CN112554885B - 一种隧道竖井及横通道开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体提出了一种隧道竖井及横通道开挖方法，包括以下步骤：步骤S1:施工准备；步骤S2：锁口圈梁基坑开挖；步骤S3：安装基坑挡墙；步骤S4：搭建龙门架；步骤S5：竖井井身开挖：按照对角开挖的方式进行开挖，并采用龙门架进行提土，开挖进尺≤0.75m；步骤S6：重复上述步骤S5循环开挖，开挖深度达到11m后，在横通道马头门之前施做横通道进洞超前支护结构；步骤S7：横通道开挖：待超前支护结构施工完成后，采用短台阶和临时仰拱组合法，沿着开挖断面共分为上、中、下三个导洞顺序开挖；步骤S8：重复上述步骤S5直至开挖至设计坑底标高；步骤S9：待横通道初支护结构完成后，进行正线隧道大管棚施工，并施做加强环梁和管棚套拱。

Description

一种隧道竖井及横通道开挖方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道竖井及横通道开挖方法。

背景技术

在城市地铁矿山法隧道施工过程中，由于地理条件和施工条件限制，通常会采用先施作施工竖井和施工横通道再由施工横通道向两侧施作正线双线隧道的方法，但由于施工竖井周边管线众多，包括有污水、给水、中水、电力、电信等，尤其是给水管线位于锁口圈下方，如何在此类地质条件差、施工场地狭小的情况下，完成竖井的开挖和支护，避免出现竖井垮塌等安全事故，是很多设计和施工人员一直在探讨的技术问题。

施工横通道通常为拱顶直墙上下双层导洞加设临时仰拱结构（施工横通道通常只施作初支结构，其支护形式为钢格栅+喷射混凝土），在进洞破除时竖井原有的支护结构将被破坏，造成应力不均匀变化，且进洞破除时间较长，背后土层暴露时间较长，土层情况不理想的情况下，在破除井壁混凝土时的震动会导致一定的风险产生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种隧道竖井及横通道开挖方法，实现快速开挖支护，规避重大施工风险。

本发明采用的技术方案是：

一种隧道竖井及横通道开挖方法，包括以下步骤：

步骤S1:施工准备：放样定位竖井的中心位置，根据中心点标记出竖井的开挖范围，采用人工挖探槽的形式进行超前探测，探槽开挖完确认无管线且降水施工达到设计要求；

步骤S2：锁口圈梁基坑开挖：锁口圈梁基坑采用机械开挖，待机械开挖至距离设计高程20cm时采用人工开挖整平，待锁口圈梁开挖完成后采用5cm的C15混凝土进行底部垫层作为初期支护；

步骤S3：安装基坑挡墙：绑扎锁口圈梁钢筋，在钢筋绑扎后，预埋井架支撑梁及井架基础、栈桥的地脚螺栓，预留竖井网喷格栅钢架竖向连接筋，环向间距内外交错0.5一根，内外侧梅花形布置；并拼装模板，对锁口圈梁喷射C30早强混凝土封闭；

步骤S4：搭建龙门架；

步骤S5：竖井井身开挖：按照对角开挖的方式进行开挖，并采用龙门架进行提土，开挖进尺≤0.75m；开挖过程中，沿竖井井身开挖轮廓线环向架设竖井初支结构，所述竖井初支结构包括沿着环面打设Φ42竖井锚管，安装网片以及竖井网喷格栅钢架，并喷射C25早强混凝土，通过锚管注浆对土层进行加固，待达到设计强度后，进行下一轮开挖；

步骤S6：重复上述步骤S5循环开挖，开挖深度达到11m后，在横通道马头门之前施做横通道进洞超前支护结构；

步骤S7：横通道开挖：待超前支护结构施工完成后，采用短台阶和临时仰拱组合法，沿着开挖断面共分为上、中、下三个导洞顺序开挖，每个导洞均采用环形开挖预留核心土法进行开挖，进洞采用掏槽方式，开挖至设计长度，采用型钢格栅和喷射混凝土对堵头墙进行加固；

步骤S8：重复上述步骤S5直至开挖至设计坑底标高，在竖井底面采用Ⅰ16工字钢按0.5m的间距水平布置并与井壁格栅钢架连接；开挖竖井横断面南北向宽5.0m，东西向长6.5m，井深22.4m；

步骤S9：待横通道初支护结构完成后，进行正线隧道大管棚施工，并施做加强环梁和管棚套拱。

优选的，在上述步骤S3中，绑扎锁口圈梁钢筋的具体过程为：锁扣圈梁钢筋包括主筋、箍筋和拉筋，所述主筋采用22根C22、14根C18均匀布置以及挡墙C18@250的钢筋，采用焊接的方式进行搭接，其焊接方式为单面焊10dm，相邻接头错开35dm，同一断面接头率≤50%；所述箍筋的长边排布到主筋的外侧，其短边排布到主筋的内侧，相邻两个箍筋的开口方向错开布置，所述拉筋采用φ8钢筋，拉钩平直段长度为320mm、弯曲段长度80mm，弯钩角度为135°，梅花型布置间距为每250*250mm，并绑扎牢固。。

优选的，在上述步骤S4中，所述龙门架沿着锁口圈梁基坑轮廓搭建，所述龙门架包括多组同轴且等间距设置的门型框架以及设置于其上方的龙门架顶棚，多组所述门型框架内部沿其竖向设置有土仓钢架，每组门型框架均包括并列设置的第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱的底部分别设置于立柱基础座上，所述第一立柱和第二立柱的上端通过肋板与第一横梁连接，第一立柱和第二立柱之间设置有第二横梁，所述第一立柱和第二立柱上设置有电弧炉检修平台，所述电弧炉检修平台位于远离锁口圈梁基坑的门型框架上，在第一横梁与第二横梁之间设置有相互对称的两根第一门框角撑，在第一立柱和第二立柱与第一横梁之间设置有相互对称的两根第二门框角撑，所述第一横梁的下端面中心位置设置有竖向延伸的行走梁，所述行走梁的两侧分别设置有电弧炉，所述第一横梁的上端面与龙门架顶棚之间设置有多根连接梁；

所述立柱基础座上端面设置有预埋钢板，所述预埋钢板上设置固定孔，所述固定孔延伸至立柱基础座内，所述第一立柱和第二立柱底部均插入固定孔内，所述预埋钢板与第一立柱和第二立柱之间均通过两组对称设置的肋板进行固定。

优选的，相邻两个第一立柱之间和相邻两个第二立柱之间均设置有第三横梁、第四横梁和剪刀撑，所述剪刀撑设置于第三横梁和第四横梁之间，所述剪刀撑包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆和第二连接杆之间通过连接盘连接；

所述连接盘包括第一旋转圆盘和第二旋转圆盘，所述第一旋转圆盘上设置有圆轴且位于第一旋转圆盘的中心位置，所述圆轴上设置有内孔，所述内孔内设置有固定螺母，所述固定螺母与第二旋转圆盘之间设置有垫圈，所述第一旋转圆盘的相对两侧设置有第一弧形连接板，两个相互对称的第一弧形连接板外侧面均设置有第一固定轴，所述第一弧形连接板的自由端设置有朝向圆轴方向延伸的第一迂回部，所述第二旋转圆盘位于第一迂回部与第一旋转圆盘之间，所述第二旋转圆盘上设置有圆轴相配合的中心穿孔，所述第二旋转圆盘的相对两侧设置有第二弧形连接板，两个相互对称的第二弧形连接板外侧面均设置有第二固定轴，所述第二弧形连接板的自由端设置有朝向中心穿孔方向第二迂回部；相邻的第一弧形连接板和第二弧形连接板之间的夹角为60°-120°；

所述第一连接杆包括两根第一连接杆单元，两根第一连接杆单元的端部分别套设在第一旋转圆盘上的两个第一固定轴上；所述第二连接杆包括两根第二连接杆单元，两根第二连接杆单元的端部分别套设在第二旋转圆盘上的两个第二固定轴上。

优选的，在上述步骤S5中，所述竖井锚管采用Ф42×3.5mm热轧钢管加工而成，其管长为4m-5m，所述竖井锚管前端为锥形，其末端焊Ф6.5环形铁箍，采用风镐顶入土体，顶入长度不小于管长的90％，所述竖井锚管环向间距800mm，纵向间距同竖井网喷格栅钢架间距。

优选的，在上述步骤S6中，大棚管及小导管的施工过程为：

（1）首先在竖井结构施工至地面以下11m时，停止竖井开挖并对现状竖井底进行部分封底，接着在搭设测量定位平台后，对大管棚及超前小导管在竖井壁上的对应位置进行定位，定位完成后在用水钻进行钻孔来标定大管棚及超前小导管打设位置；

（2）按照设计位置和角度钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力，将安有工作管头的大管棚沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底；超前小导管则采用风镐顶入土；

（3）大管棚及超前小导管搭设验收合格后，对大管棚及超前小导管进行注浆处理，每根管内和管棚孔内浆液注满，则注浆才可结束。

优选的，在上述步骤S7中，横通道开挖过程包括：

（1）待大棚管和小导管施工结束后，破除上导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设拱部钢格栅，在拱部钢格栅脚部架设锁脚锚管，及时喷射混凝土；

（2）待上断面开挖至3.5m时，即上导洞成环2m后，进行中间断面开挖，破除中导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设中间钢格栅，在中间钢格栅脚部架设锁脚锚管，及时喷射混凝土；

（3） 待中间断面开挖至5m时，即中导洞成环2m后，进行下断面开挖，破除下导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设下部钢格栅；

（4）导洞按照“环形开挖预留核心土法”分别进洞施工后，围护下部格栅钢底部，形成闭环的横通道钢格栅结构；

（5）首榀横通道钢格栅位于竖井井壁范围内，为首榀横通道钢格栅的稳定性，破除竖井初支结构后露出的竖井连接筋通过“L”形钢筋与横通道钢格栅的连接筋焊接牢固，并打设锁脚锚管注浆固定钢格栅。

（6）按照步骤（1）～（4）继续进行开挖，直至设计长度结束。

优选的，所述拱部钢格栅包括钢格栅拱架和相互对称设置的第一格栅单元，两个所述第一格栅单元的上端分别通过连接组件与钢格栅拱架的两端连接，两个所述第一格栅单元之间设置有第一临时钢支撑，两个所述第一格栅单元的外侧设置有锁脚锚管；

所述中间钢格栅包括相互对称设置的第二格栅单元，两个所述第二格栅单元的上端通过连接组件与第一格栅单元的下端连接，两个所述第二格栅单元之间设置有第二临时钢支撑；两个所述第二格栅单元的外侧设置有锁脚锚管；

所述下部格栅钢包括相互对称设置的第三格栅单元和设置于两个第三格栅单元之间的第四格栅单元，所述第四格栅单元的两端通过连接组件与两个所述第三格栅单元下端连接，两个所述第三格栅单元的上端通过连接组件与第二格栅单元的下端连接。

优选的，所述钢格栅拱架、第一格栅单元、第二格栅单元、第三格栅单元、第四格单元均包括沿着横通道开挖方向设置的两组相互平行的钢架单元，每层钢架单元均包括内钢筋和外钢筋，在内钢筋和外钢筋之间焊接有“之”字字筋，在相互平行的两个内钢筋之间和相互平行的两个外钢筋之间均焊接有月牙型连接筋；

所述连接组件包括分别设置于相邻格栅单元中的同排内钢筋和同排外钢筋上的连接单元，所述连接单元包括“L”型钢板，以及焊接于“L”型钢板背面的两个固定块，两个固定块均设置有安装槽，所述安装槽内设置有两个垫块，所述垫块的端部设置有安装板，所述安装板上设置有耳件，所述耳件上设置有安装孔，所述外钢筋和内钢筋设置于安装孔内；所述“L”型钢板的垂直部和固定块底部设置有同轴的贯穿孔，所述贯穿孔设置有两组，每组所述贯穿孔内均设置有锁紧螺杆，相邻两个连接单元上的“L”型钢板的水平部通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）在竖井施工环境和地质情况复杂的情况下，按照对角开挖的方式进行开挖，开挖进尺≤0.75m，并采用竖井开挖土层预注浆和竖向网喷格栅钢架相结合的加固方式，有效降低了隧道竖井开挖过程中的安全风险；竖井开挖施工时在横通道拱部上方密排6榀钢格栅密排布置，保证竖井结构在开洞后的稳定性，横通道分为上、中、下三个导洞施工，相邻导洞错开净距为2m，各导洞按照“环形开挖预留核心土法”分别进洞施工，提高了施工效率，降低了施工过程中的安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的施工流程图；

图2为本发明的施工竖井及横通道剖面图；

图3为本发明的施工竖井的断面图；

图4为本发明中锁口圈梁钢筋绑扎图；

图5为龙门架结构的正视图；

图6为龙门架结构的左视图；

图7为立柱基础座的俯视图；

图8为连接组件的示意图；

图9为竖井锚管的示意图；

图10为竖井网喷格栅钢架的俯视图；

图11为竖井网喷格栅钢架的剖视图；

图12为本发明中横通道进洞施工断面示意图；（a）横通道上断面开挖；（b）横通道中断面开挖；（c）横通道下断面开挖；

图13为横通道进洞施工纵向图；图14为横通道的支护结构（钢格栅）的示意图；

图15为连接单元安装示意图；

图16为连接单元的爆炸图；

图17为内层钢架局部的正视图；

图18为图4的侧视图；

图19为“之”字筋的示意图。

其中， 1-立柱基础座；2-第一立柱；3-第二立柱；4-第二横梁；5-第一横梁；6-连接梁；7-龙门架顶棚；8-电弧检修平台；9-第二门框角撑；10-第一门框角撑；11-行走梁；12-电弧炉；13-肋板；14-第三接梁；15-第四接梁；16-剪刀撑；1601-第一月牙型连接筋单元；1602-第二月牙型连接筋单元；17-连接盘；1701-第一旋转圆盘；1702-第一弧形连接板；1703-第一迂回部；1704-圆轴；1705-内孔；1706-第一连接轴；1707-第二旋转圆盘；1708-第二弧形连接板；1709-第二迂回部；1710-第二连接轴；1711-穿孔；1712-垫片；1713-固定螺母；18-土仓钢架；19-预埋钢板；20-钢格栅拱架；21-第一格栅单元；22-第二格栅单元；23-第三格栅单元；24-第四格单元；25-第一临时钢支撑；26-第二临时钢支撑； 27-连接组件；2701-“L”型钢板；2702-固定块；2703-安装槽；2704-垫块；2705-安装板；2706-耳件；2707-安装孔；2708-锁紧螺杆；2709-螺栓；28-内钢筋；29-外钢筋； 30-环形筋；31-“之”字筋；32-月牙型连接筋；33-锁脚锚管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体提供了一种隧道竖井及横通道开挖方法，其结构如图1-19所示，具体的步骤包括如下：

步骤S1:施工准备：放样定位竖井的中心位置，根据中心点标记出竖井的开挖范围，采用人工挖探槽的形式进行超前探测，探槽开挖完确认无管线且降水施工达到设计要求；

步骤S2：锁口圈梁基坑开挖：锁口圈梁基坑采用机械开挖，待机械开挖至距离设计高程20cm时采用人工开挖整平，待锁口圈梁开挖完成后采用5cm的C15混凝土进行底部垫层作为初期支护；

步骤S3：安装基坑挡墙：绑扎锁口圈梁钢筋，在钢筋绑扎后，预埋井架支撑梁及井架基础、栈桥的地脚螺栓，预留竖井网喷格栅钢架竖向连接筋，环向间距内外交错0.5一根，内外侧梅花形布置；并拼装模板，对锁口圈梁喷射早强混凝土封闭；

步骤S4：搭建龙门架；

步骤S5：竖井井身开挖：按照对角开挖的方式进行开挖，并采用龙门架进行提土，开挖进尺≤0.75m；开挖过程中，沿竖井井身开挖轮廓线环向架设竖井初支结构，所述竖井初支结构包括沿着环面打设Φ42竖井锚管，安装网片以及竖井网喷格栅钢架，并喷射C25早强混凝土，通过锚管注浆对土层进行加固，待达到设计强度后，进行下一轮开挖；开挖至距离锁口圈梁7m范围内沿着竖井开挖轮廓等间距密排6榀竖井网喷格栅钢架，锁口圈梁下7m以下按照0.75m/榀安装竖井网喷格栅钢架；

步骤S6：重复上述步骤S5循环开挖，开挖深度达到11m后，在横通道马头门之前施做横通道进洞超前支护结构；

步骤S7：横通道开挖：待超前支护结构施工完成后，采用短台阶和临时仰拱组合法，沿着开挖断面共分为上、中、下三个导洞顺序开挖，每个导洞均采用环形开挖预留核心土法进行开挖，进洞采用掏槽方式，开挖至设计长度，采用型钢格栅和喷射混凝土对堵头墙进行加固；

步骤S8：重复上述步骤S5直至开挖至设计坑底标高，在竖井底面采用Ⅰ16工字钢按0.5m的间距水平布置并与井壁格栅钢架连接；开挖竖井横断面南北向宽5.0m，东西向长6.5m，井深22.4m；

步骤S9：待横通道初支护结构完成后，进行正线隧道大管棚施工，并施做加强环梁和管棚套拱。

如图3所示，在上述步骤S3中，锁扣圈梁钢筋包括主筋、箍筋和拉筋，所述主筋采用22根C22、14根C18均匀布置以及挡墙C18@250的钢筋，采用焊接的方式进行搭接，其焊接方式为单面焊10dm，相邻接头错开35dm，同一断面接头率≤50%；所述箍筋的长边排布到主筋的外侧，其短边排布到主筋的内侧，相邻两个箍筋的开口方向错开布置，所述拉筋采用φ8钢筋，拉钩平直段长度为320mm、弯曲段长度80mm，弯钩角度为135°，梅花型布置间距为每250*250mm，并绑扎牢固，结构如图4所示。

待锁口圈梁钢筋绑扎结束后，开始拼装模板，根据设计要求，提前在加工厂加工好运输至施工现场，用吊车按顺序将各边模板掉入基坑，涂刷脱模剂后，进行整体拼装，拼装时按照钢筋施工的边线作为模板安装的控制线，拼装完成后相邻模板间高差不得超过2mm，平整度符合质量验收要求。并采用三道水平钢管和竖向每80cm一道钢管，上下采用钢管或木方进行水平方向和斜向加固，为保证挡土墙模板的整体稳定，模板拼装好后，用脚手架管作为模板背后的加劲龙骨。

井口锁口圈梁采用钢筋混凝土，钢筋绑扎后，预埋井架支撑梁及井架基础、栈桥的地脚螺栓，并预留井壁初支竖向连接筋甩筋；井口锁口圈混凝土整体浇筑，锁口圈模筑初支位置预埋格栅钢架竖向连接筋。

待锁口圈梁基坑开挖结束后，沿着锁口圈梁基坑的外轮廓搭建提土用的龙门机结构，其结构图如5-8所示，其包括多组同轴且等间距设置的门型框架以及设置于其上方的龙门架顶棚，多组所述门型框架内部沿其竖向设置有土仓钢架，每组门型框架均包括并列设置的第一立柱和第二立柱，所述第一立柱2和第二立柱3的底部分别设置于立柱基础座1上，所述第一立柱2和第二立柱3的上端通过肋板13与第一横梁5连接，第一立柱2和第二立柱3之间设置有第二横梁4，所述第一立柱2和第二立柱3上设置有电弧炉检修平台8，所述电弧炉检修平台8位于远离锁口圈梁基坑的门型框架上，在第一横梁5与第二横梁4之间设置有相互对称的两根第一门框角撑10，在第一立柱2和第二立柱3与第一横梁5之间设置有相互对称的两根第二门框角撑9，所述第一横梁4的下端面中心位置设置有行走梁11，所述行走梁11的两侧分别设置有电弧炉12，所述第一横梁5的上端面与龙门架顶棚7之间设置有多根连接梁6。

具体的，所述电弧炉检修平台8位于远离锁口圈梁基坑的门型框架上，其包括分别与第一立柱2和第二立柱3相连接的水平支撑梁和设置于水平支撑梁与行走梁之间的垂直防护梁，所述水平支撑梁底部还设置有两根斜支撑，两根斜支撑端部分别固定于第一立柱和第二立柱上，在水平支撑梁上设置有厚度为3mm的花纹钢板，在花纹钢板的两侧设置有直径为42mm的钢管，所述钢管的高度为1.2m，且同一径向的钢管上设置有连接钢管，从而形成高度为1.2m的防护栏，电弧检修平台8和电弧炉12分别位于行走梁11的两端，且电弧检修平台12上端与行走梁11相接触，很好的起到保护工作人员安全的作用，极大提高了龙门架使用效率以及安全性。

如图6和图7所示，相邻两个第一立柱2之间和相邻两个第二立柱3之间均设置有第三横梁14、第四横梁15和剪刀撑16，所述剪刀撑16设置于第三横梁14和第四横梁15之间，所述剪刀撑16包括第一连接杆和第二；连接杆，所述第一连接杆和第二连接杆之间通过连接盘17连接。

所述连接盘包括第一旋转圆盘1701和第二旋转圆盘1707，第一旋转圆盘1701上一侧的中心位置固定有圆轴1704，第二旋转圆盘1707上开设有与圆轴1704相配合的穿孔1711，将圆轴1704插入至穿孔1711内，实现第二旋转圆盘1707与第一旋转圆盘1701的转动连接。

在第一旋转圆盘1701的侧面的相对位置分别通过焊接的方式固定有第一弧形连接板1702，两个第一弧形连接板1702的端部相对弯折形成第一迂回部1703，在两个第一弧形连接板1702上的中心位置固定有轴线处于同一直线上的第一连接轴1706，同样的第二旋转圆盘1707的侧面的相对位置分别通过焊接的方式固定有第二弧形连接板1708，两个第二弧形连接板1708的端部相对弯折形成第二迂回部1709，在两个第二弧形连接板1708上的中心位置固定有轴线处于同一直线上的第二连接轴1710，第一连接轴1706和第二连接轴1710的轴线均位于同一平面上，连接轴的长度为100mm-300mm，且第一连接轴1706和第二连接轴1710远离第一旋转圆盘1701和第二旋转圆盘1707的一端设置有倒角。倒角使得第一连接轴1706和第二连接轴1710分别插入第一连接杆单元1601和第二连接杆1602的一端直径缩小，便于将第一连接轴1706和第二连接轴1710分别插入第一连接杆单元1601和第二连接杆1602中，第一弧形连接板1701的端部弯折形成第一迂回部1703，使得第二旋转圆盘1707位于第一迂回部1703与第一旋转圆盘1701之间，并在第二弧形连接板1708的端部弯折形成第二迂回部1709，令第一旋转圆盘1701位于第二迂回部1709和第二旋转圆盘1707之间，从而使得第一旋转圆盘1701和第二旋转圆盘1707之间难以分离，令第一旋转圆盘1701与第二旋转圆盘1707的转动关系更为稳固。

通过在第一连接轴1706上套上第一连接杆单元1601，同样的在第二连接轴1710上套上第二连接杆单元1602，使得第一旋转圆盘1701与第二旋转圆盘1707上所套接的第一连接杆单元1601与第二连接杆单元1602相互交叉，再通过固定螺母1713旋进圆轴1704上的内孔1705中，对第一旋转圆盘1701和第二旋转圆盘1707实现固定，从而令两根第一连接杆单元1601位于同一直线上，同样的第二连接杆单元1601位于同一直线上，进而令两个第一连接杆单元1601的端部与第三横梁14和第四横梁15或相邻两个第一立柱2或相邻两个第二立柱3固定时不会弯曲，以达到提高剪刀撑16的支撑强度的效果。第一连接杆和第二连接杆直接通过套设的方式分别与第一连接轴1706和第二连接轴1710连接，避免了使用传统的旋转扣件连接的不便。

当第一旋转圆盘1701与第二旋转圆盘1707与第一连接杆和第二连接杆连接并设置于第三横梁14和第四横梁15之间时，位于第一旋转圆盘1701与第二旋转圆盘1707上的第一连接杆单元1601和第二连接杆单元1602之间的夹角为60°-120°，符合施工规范。

如图8所示，立柱基础座1上端面设置有预埋钢板22，所述预埋钢板22上设置固定孔，所述固定孔延伸至立柱基础座1内，所述第一立柱2和第二立柱3底部均插入固定孔内，所述预埋钢板19与第一立柱2和第二立柱3之间均通过两组对称设置的肋板13进行固定，提高了门型框架整体的稳定性。

如图9所示，在上述步骤S5中，所述竖井锚管采用Ф42×3.5mm热轧钢管加工而成，其管长为4m-5m，所述竖井锚管前端为锥形，尾部1.0m范围内不钻孔防止漏浆，其末端焊Ф6.5环形铁箍，采用风镐顶入土体，顶入长度不小于管长的90％，所述竖井锚管环向间距800mm，纵向间距同竖井网喷格栅钢架间距。竖井锚管安装完毕后孔口及周围裂缝要封堵好，以防浆液从工作面外冒。

采用竖井锚管进行注浆时，注浆压力控制在0.3~0.5 Mpa。注浆压力不宜超过最大值，否则浆液损失过大，造成浪费。注浆中途停止超过30分钟应清洗注浆管路，防止堵管；发生串孔跑浆时应先将跑浆孔堵塞，等轮到该孔注浆时拔出堵塞物，将孔内清洗干净后再重新注浆，发生漏浆时应将漏浆部位的裂缝封堵，再喷射混凝土封堵牢固后再继续注浆。

在竖井格网喷栅钢架的外侧设置单层网片，网片与钢筋交叉处点焊，网片与井格网喷栅钢架焊接牢固，最后喷射C25的早强混凝土。

竖井网喷格栅钢架的布置方式为：锁口圈梁下7m范围内除密排6榀外其余按0.75m/榀、锁口圈梁下7m以下除密排5榀外其余按0.5m/榀，连接钢筋采用C22螺纹钢，初期支护纵向连接筋每榀设置，单长85cm，全断面设置内外双层均匀布置，环向间距0.5m，钢筋网每榀全断面设φ8钢筋网（350mm厚的设置单层、400mm厚的设置双层），网格间距为150mm×150mm。

如图9-10所示，竖井网喷格栅钢架其俯视图为圆环结构，其由Ⅰ型单元、Ⅱ型单元和Ⅲ型单元依次反复拼接构成，所述Ⅰ型单元、Ⅱ型单元和Ⅲ型单元均由上层两根水平筋和下层两根水平筋形成的正方形结构，在正方形的外轮廓缠绕有环形筋，上层两根水平筋和下层两根水平筋之间分别焊接有“之”字筋，上层两根水平筋之间焊接有月牙形连接筋，同理，下层两根水平筋之间焊接有月牙形连接筋。

待竖井开挖至井下11m处进行横通道开挖施做，进洞前6榀竖井网喷格栅钢架密排布置，确保竖井横通道马头门处的刚度和稳定性。如图11-12所示，横通道采用“短台阶法+临时仰拱法”进行初衬施工，长约28.9m，断面形状及尺寸为5.3m×10.703m的拱形断面结构，拱顶埋深约9.7m左右。横通道支护结构采用喷锚支护及两道I18a型钢临时横撑（竖向间距3m/道，纵向间距与格栅钢架同）。正线隧道向两侧开挖正向两侧开挖正线隧道，共计4处工作面，横通道与正线隧道相交处设置加强环梁。

横通道开挖前，完成横通道进洞前超前支护结构（打设10m长大棚管及3.5m长超前小导管并注浆加固）。如图10所示，其具体过程为：

（1）首先在竖井结构施工至地面以下11m时，停止竖井开挖并对现状竖井底进行部分封底，接着在搭设测量定位平台后，对大管棚及超前小导管在竖井壁上的对应位置进行定位，定位完成后在用水钻进行钻孔来标定大管棚及超前小导管打设位置；

（2）按照设计位置和角度钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力，将安有工作管头的大管棚沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底；超前小导管则采用风镐顶入土；

（3）大管棚及超前小导管搭设验收合格后，对大管棚及超前小导管进行注浆处理，每根管内和管棚孔内浆液注满，则注浆才可结束。

待大管棚和小导管施工完成后，开始进行横通道开挖。如图11-12所示，其过程为：

（1）待大棚管和小导管注浆结束后，破除上导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设拱部钢格栅，在拱部钢格栅脚部架设锁脚锚管，及时喷射混凝土；

（2）待上断面开挖至3.5m时，即上导洞成环2m后，进行中间断面开挖，破除中导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设中间钢格栅，在中间钢格栅脚部架设锁脚锚管，及时喷射混凝土；

（3） 待中间断面开挖至5m时，即中导洞成环2m后，进行下断面开挖，破除下导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设下部钢格栅；

（4）导洞按照“环形开挖预留核心土法”分别进洞施工后，围护下部格栅钢底部，形成闭环的横通道钢格栅结构；

（5）首榀横通道钢格栅位于竖井井壁范围内，为首榀横通道钢格栅的稳定性，破除竖井初支结构后露出的竖井连接筋通过“L”形钢筋与横通道钢格栅的连接筋焊接牢固，并打设锁脚锚管注浆固定钢格栅。

（6）按照步骤（1）～（4）继续进行开挖，直至设计长度结束。

横通道分为上、中、下三个导洞施工，相邻导洞错开净距为2m。为防止横通道初支结构完全闭合之前下沉，将上、中导洞格栅脚部加设锁脚锚杆，长度2.5m。

横通道格栅钢架的布置情况：除交叉口处密排6榀外其余按0.5m/榀布置，纵向连接钢筋采用C22螺纹钢，初期支护纵向连接筋每榀设置，单长85cm，全断面设置内外双层梅花型布置，环向间距1m，钢筋网每榀全断面设φ8钢筋网（350mm厚的设置单层、400mm厚的设置双层），网格间距为150mm×150mm。

凿除竖井初支结构过程中，应注意对竖井井身位移进行监测，以判竖井结构在开洞后的稳定性。破除竖井井壁时，注意对掌子面的稳定性进行现场观测，必要时采取临时（挂网）喷砼封闭掌子面的措施。

横通道格栅钢架的具体结构图如图14-19所示，所述拱部钢格栅包括钢格栅拱架20和相互对称设置的第一格栅单元21，两个所述第一格栅单元21的上端分别通过连接组件27与钢格栅拱架20的两端连接，两个所述第一格栅单元21之间设置有第一临时钢支撑25，两个所述第一格栅单元21的外侧设置有锁脚锚管33；

所述中间钢格栅包括相互对称设置的第二格栅单元22，两个所述第二格栅单元22的上端通过连接组件27与第一格栅单元21的下端连接，两个所述第二格栅单元22之间设置有第二临时钢支撑26；两个所述第二格栅单元22的外侧设置有锁脚锚管33；

所述下部格栅钢包括相互对称设置的第三格栅单元23和设置于两个第三格栅单元23之间的第四格栅单元24，所述第四格栅单元24的两端通过连接组件27与两个所述第三格栅单元23下端连接，两个所述第三格栅单元23的上端通过连接组件27与第二格栅单元22的下端连接。

所述钢格栅拱架20、第一格栅单元21、第二格栅单元22、第三格栅单元23、第四格单元24均包括沿着横通道开挖方向设置的两组相互平行的钢架单元，每层钢架单元均包括内钢筋28和外钢筋29，在内钢筋28和外钢筋29之间焊接有“之”字筋31，在相互平行的两个内钢筋28之间和相互平行的两个外钢筋29之间均焊接有月牙型连接筋32；

所述连接组件27包括分别连接于相邻格栅单元上的两组内钢筋28和两组外钢筋29的连接单元，所述连接单元包括“L”型钢板2701，以及焊接于“L”型钢板2701背面的两个固定块2702，两个固定块2702均设置有安装槽2703，所述安装槽2703内设置有两个垫块2704，所述垫块2704的端部设置有安装板2705，所述安装板上设置有耳件2706，所述耳件上设置有安装孔2707，所述外钢筋29和内钢筋28设置于安装孔内；所述“L”型钢板2701的垂直部和固定块2702底部设置有同轴的贯穿孔，所述贯穿孔设置有两组，每组所述贯穿孔内均设置有锁紧螺杆2708，相邻两个连接单元上的“L”型钢板2701的水平部通过螺栓2709连接。上述连接组件27结构设计合理，安装简单又方便。

上述过程中，喷射混凝土作业在满足《锚杆喷射混凝土支护规范》有关规定的基础上，采用以下技术措施：

喷射混凝土分层进行，一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定，拱部宜为60～100mm㎝，边墙为80～150mm。后喷一层应在先喷一层凝固后进行，若终凝后或间隔一小时后喷射，喷锚面用风、水清洗干净。喷射前应当先检查基面的尺寸是否侵线。喷射总厚度不得小于初衬设计要求的厚度，并要保证二衬的厚度与防水施工的厚度。

③.喷射混凝土喷头垂直受喷面，喷头距受喷面距离以1.0米～1.5米为宜。喷头运行轨迹为螺旋状，使受喷层均匀、密实。

④.喷射混凝土作业应保持供料均匀、喷射连续，喷射头的风压应控制在0.1Mpa左右。

⑤.正常情况采用湿喷工艺，混凝土的回弹量边墙应控制在不大于15%，顶部、拱部不大于25%。

⑥.喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护；养护时间不得少于14天。

上述过程中回填注浆施工注意事项：

① 注浆浆液选择及配合比

背后注浆常采用水泥砂浆，其配比为：水灰比=0.5～1.0，灰砂比=1∶2～1：2.5。

② 注浆设备及压力

初支回填注浆采用砂浆泵，回填注浆压力不宜过高，只要能克服管道阻力、初期支护间空隙阻力即可，压力过高易引起初期支护变形。水泥砂浆注浆压力为0.2～0.6MPa。

③ 注浆施工

a、注浆之前，清理注浆孔，安装好注浆管，保证其畅通；

b、注浆必须连续作业，不得任意停泵，以防浆液沉淀，堵塞管路，影响注浆效果；

c、注浆顺序

注浆应由低处向高处，由无水处向有水处依次压注，以利于充填密实，避免浆液被水稀释离析。

d、注浆时，必须严格控制注浆压力，以防大量跑浆或使结构产生裂缝；

e、注浆结束标准

当注浆压力稳定上升，达到设计压力并持续稳定10分钟，不进浆或进浆量很少时，即可停止注浆，进行封孔作业；

f、停浆后，立即关闭孔口阀门，然后拆除和清洗管路，待浆液初凝后，再拆卸注浆管；

g、为了确实地保证注入浆液质量和数量，必须保管好全部证明书及测量数据等，并根据注浆情况，及时跟踪、变更施工参数。

Claims (8)

1.一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:施工准备：放样定位竖井的中心位置，根据中心点标记出竖井的开挖范围，采用人工挖探槽的形式进行超前探测，探槽开挖完确认无管线且降水施工达到设计要求；

步骤S2：锁口圈梁基坑开挖：锁口圈梁基坑采用机械开挖，待机械开挖至距离设计高程20cm时采用人工开挖整平，待锁口圈梁开挖完成后采用5cm的C15混凝土进行底部垫层作为初期支护；

步骤S3：安装基坑挡墙：绑扎锁口圈梁钢筋，在钢筋绑扎后，预埋井架支撑梁及井架基础、栈桥的地脚螺栓，预留竖井网喷格栅钢架竖向连接筋，环向间距内外交错0.5一根，内外侧梅花形布置；并拼装模板，对锁口圈梁喷射C30早强混凝土封闭；

步骤S4：搭建龙门架；

步骤S5：竖井井身开挖：按照对角开挖的方式进行开挖，并采用龙门架进行提土，开挖进尺≤0.75m；开挖过程中，沿竖井井身开挖轮廓线环向架设竖井初支结构，所述竖井初支结构包括沿着环面打设Φ42mm竖井锚管，安装网片以及竖井网喷格栅钢架，并喷射C25早强混凝土，通过锚管注浆对土层进行加固，待达到设计强度后，进行下一轮开挖；

步骤S6：重复上述步骤S5循环开挖，开挖深度达到11m后，在横通道马头门之前施做横通道进洞超前支护结构；

步骤S7：横通道开挖：待超前支护结构施工完成后，采用短台阶和临时仰拱组合法，沿着开挖断面共分为上、中、下三个导洞顺序开挖，每个导洞均采用环形开挖预留核心土法进行开挖，进洞采用掏槽方式，开挖至设计长度，采用型钢格栅和喷射混凝土对堵头墙进行加固；

步骤S8：重复上述步骤S5直至开挖至设计坑底标高，在竖井底面采用Ⅰ16工字钢按0.5m的间距水平布置并与井壁格栅钢架连接；开挖竖井横断面南北向宽5.0m，东西向长6.5m，井深22.4m；

步骤S9：待横通道初支护结构完成后，进行正线隧道大管棚施工，并施做加强环梁和管棚套拱；

在上述步骤S4中，所述龙门架沿着锁口圈梁基坑轮廓搭建，所述龙门架包括多组同轴且等间距设置的门型框架以及设置于其上方的龙门架顶棚，多组所述门型框架内部沿其竖向设置有土仓钢架，每组门型框架均包括并列设置的第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱的底部分别设置于立柱基础座上，所述第一立柱和第二立柱的上端通过肋板与第一横梁连接，第一立柱和第二立柱之间设置有第二横梁，所述第一立柱和第二立柱上设置有电弧炉检修平台，所述电弧炉检修平台位于远离锁口圈梁基坑的门型框架上，在第一横梁与第二横梁之间设置有相互对称的两根第一门框角撑，在第一立柱和第二立柱与第一横梁之间设置有相互对称的两根第二门框角撑，所述第一横梁的下端面中心位置设置有竖向延伸的行走梁，所述行走梁的两侧分别设置有电弧炉，所述第一横梁的上端面与龙门架顶棚之间设置有多根连接梁；

所述立柱基础座上端面设置有预埋钢板，所述预埋钢板上设置固定孔，所述固定孔延伸至立柱基础座内，所述第一立柱和第二立柱底部均插入固定孔内，所述预埋钢板与第一立柱和第二立柱之间均通过两组对称设置的肋板进行固定；

相邻两个第一立柱之间和相邻两个第二立柱之间均设置有第三横梁、第四横梁和剪刀撑，所述剪刀撑设置于第三横梁和第四横梁之间，所述剪刀撑包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆和第二连接杆之间通过连接盘连接；

所述连接盘包括第一旋转圆盘和第二旋转圆盘，所述第一旋转圆盘上设置有圆轴且位于第一旋转圆盘的中心位置，所述圆轴上设置有内孔，所述内孔内设置有固定螺母，所述固定螺母与第二旋转圆盘之间设置有垫圈，所述第一旋转圆盘的相对两侧设置有第一弧形连接板，两个相互对称的第一弧形连接板外侧面均设置有第一固定轴，所述第一弧形连接板的自由端设置有朝向圆轴方向延伸的第一迂回部，所述第二旋转圆盘位于第一迂回部与第一旋转圆盘之间，所述第二旋转圆盘上设置有与圆轴相配合的中心穿孔，所述第二旋转圆盘的相对两侧设置有第二弧形连接板，两个相互对称的第二弧形连接板外侧面均设置有第二固定轴，所述第二弧形连接板的自由端设置有朝向中心穿孔方向的第二迂回部；相邻的第一弧形连接板和第二弧形连接板之间的夹角为60°-120°；

所述第一连接杆包括两根第一连接杆单元，两根第一连接杆单元的端部分别套设在第一旋转圆盘上的两个第一固定轴上；所述第二连接杆包括两根第二连接杆单元，两根第二连接杆单元的端部分别套设在第二旋转圆盘上的两个第二固定轴上。

2.根据权利要求1所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，在上述步骤S3中，绑扎锁口圈梁钢筋的具体过程为：锁口圈梁钢筋包括主筋、箍筋和拉筋，所述主筋采用22根C22、14根C18均匀布置以及挡墙C18@250mm的钢筋，采用焊接的方式进行搭接，其焊接方式为单面焊10dm，相邻接头错开35dm，同一断面接头率≤50%；所述箍筋的长边排布到主筋的外侧，其短边排布到主筋的内侧，相邻两个箍筋的开口方向错开布置，所述拉筋采用φ8mm钢筋，拉钩平直段长度为320mm、弯曲段长度80mm，弯钩角度为135°，梅花型布置间距为250*250mm，并绑扎牢固。

3.根据权利要求1所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，在上述步骤S5中，所述竖井锚管采用Ф42mm×3.5mm热轧钢管加工而成，其管长为4m-5m，所述竖井锚管前端为锥形，其末端焊Ф6.5mm环形铁箍，采用风镐顶入土体，顶入长度不小于管长的90％，所述竖井锚管环向间距800mm，纵向间距同竖井网喷格栅钢架间距。

4.根据权利要求1所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，在上述步骤S6中，超前支护结构的施工过程为：

（1）首先在竖井结构施工至地面以下11m时，停止竖井开挖并对现状竖井底进行部分封底，接着在搭设测量定位平台后，对大管棚及超前小导管在竖井壁上的对应位置进行定位，定位完成后再用水钻进行钻孔来标定大管棚及超前小导管打设位置；

（2）按照设计位置和角度钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力，将安有工作管头的大管棚沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底；超前小导管则采用风镐顶入土；

（3）大管棚及超前小导管搭设验收合格后，对大管棚及超前小导管进行注浆处理，每根管内和管棚孔内浆液注满，则注浆才可结束。

5.根据权利要求4所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，在上述步骤S7中，横通道开挖过程包括：

（1）待大棚管和小导管施工结束后，破除上导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设拱部钢格栅，在拱部钢格栅脚部架设锁脚锚管，及时喷射混凝土；

（2）待上断面开挖至3.5m时，即上导洞成环2m后，进行中间断面开挖，破除中导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设中间钢格栅，在中间钢格栅脚部架设锁脚锚管，及时喷射混凝土；

（3） 待中间断面开挖至5m时，即中导洞成环2m后，进行下断面开挖，破除下导洞核心土以外范围的竖井初支结构，并及时架设下部钢格栅；

（4）导洞按照“环形开挖预留核心土法”分别进洞施工后，围护下部钢格栅底部，形成闭环的横通道钢格栅结构；

（5）首榀横通道钢格栅位于竖井井壁范围内，为首榀横通道钢格栅的稳定性，破除竖井初支结构后露出的竖井连接筋通过“L”形钢筋与横通道钢格栅的连接筋焊接牢固，并打设锁脚锚管注浆固定钢格栅；

（6）按照步骤（1）～（4）继续进行开挖，直至设计长度结束。

6.根据权利要求5所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，所述拱部钢格栅包括钢格栅拱架和相互对称设置的第一格栅单元，两个所述第一格栅单元的上端分别通过连接组件与钢格栅拱架的两端连接，两个所述第一格栅单元之间设置有第一临时钢支撑，两个所述第一格栅单元的外侧设置有锁脚锚管；

所述中间钢格栅包括相互对称设置的第二格栅单元，两个所述第二格栅单元的上端通过连接组件与第一格栅单元的下端连接，两个所述第二格栅单元之间设置有第二临时钢支撑；两个所述第二格栅单元的外侧设置有锁脚锚管；

所述下部钢格栅包括相互对称设置的第三格栅单元和设置于两个第三格栅单元之间的第四格栅单元，所述第四格栅单元的两端通过连接组件与两个所述第三格栅单元下端连接，两个所述第三格栅单元的上端通过连接组件与第二格栅单元的下端连接。

7.根据权利要求6所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，所述钢格栅拱架、第一格栅单元、第二格栅单元、第三格栅单元、第四格单元均包括沿着横通道开挖方向设置的相互平行的两层钢架单元，两层钢架单元其外侧缠绕有多个等间距分布的环形筋，每层钢架单元均包括内钢筋和外钢筋，在内钢筋和外钢筋之间焊接有“之”字筋，在相互平行的两个内钢筋之间和相互平行的两个外钢筋之间均焊接有月牙型连接筋。

8.根据权利要求7所述的一种隧道竖井及横通道开挖方法，其特征在于，所述连接组件包括分别设置于相邻格栅单元中的同排内钢筋和同排外钢筋上的连接单元，所述连接单元包括“L”型钢板，以及焊接于“L”型钢板背面的两个固定块，两个固定块均设置有安装槽，所述安装槽内设置有两个垫块，所述垫块的端部设置有安装板，所述安装板上设置有耳件，所述耳件上设置有安装孔，所述外钢筋和内钢筋设置于安装孔内；所述“L”型钢板的垂直部和固定块底部设置有同轴的贯穿孔，所述贯穿孔设置有两组，每组所述贯穿孔内均设置有锁紧螺杆，相邻两个连接单元上的“L”型钢板的水平部通过螺栓连接。

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