CN113417649A - 一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，包括以下施工步骤：S1，依次施工构建大型地下隧道所需的多个平行布置的先行导洞，相邻先行导洞之间预留一定的开挖间距；S2，在相邻先行导洞之间施工至少一道分别与两个先行导洞相连接的横向体系，所述横向体系的两侧端部分别设置端锚结构；S3，开挖两个相邻先行导洞之间需要扩挖的部分，将小断面隧道扩挖至大断面隧道。本发明所提供的通过在相邻先行导洞之间施工横向体系，然后在横向体系下进行导洞扩挖的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，可以有效解决现有小断面扩挖至大断面时所存在的风险大、造价高、工期长、施工难度大、地表沉降大等问题。

Description

一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法
技术领域
本发明涉及地下工程领域，具体涉及一种可以有效降低施工风险、节约工程造价以及避免地面沉降过大的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法。
背景技术
随着社会飞速发展，地下空间开发得以重视，但开发位置大部分位于地面道路下方，由于交通导改等因素制约，地下隧道需要采用暗挖法施工。但是，当道路下方采用大断面暗挖法施工时，往往存在风险大、工期长、造价高等问题。其中，采用传统洞柱法、洞桩法施工时，需要施工边桩结构，工程造价偏高、工期偏长；采用常规分部开挖法虽然造价相对较低，但是施工过程中容易导致地面沉降过大，甚至存在引起管线爆裂等风险。因而，现有传统地下隧道暗挖施工方法总体存在局限性较强，风险偏大，造价高的不足。
发明内容
基于目前传统大断面暗挖法施工地下隧道时，通过小断面扩挖大断面时所存在的风险大、造价高、工期长、施工难度大、地表沉降大等问题，本发明提供了一种通过在相邻先行导洞之间施工横向体系，然后在横向体系下进行导洞扩挖的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，具体包括以下施工步骤：
S1，依次施工构建大型地下隧道所需的多个平行布置的先行导洞，相邻先行导洞之间预留一定的开挖间距；
S2，在相邻先行导洞之间施工至少一道分别与两个先行导洞相连接的横向体系，所述横向体系的两侧端部分别设置端锚结构；
S3，开挖两个相邻先行导洞之间需要扩挖的部分，将小端面隧道扩挖至大断面隧道。
作为优选，步骤S2中，所述横向体系分别与相邻两个先行导洞的初支结构相连接。
作为进一步优选，步骤S3中，对两个先行导洞之间的土体进行扩挖前，需施工扩挖部分初支结构，所述扩挖部分初支结构位于横向体系的下方，并与两个先行导洞的初支结构相连接。
作为优选，步骤S2中，在相邻两个先行导洞内分别施工导洞内扩挖部分初支结构以及上方回填层，所述横向体系的两侧端部分别与两个先行导洞内中的上方回填层锚固连接。
作为优选，步骤S2中，在相邻先行导洞中的其中一个先行导洞内施工导洞内扩挖部分初支结构以及上方回填层，所述横向体系一端与上方回填层锚固连接，另一端与未施工上方回填层的先行导洞初支结构相连接。
作为进一步优选，步骤S3中，对相邻先行导洞之间的土体进行扩挖前，需在横向体系的上方或下方施工扩挖部分初支结构。
进一步地，步骤S2中，所述横向体系为注浆管、锚杆、锚索或拉杆中的一种或多种组合。
进一步地，所述端锚结构为钢筋混凝土腰梁、型钢腰梁或钢板。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、地下隧道暗挖法施工过程中，小断面扩挖至大断面时，采用传统洞柱法、洞桩法需要施作边桩，导致造价会偏高，工期较长，但是可以较好的控制地面沉降；采用分部开挖诸如侧洞法、中洞法等做法会导致地面沉降过大，对周边环境比如地下管线等建(构)筑物影响较大，且在地下多层结构施工中，还会因浇筑二衬时，需拆除临时仰拱，导致结构水平方向缺乏支撑，从而增加施工风险；本发明在整合传统工法优点的基础上，通过在相邻先行导洞之间施工横向体系替代扩挖部分超前支护或初支，从而节约扩挖施工工期，同时还可以通过横向体系与先行导洞采用合适的连接方式，限制相邻先行导洞之间水平净距增加的趋势，约束扩挖后导洞二衬拱水平位移，达到约束结构水平变形、从而降低拱顶沉降，最终减少拱上方地表沉降、其它建(构)筑物沉降；并且可以通过设置预应力或可后期补充预应力方式的方式，灵活控制结构变形，并适当减少配筋率。
2、本发明所述的扩挖方法通过改进现有大断面暗挖法施工地下隧道的施工工序，完成受力转换，达到节约工程造价，降低施工风险的目的；与传统暗挖工法相比，可根据需要应用于多种大规模暗挖法地下工程，尤其适用于不对称、多跨、多层隧道结构，应用范围更广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中，横向体系分别与相邻两个先行导洞的初支结构相连接的结构示意图。
图2为本发明实施例2中，施工扩挖部分初支结构的工况下，横向体系与两个先行导洞相连接的结构示意图。
图3为本发明实施例3中，横向体系分别与两个先行导洞内中的上方回填层锚固连接的结构示意图。
图4为本发明实施例4中，横向体系一端与上方回填层锚固连接，另一端与未施工上方回填层的先行导洞初支结构相连接的结构示意图。
图5为实施例3中，横向体系设置于扩挖部分初支结构下方的结构示意图。
图6、图7分别为本发明实施例所述端锚结构示意图。
标号说明：1、第一先行导洞；2、第二先行导洞；3、扩挖部分初支结构；4、扩挖部分；5、横向体系；6、导洞内扩挖部分初支结构；7、端锚结构；8、上方回填层；9、钢筋混凝土腰梁；10、型钢腰梁；11、锚具；12、锚筋；13、锚具钢台座。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：如图1所示，一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，具体包括如下施工步骤：
S1，依次施工构建大型地下隧道所需的多个平行布置的先行导洞，相邻先行导洞之间预留一定的开挖间距；
其中，施工前需要提前打设先行导洞的拱部初支超前支护，超前支护措施应根据地层特性以及工程特点合理布置；
S2，在相邻两个先行导洞(如图1所示的第一先行导洞1与第二先行导洞2)之间施工至少一道分别与两个先行导洞的初支结构相连接的横向体系5，所述横向体系5的两侧端部分别设置端锚结构7；
S3，开挖两个相邻先行导洞之间需要扩挖的部分4，将小端面隧道扩挖至大断面隧道。
实施例2：如图2所示，一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，与实施例1的区别在于，步骤S3中，对两个先行导洞(第一先行导洞1与第二先行导洞2)之间的土体进行扩挖前，需施工扩挖部分初支结构3，以进一步确保扩挖的安全性。其中，所述扩挖部分初支结构3位于横向体系5的下方，并与两个先行导洞的初支结构相连接。
实施例3：如图3所示，一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，具体包括如下施工步骤：
S1，依次施工构建大型地下隧道所需的多个平行布置的先行导洞，相邻先行导洞之间预留一定的开挖间距；
其中，施工前需要提前打设先行导洞的拱部初支超前支护，超前支护措施应根据地层特性以及工程特点合理布置；
S2，在相邻两个先行导洞，如图3所示的第一先行导洞1与第二先行导洞2内分别施工导洞内扩挖部分初支结构6以及上方回填层8，两个先行导洞之间施工至少一道分别与两个上方回填层8锚固连接的横向体系5，所述横向体系5的两侧端部分别设置端锚结构7；
S3，在两个先行导洞之间施工扩挖部分初支结构3，并开挖两个相邻先行导洞之间需要扩挖的部分4，将小端面隧道扩挖至大断面隧道。其中，所述扩挖部分初支结构3可设置于横向体系5的下方，如图3所示；所述扩挖部分初支结构3还可设置于横向体系5的上方，如图5所示。
实施例4：如图4所示，一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，与实施例3的区别在于，步骤S2中，仅在相邻两个先行导洞中的一侧导洞内(如第二先行导洞2内)施工导洞内扩挖部分初支结构6以及上方回填层8，在两个先行导洞之间施工至少一道分别与上方回填层8以及第一先行导洞1的初支结构锚固连接的横向体系5。
具体地，在本实施例1至4中，所述横向体系5为注浆管、锚杆、锚索、拉杆等单一或多种组合，施工时可根据需要选用合适的方式和先行导洞初支结构或先行导洞内扩挖部分初支结构上方回填层相连接，锚杆或锚索可适当调整角度，伸入二衬内，为二衬施作完成后提供后张拉条件，图示未示意锚杆或锚索预留后张拉条件。进一步地，如图6、图7所示，横向体系5两侧端锚结构7可采用多种形式，如：在横向体系5端部设置钢筋混凝土腰梁9或钢板；或在横向体系5端部设置型钢腰梁10，型钢腰梁10两侧分别连接锚具11、锚具钢台座13，锚具钢台座13一侧设置锚筋12，所述锚筋12与先行导洞的初支结构相连接或与或与先行导洞内上方回填层相连接。
本发明实施例1至4所述的施工方法尤其适用于单跨或多跨且单层或多层隧道结构施工过程中，与现有大断面暗挖施工方法相比，通过改进施工工序，可以有效降低大断面结构暗挖法施工时，小断面扩挖至大断面时的风险，并节约了造价及工期，同时还可以有效控制隧道结构竖向变形及上方建(构)筑物地表相应沉降，从而为将来可能面临的大规模地下空间开发，提供一种较理想的解决方法。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，包括以下施工步骤：
S1，依次施工构建大型地下隧道所需的多个平行布置的先行导洞，相邻先行导洞之间预留开挖间距；
S2，在相邻先行导洞之间施工至少一道分别与两个先行导洞相连接的横向体系，所述横向体系的两侧端部分别设置端锚结构；
S3，开挖两个相邻先行导洞之间需要扩挖的部分，将小端面隧道扩挖至大断面隧道。
2.根据权利要求1所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S2中，所述横向体系分别与相邻两个先行导洞的初支结构相连接。
3.根据权利要求2所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S3中，对相邻两个先行导洞之间的土体进行扩挖前，需施工扩挖部分初支结构，所述扩挖部分初支结构位于横向体系的下方，并与两个先行导洞的初支结构相连接。
4.根据权利要求1所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S2中，在相邻的两个先行导洞内分别施工导洞内扩挖部分初支结构以及上方回填层，所述横向体系的两侧端部分别与两个先行导洞内中的上方回填层锚固连接。
5.根据权利要求1所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S2中，在相邻两个先行导洞中的其中一个先行导洞内施工导洞内扩挖部分初支结构以及上方回填层，所述横向体系一端与上方回填层锚固连接，另一端与未施工上方回填层的先行导洞初支结构相连接。
6.根据权利要求4或5所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S3中，对相邻先行导洞之间的土体进行扩挖前，在横向体系的上方或下方施工扩挖部分初支结构。
7.根据权利要求1所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S2中，所述横向体系为注浆管、锚杆、锚索或拉杆中的一种或多种组合。
8.根据权利要求7所述的地下隧道小断面至大断面的扩挖方法，其特征在于，步骤S2中，所述端锚结构为钢筋混凝土腰梁、型钢腰梁或钢板。
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