CN111810184A - 一种变截面隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变截面隧道施工方法，在截面面积较小的第一隧道段开挖完成后开挖过渡段，过渡段开挖完成后开挖截面面积较大的第二隧道段；沿第一隧道段至第二隧道段方向，过渡段截面面积逐渐增大；对过渡隧道段进行注浆回填，使过渡段隧道壁与第一隧道段隧道壁平齐，本发明的施工方法能够有效避免开挖过程中截面面积突变处的围岩应力集中，避免了安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种变截面隧道施工方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
近年来，随着经济的快速发展，开挖交通隧道的数量越来越多，规模越来越大，遇到的地质条件也越来越复杂，在山岭或城市隧道修建过程中，新奥法因其独特的优势而得以广泛应用。发明人发现，虽然新奥法施工技术较为完善，但其施工中仍存在一些施工难题亟待解决，在施工大断面变截面隧道时，如图1所示，小断面的第一隧道段向大断面第二隧道段突变加宽变化值较大，一次性扩大开挖成大断面时会造成围岩应力集中，若不及时支护则会存在塌方或掉块等较大安全风险。特别是当周围岩体质量较差并且选择的开挖方式不合适时，则会产生较大的安全隐患，严重则会发生大体积垮塌等事故，造成不可估量的经济损失。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种变截面隧道施工方法，有效克服了一次性扩大开挖成大断面隧道时造成的围岩应力集中问题，避免了安全隐患。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种变截面隧道施工方法，在截面面积较小的第一隧道段开挖完成后开挖过渡段，过渡段开挖完成后开挖截面面积较大的第二隧道段；沿第一隧道段至第二隧道段方向，过渡段截面面积逐渐增大；对过渡隧道段进行注浆回填，使过渡段隧道壁与第一隧道段的隧道壁平齐。
本发明的有益效果：
本发明的开挖方法，设置过渡段，利用过渡段连接第一隧道段和第二隧道段，且沿第一隧道段至第二隧道段方向，过渡段截面面积逐渐增大，避免了开挖过程中，第一隧道段至第二隧道段截面尺寸突变值较大、一次性扩大开挖成大断面造成的围岩应力集中现象，避免了安全隐患的产生，同时避免了断面突变造成超前支护无法搭接的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明变截面隧道示意图；
图2为本发明实施例1第一隧道段、过渡段及第二隧道段连接示意图；
图3为本发明实施例1过渡段注浆回填示意图；
图4为本发明实施例1三台阶七步开挖法和双侧壁导坑开挖法各开挖区域分解线示意图；
其中，1.第一隧道段，2.第二隧道段，3.过渡段，4.回填部分。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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，本发明中如果出现“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发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有的变截面隧道开挖方法会造成围岩应力集中，具有较大的安全隐患，针对上述问题，本申请提出了一种变截面隧道开挖方法。
本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-图3所示，一种变截面隧道开挖方法，首先开挖截面面积较小的第一隧道段1，然后开挖过渡段3，过渡段开挖完成后，再开挖截面面积较大的第二隧道段2，沿第一隧道段至第二隧道段的方向，过渡段的截面面积逐渐增大，过渡段位于第一隧道段一端的端面与第一隧道段的末端端面重合，位于第二隧道段一端的端面与第二隧道段的首端端面重合，第二隧道段开挖设定距离后，对过渡段进行注浆回填，回填部分4使得过渡段的隧道内壁与第一隧道段的隧道内壁相平齐，形成变截面隧道。
所述过渡段采用多节逐节开挖，每节的开挖深度等于一个开挖步距的长度，且沿第一隧道段至第二隧道段的方向，每节的截面面积逐渐增大，使得过渡段以25°-30°的过渡角截面面积逐渐增大，优选的，所述过渡角a采用27°。
本实施例中，所述过渡角是指过渡段前后端面相对应位置连线与该位置切向面的夹角。例如，过渡段前后端面拱顶中心位置点连线与水平面的夹角，过渡段前后端面侧部相对应位置点连线与竖向面的夹角。
本实施例中，所述第一隧道段采用第一开挖方法进行开挖，所述第一开挖方法为现有的三台阶七步开挖法，如图4所示，其中实现为三台阶七步开挖法每步开挖各区域的分界线，首先对开挖断面拱顶位置的A区域进行开挖，然后对开挖断面一侧部B区域进行开挖，然后对与B区域相对称的C区域进行开挖，然后开挖B区域下方的D区域，再开挖C区域下方的E区域，开挖完成后，中部位置预留了核心土，然后由上至下依次开挖F-1区域、F-2区域及F-3区域，形成三台阶核心土。开挖断面形成后，各个区域同步开挖，形成第一隧道段。
第一隧道段采用的三台阶七步开挖法采用现有的隧道开挖用三台阶七步开挖法即可，只对其开挖顺序进行叙述，其他具体施工步骤及方法采用现有三台阶七步开挖法的方法即可，在此不进行详细叙述。
所述第一隧道段开挖完成后，开挖过渡段，所述过渡段采用第二开挖方法进行开挖，所述第二开挖方法采用现有的双侧壁导坑开挖法，过渡段开挖前，要预先在第一隧道开挖完成后的断面开挖出用于双侧壁导坑开挖法的设定的开挖断面。
具体方法为：
如图4所示，A区域、F-1区域、F-2区域、F-3区域停止开挖，B区域和C区域开挖至与A区域断面平齐，然后搭设初期支护。
B区域和C区域停止开挖，开挖断面一侧侧部C区域位置开挖第一上导坑a，第一上导坑开挖设定深度，第一上导坑开挖完成后，搭设初期支护及临时支护。
在第一上导坑的下方E区域位置开挖第一下导坑b，开挖完成后搭设初期支护及临时支护，第一上导坑的断面深度与第一下导坑的断面深度差值为一个开挖步长的距离，所示开挖步长距离为4米-6米，优选的，所示开挖步长距离为5米。
即第一上导坑的断面所在平面位于第一下导坑断面所在平面前方5米处。
在开挖断面另一侧侧部B区域位置开挖第二上导坑c，第一上导坑的断面深度与第二上导坑的断面深度差值为2-3倍的开挖步长距离，本实施例中，差值为10米-15米，即第一上导坑的断面所在平面位于第二上导坑断面所在平面前方10米-15米位置处，第二上导坑开挖完成后，搭设初期支护和临时支护。
在第二上导坑下方的D区域位置开挖第二下导坑d，第二上导坑断面深度与第二下导坑断面深度差值为一个开挖步长的距离，为5米，即第二上导坑断面所在平面位于第二下导坑断面所在平面前方5米。第二下导坑开挖完成后，搭设初期支护和临时支护。
由上至下分e区域、f区域和g区域对三台阶中部核心土进行开挖，使三台阶中部核心土断面与第二上导坑断面间距为2-3倍的开挖步长，为10米-15米，开挖完成后，搭设相应的初期支护。
三台阶中部核心土开挖完成后，形成设定的施工断面，按照双侧壁导坑法对过渡段进行施工。图4中的虚线为双侧壁导坑法各开挖步开挖区域的分界线。
施工过程中控制三台阶开挖中台阶拱脚位置高度与双侧壁导坑开挖法上导坑拱脚位置高度相同。
本实施例中，对设定开挖断面进行施工前，停止三台阶七步开挖法支护的施工，并将A区域喷射混凝土进行封闭，及时跟进仰拱施工。
设定开挖断面施工过程中，加大监控量测频率，实时监控断面位移情况以及初期支护钢架下沉、收敛情况，确保由三台阶法向双侧壁导坑开挖法工序转化过程施工安全。
过渡段施工时，按照设定的过渡角，采用多节逐节开挖，沿开挖方向，过渡段的开挖截面面积逐渐增大，直至开挖截面面积达到第二隧道段的截面面积。
然后对第二隧道段进行开挖，第二隧道段的施工采用现有的双侧壁导坑开挖法。其具体开挖方法在此不进行详细叙述。第二隧道段开挖设定距离后，对过渡段进行注浆回填，搭设模板，然后进行注浆，使过渡段的隧道内壁与第一隧道段的隧道内壁相平齐，第二隧道段开挖完成后，完成整个便截面隧道的开挖。
本实施例的隧道开挖方法，第一隧道段和第二隧道段的开挖利用过渡段进行过渡，避免了因隧道突变加宽造成的围岩应力集中存在施工风险，同时避免了断面突变造成超前支护无法搭接的问题。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种变截面隧道施工方法，其特征在于，在截面面积较小的第一隧道段开挖完成后开挖过渡段，过渡段开挖完成后开挖截面面积较大的第二隧道段；沿第一隧道段至第二隧道段方向，过渡段截面面积逐渐增大；对过渡隧道段进行注浆回填，使过渡段隧道壁与第一隧道段隧道壁平齐。
2.如权利要求1所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，沿第一隧道段至第二隧道段方向，过渡段以25°-30°的过渡角使其截面面积逐渐增大。
3.如权利要求1所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
采用第一开挖方法开挖第一隧道段；
在第一隧道段末端进行开挖，形成用于采用第二开挖方法开挖过渡段和第二隧道段的设定施工断面；
采用第二方法开挖过渡段，过渡段采用多节逐节开挖，沿开挖方向，过渡段的开挖截面面积逐渐增大；
过渡段开挖完成后，开挖第二隧道段，第二隧道段开挖设定距离后，对过渡段进行注浆回填。
4.如权利要求3所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，所述第一开挖方法采用三台阶七步开挖法。
5.如权利要求4所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，所述第二开挖方法采用双侧壁导坑开挖法。
6.如权利要求5所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，所述设定施工断面的开挖方法为：
第一隧道段开挖完成后，在开挖断面一侧侧部位置开挖上下设置的第一上导坑和第一下导坑，在开挖断面的另一侧侧部位置开挖上下设置的第二上导坑和第二下导坑，然后开挖三台阶中部核心土，形成设定施工断面。
7.如权利要求6所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，第一上导坑、第一下导坑、第二上导坑、第二下导坑及中部核心土开挖完成后，均搭设初期支护。
8.如权利要求6所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，其特征在于，所述第一上导坑的断面深度与第一下导坑断面深度的差值为开挖步距长度，所述第一上导坑断面深度与第二上导坑断面深度的差值为2-3倍的开挖步距长度，所述第二下导坑断面的深度与第二上导坑断面深度的差值为开挖步距长度。
9.如权利要求8所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，所述第二上导坑的断面深度与开挖后三台阶核心土断面深度的差值为2-3倍的开挖步距。
10.如权利要求9所述的一种变截面隧道施工方法，其特征在于，所述开挖步距为4米-6米。
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