CN112302686A - 隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及施工技术领域,公开了一种隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其包括以下步骤:第一步:开挖斜井至正洞一定距离时,开挖矩形导洞;第二步:在正洞范围内的矩形导洞中搭建长方体支架;第三步:搭建拱形支架;之后的步骤中,一边挖掘一边通过两组千斤顶的循环换位顶升完成整个正洞部分拱顶的挖掘,同时形成对正洞拱顶的独立支撑。本发明的垂直顶升开挖法摒弃了导洞爬高等传统施工工艺,另辟蹊径,改主水平开挖为主竖直开挖,减少了临时支撑用量,避免了浪费;开挖后能够保留三岔口衔接段围岩区域,基本上避免了扩挖问题,也避免了大体量混凝土回填及复杂支护结构的大量使用。

Description

隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法
技术领域
本发明涉及施工技术领域,具体而言,涉及一种隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法。
背景技术
斜井进正洞常见的施工方法有以下几种:
1、直线爬坡导洞形式(如“大包法”),这类方法存在的问题是:①斜井进正洞衔接部位的主洞、次洞需要较大的扩挖量;②隧道扩挖部分集中在拱顶,浇筑混凝土回填施作时不方便;③隧洞扩挖部分需回填大体量的混凝土,对支护结构产生多余负荷;
2、曲线爬坡导洞形式(如“弧形导坑法”),这类方法存在的缺点是:①曲线爬升路线加大测绘方面的难度;②在导洞进正洞衔接部位施工工作面狭小,大型工具不能适用;③曲线爬坡对围岩保护要求高,需要多步台阶上升开挖,施工工序转换时间长,围岩不能被及时喷混凝土封闭,围岩风化严重;
3、小导洞转向挑顶施工方法,这类方法存在的缺点是:①导洞进正洞后有较长转向段,此段消耗大量临时支撑(因为紧接的后续开挖过程中需要拆除);②导洞转向位置需合理布置好转向临时支撑,对临时支撑的架设及加固技术要求高;③导洞转正洞部位产生三岔口三维悬空受力区域而产生大跨度开挖面,安全性较差;
4、类CRD扩挖进正洞方法,此类方法存在的缺点是:①横撑影响开挖作业,出碴难度大;②施工步序多而复杂,工期长;③技术要求较高。
上述方法均存在诸多问题,亟需一种隧道斜井进正洞新型挑顶施工方法。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有斜井进正洞施工方法存在的上述不足,提供一种隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下的技术方案:
一种隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,包括以下步骤:
第一步:开挖斜井:挖至距离正洞边墙Ⅰ一定距离时,开挖矩形导洞,直至正洞边墙Ⅱ,矩形导洞的高度低于斜井拱顶的高度;
第二步:在正洞范围内的矩形导洞中搭建长方体支架:长方体支架包括位于矩形导洞顶部的矩形支架Ⅰ和位于矩形导洞底部的矩形支架Ⅱ,两个矩形支架的尺寸均小于矩形导洞的水平面尺寸,两个矩形支架之间通过千斤顶Ⅰ支撑,形成长方体支架;
第三步:搭建拱形支架:开挖矩形导洞上方的一段拱顶区域,每挖完一部分安装一根弧形梁,弧形梁的顶部抵住拱顶顶部,两端固定在矩形支架Ⅰ的横梁上,直至完成该段拱顶区域的挖掘及所有弧形梁的安装,最后在弧形梁顶部安装横跨所有弧形梁的横向钢梁,弧形梁和横向钢梁组成拱形支架;
第四步:继续向上开挖拱顶区域,每挖完一段,通过千斤顶Ⅰ将矩形支架Ⅰ及拱形支架向上抬升至拱顶,直至到达千斤顶Ⅰ的极限;
第五步:到达千斤顶Ⅰ的极限后,在矩形支架Ⅰ下方再增加四个千斤顶Ⅱ,在矩形支架Ⅱ上安装垫块,将千斤顶Ⅱ安装在垫块上,由千斤顶Ⅱ和垫块共同支撑矩形支架Ⅰ;
第六步:将四角的千斤顶Ⅰ撤掉更换为支撑钢管,并在支撑钢管之间安装横梁及纵梁,形成第二层矩形支架Ⅰ;
第七步:继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅱ直至到达千斤顶Ⅱ的极限,然后在第二层矩形支架Ⅰ和矩形支架Ⅱ之间重新安装千斤顶Ⅰ,由千斤顶Ⅰ支撑第二层矩形支架Ⅰ;
第八步:撤掉千斤顶Ⅱ,继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅰ直至到达千斤顶Ⅰ的极限,然后在第二层矩形支架Ⅰ下方重新安装千斤顶Ⅱ,由千斤顶Ⅱ和千斤顶Ⅰ共同支撑第二层矩形支架Ⅰ;
第九步:在第二层矩形支架Ⅰ四角处安装支撑钢管,并在支撑钢管之间安装横梁及纵梁,形成第三层矩形支架Ⅰ;
第十步:继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅱ直至到达千斤顶Ⅱ的极限,此时将千斤顶Ⅰ从第二层矩形支架Ⅰ下撤掉重新安装于第三层矩形支架Ⅰ下方;
第十一步:重复上述步骤,直至完成整个正洞部分拱顶的挖掘支撑;
第十二步:对正洞外的矩形导洞部分进行扩挖,与初始段的斜井进行衔接;
优选地,第一步中,在正洞内的矩形导洞中采用满堂脚手架支撑,正洞外的矩形导洞采用临时门架支撑,斜井部分进行二次衬砌浇筑,对上半部分掌子面进行喷射混凝土封闭处理。
优选地,矩形支架Ⅰ和矩形支架Ⅱ均由工字钢通过螺栓连接而成。
优选地,第三步中,弧形梁与矩形支架Ⅰ、横向钢梁均通过螺栓连接。
优选地,第三步中,拱形支架还包括水平梁,水平梁的两端分别固定于矩形支架Ⅰ的两根横梁上,弧形梁固定在水平梁上。
优选地,弧形梁与水平梁之间还设置有斜撑。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的垂直顶升开挖法摒弃了导洞爬高等传统施工工艺,另辟蹊径,改主水平开挖为主竖直开挖,减少了临时支撑用量,避免了浪费;
(2)本发明的垂直顶升施工法,开挖后能够保留三岔口衔接段围岩区域,基本上避免了扩挖问题,也避免了大体量混凝土回填及复杂支护结构的大量使用;
(3)本发明中,顶升工字钢桁架组装及受力简单,千斤顶的循环换位顶升步骤清晰明了,施工简单易行,施工连续性强,可有效加快施工进度,缩短工期。
附图说明
图1是本发明施工方法第一步的示意图;
图2是本发明施工方法第二步的示意图;
图3是本发明施工方法第三步的示意图;
图4是长方体支架及拱形支架结构示意图;
图5是本发明施工方法第五步的示意图;
图6是本发明施工方法第六步的示意图;
图7是本发明施工方法第七步的示意图;
图8是本发明施工方法第八步的示意图;
图9是本发明施工方法第九步的示意图;
图10是本发明施工方法第十步的示意图;
图11是本发明施工方法第十一步的示意图;
图12是本发明施工方法第十二步的示意图;
其中,上述附图包括以下附图标记:1、斜井;2、正洞;3、边墙Ⅰ;4、矩形导洞;5、边墙Ⅱ;6、矩形支架Ⅰ;61、横梁;62、纵梁;7、矩形支架Ⅱ;8、千斤顶Ⅰ;9、弧形梁;10、横向钢梁;11、斜撑;12、千斤顶Ⅱ;13、垫块;14、支撑钢管;15、水平梁。
具体实施方式
下面以工况为宽×高为6.3m×5m斜井1开挖进入宽×高为6.3m×9.0m正洞为例,结合附图对本发明所述的隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法作进一步说明,该施工方法包括以下步骤:
第一步:开挖斜井:首先按照普通的开挖方法将斜井1开挖至距离正洞2的边墙Ⅰ3十米处,期间对该部分进行二次衬砌浇筑,对上半部分掌子面进行喷射混凝土封闭处理,必要时打设注浆锚杆加固;然后开挖矩形导洞4,直至正洞边墙Ⅱ5,矩形导洞的高度比斜井拱顶的高度低2.75米,期间随开挖进尺及时运用临时门架支撑,在正洞范围内的矩形导洞区域施作满堂脚手架(图中未示出)支撑,如图1所示;该步骤与直接以较大高度的斜井断面直接开挖至正洞相比,通过降低导洞的高度,可减少导洞临时支撑门架的用料,避免后期垂直向上开挖形成明显的交叉口三维悬空受力状态,减少对周围围岩的扰动;
第二步:在正洞范围内的矩形导洞中搭建长方体支架:长方体支架包括位于矩形导洞顶部的矩形支架Ⅰ6和位于矩形导洞底部的矩形支架Ⅱ7,矩形支架Ⅰ和矩形支架Ⅱ均由两根横梁61和两根纵梁62通过螺栓连接而成,横梁和纵梁均采用工字钢,两个矩形支架之间安装有四个千斤顶Ⅰ8,三者形成长方体支架,如图2所示;
第三步:搭建拱形支架:开挖矩形导洞上方的一段拱顶区域,每挖完一部分及时安装一根弧形梁9,以减少工作面悬空时间而减少拱顶沉降,直至完成该段拱顶区域的挖掘及所有弧形梁的安装,弧形梁的顶部抵住拱顶顶部,两端通过螺栓固定在矩形支架Ⅰ的横梁61上,最后在弧形梁顶部安装横跨所有弧形梁的横向钢梁10,弧形梁和横向钢梁组成拱形支架,这一步中,为了防止弧形梁变形,增强拱形支架的强度,拱形支架还包括水平梁15,安装时,首先将水平梁的两端分别固定于矩形支架Ⅰ的两根横梁上,然后将弧形梁固定在水平梁上,弧形梁和水平梁之间还设置有斜撑11;如图3、4所示;
第四步:继续向上开挖拱顶区域,每挖完一段,通过千斤顶Ⅰ将矩形支架Ⅰ及拱形支架向上抬升至拱顶,直至到达千斤顶Ⅰ的极限;
第五步:到达千斤顶Ⅰ的极限后,在矩形支架Ⅰ下方再增加四个千斤顶Ⅱ12,每侧增加两个,在矩形支架Ⅱ上安装垫块13,将千斤顶Ⅱ安装在垫块上,由千斤顶Ⅱ和垫块共同支撑矩形支架Ⅰ;如图5所示;
第六步:将四个千斤顶Ⅰ撤掉更换为四根支撑钢管14,并在支撑钢管之间安装横梁及纵梁,形成第二层矩形支架Ⅰ,第二层矩形支架Ⅰ的尺寸可以和第一层矩形支架Ⅰ相同,也可以略大于第一层矩形支架Ⅰ,也可以略小于第一层矩形支架Ⅰ,对支撑效果没有影响,如图6所示;
第七步:继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅱ直至到达千斤顶Ⅱ的极限,然后在第二层矩形支架Ⅰ和矩形支架Ⅱ之间重新安装千斤顶Ⅰ,由千斤顶Ⅰ支撑第二层矩形支架Ⅰ;如图7所示;
第八步:撤掉千斤顶Ⅱ,继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅰ直至到达千斤顶Ⅰ的极限,然后在第二层矩形支架Ⅰ下方重新安装千斤顶Ⅱ,由千斤顶Ⅱ和千斤顶Ⅰ共同支撑第二层矩形支架Ⅰ,如图8所示;
第九步:在第二层矩形支架Ⅰ四角处安装支撑钢管14,并在支撑钢管之间安装横梁及纵梁,形成第三层矩形支架Ⅰ,如图9所示;
第十步:继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅱ直至到达千斤顶Ⅱ的极限,此时将千斤顶Ⅰ从第二层矩形支架Ⅰ下撤掉重新安装于第三层矩形支架Ⅰ下方;如图10所示;
第十一步:重复上述步骤,通过千斤顶Ⅰ和千斤顶Ⅱ的交替以及若干层矩形支架的安装,完成拱形支架的抬升直至到达正洞的拱顶,在完成整个正洞部分拱顶的挖掘的同时,形成了对正洞拱顶的独立支撑,如图11所示;
第十二步:对正洞外的矩形导洞部分进行扩挖,与初始段的斜井进行衔接;如图12所示。
至此完成了斜井进正洞的挖掘及支撑桁架的搭建,后续按照常规的台阶法挖掘正洞的剩余部分即可。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“前端”、“后端”、“左右”“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,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,因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:开挖斜井(1):挖至距离正洞(2)的边墙Ⅰ(3)一定距离时,开挖矩形导洞(4),直至正洞(2)的边墙Ⅱ(5),矩形导洞(4)的高度低于斜井(1)拱顶的高度;
第二步:在正洞(2)范围内的矩形导洞(4)中搭建长方体支架:长方体支架包括位于矩形导洞(4)顶部的矩形支架Ⅰ(6)和位于矩形导洞(4)底部的矩形支架Ⅱ(7),两个矩形支架的尺寸均小于矩形导洞(4)的水平面尺寸,两个矩形支架之间通过千斤顶Ⅰ(8)支撑,形成长方体支架,千斤顶Ⅰ(8)安装于矩形支架的四角;
第三步:搭建拱形支架:开挖矩形导洞(4)上方的一段拱顶区域,每挖完一部分安装一根弧形梁(9),弧形梁(9)的顶部抵住拱顶顶部,两端固定在矩形支架Ⅰ(6)的横梁(61)上,直至完成该段拱顶区域的挖掘及所有弧形梁(9)的安装,最后在弧形梁(9)顶部安装横跨所有弧形梁(9)的横向钢梁(10),弧形梁(9)和横向钢梁(10)组成拱形支架;
第四步:继续向上开挖拱顶区域,每挖完一段,通过千斤顶Ⅰ(8)将矩形支架Ⅰ(6)及拱形支架向上抬升至拱顶,直至到达千斤顶Ⅰ(8)的极限;
第五步:到达千斤顶Ⅰ(8)的极限后,在矩形支架Ⅰ(6)下方再增加四个千斤顶Ⅱ(12),在矩形支架Ⅱ(7)上安装垫块(13),将千斤顶Ⅱ(12)安装在垫块(13)上,由千斤顶Ⅱ(12)和垫块(13)共同支撑矩形支架Ⅰ(6);
第六步:将四角的千斤顶Ⅰ(8)撤掉更换为支撑钢管(14),并在支撑钢管(14)之间安装横梁及纵梁,形成第二层矩形支架Ⅰ;
第七步:继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅱ(12)直至到达千斤顶Ⅱ(12)的极限,然后在第二层矩形支架Ⅰ和矩形支架Ⅱ(7)之间重新安装千斤顶Ⅰ(8),由千斤顶Ⅰ(8)支撑第二层矩形支架Ⅰ;
第八步:撤掉千斤顶Ⅱ(12),继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅰ(8)直至到达千斤顶Ⅰ(8)的极限,然后在第二层矩形支架Ⅰ下方重新安装千斤顶Ⅱ(12),由千斤顶Ⅱ(12)和千斤顶Ⅰ(8)共同支撑第二层矩形支架Ⅰ;
第九步:在第二层矩形支架Ⅰ(6)四角处安装支撑钢管(14),并在支撑钢管(14)之间安装横梁及纵梁,形成第三层矩形支架Ⅰ;
第十步:继续向上挖掘拱顶区域,抬升千斤顶Ⅱ(12)直至到达千斤顶Ⅱ(12)的极限,此时将千斤顶Ⅰ(8)从第二层矩形支架Ⅰ下撤掉重新安装于第三层矩形支架Ⅰ下方;
第十一步:重复上述步骤,直至完成整个正洞(2)部分拱顶的挖掘支撑;
第十二步:对正洞(2)外的矩形导洞(4)部分进行扩挖,与初始段的斜井(1)进行衔接。
2.根据权利要求1所述的隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其特征在于,第一步中,在正洞(2)内的矩形导洞(4)中采用满堂脚手架支撑,正洞(2)外的矩形导洞(4)采用临时门架支撑,斜井部分进行二次衬砌浇筑,对上半部分掌子面进行喷射混凝土封闭处理。
3.根据权利要求1所述的隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其特征在于,第二步中,矩形支架Ⅰ(6)和矩形支架Ⅱ(7)均由工字钢通过螺栓连接而成。
4.根据权利要求1所述的隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其特征在于,第三步中,弧形梁(9)与矩形支架Ⅰ(6)、横向钢梁(10)均通过螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其特征在于,第三步中,拱形支架还包括水平梁(15),水平梁(15)的两端分别固定于矩形支架Ⅰ(6)的两根横梁(61)上,弧形梁(9)固定在水平梁(15)上。
6.根据权利要求5所述的隧道斜井进正洞的垂直顶升施工方法,其特征在于,弧形梁(9)与水平梁(15)之间还设置有斜撑(11)。
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