CN114575858B - 公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，按照三台阶法施工双车道单幅正洞；同步施工所有车行通道及人行通道，在施工人行通道时，按照车行通道的横截面尺寸进行人行通道的拓宽，作为车行横洞；以车行通道及车行横洞为界，将单车道救援通道分割成“段隧道”；以每个“段隧道”的两端作为掌子面同步进行开挖；同一车行通道、车行横洞对应的两个掌子面共用二衬台车；采用扒渣机装渣，并配小型农用自卸车运渣至洞外；同一车行通道或车行横洞对应的两个掌子面，其共用的二衬台车、扒渣机、小型农用自卸车在两个掌子面之间轮换工作；提高施工效率，降低施工成本，缩短施工周期，并确保施工安全。

Description

公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法。

背景技术

目前,国内隧道工程主要以四车道双洞分离式和大断面整体式为主。受地形条件和规划布局限制，隧道无法采用双洞分离式或大断面整体式，只能采用双车道单幅正洞，并配以小断面救援通道作为辅助洞。这种双车道单幅正洞结合单车道救援通道的结构形式，存在的主要问题是：单车道救援通道“小”且“长”；“小”则受断面尺寸的限制，无法在建设中运用高效的大型机械设备，投入成本高且所需要的建设工期较长，施工成本高；“长”则受距离限制，带来通风、出渣等一系列困难，给设计和施工都带来了巨大的挑战。

发明内容

本发明旨在提供一种专用于公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合施工的掘进方法，提高施工效率，降低施工成本，缩短施工周期，并确保施工安全。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，包括双车道单幅正洞与单车道救援通道，所述单车道救援通道位于双车道单幅正洞的一侧并与之同向延伸，单车道救援通道长≥1500m，净宽4.5±0.2m，净高5±0.3m，双车道单幅正洞与单车道救援通道之间设计有n个车行通道和m个人行通道，n、m≥2，车行通道与人行通道交替间隔设置，其步骤如下：

第一步：按照三台阶法施工双车道单幅正洞；

第二步：同步施工所有车行通道及人行通道，在施工人行通道时，按照车行通道的横截面尺寸进行人行通道的拓宽，作为车行横洞；车行通道及车行横洞的施工长度，应确保正好横向穿过整个单车道救援通道；

第三步：以车行通道及车行横洞为界，将单车道救援通道分割成n+m+1个“段隧道”，以辅助单车道救援通道进行掌子面开挖；

第四步：以每个“段隧道”的两端作为掌子面同步进行开挖，共形成2×(n+m+1)个同步开挖掌子面；

第五步：按照安全步距的要求，开挖完成后随即进行初支、二衬施工，同一车行通道、车行横洞对应的两个掌子面共用二衬台车，且二衬台车经双车道单幅正洞、车行通道或车行横洞进入单车道救援通道内；单车道救援通道两端头的掌子面各配备一台二衬台车，共n+m+2台二衬台车；

第六步：“段隧道”开挖及施工初支、二衬的同时，进行“段隧道”内部出渣，采用扒渣机装渣，并配小型农用自卸车运渣至洞外，同一车行通道、车行横洞对应的两个掌子面共用一台扒渣机和农用自卸车，所述扒渣机、小型农用自卸车经双车道单幅正洞、对应的车行通道或车行横洞进入单车道救援通道内进行出渣，扒渣机、小型农用自卸车正好能从二衬台车的下方门洞通过；单车道救援通道两端头的掌子面各配备一台扒渣机和小型农用自卸车，共n+m+2台小型农用自卸车，n+m+2台扒渣机；

第七步：同一车行通道或车行横洞对应的两个掌子面，其共用的二衬台车、扒渣机、小型农用自卸车在两个掌子面之间轮换工作。

作为上述方案的优选，上述的公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，还包括通风系统，每个掌子面的通风系统均包括通风设备、通风管道，位于单车道救援通道内的通风管道经双车道单幅正洞、对应的车行通道或车行横洞连接至对应的掌子面；加强洞内通风。

进一步优选为，沿长度方向将单车道救援通道分为左、右两部分，左半部分内的扒渣机、二衬台车、小型农用自卸车、通风管道统一从双车道单幅正洞的左侧进入，右半部分内的扒渣机、二衬台车、小型农用自卸车、通风管道统一从双车道单幅正洞的右侧进入，便于管理。

本发明的有益效果：

(1)受地形条件和规划布局限制，隧道无法采用双洞分离式或大断面整体式，开创性地采用双车道单幅正洞，并配以小断面的单车道救援通道作为辅助洞，当双车道单幅正洞发生紧急情况需要撤离时，利用专门设计的小断面单车道作为救援通道进行人车疏散。

(2)将所有设计的人行通道拓宽作为施工过程中的车行横洞，车行通道及车行横洞的施工长度，确保正好横向穿过整个单车道救援通道，从而将单车道救援通道分割成若干个“段隧道”，形成多掌子面同步开挖，大大地提高了施工效率；

(3)单车道救援通道断面较小、洞身距离较长，采用扒渣机装渣替代传统的大型挖掘机械设备，对既有隧道的影响小；采用小型农用自卸车运渣至洞外替代传统的斜井出渣方式，不再需要另外开设斜井出渣，且小型农用自卸车小巧灵活，能从二衬台车的门洞内通过，在确保安全的前提下避开出渣与二次衬砌浇筑车辆无法同步作业的弊端，达到加快隧道掘进速度，降低施工难度的效果；

(4)利用施工完成的双车道单幅正洞、若干个车行通道和若干个人行通道，作为“段隧道”内二衬台车、扒渣机、小型农用自卸车的进入通道及出渣通道，减轻洞内通车压力，加快出渣速度，实现了隧洞内多工序交叉同步作业，对于提高开挖进度及洞内通风都有着显著的效果；

(5)隧道内的二衬台车、扒渣机、小型农用自卸车等机械设备能实现相邻两掌子面的共用，可周转摊销，对于一条1800m长的隧道施工，预计节约成本400万元。

附图说明

图1为本发明的施工示意图。

图2为适用于小断面隧道的通风设备的主剖视图。

图3为通风设备的液压固定支撑组件侧视图。

图4为通风设备的第三固定架立体结构示意图。

图5为小断面救援通道施工用排水系统的主视图。

图6为图5的主剖视图。

图7为图5的侧视剖视图。

图8为图5中的可拆卸过滤网架结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，包括双车道单幅正洞1与单车道救援通道2。单车道救援通道2位于双车道单幅正洞1的一侧并与之同向延伸，单车道救援通道2长≥1500m，净宽4.5±0.2m，净高5±0.3m，单车道救援通道特点为“小”且“长”。

双车道单幅正洞1与单车道救援通道2之间设计有n个车行通道3和m个人行通道4，n、m≥2，车行通道3与人行通道4交替间隔设置。

具体按照以下步骤进行施工：

第一步：按照三台阶法施工双车道单幅正洞1。

第二步：同步施工所有车行通道3及人行通道4，在施工人行通道4时，按照车行通道3的横截面尺寸进行人行通道4的拓宽，作为车行横洞4’；车行通道3及车行横洞4’的施工长度，应确保正好横向穿过整个单车道救援通道2。

第三步：以车行通道3及车行横洞4’为界，将单车道救援通道2分割成n+m+1个“段隧道”，以辅助单车道救援通道2进行掌子面开挖。

第四步：以每个“段隧道”的两端作为掌子面同步进行开挖，共形成2×(n+m+1)个同步开挖掌子面。

第五步：按照安全步距的要求，开挖完成后随即进行初支、二衬施工，同一车行通道3、车行横洞4’对应的两个掌子面共用一台二衬台车，且二衬台车经双车道单幅正洞1、车行通道3或车行横洞4’进入单车道救援通道2内；单车道救援通道2两端头的掌子面各配备一台二衬台车，共n+m+2台二衬台车。

第六步：“段隧道”开挖及施工初支、二衬的同时，进行“段隧道”内部出渣，采用扒渣机装渣，并配小型农用自卸车运渣至洞外，同一车行通道3、车行横洞4’对应的两个掌子面共用一台扒渣机和农用自卸车，扒渣机、小型农用自卸车经双车道单幅正洞1、对应的车行通道3或车行横洞4’进入单车道救援通道2内进行出渣，扒渣机、小型农用自卸车正好能从二衬台车的下方门洞通过。单车道救援通道2两端头的掌子面各配备一台扒渣机和小型农用自卸车，共n+m+2台小型农用自卸车，n+m+2台扒渣机。

第七步：同一车行通道3或车行横洞4’对应的两个掌子面，其共用的二衬台车、扒渣机、小型农用自卸车在两个掌子面之间轮换工作。

最好是，单车道救援通道2净宽4.5m，净高5m，双车道单幅正洞1与单车道救援通道2之间设计有2个车行通道3和2个人行通道4。

单车道救援通道2内还布置有通风系统，每个掌子面的通风系统均包括通风设备、通风管道，位于单车道救援通道2内的通风管道经双车道单幅正洞1、对应的车行通道3或车行横洞4’连接至对应的掌子面。

沿长度方向将单车道救援通道2分为左、右两部分，左半部分内的扒渣机、二衬台车、小型农用自卸车、通风管道统一从双车道单幅正洞1的左侧进入，右半部分内的扒渣机、二衬台车、小型农用自卸车、通风管道统一从双车道单幅正洞1的右侧进入。

现有的隧道通风设备体积较大，占用空间多，多是直接固定在地面上，在小断面隧道内无法进行安装使用，影响施工，安装在矿洞壁面上时由于震动易使通风设备掉落，发生危险，无法适用于小断面隧道。结合图2—图4所示的通风设备，适用于小断面隧道，主要组件为：固定座23，固定座23上安装有平衡支撑高效通风结构。

平衡支撑高效通风结构包含有：一对连接架24、连接支撑杆25、一对从动风箱26、主动风箱5、驱动旋转通风组件、一对辅助风斗6以及一对液压固定支撑组件；

一对连接架24安装在固定座23下壁面两侧位置，连接支撑杆25安装在一对连接架24上，一对从动风箱26安装在一对连接架24上，主动风箱5连接安装在一对从动风箱26中间位置，驱动旋转通风组件安装在主动风箱5和从动风箱26内，一对辅助风斗6安装在一对从动风箱26外侧位置，一对液压固定支撑组件安装在主动风箱5前后壁面上。

需要说明的是，在使用平衡支撑高效通风结构时，将连接有从动风箱26的主动风箱5通过一对连接架24安装到固定座23上，再通过固定座23安装到小断面隧道的顶部壁面上，并通过连接支撑杆25保证支撑稳定，调节安装在主动风箱5前后壁面上的液压固定支撑组件将设备支撑在隧道的两侧壁面上，在通风使用时，安装在主动风箱5和从动风箱26内的驱动旋转通风组件启动，对隧道内进行通风，液压固定支撑组件保证支撑稳定，防止设备震动造成掉落。

固定座23上开设有用于安装固定在隧道上的安装孔。

驱动旋转通风组件包含有：双轴驱动电机7、一对第一固定架8、一对第二固定架9、一对驱动旋转轴10、一对主动蜗轮扇叶11、三对第三固定架12、一对从动旋转轴13以及两对从动扇叶14；

双轴驱动电机7安装在主动风箱5内中间位置，一对第一固定架8安装在双轴驱动电机7两侧位置，一对第二固定架9安装在一对第一固定架8外侧位置，一对驱动旋转轴10嵌装在第一固定架8和第二固定架9上，一对驱动旋转轴10一端连接安装在双轴驱动电机7上，一对主动蜗轮扇叶11安装在一对驱动旋转轴10上，三对第三固定架12安装在一对从动风箱26内，一对从动旋转轴13安装在三对第三固定架12上，一对从动旋转轴13一端安装在一对驱动旋转轴10上，两对从动扇叶14安装在一对从动旋转轴13上。

需要说明的是，在使用驱动旋转通风组件时，安装在电机架15上的双轴驱动电机7启动开始旋转，双轴驱动电机7旋转带动与其输出端相连接的安装在第一固定架8和第二固定架9上的驱动旋转轴10进行旋转，驱动旋转轴10旋转带动安装在其上的一对主动蜗轮扇叶11进行旋转，通过气压的作用进行通风，一对驱动旋转轴10旋转带动通过联轴器16与其相连接的安装在第三固定架12上的一对从动旋转轴13进行旋转，一对从动旋转轴13旋转带动安装在其上的两对从动扇叶14进行旋转增加通风的效果。

主动风箱5内安装有用于固定双轴驱动电机7的电机架15。

从动旋转轴13通过联轴器16安装在驱动旋转轴10上。

液压固定支撑组件包含有：安装座17、固定套18、液压伸缩杆19、安装销钉20、旋转铰座21以及支撑板22；

安装座17安装在主动风箱5外侧壁面上，固定套18安装在安装座17上，液压伸缩杆19通过安装销钉20安装在固定套18上，旋转铰座21安装在支撑板22上，支撑板22通过旋转铰座21安装在液压伸缩杆19输出端上。

需要说明的是，在使用液压固定支撑组件时，主动风箱5通过固定座23安装到隧道顶部位置后，安装在安装座17上固定套18内部的液压伸缩杆19启动输出端伸出，液压伸缩杆19输出端伸出带动通过旋转铰座21安装在其上的支撑板22抵在隧道侧壁面上，当隧道侧壁面不垂直时通过旋转铰座21带动支撑板22进行旋转调节，达到辅助支撑固定的目的。

采用了平衡支撑高效通风结构，改变传统的通风设备的结构，采用内置电机直筒式的通风设备，并改善了固定设备，安装牢固，保证使用安全，解决了现有的隧道通风设备体积较大，占用空间较多，多是直接固定在地面上，在小断面隧道内无法进行安装使用，影响施工，安装在矿洞壁面上时由于震动易使通风设备掉落，发生危险的问题。具有安装方便，占用空间小，安全可靠的特点。

结合附图5-8，一种小断面救援通道施工用排水系统，包括设备底座27、履带移动装置28、高度调节柱29、抽水箱30、抽水管31以及出水管32。

设备底座27用于支撑设备元件，履带移动装置28安装在设备底座27下方，高度调节柱29安装在设备底座27上，抽水箱30安装在高度调节柱29上，抽水管31与出水管32安装在抽水箱30上，出水管32上可以根据需要连接水管，抽水箱30内设有高效抽水结构，抽水管31上设有可拆卸过滤网架37结构，高度调节柱29内设有抽水高度调节结构。

其中，高效抽水结构，包括：储水槽33、抽水活塞34以及电动推杆35。

储水槽33开设在抽水箱30内，电动推杆35安装在储水槽33上，抽水活塞34安装在电动推杆35上。

需要说明的是，储水槽33用于暂存抽进的水流，开始抽水时，打开抽水管31阀门，关闭出水管32阀门，电动推杆35推动抽水活塞34上移，利用气压将水流吸入储水槽33，在需要排水时，关闭抽水管31阀门，打开出水管32阀门，电动推杆35推动抽水活塞34下压，将水通过出水口压出。

抽水箱30上方设有通气孔。需要说明的是，通气孔用于排放抽水时产生的气流。

高度调节柱29上设有轨道槽。需要说明的是，轨道槽可以保证抽水箱30在安全范围移动。

抽水管31与出水管32上设有进出水阀门；需要说明的是，通过进出水阀门可以很好的控制装置工作的开关。

可拆卸过滤网架结构，包括：滑道36、过滤网架37、卡槽38、横向卡扣柱39、横向孔槽40、纵向卡扣柱41、纵向孔槽42、过滤网43以及弹簧44；

滑道36开设在抽水管31内壁上，过滤网架37安装在滑道36上，过滤网43安装在过滤网架37上，卡槽38开设在过滤网架37上，横向孔槽40与纵向孔槽42开设在抽水管31内壁，横向卡扣柱39安装在横向孔槽40内，纵向卡扣柱41安装在纵向孔槽42内，弹簧44安装在纵向卡扣柱41底部。

需要说明的是，横向孔槽40与纵向孔槽42用于支撑内部结构，当需要更换过滤网43时，通过按压横向卡扣柱39推动纵向卡扣柱41上移，使纵向卡扣柱41从卡槽38中抽出来解锁过滤网架37，从而可将过滤网架37抽出，更换过滤网43后将过滤网架37插回，纵向卡扣柱41通过弹簧44回弹，纵向卡扣柱41重新移动回卡槽38内，可以很好的实现对过滤网架37的固定。

抽水高度调节结构，包括：电机槽45、驱动电机46、驱动轴47、丝杠48、滑块49、连接器50以及支撑架51。

电机槽45开设在高度调节柱29内，驱动电机46安装在电机槽45内，驱动轴47安装在驱动电机46输出端，丝杠48安装在驱动电机46输出端上，滑块49套装在丝杠48上，连接器50安装在高度调节柱29内并连接丝杠48的另一端，支撑架51安装在滑块49上。

需要说明的是，电机槽45用于支撑驱动电机46工作，在调节开始时，驱动电机46工作带动丝杠48在连接器50上转动，使滑块49带动支撑架51在丝杠48上移动，实现对抽水箱30的高度调节。

小断面救援通道施工用排水系统具备以下有益效果：

1、通过可拆卸过滤网架结构，将泥沙等大颗粒物质阻挡在管道外，防止其进入设备内部造成堵塞。

2、采用履带移动装置，使装置可以适应多种环境来跟随施工进程工作。

3、通过抽水高度调节结构，可以使设备具有根据水位自动调节抽水高度的功能，使工作更高效。

Claims (6)

1.一种公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，其特征在于：包括双车道单幅正洞（1）与单车道救援通道（2），所述单车道救援通道（2）位于双车道单幅正洞（1）的一侧并与之同向延伸，单车道救援通道（2）长≥1500m，净宽4.5±0.2m，净高5±0.3m，双车道单幅正洞（1）与单车道救援通道（2）之间设计有n个车行通道（3）和m个人行通道（4），n、m≥2，车行通道（3）与人行通道（4）交替间隔设置，其步骤如下：

第一步：按照三台阶法施工双车道单幅正洞（1）；

第二步：同步施工所有车行通道（3）及人行通道（4），在施工人行通道（4）时，按照车行通道（3）的横截面尺寸进行人行通道（4）的拓宽，作为车行横洞（4’）；车行通道（3）及车行横洞（4’）的施工长度，应确保正好横向穿过整个单车道救援通道（2）；

第三步：以车行通道（3）及车行横洞（4’）为界，将单车道救援通道（2）分割成n+m+1个“段隧道”，以辅助单车道救援通道（2）进行掌子面开挖；

第四步：以每个“段隧道”的两端作为掌子面同步进行开挖，共形成2×（n+m+1）个同步开挖掌子面；

第五步：按照安全步距的要求，开挖完成后随即进行初支、二衬施工，同一车行通道（3）、车行横洞（4’）对应的两个掌子面共用二衬台车，且二衬台车经双车道单幅正洞（1）、车行通道（3）或车行横洞（4’）进入单车道救援通道（2）内；单车道救援通道（2）两端头的掌子面各配备一台二衬台车，共n+m+2台二衬台车；

第六步：“段隧道”开挖及施工初支、二衬的同时，进行“段隧道”内部出渣，采用扒渣机装渣，并配小型农用自卸车运渣至洞外，同一车行通道（3）、车行横洞（4’）对应的两个掌子面共用一台扒渣机和农用自卸车，所述扒渣机、小型农用自卸车经双车道单幅正洞（1）、对应的车行通道（3）或车行横洞（4’）进入单车道救援通道（2）内进行出渣，扒渣机、小型农用自卸车正好能从二衬台车的下方门洞通过；单车道救援通道（2）两端头的掌子面各配备一台扒渣机和小型农用自卸车，共n+m+2台小型农用自卸车，n+m+2台扒渣机；

第七步：同一车行通道（3）或车行横洞（4’）对应的两个掌子面，其共用的二衬台车、扒渣机、小型农用自卸车在两个掌子面之间轮换工作；

还包括通风系统，每个掌子面的通风系统均包括通风设备、通风管道，位于单车道救援通道（2）内的通风管道经双车道单幅正洞（1）、对应的车行通道（3）或车行横洞（4’）连接至对应的掌子面；

所述通风设备包括：固定座，固定座上安装有平衡支撑高效通风结构；

平衡支撑高效通风结构包含有：一对连接架、连接支撑杆、一对从动风箱、主动风箱、驱动旋转通风组件、一对辅助风斗以及一对液压固定支撑组件；

一对连接架安装在固定座下壁面两侧位置，连接支撑杆安装在一对连接架上，一对从动风箱安装在一对连接架上，主动风箱连接安装在一对从动风箱中间位置，驱动旋转通风组件安装在主动风箱和从动风箱内，一对辅助风斗安装在一对从动风箱外侧位置，一对液压固定支撑组件安装在主动风箱前后壁面上。

2.按照权利要求1所述的一种公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，其特征在于：沿长度方向将单车道救援通道（2）分为左、右两部分，左半部分内的扒渣机、二衬台车、小型农用自卸车、通风管道统一从双车道单幅正洞（1）的左侧进入，右半部分内的扒渣机、二衬台车、小型农用自卸车、通风管道统一从双车道单幅正洞（1）的右侧进入。

3.根据权利要求2所述的公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，其特征在于：所述固定座上开设有用于安装固定在隧道上的安装孔；所述驱动旋转通风组件包含有：双轴驱动电机、一对第一固定架、一对第二固定架、一对驱动旋转轴、一对主动蜗轮扇叶、三对第三固定架、一对从动旋转轴以及两对从动扇叶；

双轴驱动电机安装在主动风箱内中间位置，一对第一固定架安装在双轴驱动电机两侧位置，一对第二固定架安装在一对第一固定架外侧位置，一对驱动旋转轴嵌装在第一固定架和第二固定架上，一对驱动旋转轴一端连接安装在双轴驱动电机上，一对主动蜗轮扇叶安装在一对驱动旋转轴上，三对第三固定架安装在一对从动风箱内，一对从动旋转轴安装在三对第三固定架上，一对从动旋转轴一端安装在一对驱动旋转轴上，两对从动扇叶安装在一对从动旋转轴上。

4.根据权利要求3所述的公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，其特征在于，所述主动风箱内安装有用于固定双轴驱动电机的电机架。

5.根据权利要求3所述的公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，其特征在于：所述从动旋转轴通过联轴器安装在驱动旋转轴上。

6.根据权利要求3所述的公路隧道双车道单幅正洞与单车道救援通道联合掘进方法，其特征在于：所述液压固定支撑组件包含有：安装座、固定套、液压伸缩杆、安装销钉、旋转铰座以及支撑板；

安装座安装在主动风箱外侧壁面上，固定套安装在安装座上，液压伸缩杆通过安装销钉安装在固定套上，旋转铰座安装在支撑板上，支撑板通过旋转铰座安装在液压伸缩杆输出端上。