CN112302661B - 长距离小断面隧道施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及长距离小断面隧道施工工艺，其包括以下步骤：S1：在隧道两侧底部位置且在掌子面前方预埋混凝土块，在隧道掌子面开设周边孔、分隔孔、减震孔；S2：在掌子面开设爆孔，向爆孔内装填炸药并起爆，清理分隔孔上方部位进行清渣，并对隧道在分隔孔上方部位做初期支护，初期支护底部位于混凝土块上；S3：重复步骤S1‑S2，之后拆除远离掌子面的初期支护，并在拆除初期支护的位置施作仰拱和混凝土填充，同时开挖分隔孔下方部位并清除弃渣，然后将分隔孔下方位置进行初期支护；S4：重复上述S1‑S3步骤，直到整个隧道施工完成，再进行二次衬砌最后开挖隧底、清碴、并浇筑混凝土形成隧道底层。本申请具有提高隧道围岩的稳定性的效果。
Description
技术领域
本申请涉及隧道施工的领域，尤其是涉及一种长距离小断面隧道施工工艺。
背景技术
目前公路、铁路正在飞速发展，其中隧道工程是公路、铁路建设中重要的组成部分，隧道开挖是由多个工序分步进行的，主要包括隧道爆破开挖、土石方运输、钢架架设、挂网、喷锚、铺防水层、二次衬砌施作等多个工序，而在小断面隧道施工一直制约着隧道施工进度甚至制约整个工程的开通运营。
国内现修建小断面隧道时主要采用全断面法或上下台阶法。全断面法是隧道断面一次开挖成形，然后再支护衬砌，其的主要工序是：使用移动式钻孔台车全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退再引爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时进行锚喷支护或先墙拱后衬砌；全断面法对围岩爆破震动大，稳定性稍差的地质条件易影响围岩稳定性。上下台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶)，上下台阶同时并进的施工方法，对围岩的扰动较多，影响隧道围岩的稳定性。
发明内容
为了提高隧道围岩的稳定性，本申请提供一种长距离小断面隧道施工工艺。
本申请提供的一种长距离小断面隧道施工工艺采用如下的技术方案：
一种长距离小断面隧道施工工艺，包括以下步骤：
S1：在隧道两侧底部位置且在掌子面前方预埋混凝土块，在隧道掌子面的边缘位置开设一圈周边孔，在掌子面中部开设水平分布的多个分隔孔，并在分隔孔上方开设多个减震孔，减震孔位于周边孔下方，多个减震孔形成曲线的弧度与其正对位置周边孔形成曲线的弧度相同，且减震孔形成的曲线与周边孔形成曲线之间距离为15-50cm；
S2：然后在掌子面开设爆孔，爆孔位于分隔孔与减震孔之间，向爆孔内装填炸药并起爆，之后清理分隔孔上方部位进行清渣，并对隧道在分隔孔上方部位做初期支护，初期支护底部位于混凝土块上，开挖分隔孔下方部位并进行清渣；
S3：重复步骤S1-S2，之后拆除远离掌子面的初期支护，并在拆除初期支护的位置施作拱和混凝土填充，同时开挖分隔孔下方部位并清除弃渣，然后将分隔孔下方位置进行初期支护；
S4：重复上述S1-S3步骤，直到整个隧道施工完成，再进行二次衬砌最后开挖隧底、清碴、并浇筑混凝土形成隧道底层。
通过采用上述技术方案，爆孔内炸药起爆时，减震孔和周边孔对隧道的边缘位置起到双层缓冲作用，使得爆破震动难以较多的传递到围岩在周边孔外部的位置，使得隧道围岩的稳定性较高；同时分隔孔将掌子面分为上部断面和下部断面，使得爆破时使用小面积爆破掉上部断面部分即可，而分隔孔也减小了爆破对下部断面处围岩的震动，进而减少了下部断面处围岩对隧道边缘处围岩的扰动，也作为上部断面施工的边界线，使上部断面和下部断面之间的施工节点明确；当上部断面处开挖完毕后，对隧道分隔孔上方位置进行初期支护，然后开挖下部断面，周边孔有利于减少开挖下部断面过程中对围岩的扰动；之后继续在隧道掌子面开设周边孔、分隔孔、减震孔、爆孔，以及进行爆破，然后挖上部断面，对隧道在分隔孔上方部位做初期支护，拆除前边的初期支护，同时进行拱和混凝土填充、下部断面的开挖，使得施工进度较快；
重复上述步骤隧道施工完成后，围岩变形稳定，再进行二次衬砌，之后开挖遂底，并浇筑混凝土，浇筑混凝土时，将预埋的混凝土块进行整体浇筑，硬化后得到隧道底层；预埋混凝土块保证了初期支撑能够有稳定的支点，同时拱和混凝土填充能够以稳定的预埋混凝土块作为基点进行施工，自然地质条件隧道底部质地不稳或者各处可能硬度不一，预埋混凝土块的设置，使得不需直接在自然地质条件的隧道底部进行拱和混凝土填充的施工，保证了拱的稳定性。
优选的，相邻所述周边孔之间的距离小于相邻减震孔之间的距离。
通过采用上述技术方案，使得相邻两个周边孔之间的距离较小，爆破力从相邻周边孔之间围岩传递出去的极少，爆破的振动力传递至周边孔位置时，极易将周边孔之间的围岩极易震碎，从而进一步减少爆破力传递到隧道边缘位置的可能，从而有利于进一步提高围岩的稳定性。
优选的，所述分隔孔上方开设有多个水平的减扰孔，多个减扰孔沿着掌子面前进的方向逐渐倾斜向上。
通过采用上述技术方案，减扰孔与分隔孔共同作用，减少下部断面位置围岩受到的震动力；同时减扰孔的设置，使得上部断面的开挖结束后，由于爆破震动力减扰孔之间的围岩碎裂，可以与减扰孔所在平面为工作面，进行上部断面位置的清渣，减扰孔所在平面稍倾斜，有利于提高清渣的便利性。
优选的，最底部的所述周边孔位于隧道底层的下方。
通过采用上述技术方案，周边孔设置的位置，使得隧道两侧位置向下挖，使得便于对隧道两侧位置向下挖，使得混凝土块的预埋较为便利。
优选的，步骤S1中，预埋混凝土块具体通过如下步骤制得：在隧道的两侧位置向下挖基槽，基槽挖至最底部的周边孔，然后在基槽的底部打锚固孔并注浆，将混凝土块压入基槽所注混凝土浆中。
通过采用上述技术方案，锚固孔内的注浆凝固后，形成锚固柱，混凝土块与锚固柱固定连接在一起，保证了混凝土块位置的稳定性；并且两侧仅在不宽的基槽内进行混凝土块的预埋，对上部断面的开挖及出渣不产生影响，有利于施工进度的提高。
优选的，所述混凝土块朝向隧道中部一侧的底部固定连接有搭接块，搭接块的顶部与基槽内所注混凝土浆的顶部齐平，隧道底层的顶部与混凝土块的顶部齐平。
通过采用上述技术方案，在隧底浇筑混凝土形成隧道底层时，搭接块和基槽内凝固的混凝土对隧道底层有一定的支撑作用，并且混凝土块卡在隧道底层的边缘位置，使得混凝土块与隧道底层的一体性较好。
优选的，所述初期支护包括：用支架将钢筋网抵紧在隧道内壁，在隧道内壁设置有锚杆，锚杆穿过钢筋网插设到隧道内壁中，并喷射混凝土。
通过采用上述技术方案，支架将钢筋网初步抵紧在隧道内壁上，便于进行下一步骤的锚杆锚固，提高了操作的便利性。
优选的，所述支架包括两个水平且相互平行的支撑杆、多个竖直的伸缩杆、多个可伸缩的弧形杆，伸缩杆固定连接于支撑杆的底部，弧形杆的两端与支撑杆的顶部铰接连接，弧形杆的铰接轴线与支撑杆平行。
通过采用上述技术方案，将支架放置到隧道内后，将钢丝网搭在支架的外部，然后将弧形杆拉开，使得伸缩杆与隧道的两侧抵接，固定弧形杆使之长度不能继续改变，然后拉伸伸缩杆，直到弧形杆与隧道的顶部抵接，然后固定伸缩杆使之不能继续伸缩，此时钢丝网被支架抵紧在隧道内壁。
优选的，两个连接于相正对所述支撑杆上的伸缩杆之间连接有可伸缩的稳定杆，稳定杆固定连接于两个伸缩杆的顶部。
通过采用上述技术方案，稳定杆保证了伸缩杆之间的稳定性，提高了支架的稳定性。
优选的，位于同一侧支撑杆上的伸缩杆之间连接有连接杆，伸缩杆沿着支撑杆长度方向的两侧固定连接有固定部，固定部设置有连接螺杆，连接螺杆穿过连接杆与固定部螺纹连接。
通过采用上述技术方案，连接杆将位于隧道同一侧的伸缩杆之间进一步连接到一起，使得支架的稳定性得到提高。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置减震孔、周边孔、分隔孔，减震孔和周边孔对隧道的边缘位置起到双层缓冲作用，使得爆破震动难以较多的传递到围岩在周边孔外部的位置，分隔孔也减小了爆破对下部断面处围岩的震动，减震孔也减少了开挖下部断面时围岩对隧道边缘处围岩的扰动，使得隧道围岩的稳定性较高，提高了施工速度；
2.通过设置预埋混凝土块，混凝土块与锚固柱固定连接在一起，保证了混凝土块位置的稳定性，也保证了拱对围岩支撑的稳定性；
3.通过设置搭接块以及隧道底层的顶部与混凝土块的顶部齐平，使得混凝土块卡在隧道底层的边缘位置，使得混凝土块与隧道底层的一体性较好。
附图说明
图1是隧道掌子面周边孔分布结构示意图。
图2是混凝土块和锚固柱的连接结构示意图。
图3是减扰孔的剖视图。
图4是隧道挖完分隔孔上方部位的结构示意图。
图5是图4中A处的放大结构示意图。
图6是隧道在步骤S3时未拆除远离掌子面的初期支护的结构示意图。
图7是隧道在步骤S3的结构示意图。
图8是隧道的最终结构示意图。
附图标记说明：1、基槽；11、锚固孔12、混凝土块；121、搭接块；13、锚固柱；2、周边孔；21、分隔孔；22、减震孔；23、爆孔；24、减扰孔；3、支架；31、支撑杆；32、伸缩杆；321、伸缩一杆；322、伸缩二杆；3221、固定螺杆；3222、固定部；3223、连接螺杆；33、弧形杆；331、弧形一杆；332、弧形二杆；3321、定位螺杆；4、钢筋网；41、锚杆；5、稳定杆；51、稳定一杆；52、稳定二杆；521、稳定螺栓；6、连接杆；7、拱；71、二次衬砌；8、隧道底层。
具体实施方式
以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种长距离小断面隧道施工工艺。长距离小断面隧道施工工艺包括以下步骤：
参照图1和图2，S1：在隧道两侧底部位置且在掌子面前方预埋混凝土块12，具体步骤为，在隧道的两侧位置向下挖基槽1，基槽1挖至最底部的周边孔2，然后在基槽1的底部打竖直向下的锚固孔11并注浆，将混凝土块12压入基槽1所注混凝土浆中，混凝土块12朝向隧道中部一侧的底部固定连接有搭接块121，搭接块121的顶部与基槽1内所注混凝土浆的顶部齐平，混凝土块12的顶部高出基槽1内所注混凝土浆的顶部，隧道底层8的顶部与混凝土块12的顶部齐平。混凝土浆硬化后，锚固孔11内的注浆形成锚固柱13，锚固柱13通过基槽1内硬化混凝土浆与混凝土块12固定连接到一起，保证了混凝土块12位置的稳定性，并且在隧道两侧基槽1内的施工对隧道中部位置基本没有影响，混凝土块12的预埋、上部断面的开挖及出渣能够同时进行，有利于施工进度的提高。
参照图1和图3，在隧道掌子面的边缘位置开设一圈周边孔2，在掌子面中部开设水平分布的多个分隔孔21，并在分隔孔21上方开设多个减震孔22，减震孔22位于周边孔2下方，多个减震孔22形成曲线的弧度与其正对位置周边孔2形成曲线的弧度相同，且减震孔22形成的曲线与周边孔2形成曲线之间距离为15-50cm，相邻周边孔2之间的距离小于相邻减震孔22之间的距离，分隔孔21上方开设有多个水平的减扰孔24，多个减扰孔24沿着掌子面前进的方向逐渐倾斜向上。减震孔22和周边孔2对隧道的边缘位置起到双层缓冲作用，减扰孔24和分隔孔21将掌子面分为上部断面和下部断面，减扰孔24和分隔孔21对下部断面起到缓冲作用，周边孔2也进一步减少开挖下部断面过程中对围岩的扰动，使得隧道围岩的稳定性较高。
参照图1，S2：然后在掌子面开设爆孔23，爆孔23位于分隔孔21与减震孔22之间，向爆孔23内装填炸药并起爆，之后清理分隔孔21上方部位进行清渣，并对隧道在分隔孔21上方部位做初期支护，初期支护底部位于混凝土块12上，开挖分隔孔21下方部位并进行清渣。
参照图4和图5，初期支护包括：用支架3将钢筋网4抵紧在隧道内壁，在隧道内壁设置有锚杆41，锚杆41穿过钢筋网4插设到隧道内壁中，并喷射混凝土。
参照图4和图5，支架3包括两个水平且相互平行的支撑杆31、多个竖直的伸缩杆32、多个可伸缩的弧形杆33，伸缩杆32固定连接于支撑杆31的底部，每个支撑杆31至少连接两个伸缩杆32，本实施例每个支撑杆31连接四个伸缩杆32，且每两个伸缩杆32为一组，两组伸缩杆32分别位于支撑杆31的两个端部，弧形杆33的两端与支撑杆31的顶部铰接连接，弧形杆33的铰接轴线与支撑杆31平行，两个连接于相正对支撑杆31上的伸缩杆32之间连接有可伸缩的稳定杆5，稳定杆5固定连接于两个伸缩杆32的顶部，位于同一侧支撑杆31上的伸缩杆32之间连接有连接杆6位于一组伸缩杆32的两个伸缩杆32之间，伸缩杆32沿着支撑杆31长度方向的两侧固定连接有固定部3222，固定部3222设置有连接螺杆3223，连接螺杆3223穿过连接杆6与固定部3222螺纹连接。
参照图4和图5，弧形杆33包括弧度相同的弧形一杆331和弧形二杆332，弧形一杆331插设在弧形二杆332内，并与弧形二杆332沿着自身弧度的方向滑动连接，弧形杆33设置有固定螺杆3221，固定螺杆3221穿过弧形二杆332并与弧形一杆331螺纹连接；伸缩杆32包括伸缩一杆321和伸缩二杆322，伸缩一杆321插设到伸缩二杆322 内，并与伸缩二杆322沿着自身长度方向滑动连接，伸缩杆32设置有固定螺杆3221，固定螺杆3221穿过伸缩二杆322并与伸缩一杆321螺纹连接；稳定杆5包括稳定一杆51和稳定二杆52，稳定一杆51插设到稳定二杆52内，并与稳定二杆52沿着自身长度方向滑动连接，稳定杆5设置有稳定螺栓521，稳定螺栓521穿过稳定二杆52并与稳定一杆51螺纹连接。
参照图4和图5，将支架3放置到隧道内后，将钢丝网搭在支架3的外部，然后将弧形杆33拉开，使得伸缩杆32与隧道的两侧抵接，稳定杆5同步被拉开，之后使定位螺杆3321穿过伸缩二杆322并与伸缩一杆321拧紧，弧形杆33被固定自身长度不能继续改变，并使稳定螺栓521穿过稳定二杆52并与稳定一杆51拧紧，稳定杆5被固定而不用继续伸缩；然后拉伸伸缩杆32，直到弧形杆33与隧道的顶部抵接，然后是固定螺杆3221穿过伸缩二杆322并与伸缩一杆321拧紧，伸缩杆32被固定而自身不能继续伸缩，此时钢丝网被支架3抵紧在隧道内壁，便于锚杆41付钢丝网进行固定。
参照图6和图7，S3：重复步骤S1-S2，之后拆除远离掌子面的初期支护，并在拆除初期支护的位置施作拱7和混凝土填充，同时开挖分隔孔21下方部位并清除弃渣，然后将分隔孔21下方位置进行初期支护。
参照图8，S4：重复上述S1-S3步骤，直到整个隧道施工完成，再进行二次衬砌71最后开挖隧底、清碴、并浇筑混凝土形成隧道底层8，最底部的所述周边孔2位于隧道底层8的下方。
本申请实施例一种长距离小断面隧道施工工艺的实施原理为：首先在隧道两侧底部且在掌子面前方预埋混凝土块12，然后在隧道掌子面开设周边孔2、分隔孔21、减震孔22、爆孔23，以及进行爆破，然后挖上部断面，对隧道在分隔孔21上方部位使用支架3将钢筋网4抵在隧道内壁，并使用锚杆41锚固并喷射混凝土，即完成初期支护，此时两侧多出的钢筋网4搭在下部断面的上表面部分，之后开挖下部断面，并将多出的钢筋网4拉平在隧道内壁，然后使用锚杆41锚固并喷射混凝土，完成初期支护。
然后继续在新挖的下部断面位置开挖基槽1 并注浆以及固定混凝土块12，同时在隧道掌子面开设周边孔2、分隔孔21、减震孔22、爆孔23，以及进行爆破，然后挖上部断面，对隧道在分隔孔21上方部位做初期支护，然后即可将远离掌子面的前一初期支护拆除，并在拆除初期支护的位置施作拱7和混凝土填充，之后开挖下部断面，并继续进行初期支护。重复以上步骤，即完成隧道施工，再进行二次衬砌71，之后开挖遂底，遂底的底部与基槽1 的底部齐平，之后浇筑混凝土，使混凝土的顶部与混凝土块12的顶部齐平，硬化后，即形成一体性良好的隧道底层8。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在隧道两侧底部位置且在掌子面前方预埋混凝土块(12)，在隧道掌子面的边缘位置开设一圈周边孔(2)，在掌子面中部开设水平分布的多个分隔孔(21)，并在分隔孔(21)上方开设多个减震孔(22)，减震孔(22)位于周边孔(2)下方，多个减震孔(22)形成曲线的弧度与其正对位置周边孔(2)形成曲线的弧度相同，且减震孔(22)形成的曲线与周边孔(2)形成曲线之间距离为15-50cm；
S2：然后在掌子面开设爆孔(23)，爆孔(23)位于分隔孔(21)与减震孔(22)之间，向爆孔(23)内装填炸药并起爆，之后清理分隔孔(21)上方部位进行清渣，并对隧道在分隔孔(21)上方部位做初期支护，初期支护底部位于混凝土块(12)上，开挖分隔孔(21)下方部位并进行清渣；
S3：然后重复S1-S2，之后拆除远离掌子面的初期支护，并在拆除初期支护的位置施作拱(7)和混凝土填充，同时开挖分隔孔(21)下方部位并清除弃渣，然后将分隔孔(21)下方位置进行初期支护；
S4：重复上述S1-S3步骤，直到整个隧道施工完成，再进行二次衬砌(71)最后开挖隧底、清碴、并浇筑混凝土形成隧道底层(8)。
2.根据权利要求1所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：相邻所述周边孔(2)之间的距离小于相邻减震孔(22)之间的距离。
3.根据权利要求1所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：所述分隔孔(21)上方开设有多个水平的减扰孔(24)，多个减扰孔(24)沿着掌子面前进的方向逐渐倾斜向上。
4.根据权利要求1所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：最底部的所述周边孔(2)位于隧道底层(8)的下方。
5.根据权利要求1所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：步骤S1中，预埋混凝土块(12)具体通过如下步骤制得：在隧道的两侧位置向下挖基槽(1)，基槽(1)挖至最底部的周边孔(2)，然后在基槽(1)的底部打锚固孔(11)并注浆，将混凝土块(12)压入基槽(1)所注混凝土浆中。
6.根据权利要求5所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：所述混凝土块(12)朝向隧道中部一侧的底部固定连接有搭接块(121)，搭接块(121)的顶部与基槽(1)内所注混凝土浆的顶部齐平，隧道底层(8)的顶部与混凝土块(12)的顶部齐平。
7.根据权利要求1所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：所述初期支护包括：用支架(3)将钢筋网(4)抵紧在隧道内壁，在隧道内壁设置有锚杆(41)，锚杆(41)穿过钢筋网(4)插设到隧道内壁中，并喷射混凝土。
8.根据权利要求7所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：所述支架(3)包括两个水平且相互平行的支撑杆(31)、多个竖直的伸缩杆(32)、多个可伸缩的弧形杆(33)，伸缩杆(32)固定连接于支撑杆(31)的底部，弧形杆(33)的两端与支撑杆(31)的顶部铰接连接，弧形杆(33)的铰接轴线与支撑杆(31)平行。
9.根据权利要求8所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：两个连接于相正对所述支撑杆(31)上的伸缩杆(32)之间连接有可伸缩的稳定杆(5)，稳定杆(5)固定连接于两个伸缩杆(32)的顶部。
10.根据权利要求9所述的长距离小断面隧道施工工艺，其特征在于：位于同一侧支撑杆(31)上的伸缩杆(32)之间连接有连接杆(6)，伸缩杆(32)沿着支撑杆(31)长度方向的两侧固定连接有固定部(3222)，固定部(3222)设置有连接螺杆(3223)，连接螺杆(3223)穿过连接杆(6)与固定部(3222)螺纹连接。
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