CN114704272A - 一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法，涉及隧道施工领域，能解决施工成本高，施工困难，应用范围小，隧道环向接头数量多的问题。该施工方法在于先施工隧道的支护结构，在隧道支护结构的保护下开挖隧道内的土体。先施工的隧道支护结构的方法是采用咬合的顶管机顶进开挖，其中，每个顶管机采用圆形刀盘开挖，相邻两个刀盘间前后错开，开挖轮廓搭接；开挖的同时跟进顶入分段预筑衬砌结构；并依次连接各段预筑衬砌结构，形成整体的隧道预筑衬砌，达到强度后开挖隧道内土体，形成隧道。本申请的施工方法用于大跨、复杂条件的暗挖施工。

Description

一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断发展，其中下穿铁路、道路、地铁车站等施工由于受地面交通、管线分布、周边建筑环境、工程地质及水文地质等因素的限制，往往采用暗挖隧道预筑后挖的施工方法，可较好的解决大跨、小施工沉降等隧道建设难题，但在实际施工中也存在方方面面的问题。

现有技术中，为解决暗挖法施工时分块多，工序复杂，支护结构变形大、地面沉降大的问题，提出了管幕结构法、日本的MMST(多微小盾构隧道法)等方法。其中，管幕结构法是隧道开挖前，通常先通过顶管机等装置将大口径钢管顶进隧道周边，然后工人进入钢管内切开钢管，浇筑环形钢筋混凝土结构，但是，在施工中存在以下问题：

(1)钢管空间较小，人工进入切割钢管、绑扎钢筋、浇筑混凝土均较困难，难度大，且衬砌质量较难保证；

(2)钢管直径大，超过了某些跨度隧道支护刚度的需要，存在一定的浪费；

(3)圆形钢管内外侧的弧形区域混凝土浇筑困难，该部分结构难以承载，浪费工程投资。

另外，日本的MMST法是针对软土矩形隧道，采用横向和竖向两种多刀盘矩形盾构机开挖，衬砌为矩形的钢箱结构，且钢箱结构高度需满足人工施工要求，在隧道开挖前先环向浇筑钢筋混凝土结构，再开挖隧道，但是，从其施工方法、衬砌结构存在以下问题：

(1)矩形盾构机在开挖时存在刀盘无法到达的盲区，该方法在复合地层、基岩地层无法实施；

(2)矩形隧道结构，在跨度大、覆土大等条件下结构跨中弯矩大，结构受力不利；

(3)钢箱结构内施工钢筋混凝土结构，施工条件狭窄，施工困难。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法，能解决施工成本高，施工困难，应用范围小，隧道环向接头数量多的问题。

为达到上述目的，本申请实施例提供一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法，包括：在隧道开挖之前分段开挖隧道衬砌范围土体，并分段顶进分段预筑衬砌，其中分段预筑衬砌的数量至少一个；连接各段分段预筑衬砌，形成整体预筑衬砌；在整体预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。具体地，在隧道开挖之前，先分段开挖隧道衬砌范围的土体，进而可使各段开挖空间形成连通的预支护空间；另外，在分段开挖隧道衬砌范围的同时，沿隧道断面分段顶入分段预筑衬砌结构，并依次连接各段分段预筑衬砌结构，进而形成整体的隧道预筑衬砌结构，用于支撑整体预支护空间；待隧道预支护结构达到强度后，开挖隧道内土体。如此方法，一次开挖就能形成环向长度较长的开挖空间，另外，连接各段分段预筑衬砌形成整体预筑衬砌的方法能减少隧道环向接头数量从而提高预支护结构整体刚度。

在本申请的一种可能的实现方式中，分段开挖隧道衬砌范围土体包括：每段分段预筑衬砌范围的土体采用顶管机开挖，顶管机至少一个，当顶管机为多个时，多个顶管机沿隧道轮廓形状互相咬合进行排列。其中，相对于单个顶管机而言，多个相互咬合的顶管机沿隧道轮廓形状进行排列的设计，使得其在沿挖掘方向掘进时，一次就能形成较大的开挖轮廓，提高了开挖效率。

在本申请的一种可能的实现方式中，多个顶管机采用圆形旋转的刀盘。这里，圆形旋转的刀盘相对于矩形等其它形状的刀盘，不会存在刀盘无法到达的盲区。

在本申请的一种可能的实现方式中，相邻顶管机之间的刀盘前后错开布置，刀盘开挖轮廓搭接。如此设计，可实现相邻两个刀盘的开挖轮廓有交叉部分，即相邻开挖孔洞间会有重合空间，当多个相互咬合的顶管机开挖掘进时，多个开挖孔洞之间形成了连通的预支护空间。

在本申请的一种可能的实现方式中，每个分段预筑衬砌均布置在多个顶管机的开挖范围内。这里，每个分段预筑衬砌设置在开挖空间内，用于支撑开挖空间。

在本申请的一种可能的实现方式中，在连接各段分段预筑衬砌，形成整体预筑衬砌的步骤之后，包括：在整体预筑衬砌与刀盘的开挖轮廓之间的空隙填充建筑填充物。其中，建筑填充物的存在，可避免围岩变形对整体预筑衬砌产生较大的直接作用力。

在本申请的一种可能的实现方式中，建筑填充物为泥浆和砂浆中的一种或多种的混合物。

在本申请的一种可能的实现方式中，每个分段预筑衬砌均包括箱式外壳，建筑填充物填充在箱式外壳与刀盘的开挖轮廓之间的空隙内。如此，建筑填充物的存在可以较好地传递围岩传来的挤压应力至箱式外壳上，使得箱式外壳受力近似均匀，避免了围岩变形对箱式外壳产生较大的直接作用力。

在本申请的一种可能的实现方式中，多个顶管机的刀盘的开挖直径相同。这样，一方面可减少机械种类，降低成本；另一方面可使得开挖轮廓成规则的形状，进而降低施工预支护难度。

在本申请的一种可能的实现方式中，多个顶管机的刀盘的开挖直径不同。此种结构，使得开挖轮廓更灵活，应用范围更广。

在本申请的一种可能的实现方式中，在连接各段分段预筑衬砌，形成整体预筑衬砌的步骤中，多个分段预筑衬砌之间固定连接形成整体预筑衬砌，整体预筑衬砌为隧道整环的环形结构或隧道的局部的半环结构。如此，可根据工程施工需要，灵活选择整体预筑衬砌的环向长度，增加了隧道施工预支护结构的工程应用范围。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法流程图之一；

图2为本申请实施例提供的一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法流程图之二；

图3为本申请实施例提供的一种多个相互咬合的顶管机的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种分段预筑衬砌的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种全环预支护下先筑后挖的暗挖隧道断面结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种非封闭预支护下先筑后挖的暗挖隧道断面结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种刀盘直径不同的先筑后挖的暗挖隧道断面结构示意图；

图8为本申请实施例提供的沿图5、图6和图7中A-A线的剖面示意图；

图9为本申请实施例提供的一种多个相同直径刀盘组成的咬合顶管机开挖范围的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种多个不同直径刀盘组成的咬合顶管机开挖范围的结构示意图。

附图标记：

1-咬合顶管机；11-第一刀盘；12-第二刀盘；2-咬合顶管机开挖范围；3-预筑衬砌；31-箱式外壳；311-环向肋板；4-建筑填充物。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本申请实施例提供一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法，先施工隧道的支护结构，在隧道支护结构的保护下开挖隧道内的土体。具体地，在隧道开挖之前，先分段开挖隧道衬砌范围的土体，同时分段预筑衬砌结构跟进隧道衬砌开挖空间内；依次连接每个分段预筑衬砌结构，形成整体的隧道预筑衬砌结构；待隧道预支护结构达到强度后，开挖隧道内土体。采用此种先筑后挖的暗挖隧道施工方法可减少隧道环向的接头数量，提高预支护结构整体刚度，施工效率高，并能适用各种地质条件，因此，能广泛应用于施工困难的大跨、浅覆土、下穿既有建筑物等隧道及地下工程的施工中。

为实现上述技术特征，本申请实施例提供了一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法，参照图1，主要包括以下步骤：

步骤S1：在隧道开挖之前分段开挖隧道衬砌范围土体，并分段顶进分段预筑衬砌，分段预筑衬砌的数量至少一个；

步骤S2：连接各段分段预筑衬砌，形成整体预筑衬砌；

步骤S3：在整体预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。

其中，在步骤S1中，在隧道开挖之前分段开挖隧道衬砌范围土体，先形成预支护空间；另外，在分段开挖隧道衬砌范围的同时，沿隧道断面分段顶入分段预筑衬砌结构，用于支撑分段开挖隧道衬砌范围土体所形成的开挖孔洞，即预支护衬砌空间。

在步骤S2中，依次连接各段分段预筑衬砌，形成一个整体预筑衬砌。其中，由于分段预筑衬砌的环向长度较长，所以依次连接各段分段预筑衬砌时，所需连接的接头数量相对较少，进而能提高预支护结构的整体刚度。

在步骤S3中，待隧道预支护结构达到强度后，开可挖隧道内土体，形成隧道框架，并根据结构设计方案施工结构防水层、二次衬砌及内部结构等，可完成隧道施工。其中，也可根据结构耐久性、安全性等方面的需求在预支护结构内再施工混凝土衬砌结构。

上述方法，一次开挖就能形成环向较长的隧道开挖空间，提高了开挖效率；另外，也减少了隧道环向衬砌结构的接头数量，进而提高了预支护结构的整体刚度。

在一些实施例中，参照图1、图3和图5，分段开挖隧道衬砌范围土体包括：每段分段预筑衬砌3范围的土体采用多个相互咬合的顶管机开挖，且多个顶管机沿隧道轮廓形状互相咬合、排桩式进行排列，即形成咬合顶管机1。具体的，在开挖隧道预支护结构空间前，设置始发工作进，作为咬合顶管机1的拼装、掘进始发的工作井。在步骤S1中，利用咬合顶管机1分段开挖隧道预筑衬砌3空间，咬合顶管机1的掘进推力由始发千斤顶提供，经分段预筑衬砌3传导到咬合顶管机1的多个掘进刀盘，同时，分段预筑衬砌3紧跟咬合顶管机1沿掘进方向顶入，用于支撑开挖空间。其中，当隧道掘进长度较长时，咬合顶管机1周边摩擦力太大时，可在隧道中设置中继接力，以保证咬合顶管机1向前顺利掘进。如此方法，相对于单个顶管机开挖而言，多个相互咬合的顶管机沿隧道轮廓形状进行排列的设计，使得其在沿挖掘方向掘进时，一次就能形成较大的开挖轮廓，提高了开挖效率。

需要说明是，顶管机的数量至少一个具体是指，本实施例也可以采用单个顶管机开挖，但相对于多个顶管机组成咬合顶管机1而言，其开挖效率较低，所以本申请实施例中以咬合顶管机1做说明。

进一步需要说明的是，参照图3、图5和图9，可通过改变咬合顶管机1的长度L来适应不同的施工预支护结构需求。比如，当施工隧道预支护空间环向长度较长时，可适当增加咬合顶管机1的长度L，这时咬合顶管机开挖范围2较大，从而提高开挖效率。另外，也可以通过改变咬合顶管机1的排列方式及长度L来调整咬合顶管机开挖范围2，以适应不同的隧道开挖轮廓需求。如此，可增加其工程应用范围。

再进一步需要说明的是，咬合顶管机1的长度L是指组成其多台顶管机沿隧道轮廓形状进行排列的环向结构长度。其长度L由工程条件、预支护空间大小等综合确定，

参照图3、图6和图8，多台顶管机采用圆形旋转的刀盘。具体的，在咬合顶管机1沿隧道方向掘进过程中，圆形旋转的刀盘用来破碎岩石、切削泥土等，进而形成开挖孔洞空间。其中，也可在刀盘上配置滚刀等刀具，满足各种地层掘进的要求。另外，在咬合顶管机1沿隧道方向掘进过程中，圆形旋转的刀盘相对于矩形等其它形状的刀盘，不易存在刀盘无法到达的盲区。

在一些实施例中，参照图3、图5和图9，相邻顶管机之间的刀盘前后错开布置，刀盘开挖轮廓搭接。由此，当咬合顶管机1向前掘进时，刀盘开挖轮廓会有交叉，进而使得开挖孔洞之间形成连通空间，即形成连通的预支护衬砌空间。

需要说明是，刀盘开挖轮廓的交叉区高度H由咬合顶管机1紧跟的分段预筑衬砌3结构的高度H确定，可大于或等于分段预筑衬砌3的高度H。这样，分段预筑衬砌3能置于开挖孔洞内。

进一步地，参照图4、图5和图6，每个分段预筑衬砌3均布置在多个顶管机的开挖范围内。这里，每个分段预筑衬砌3设置在开挖空间内，用于支撑开挖空间。

需要说明的是，每个分段预筑衬砌3的环向长度应小于或等于多个咬合顶管机1的长度L，以便每个分段预筑衬砌3能置于开挖空间内。

在一些实例中，参照图2和图4，在步骤S2之后，包括：在整体预筑衬砌3与刀盘的开挖轮廓之间的空隙填充建筑填充物4。其中，建筑填充物4的存在，可避免围岩变形对整体预筑衬砌3产生较大的直接作用力。

进一步地，参照图2和图4，建筑填充物4为泥浆和砂浆中的一种或多种的混合物。

在一些实施例中，参照图4和图8，每个分段预筑衬砌3均包括箱式外壳31，建筑填充物4填充在箱式外壳31与刀盘的开挖轮廓之间的空隙内。其中，箱式外壳31内壁设有朝向轴线延伸的环向肋板311，环向肋板311的设置可以提高分段预筑衬砌3结构的刚度；建筑填充物4的存在，可以较好地传递围岩传来的挤压应力至箱式外壳31上，使得箱式外壳31受力近似均匀，避免了围岩变形对箱式外壳31产生较大的直接作用力。

在一些实施例中，参照图5和图9，多个顶管机的刀盘开挖直径相同。这样，一方面可减少机械种类，降低其制作成本；另一方面可使得开挖轮廓成规则的形状，进而降低施工预支护难度。

在一些实施例中，参照图3、图7和图10，多个顶管机的刀盘开挖直径不同。其中，示例的，参照图3、图7和图10，多个咬合顶管机1的刀盘中，包括第一刀盘11和第二刀盘12，第二刀盘12的直径大于第一刀盘11的直径。另外，沿多个咬合顶管机1并排的方向，每隔N个第一刀盘11后，设置一个第二刀盘12，其中N为正整数。这样，直径大的第二刀盘12对应的开挖孔洞空间应能容纳施工人员方便进行预支护空间内的施工作业，比如，对相邻的分段预筑衬砌3间进行环向紧固连接，以及在预支护结构内再施工混凝土衬砌结构等作业。此种结构，使得开挖轮廓更灵活，施工容易，应用范围更广。

在一些实施例中，参照图5和图6，在步骤2中，每个分段预筑衬砌3之间固定连接形成整体预筑衬砌3，整体预筑衬砌3为隧道整环的环形结构或隧道的局部的半环结构。此种方法，由于隧道环向衬砌结构3间接头数量少，使得预支护整体结构刚度大。这其中，每个分段预筑衬砌3之间固定连接可以是榫卯连接、螺栓连接或焊接。另外，可根据工程施工需要，还可以灵活选择整体预筑衬砌3的环向长度，由此，增加了隧道施工预支护结构的工程应用范围。

需要说明的是，根据施工需要整体预筑衬砌3结构内可采用混凝土填充，如此，可进一步提高预支护结构整体刚度。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，在隧道开挖之前分段开挖隧道衬砌范围土体，并分段顶进分段预筑衬砌，所述分段预筑衬砌的数量至少一个；

步骤2，连接各段所述分段预筑衬砌，形成整体预筑衬砌；

步骤3，在所述整体预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。

2.根据权利要求1所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述分段开挖隧道衬砌范围土体包括：

每段所述分段预筑衬砌范围的土体采用顶管机开挖，所述顶管机为至少一个，当所述顶管机为多个时，多个所述顶管机沿隧道轮廓形状互相咬合进行排列。

3.根据权利要求2所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，多个所述顶管机采用圆形旋转的刀盘。

4.根据权利要求3所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，相邻所述顶管机之间的所述刀盘前后错开布置，所述刀盘开挖轮廓搭接。

5.根据权利要求1所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，每个所述分段预筑衬砌均布置在多个所述顶管机的开挖范围内。

6.根据权利要求5所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，在所述步骤2之后，所述方法包括：

在所述整体预筑衬砌与所述刀盘的开挖轮廓之间的空隙填充建筑填充物。

7.根据权利要求6所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，所述建筑填充物为泥浆和砂浆中的一种或多种的混合物。

8.根据权利要求6所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，每个所述分段预筑衬砌均包括箱式外壳，所述建筑填充物填充在所述箱式外壳与所述刀盘的开挖轮廓之间的空隙内。

9.根据权利要求3所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，多个所述顶管机的所述刀盘的开挖直径相同。

10.根据权利要求3所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，多个所述顶管机的所述刀盘的开挖直径不同。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的先筑后挖的暗挖隧道施工方法，其特征在于，在所述步骤2中，多个所述分段预筑衬砌之间固定连接形成所述整体预筑衬砌，所述整体预筑衬砌为隧道整环的环形结构或隧道的局部的半环结构。

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