数目确定；

炮孔布置，采用二级复式楔形掏槽孔；

爆破单耗选择及装药量的计算；

装药、填塞和起爆网络。

进一步地，安全距离验算包括爆破振动安全距离验算、爆破飞石距离验算和爆破冲击波安全距离验算。

进一步地，还包括制定应急响应，进行应急预案。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)通过施工方案的配置，提供了一种包含施工准备阶段、施工进行方法、上下交叉隧道爆破方案以及后续应急响应的综合施工工艺流程。相比于传统的施工方法，其所呈现的内容更加全面。可以减少施工环节对既有隧道造成破坏或者影响既有行车线路的中断现象的发生；

(2)通过配置施工方案，涵盖施工过程全面，既包括施工前期的准备工作、具体施工时的加固方案、爆破方案等，也包含循环施工时的监控量测以及预防现场安全事故发生的应急响应。内容全面，可以更好地为以后上下交叉隧道的施工提供指导作用；

(3)对于确定控制爆破的施工方案主要包含以下三部分内容：爆破震动理论研究、控制爆破设计以及爆破安全距离验算。相比于目前其他专利方案所涉及内容步骤明确、内容全面，可以更好的指导爆破施工的进行，并保证对既有隧道稳定性的影响；

(4)在此综合施工工艺中加入了应急响应的环节，按照事故发生并报警、信息接报与处理、应急启动、开展救援行动、根据事态控制情况决定应急是否结束的流程设计；解决了传统施工方案中未将应急响应纳入整体施工方案进行考量的问题，可以更好地防患于未然，尽可能减小事故带来的危害；

(5)既可以保证交叉隧道施工时新建隧道的施工安全，又可以保证既有隧道的稳定所受干扰减小，进而确保既有线行车安全。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1中施工流程示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅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设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中新建隧道的施工会对既有隧道周围的土体有所扰动，进而改变其受力状态引起变形，这就对既有隧道的安全稳定产生不利影响，而其复杂的受力特征和敏感的环境影响阻碍了交叉隧道地段的施工进度，难以满足现有对高效施工的需求；针对上述问题，本公开提出了一种上下交叉隧道综合施工方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出了一种上下交叉隧道综合施工方法。

主要包括以下流程：施工准备、分析地质勘探资料；确定施工方案和施工方法；理论分析上下交叉隧道施工过程中的力学特征；在薄弱地段进行隧道预加固；研究新建隧道对既有隧道爆破震动影响；现场监控量测；应急响应；循环施工；施工完成。

具体的，包括以下步骤：

勘探待施工区域，并依据勘探资料分析，连接待施工区域的地层情况，规划施工方案及方法；

分析交叉隧道施工过程中的力学特征，对隧道交叉段周围的变形行为进行分析，保证施工可行性，确定上下两条隧道对应左右线的四个交叉段均满足开挖要求；

根据实际交叉隧道的力学特征确定施工薄弱段，进而确定注浆加固方案；

分析新建隧道爆破施工对既有隧道的影响，确定控制爆破的方案，并进行爆破参数设计；

进行爆破安全距离验算，包括爆破振动安全距离验算、爆破飞石距离验算和爆破冲击波安全距离验算；

验算合格后，对现场监控量测，配置应急响应方案；

循环施工直至施工结束。

参照图1，在本实施例中，对上述施工方法进行详细描述：

步骤1：施工准备。

步骤2：分析地质勘探资料，了解该工程地层情况，进而确定施工方案和施工方法。

本实施例中为新建隧道上跨既有隧道，采取钻爆法施工。

步骤3：理论分析上下交叉隧道施工过程中的力学特征；

本实例中以FLAC-3D程序分析隧道交叉段周围的变形行为，从而保证施工方案的可行性。通过理论分析最终确定了上下两条隧道左右线的四个交叉段均满足开挖要求；

需要指出的是，新建隧道的开挖会引起既有隧道围岩的应力重分布，整个交叉隧道的力学特征就会变得更加复杂，而这里采取理论和数值模拟相结合的方法来刻画这种力学特征的“复杂变化”。

步骤4：在薄弱地段进行隧道预加固就是根据实际交叉隧道的力学特征来确定施工薄弱段，进而确定注浆加固方案；

一般采取：在上下交叉隧道之间的围岩进行锚杆和注浆加固；

本实例中，采取超前小导管注浆的方式，具体流程为：

(1)注浆前先喷射混凝土封闭掌子面，按照设计要求进行注浆设计，制定施工方案；

(2)测量放样，在设计孔位上做好标记，用风枪钻孔；

(3)钻孔结束后应掏孔检查，确认无塌孔和探头石；

(4)安装小导管，用塑胶泥封堵孔口，并对工作面进行喷射混凝土封闭；

(5)安装小导管后进行注浆，采用水泥砂浆，理论配比1:1。

步骤5：爆破施工中新建隧道对既有隧道爆破振动的影响；

主要包括三部分：爆破震动理论研究、控制爆破设计、爆破安全距离验算；

本实施例中，采用有限元软件ANSYS-DYNA分析了新建隧道爆破施工对既有隧道的影响，着重分析了不同的爆破参数、爆破方案对其的影响程度。

控制爆破设计包括：控爆范围的确定、爆破方案选定、控制爆破参数设计。

步骤6：控制爆破设计中控爆范围的确定，爆破震动速度用萨道夫斯基经验公式计算得到；

在本实施例中，以新建隧道距离既有隧道垂直高度为19.6m为例，安全允许振速控制值取3.0cm/s，进而计算得到不同控制区段安全允许的最大齐爆药量。而且发现施工时最近点的安全允许最大齐爆药量为3.64kg，不同位置的最大齐爆药量还需根据距离进行计算。

步骤7：控制爆破设计中爆破方案的选定：本实施例中区间段施工环境复杂，对爆破的振动要求高，选用台阶法和三台阶法进行施工，严格控制爆破进尺，以控制振动确保安全。

步骤8：控制爆破设计中控制爆破参数设计：本实施例中以台阶法为例，区间段施工爆破参数设计如下：

(1)炮孔直径和设计进尺。炮孔直径选取D＝38-42mm，设计进尺为1.0m，在上台阶掘进5m左右待下台阶有临空面后，再进行下台阶掘进，而且选用中心掏槽，周边辅助的方式进行爆破施工；

(2)炮孔数目的确定。根据计算公式得到每一掘进循环炮孔数目为203个，根据实际施工情况，可适当增加；

(3)炮孔布置。隧道爆破的掏槽方式选用二级复式楔形掏槽孔，位于上台阶，下台阶不设掏槽孔；

(4)爆破单耗选择及装药量的计算。

(5)装药、填塞和起爆网络。

步骤9：爆破安全距离验算中爆破振动安全距离验算。同样根据萨道夫斯基经验公式计算得到上跨既有隧道允许最大齐爆药量与爆破振动安全距离关系如下表：

表1上跨既有隧道允许最大齐爆药量与爆破振动安全距离关系

爆破安全距离验算主要包括：爆破振动安全距离验算、爆破飞石距离验算、爆破冲击波安全距离验算。

步骤10：爆破安全距离验算中爆破飞石距离验算。本实施例中爆破时可能产生的最远飞石距离由瑞典德汤尼克公式计算得到。

步骤11：爆破安全距离验算中爆破冲击波安全距离验算。本实施例中，由于采用的爆破技术为药包深埋地下的爆破，爆破作用指数n＜3，爆破冲击波安全距离小于爆破飞石和振动的安全距离，可以不需要专门考虑爆破冲击波安全距离。

步骤12：现场监控量测。

步骤13：应急响应，是施工现场必不可少的一环，可有效地减少现场事故带来的损失；

本实施例中的应急响应根据本发明实施，按照事故发生并报警；信息接报与处理；应急启动；开展救援行动；根据事态控制情况决定应急是否结束的流程设计。

应急预案启动后，应急指挥部组织、指挥、协调各应急救援小组和专业应急队伍，开展抢险救援，尽可能减小事故带来的危害。

步骤14：循环施工。

步骤15：施工结束。

通过配置施工方案，涵盖施工过程全面，既包括施工前期的准备工作、具体施工时的加固方案、爆破方案等，也包含循环施工时的监控量测以及预防现场安全事故发生的应急响应。内容全面，可以更好地为以后上下交叉隧道的施工提供指导作用。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

勘探待施工区域，并依据勘探资料分析，规划施工方案及方法；

分析交叉隧道施工过程中的力学特征，确定薄弱地段，并对其隧道预加固；

分析新建隧道爆破施工对既有隧道的影响，确定控制爆破的方案，并进行爆破参数设计；

进行爆破安全距离验算；

验算合格后，对现场监控量测，循环施工。

2.如权利要求1所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，通过勘探了解待施工区域的地层情况，从而确定施工方案和施工方法。

3.如权利要求1所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，分析力学特征时，对隧道交叉段周围的变形行为进行分析，并确定上下两条隧道对应左右线的四个交叉段均满足开挖要求。

4.如权利要求3所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，所述预加固采用超前小导管注浆。

5.如权利要求4所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，注浆加固过程包括以下步骤：

喷射混凝土封闭掌子面，进行注浆设计；

测试放样，按照设计位置布置钻孔，并对钻孔进行检查；

安装小导管，封闭工作面后进行注浆。

6.如权利要求1所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，分析新建隧道施工不同爆破参数、爆破方案对既有隧道的影响程度，确定控爆范围。

7.如权利要求6所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，通过台阶法和三台阶法进行施工，控制爆破进尺，以控制爆破振动。

8.如权利要求7所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，爆破参数的设计包括以下步骤：

炮孔直径和设计进尺；

炮孔数目确定；

炮孔布置，采用二级复式楔形掏槽孔；

爆破单耗选择及装药量的计算；

装药、填塞和起爆网络。

9.如权利要求1所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，安全距离验算包括爆破振动安全距离验算、爆破飞石距离验算和爆破冲击波安全距离验算。

10.如权利要求1所述的上下交叉隧道综合施工方法，其特征在于，还包括制定应急响应，进行应急预案。

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