CN115012954A - 一种对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法，通过对原分离式衬砌及开挖轮廓线外的松散岩层进行先期注浆处治，本发明不用机械拆除既有隧道，采用钻孔爆破达到既有隧道衬砌“脱笼”的效果，同时配合机械液压钳切割破碎衬砌结构内的钢筋，利用现有临空面设计爆破参数，对开挖轮廓线内围岩进行光面爆破，达到爆破效果最优化，并同时利用既有隧道可利用部分，以降低施工成本。本发明适应各种围岩地质隧道改扩建，同时，能够解决施工地质条件差、施工安全风险性高等建设施工面临的各方面难题，本发明能降低运输成本、简化繁琐工艺、加快施工速度。
Description
技术领域
本发明涉一种对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法。
背景技术
随着公路及铁路等路网的不断改进完善，有时需对改造线路上的既有隧道进行原位改建、扩建或拆除，这是由于既有隧道多己存在数十年且老、小、窄、低的特点，难于适合地区日益增长的交通流量的需求。传统的对改造线路上的既有隧道进行扩建或拆除是先用机械拆除既有隧道，而后原位进行扩挖和爆破施工作业，即利用机械破碎锤先对既有隧道结构进行逐段拆除，一般破碎1～2m后，再利用人工扭力切割衬砌钢筋，即拆除第一循环衬砌结构，同样原理重复施工，逐段拆除剩余衬砌结构后，再利用隧道爆破施工技术，钻孔布线爆破扩挖围岩，以为建隧道提供足够空间。
这种传统的方法存在以下不足：
(1)在用机械拆除既有隧道衬砌结构后，作业岩层失去既有隧道衬砌结构的支撑或分力，导致作业面的岩层塌落，不但增加施工难度和工作量，而且施工人员安全难于保证。
(2)用机械拆除既有隧道衬砌结构，作业面狭窄，拆除速度过慢，费工费力，工效较低，施工周期长，工艺繁琐。
(3)用机械拆除既有隧道衬砌结构，对既有隧道衬砌结构不能有效利用，造成用料量大，施工成本高。
(4)利用隧道爆破施工技术，爆破距离不能满足要求，导致作业面岩层塌落，严重制约后续的围岩扩挖施工。
发明内容
本发明的目的在于一种提供对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法，以解决上述问题，能降低施工成本、简化繁琐工艺、加快施工速度。
为实现上述目的，一种提供对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法，包括如下步骤：
（1）制备渣土车：根据既有隧道的宽度制备渣土车，用于承接且将既有隧道拆除时形成的渣土运至渣土场，渣土车的车箱为平板车箱体，平板车箱体的上端面设有铁板层，车箱体的下端两侧轴设有车轴，车轴两侧设有车轮，车箱体的两侧边轴接有侧挡板，侧挡板的内侧上部两端设有拉紧钩，车箱体的另外两侧边中部设有牵引钩；
（2）超前地质探测和判定计划：
(a)施工前对改扩建的既有隧道原衬砌段及扩挖段进行纵横向超前地质探孔，采用地质钻探方式或雷达扫描进行超前地质预报作业；
(b)判定原衬砌段厚度，根据超前地质探孔对原衬砌段的预报，判断需拆除的既有隧道厚度、既有隧道后围岩及分离部分距离相关情况；
(c)是否需要超前支护，通过判断原衬砌段衬砌后的围岩及分离距离，结合规范标准，以及围岩岩石的特性，判定围岩级别，根据围岩自稳能力及爆破对围岩产生的震动情况，判断下步施工是否需要进行超前支护；
若：改扩建隧道原衬砌段的外扩挖段经地质探测为松散易塌落地质层或有原衬砌后帷幕空洞存在、则进行步骤（3）需进行超前预支护; 否则进行步骤（4）；
（3）超前预支护：超前预支护采用钻孔注浆方式对原衬砌后帷幕空洞进行注浆填充及松散岩层加固；
（4）原衬砌段的拆除设计：原衬砌段的拆除设计分为原衬砌段的部分拆除和全部拆除；部分拆除为设计开挖轮廓线一侧位于既有隧道内，全部拆除为设计开挖轮廓线位于既有隧道外；
(a)部分拆除，设计开挖轮廓线一侧位于既有隧道内时，位于既有隧道内的设计开挖轮廓线与既有隧道内壁之间的空间形成回填空域，对回填空域进行回填；回填空域的既有隧道保持，设计开挖轮廓线内的既有隧道余部进行拆除；保留既有隧道部根据其质量可作为新建对应隧道壁组成部分或新建对应隧道壁外侧支护部等。
(b) 全部拆除，对既有隧道进行拆除；
（5）对应拆除的既有隧道的拆除：拆除采用爆破和机械剪切钢筋拆除相结合方式；
对既有隧道的钻爆拆除：
(a)根据地质预报及原衬砌结构的情况，进行钢筋混凝土爆破参数设计，保证爆破的“脱笼”效果；
(b)根据设计的钻爆参数，进行现场实际工程作业，操作沿原衬砌结构纵向钻炮孔，并根据现场实际情况进行动态参数调整；
炮孔直径d为38～44mm；炮孔深L，L=1.8m；
（c）布孔：为了确保既有隧道和隧道扩挖爆破顺利进行，取最小抵抗线为W=0.25～0.3m，孔间距a=0.5～0.8m；取层间距b=0.6m；
（d）每立方米耗费炸药量q：选取q=2.0kg/m3，也可施工过程中可根据现场实际和第一次试爆情况进行调整；
（e）单孔装药量Q。
Q=q·a·b·L=2.0×0.6×0.6×1.8=1.29kg，取Q=1.2Kg，分6卷药；
孔口堵塞长度为0.4m，炸药采用2#岩石乳化炸药，选用φ32规格，药卷密度0.95～1.25g/cm3,长度200mm，每节200g；
装药结构为炮孔内采用分段装药，每孔内相邻的药卷端相距4cm，孔口堵塞长度0.4m；
对既有隧道进行爆破拆除，爆破长度1.8～2.2m，可进行2个循环爆破作业后；
（6）通风、排危：隧道施工掘进长度超过150m时，设置机械通风，既有隧道拆除爆破后，机械通风大于30min，后进入机械进行危石排除，确保后续施工作业安全；
（7）临时支护、断面测量：根据超前预报围岩级别与拆除后对比，判断是否进行临时支护，支护形式主要采用I16工字钢做临时支撑，进行喷锚支护，确保结构的受力安全；
断面测量是在原衬砌结构拆除后，进行断面复核，验证超前探孔判断原衬砌厚度是否正确，为后续作业做出指导；
（8）机械液压切割钢筋：在爆破脱笼时，很难将原衬砌结构内部的钢筋破坏，需要进行机械液压钳切割，无需人工辅助作业，切割机械为挖掘机带H.S-250型液压钳；采用大型机械液压钳或鹰嘴钳对脱笼的钢筋进行切割，完成原衬砌结构的快速拆除，重复循环施工，逐段拆除剩余既有隧道衬砌结构；
（9）既有隧道衬砌爆破及机械切割拆除后，通过对衬砌结构拆后的效果进行判断，验证原衬砌结构的拆除作业方法是否可行的重要依据；
（10）扩挖钻爆设计：根据原衬砌结构的拆除后的围岩级别判定，设计围岩扩挖爆破参数，利用衬砌结构拆除后的临空面，优化爆破参数设计，达到最佳的光面爆破效果；
（11）扩挖围岩的钻爆作业：利用衬砌结构拆除后的作业面作为扩挖围岩爆破扩挖的临空面，设计爆破参数时，只需设计周边眼与辅助炮眼，可不涉及掏槽眼，根据设计的钻爆参数，进行现场实际工程作业，操作沿隧道纵向钻孔，并根据现场实际情况进行动态参数调整，具体施工参数如下：
孔径，取d=40mm；孔深，取L=1.8m；布孔，取a=0.4m，b=0.6m；单耗q，辅助孔炸药单耗q=2.0kg/m3，光爆孔炸药单耗q光=0.25～0.30kg/m3；也可施工过程中可根据现场实际和第一次试爆情况进行调整；
单孔装药量Q：
(a)辅助炮眼单孔装药：Q=q·a·b·L=2×0.4×0.6×1.8=0.86kg，取Q=800g；
(b)光爆孔单孔药量，Q光=q光×L=250×1.8=450g，取400g；施工中便于操作和指导施工，采用线装药密度控制，取线装药密度q光=250g/m，炮孔内采用满填装药;
（c）炮孔口堵塞长度为0.4m；
(12)扩挖围岩后的通风、排危、断面测量：
隧道施工根据规范要求掘进长度超过150m设置机械通风，扩挖爆破后，机械通风大于30min，后进入机械进行危石排除，确保后续施工作业安全；
断面测量是在围岩扩挖后，进行断面复核，是否存在超欠挖情况，是否满足设计图纸要求的轮廓尺寸，为后续作业做出基础性指导；
(13)扩挖围岩后的初期支护：
扩挖围岩后初期支护以立架锚喷支护为主，支护参数I16工字钢为钢拱架，直径22砂浆锚杆及锁脚锚杆，直径8间距20cm单层钢筋网片，C25湿喷工艺喷射混凝土；
(14) 扩挖围岩后的监控量测：
全过程围岩周边收敛、沉降观测结果应保证周边收敛数值在2.5mm以内，整体沉降约在2～3mm，最大值低于5mm；
(15) 扩挖围岩后的防排水及衬砌施工
防排水分为防水及排水施工，防水以土工布及防水板为主，横向半圆管及纵向排水管为辅；排水以中心水沟、检查井为主，路面排水沟为辅的综合防排水体系；
新扩建衬砌施工采用模筑混凝土，施工模板为机械台车及人工支模，混凝土浇筑过程注意对称浇筑，浇筑速度不宜过快，现场做好混凝土的各项试验，保证混凝土浇筑效果，满足隧道施工规范要求。
作为本发明进一步的方案：所述的超前预支护采用钻孔注浆方式对原衬砌后帷幕空洞进行注浆填充及松散岩层加固，包括如下步骤：
(a) 钻注浆孔穿过原衬砌至设计开挖轮廓线外的松散岩层内1～1.2m，若原衬砌后存在帷幕空洞则注浆孔与帷幕空洞相通, 相邻的注浆孔相距1～1.2m；
(b)采用轻质材料珍珠岩混凝土浆通过钻的注浆孔对原衬砌外松散岩层注浆加固，对空洞面积进行注浆填充，填充厚度不小于1.5m；
轻质材料珍珠岩混凝土浆重量份配合比：为水：水泥：珍珠岩：砂=65:100:600:300；
（c）采用压浆设备对注浆孔内进行注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，终压小于1.5MPa；当进浆量小于20～25L/min，注浆压力逐渐升高，达到终压并持压10min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口，防止空气进入管内；
（d）注浆填充先从两侧拱脚开始，拱脚分2～3次填充至拱顶；
作为本发明进一步的方案：所述的若对空洞面积注浆填充，空洞注浆分3次进行，第一次填充轻质材料珍珠岩混凝土浆，第二、三次填充珍珠岩砂浆，每次注浆厚度50cm，通过不同高度的溢流观察管确认填充高度；每次注浆完成后静置4小时以上，开始下一次注浆。
作为本发明进一步的方案：所述的填充珍珠岩砂浆为每立方米砂浆中含水泥168Kg、珍珠岩1.16m3、水0.4m3。
作为本发明进一步的方案：拆除及原位扩挖的产生渣土的施工是在渣土车位于产生渣土施工的下方状态下进行，渣土车两端的侧挡板上端支撑在对应的待拆隧道壁上。
作为本发明进一步的方案：所述的新建隧道壁一侧位于既有隧道内时，位于既有隧道内的设计开挖轮廓线与既有隧道内壁之间的空间形成回填空域，对回填空域进行回填，回填物为砂石、砖块和涛筑的混凝土。
作为本发明进一步的方案：所述的车轮为位于轨道上的轨轮，或为地面上的车轮。
作为本发明进一步的方案：所述的每孔内相邻的药卷端之间的限位块为泡沫塑料块，或为空气袋。
本发明的有益效果是：
1、与现有技术相比，本发明不用机械拆除既有隧道。本发明通过对原分离式衬砌及开挖轮廓线外的松散岩层进行先期注浆处治，并采用钻孔爆破达到既有隧道衬砌“脱笼”的效果，同时配合机械液压钳切割破碎衬砌结构内的钢筋，利用现有临空面设计爆破参数，对开挖轮廓线内围岩进行光面爆破，达到爆破效果最优化，并同时利用既有隧道可利用部分，以降低施工成本。本发明适应各种围岩地质隧道改扩建，同时，能够解决施工地质条件差、施工安全风险性高等建设施工面临的各方面难题。本发明能降低运输成本、简化繁琐工艺、加快施工速度。
2、与现有技术相比，本发明能降低运输成本、简化繁琐工艺、加快施工速度，作业面宽，拆除速度快，省工省力，工效高，施工周期短。
3、经测算本发明与现有技术相比，拆除速度快1倍，施工人员减半，施工成本降低50%，缩短施工工期50%，施工工效提高40～41%。且本发明施工不会导致作业岩层塌落，施工安全，总体经济效益和社会效益显著。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的既有隧道改扩建断面的结构示意图；
图2为本发明的可利用既有隧道与改扩建位置的结构示意图；
图3为本发明的可利用既有隧道与改扩建扩挖位置的结构示意图；
图4为本发明的拆除既有隧道炮孔布置结构示意图；
图5为本发明的扩挖岩层部分炮孔布孔分布示意图；
图6为本发明的渣土车结构示意图；
图7为本发明的炮孔装药结构示意图；
图8为本发明的原隧道衬砌结构拆除及扩建步骤图。
具体实施方式
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，为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、装置、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：如图1所示，本发明的既有隧道改扩建断面的结构是：原衬砌轮廓线1与原围岩轮廓线2之间地段为原衬砌段7，也可称为既有隧道或待拆除部分；原围岩轮廓线2与设计开挖轮廓线4之间地段为改扩建原衬砌段外的扩挖段6，其内常存在原衬砌后帷幕空洞5；而实际开挖轮廓线3往往大于设计开挖轮廓线4。
请参阅图1～8，一种对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法，包括如下步骤：
（1）制备渣土车：根据既有隧道的宽度制备渣土车，用于承接且将既有隧道拆除时形成的渣土运至渣土场，渣土车的车箱为平板车箱体16，平板车箱体的上端面设有铁板层14，铁板层用5～7mm厚的钢板，以便于承接塌落的岩石渣土。车箱体的下端两侧轴设有车轴17，车轴两侧设有车轮13，如可用旧铁路车箱或牵引转向车箱改造，以降低成本；既有隧道有轨道时车轮为位于轨道上的轨轮，否则为地面上的车轮。
车箱体的两侧边通过轴12轴接有侧挡板11，侧挡板的内端面也设有铁板层，以便扩大承接塌落的岩石渣土面积，侧挡板的最佳宽度为侧挡板上端能支撑在对应的待拆隧道壁上。侧挡板的内侧上部两端设有拉紧钩18，在对应两边的拉紧钩18之间设带松紧器的拉链，操作松紧器收缩或延长拉链长度，可以控制侧挡板的向外展开角度和关闭。车箱体的另外两侧边中部设有牵引钩15，便于牵引车牵引。
（2）超前地质探测和判定计划：
(a)施工前对改扩建的既有隧道，及扩挖段进行纵横向超前地质探孔，采用地质钻探方式或雷达扫描进行超前地质预报作业；
(b)判定原衬砌段厚度，根据超前地质探孔对原衬砌段的预报，判断需拆除的既有隧道厚度、既有隧道后围岩及分离部分距离相关情况；
(c)是否需要超前支护，通过判断原衬砌段衬砌后的围岩及分离距离，结合规范标准，以及围岩岩石的特性，判定围岩级别，根据围岩自稳能力及爆破对围岩产生的震动情况，判断下步施工是否需要进行超前支护；
若：改扩建隧道原衬砌段7的外扩挖段6经地质探测为松散易塌落地质层或有原衬砌后帷幕空洞5存在、则需进行超前预支护。
超前预支护采用钻孔注浆方式对原衬砌后帷幕空洞进行注浆填充及松散岩层加固；包括如下步骤：
(a)钻注浆孔穿过原衬砌7至设计开挖轮廓线4外的松散岩层内1～1.2m，若原衬砌后存在帷幕空洞则注浆孔与帷幕空洞相通, 相邻的注浆孔相距1～1.2m；
(b)采用轻质材料珍珠岩混凝土浆通过钻的注浆孔对原衬砌外松散岩层注浆加固，对空洞面积进行注浆填充，填充厚度不小于1.5m；
轻质材料珍珠岩混凝土浆重量份配合比：为水：水泥：珍珠岩：砂=65:100:600:300；
（c）采用压浆设备对注浆孔内进行注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，终压小于1.5MPa；当进浆量小于20～25L/min，注浆压力逐渐升高，达到终压并持压10min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口，防止空气进入管内；
（d）注浆填充先从两侧拱脚开始，拱脚分2～3次填充至拱顶；
若对空洞面积注浆填充，空洞注浆分3次进行，第一次填充轻质材料珍珠岩混凝土浆，第二、三次填充珍珠岩砂浆，填充珍珠岩砂浆为每立方米砂浆中含水泥168Kg、珍珠岩1.16m3、水0.4m3；每次注浆厚度50cm，通过不同高度的溢流观察管确认填充高度；每次注浆完成后静置4小时以上，开始下一次注浆。
若：原衬砌段外扩挖段经地质探测为坚硬不易塌落地质层，和其它地质情况且经过超前预支护后，则进行原衬砌段的拆除设计。
如图2和如图3所示，（4）原衬砌段的拆除设计：原衬砌段7的拆除设计分为原衬砌段的部分拆除和全部拆除。部分拆除为设计开挖轮廓线 4一侧位于既有隧道或称原衬砌段7内。
如图1所示，全部拆除为设计开挖轮廓线位于既有隧道外；
(a)部分拆除，设计开挖轮廓线4一侧位于既有隧道内时，位于既有隧道内的设计开挖轮廓线与既有隧道内壁之间的空间形成回填空域8，对回填空域8进行回填；回填物为砂石、砖块和涛筑的混凝土。回填空域的既有隧道保持，设计开挖轮廓线4内的既有隧道余部进行拆除；实际作业时，实除拆除分离区域9往往大于设计开挖轮廓线，以留足施工空间。
(b) 全部拆除，对既有隧道进行拆除；
（5）对应拆除的既有隧道的拆除：拆除采用爆破和机械剪切钢筋拆除相结合方式；
对既有隧道的钻爆拆除：
(a)根据地质预报及原衬砌结构的情况，进行钢筋混凝土爆破参数设计，保证爆破的“脱笼”效果；“脱笼” 为原衬砌结构与地质层的分离。
(b)根据设计的钻爆参数，进行现场实际工程作业，操作沿原衬砌结构纵向钻炮孔，并根据现场实际情况进行动态参数调整；
炮孔10直径d为38～44mm；炮孔深L，L=1.8m；
（c）布孔：为了确保既有隧道和隧道扩挖爆破顺利进行，取最小抵抗线为W=0.25～0.3m，孔间距a=0.5～0.8m；取层间距b=0.6m；
（d）每立方米耗费炸药量q：选取q=2.0kg/m3，也可施工过程中可根据现场实际和第一次试爆情况进行调整；
（e）单孔装药量Q。
Q=q·a·b·L=2.0×0.6×0.6×1.8=1.29kg，取Q=1.2Kg，分6卷药；
孔口堵塞长度为0.4m，炸药采用2#岩石乳化炸药，选用φ32规格，药卷20密度0.95～1.25g/cm3,长度200mm，每节200g；
如图7所示，装药结构为炮孔10内采用分段装药，每孔内相邻的药卷20端相距4cm，孔口堵塞21长度0.4m；每孔内相邻的药卷端之间的限位块19为泡沫塑料块或为空气袋，每个限位块控制形成每孔内相邻的药卷20端相距4cm。
对既有隧道进行爆破拆除，爆破长度1.8～2.2m，可进行2个循环爆破作业后；
（6）通风、排危：隧道施工掘进长度超过150m时，设置机械通风，既有隧道拆除爆破后，机械通风大于30min，后进入机械进行危石排除，确保后续施工作业安全。
（7）临时支护、断面测量：根据超前预报围岩级别与拆除后对比，判断是否进行临时支护，若存在围岩塌落危险则进行临时支护，支护形式主要采用I16工字钢做临时支撑，进行喷锚支护，确保结构的受力安全，为传统支护方法，故不再累述。
断面测量是在原衬砌结构拆除后，进行断面复核，验证超前探孔判断原衬砌厚度是否正确，为后续作业做出指导调整。
（8）机械液压切割钢筋：在爆破脱笼时，很难将原衬砌结构内部的钢筋破坏，需要进行机械液压钳切割，无需人工辅助作业，切割机械为挖掘机带H.S-250型液压钳；采用大型机械液压钳或鹰嘴钳对脱笼的钢筋进行切割，完成原衬砌结构的快速拆除，重复循环施工，逐段拆除剩余既有隧道衬砌结构。
（9）既有隧道衬砌爆破及机械切割拆除后，通过对衬砌结构拆后的效果进行判断，验证原衬砌结构的拆除作业方法是否可行的重要依据。可根据获得的依据对钻爆参数进行调整，如调整孔距、装药量等。
（10）扩挖钻爆设计：根据原衬砌结构的拆除后的围岩级别判定，设计围岩扩挖爆破参数，利用衬砌结构拆除后的临空面，优化爆破参数设计，达到最佳的光面爆破效果；
（11）扩挖围岩的钻爆作业：利用衬砌结构拆除后的作业面作为扩挖围岩爆破扩挖的临空面，设计爆破参数时，只需设计周边眼与辅助炮眼，可不涉及掏槽眼，根据设计的钻爆参数，进行现场实际工程作业，操作沿隧道纵向钻孔，并根据现场实际情况进行动态参数调整，具体施工参数如下：
孔径，取d=40mm；孔深，取L=1.8m；布孔，取a=0.4m，b=0.6m；单耗q，辅助孔炸药单耗q=2.0kg/m3，光爆孔炸药单耗q光=0.25～0.30kg/m3；也可施工过程中可根据现场实际和第一次试爆情况进行调整；
单孔装药量Q：
(a)辅助炮眼单孔装药：Q=q·a·b·L=2×0.4×0.6×1.8=0.86kg，取Q=800g；
(b)光爆孔单孔药量，Q光=q光×L=250×1.8=450g，取400g；施工中便于操作和指导施工，采用线装药密度控制，取线装药密度q光=250g/m，炮孔10内采用满填装药。
光爆孔为位于爆破面最外圈的光爆孔(炮孔) ，爆破面最内圈为掏槽炮眼，介于两者之间的为辅助炮眼。
（c）炮孔口堵塞长度为0.4m；
(12)扩挖围岩后的通风、排危、断面测量：
隧道施工根据规范要求掘进长度超过150m设置机械通风，扩挖爆破后，机械通风大于30min，后进入机械进行危石排除，确保后续施工作业安全；
断面测量是在围岩扩挖后，进行断面复核，是否存在超欠挖情况，是否满足设计图纸要求的轮廓尺寸，为后续作业做出基础性指导。
(13)扩挖围岩后的初期支护：
扩挖围岩后初期支护以立架锚喷支护为主，支护参数I16工字钢为钢拱架，直径22砂浆锚杆及锁脚锚杆，直径8间距20cm单层钢筋网片，C25湿喷工艺喷射混凝土。
(14) 扩挖围岩后的监控量测：
全过程围岩周边收敛、沉降观测结果应保证周边收敛数值在2.5mm以内，整体沉降约在2～3mm，最大值低于5mm。
(15) 扩挖围岩后的防排水及衬砌施工：
防排水分为防水及排水施工，防水以土工布及防水板为主，横向半圆管及纵向排水管为辅；排水以中心水沟、检查井为主，路面排水沟为辅的综合防排水体系，为传统施工方法。
新扩建衬砌施工采用模筑混凝土，施工模板为机械台车及人工支模，混凝土浇筑过程注意对称浇筑，浇筑速度不宜过快，现场做好混凝土的各项试验，保证混凝土浇筑效果，满足隧道施工规范要求，为传统方法，故不再累述。
应当指出：拆除及原位扩挖的产生渣土的施工是在渣土车位于产生渣土施工的下方状态下进行，渣土车两端的侧挡板上端支撑在对应的待拆隧道壁上。从而保证拆除及原位扩挖产生的渣土能直接落在渣土车上，渣土车车箱承满后，收紧侧挡板上端对应两边拉紧钩18之间带松紧器的拉链，可以控制侧挡板的向内倾斜角度和关闭，再由牵引车将渣土车拖出洞外卸渣。
表1为本发明与现有技术相比的优劣表：表1：
表1显示本发明与现有技术相比拆除速度快1倍，施工人员减半，施工成本降低50%，缩短施工工期50%，施工工效提高40～41%。且本发明施工不会导致作业岩层塌落，施工安全，总体经济效益和社会效益显著。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种对既有隧道结构进行拆除及原位扩挖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备渣土车：根据既有隧道的宽度制备渣土车，用于承接且将既有隧道拆除时形成的渣土运至渣土场，渣土车的车箱为平板车箱体，平板车箱体的上端面设有铁板层，车箱体的下端两侧轴设有车轴，车轴两侧设有车轮，车箱体的两侧边轴接有侧挡板，侧挡板的内侧上部两端设有拉紧钩，车箱体的另外两侧边中部设有牵引钩；
（2）超前地质探测和判定计划：
(a)施工前对改扩建的既有隧道原衬砌段及扩挖段进行纵横向超前地质探孔，采用地质钻探方式或雷达扫描进行超前地质预报作业；
(b)判定原衬砌段厚度，根据超前地质探孔对原衬砌段的预报，判断需拆除的既有隧道厚度、既有隧道后围岩及分离部分距离相关情况；
(c)是否需要超前支护，通过判断原衬砌段衬砌后的围岩及分离距离，结合规范标准，以及围岩岩石的特性，判定围岩级别，根据围岩自稳能力及爆破对围岩产生的震动情况，判断下步施工是否需要进行超前支护；
若：改扩建隧道原衬砌段的外扩挖段经地质探测为松散易塌落地质层或有原衬砌后帷幕空洞存在、则进行步骤（3）需进行超前预支护; 否则进行步骤（4）；
（3）超前预支护：超前预支护采用钻孔注浆方式对原衬砌后帷幕空洞进行注浆填充及松散岩层加固；
（4）原衬砌段的拆除设计：原衬砌段的拆除设计分为原衬砌段的部分拆除和全部拆除；部分拆除为设计开挖轮廓线一侧位于既有隧道内，全部拆除为设计开挖轮廓线位于既有隧道外；
(a)部分拆除，设计开挖轮廓线一侧位于既有隧道内时，位于既有隧道内的设计开挖轮廓线与既有隧道内壁之间的空间形成回填空域，对回填空域进行回填；回填空域的既有隧道保持，设计开挖轮廓线内的既有隧道余部进行拆除；
(b) 全部拆除，对既有隧道进行拆除；
（5）对应拆除的既有隧道的拆除：拆除采用爆破和机械剪切钢筋拆除相结合方式；
对既有隧道的钻爆拆除：
(a)根据地质预报及原衬砌结构的情况，进行钢筋混凝土爆破参数设计，保证爆破的“脱笼”效果；
(b)根据设计的钻爆参数，进行现场实际工程作业，操作沿原衬砌结构纵向钻炮孔，并根据现场实际情况进行动态参数调整；
炮孔直径d为38～44mm；炮孔深L，L=1.8m；
（c）布孔：为了确保既有隧道和隧道扩挖爆破顺利进行，取最小抵抗线为W=0.25～0.3m，孔间距a=0.5～0.8m；取层间距b=0.6m；
（d）每立方米耗费炸药量q：选取q=2.0kg/m3，也可施工过程中可根据现场实际和第一次试爆情况进行调整；
（e）单孔装药量Q；
Q=q·a·b·L=2.0×0.6×0.6×1.8=1.29kg，取Q=1.2Kg，分6卷药；
孔口堵塞长度为0.4m，炸药采用2#岩石乳化炸药，选用φ32规格，药卷密度0.95～1.25g/cm3,长度200mm，每节200g；
装药结构为炮孔内采用分段装药，每孔内相邻的药卷端相距4cm，孔口堵塞长度0.4m；
对既有隧道进行爆破拆除，爆破长度1.8～2.2m，可进行2个循环爆破作业后；
（6）通风、排危：隧道施工掘进长度超过150m时，设置机械通风，既有隧道拆除爆破后，机械通风大于30min，后进入机械进行危石排除，确保后续施工作业安全；
（7）临时支护、断面测量：根据超前预报围岩级别与拆除后对比，判断是否进行临时支护，支护形式主要采用I16工字钢做临时支撑，进行喷锚支护，确保结构的受力安全；
断面测量是在原衬砌结构拆除后，进行断面复核，验证超前探孔判断原衬砌厚度是否正确，为后续作业做出指导；
（8）机械液压切割钢筋：在爆破脱笼时，很难将原衬砌结构内部的钢筋破坏，需要进行机械液压钳切割，无需人工辅助作业，切割机械为挖掘机带H.S-250型液压钳；采用大型机械液压钳或鹰嘴钳对脱笼的钢筋进行切割，完成原衬砌结构的快速拆除，重复循环施工，逐段拆除剩余既有隧道衬砌结构；
（9）既有隧道衬砌爆破及机械切割拆除后，通过对衬砌结构拆后的效果进行判断，验证原衬砌结构的拆除作业方法是否可行的重要依据；
（10）扩挖钻爆设计：根据原衬砌结构的拆除后的围岩级别判定，设计围岩扩挖爆破参数，利用衬砌结构拆除后的临空面，优化爆破参数设计，达到最佳的光面爆破效果；
（11）扩挖围岩的钻爆作业：利用衬砌结构拆除后的作业面作为扩挖围岩爆破扩挖的临空面，设计爆破参数时，只需设计周边眼与辅助炮眼，可不涉及掏槽眼，根据设计的钻爆参数，进行现场实际工程作业，操作沿隧道纵向钻孔，并根据现场实际情况进行动态参数调整，具体施工参数如下：
孔径，取d=40mm；孔深，取L=1.8m；布孔，取a=0.4m，b=0.6m；单耗q，辅助孔炸药单耗q=2.0kg/m3，光爆孔炸药单耗q光=0.25～0.30kg/m3；也可施工过程中可根据现场实际和第一次试爆情况进行调整；
单孔装药量Q：
(a)辅助炮眼单孔装药：Q=q·a·b·L=2×0.4×0.6×1.8=0.86kg，取Q=800g；
(b)光爆孔单孔药量，Q光=q光×L=250×1.8=450g，取400g；施工中便于操作和指导施工，采用线装药密度控制，取线装药密度q光=250g/m，炮孔内采用满填装药；
（c）炮孔口堵塞长度为0.4m；
(12)扩挖围岩后的通风、排危、断面测量：
隧道施工根据规范要求掘进长度超过150m设置机械通风，扩挖爆破后，机械通风大于30min，后进入机械进行危石排除，确保后续施工作业安全；
断面测量是在围岩扩挖后，进行断面复核，是否存在超欠挖情况，是否满足设计图纸要求的轮廓尺寸，为后续作业做出基础性指导；
(13)扩挖围岩后的初期支护：
扩挖围岩后初期支护以立架锚喷支护为主，支护参数I16工字钢为钢拱架，直径22砂浆锚杆及锁脚锚杆，直径8间距20cm单层钢筋网片，C25湿喷工艺喷射混凝土；
(14) 扩挖围岩后的监控量测：
全过程围岩周边收敛、沉降观测结果应保证周边收敛数值在2.5mm以内，整体沉降约在2～3mm，最大值低于5mm；
(15) 扩挖围岩后的防排水及衬砌施工
防排水分为防水及排水施工，防水以土工布及防水板为主，横向半圆管及纵向排水管为辅；排水以中心水沟、检查井为主，路面排水沟为辅的综合防排水体系；
新扩建衬砌施工采用模筑混凝土，施工模板为机械台车及人工支模，混凝土浇筑过程注意对称浇筑，浇筑速度不宜过快，现场做好混凝土的各项试验，保证混凝土浇筑效果，满足隧道施工规范要求。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的超前预支护采用钻孔注浆方式对原衬砌后帷幕空洞进行注浆填充及松散岩层加固，包括如下步骤：
(a) 钻注浆孔穿过原衬砌至设计开挖轮廓线外的松散岩层内1～1.2m，若原衬砌后存在帷幕空洞则注浆孔与帷幕空洞相通, 相邻的注浆孔相距1～1.2m；
(b)采用轻质材料珍珠岩混凝土浆通过钻的注浆孔对原衬砌外松散岩层注浆加固，对空洞面积进行注浆填充，填充厚度不小于1.5m；
轻质材料珍珠岩混凝土浆重量份配合比：为水：水泥：珍珠岩：砂=65:100:600:300；
（c）采用压浆设备对注浆孔内进行注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，终压小于1.5MPa；当进浆量小于20～25L/min，注浆压力逐渐升高，达到终压并持压10min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口，防止空气进入管内；
（d）注浆填充先从两侧拱脚开始，拱脚分2～3次填充至拱顶。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的若对空洞面积注浆填充，空洞注浆分3次进行，第一次填充轻质材料珍珠岩混凝土浆，第二、三次填充珍珠岩砂浆，每次注浆厚度50cm，通过不同高度的溢流观察管确认填充高度；每次注浆完成后静置4小时以上，开始下一次注浆。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的填充珍珠岩砂浆为每立方米砂浆中含水泥168Kg、珍珠岩1.16m3、水0.4m3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：拆除及原位扩挖的产生渣土的施工是在渣土车位于产生渣土施工的下方状态下进行，渣土车两端的侧挡板上端支撑在对应的待拆隧道壁上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的新建隧道壁一侧位于既有隧道内时，位于既有隧道内的设计开挖轮廓线与既有隧道内壁之间的空间形成回填空域，对回填空域进行回填，回填物为砂石、砖块和涛筑的混凝土。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的车轮为位于轨道上的轨轮，或为地面上的车轮。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的每孔内相邻的药卷端之间的限位块为泡沫塑料块，或为空气袋。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116878577A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-10-13 | 山东大学 | 一种隧道钻爆法原位改扩建工程的监测方法及系统 |
| CN118207884A (zh) * | 2024-05-22 | 2024-06-18 | 北京建工四建工程建设有限公司 | 既有建筑拆除与新建建筑基坑支护交叉综合施工方法 |
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| CN116878577B (zh) * | 2023-07-19 | 2024-02-27 | 山东大学 | 一种隧道钻爆法原位改扩建工程的监测方法及系统 |
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