CN115142857A - 一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其利用既有隧道作为先行施工导洞，将隧道扩建施工区段划分为既有隧道平行工作区间和扩建隧道循环工作区间，既有隧道平行工作区间按分段平行施工工艺进行隧道周边围岩的横向精细化地质预报、超前排水、超前注浆加固以及隧道扩挖侧炮眼的钻进施工；扩建隧道循环工作区间则按分段流水施工工艺进行围岩横向微差爆破开挖、装渣外运、既有隧道结构机械化拆除和扩建隧道支护结构施作等工序的施工；通过既有隧道平行工作区间超前完成相对费时的围岩地质预报、围岩加固及炮眼钻进施工，巧妙的减少了扩建隧道循环工作区间内循环施工工序的工序数量，在显著提升隧道施工安全的同时，大幅提高隧道的扩建施工速度，适用于各类隧道的改扩建施工。

Description

一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法

技术领域

本发明涉及一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，属于隧道建设技术领域。

背景技术

随着国家经济的快速发展，汽车保有量也显著增加，进而导致某些早期修建高速公路的通行能力严重不足。为了满足日益增长的交通运输需求，新建高速公路或既有高速公路改扩建施工是行之有效的解决方案，其中高速公路改扩建施工可以有效提升既有线路的通行能力及使用性能，已逐渐成为被广泛认可的高速公路路网扩容方案。受既有线路结构的影响，高速公路改扩建施工往往比新建高速公路更为复杂，相关施工更具挑战性，需要工程技术人员的高度重视。作为高速公路改扩建施工的重要组成部分，隧道的扩建施工因涉及既有衬砌结构的拆除、围岩扩挖以及结构重建，对隧道周边围岩的扰动性破坏较大，施工过程中若处治不当则很有可能引发隧道规模性坍塌事故。

同时，为了尽快恢复道路通行能力，改扩建项目一般对施工工期的要求极为严格，导致隧道扩建施工面临着工期紧、施工风险高、施工工序复杂等系列性问题，其建设难度远超常规的隧道新建施工。目前，针对隧道扩建施工的研究相对较少，整体尚处于实践探索的初期阶段。结合隧道扩建施工的相关建设条件，研究一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法具有重大的实际意义。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，可以克服现有技术的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其包括以下步骤：

s1、利用既有隧道作为先行施工导洞，将隧道扩建施工区域划分为多个施工区段，并在每个施工区段内划分既有隧道平行工作区间和扩建隧道循环工作区间；

s2、在既有隧道平行工作区间进行隧道扩挖前的施工辅助工作和前期准备工作；

s3、在扩建隧道循环工作区间同步开展扩建施工,包括：前段进行扩建隧道上、中台阶的围岩开挖、既有隧道上部结构拆除工作，施工扩建隧道上、中台阶初期支护结构；

s4、在扩建隧道循环工作区间中段进行扩建隧道下台阶的既有结构拆除及围岩开挖工作，施工扩建隧道下部初期支护结构；

s5、在扩建隧道循环工作区间后段进行扩建隧道仰拱、仰拱回填、二次衬砌及其它结构的施工。

前述的隧道多区间平行扩建方法，其在既有隧道平行工作区间前、中、后段按分段平行施工工艺进行横向地质预报、围岩超前处治和炮眼钻进施工；在扩建隧道循环工作区间按分段流水施工工艺进行围岩开挖、装渣外运、既有隧道结构机械化拆除和扩建隧道支护结构施工。

前述的隧道多区间平行扩建方法，步骤s1中，所述的施工区段根据隧道内既有的车、人行横通道布设情况设置多个，且包括常规施工区段和间歇性施工区段；多个施工区段可平行组织施工。

前述的隧道多区间平行扩建方法，对于未布置车人行横通道的短隧道只布置一个常规施工区段；设置了人行横通道的中隧道在隧道进、出口端各布置一个常规施工区段；设置了车行横通道和紧急停车带的长或特长隧道除在隧道进、出口端各布置一个常规施工区段外，并可基于车行横通道和紧急停车带增设间歇性施工区段，所述间歇性施工区段的数量与紧急停车带数量相匹配。

前述的隧道多区间平行扩建方法，步骤s2中，以隧道扩挖施工方向为前进方向，既有隧道平行工作区间布置在扩建隧道循环工作区间前面，且既有隧道平行工作区间分为前、中、后三个作业区段，其工作分工为；

（1）在既有隧道平行工作区间前段进行隧道围岩的多断面横向精细化地质预报；

（2）根据地质预报探测结果，在既有隧道平行工作区间中段进行围岩超前处治施工，具体包括围岩横向排水固结和围岩注浆加固壳施工；

（3）根据地质预报探测结果，进行横向微差爆破相关爆破参数设计，进而在既有隧道平行工作区间后段进行相关炮眼的钻进施工。

前述的隧道多区间平行扩建方法，具体包括：

1）通过隧道纵向多断面的横向短距离地质探测结果，形成相对精准的隧道周边围岩的地质探测模型；

2）当地质探测到围岩富水时，可在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部施工排水孔提前引排地下水，以改善隧道开挖段落的施工环境；同时，在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部打设注浆孔，对扩建隧道轮廓线外的围岩进行注浆加固，在围岩开挖前在扩建隧道开挖轮廓线外形成一个可靠的围岩注浆加固壳；

3）在既有隧道平行工作区间后段按纵向密排布置形式向扩挖侧围岩内部进行相关炮眼的钻进施工。

前述的隧道多区间平行扩建方法，具体包括：

1）所述的横向短距离地质预报探测范围为既有隧道轮廓线外10～15米；

2）通过不同长度的注浆管，并在注浆管末端设置不同长度的止浆段，实现对扩建隧道范围内不注浆，只对扩建隧道轮廓线外的围岩进行注浆加固的径向跳跃式注浆效果；

3）提前钻进炮眼，可在炮眼内塞入套管防止其在隧道爆破振动作用下塌孔，并且前期打设的横向排水孔和注浆孔若孔位合适，可直接作为炮孔使用，减少炮眼施工的工作量。

前述的隧道多区间平行扩建方法，步骤s3中，以隧道扩挖施工方向为前进方向，扩建隧道循环工作区间分为前、中、后三个作业区段，其中扩建隧道循环工作区间前段又细分为既有隧道侧循环工作区间和隧道扩挖侧循环工作区间，其工作分工为：

（1）采用交替施工方式依次进行隧道扩挖侧循环工作区间上、中台阶的装药爆破、装渣外运和初期支护施工；

（2）在既有隧道侧循环工作区段进行远离扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作、初期支护施工，并使扩挖侧和远离扩挖侧的初期支护对接在一起；

（3）在既有隧道侧循环工作区段进行靠近扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作。

前述的隧道多区间平行扩建方法，具体包括：

1）首先进行隧道扩挖侧循环工作区间上台阶的爆破施工，洞渣装运完成后，及时施工相关段落的初期支护，其后进行隧道扩挖侧循环工作区间中台阶的爆破开挖、洞渣装车外运及初期支护施工，其中，

装炮：在炮眼的中后段装药，而前段填塞炮泥封堵炮眼；

起爆顺序设置成微差起爆：先起爆第一环上部炮眼，再相继起爆第一环中部和下部炮眼；第一环爆破完成后，按上述规律相继起爆下一环炮眼；一次起爆炮眼环数应根据围岩情况确定，围岩相对稳定则可多爆破一至两环，但一次性最多爆破三环炮眼，以保证每次爆破都有足够的临空面；同时，横向爆破的能量主要向有临空面的方向释放，可将围岩顺着隧道扩挖方向后方抛投；

2）对远离扩挖侧既有隧道衬砌结构进行分块切除，其后修整隧道开挖断面，及时施工远离扩挖侧的初期支护结构，并使远离扩挖侧初期支护的工字钢与扩挖侧初期支护的工字钢结构进行螺栓连接；

3）采用纵向分段、逐段拆除的方法进行靠近扩挖侧既有隧道支护结构的机械化拆除工作。

前述的隧道多区间平行扩建方法，隧道扩挖侧循环工作区间上、中台阶施工的具体步骤包括：

1）按设计的爆破参数对隧道段落进行爆破区间纵向分段，进而在既有隧道侧循环工作区间按序进行相应炮眼的装药施工；

2）依次进行横向微差爆破施工、施工通风及盲炮排查；其中施工通风采用抽出式通风模式，将通风管布置在隧道扩挖侧循环工作区间后方20米范围内，将施工过程中产生的粉尘等直接通过风管抽出隧道；

3）在既有隧道侧循环工作区段进行既有衬砌结构的临时机械化支撑加固，预防受爆破施工扰动后的既有隧道衬砌结构发生失稳坍塌事故；

4）在隧道扩挖侧循环工作区间进行洞渣装车外运工作；

5）在隧道扩挖侧循环工作区间进行隧道扩挖侧初期支护施工，并使扩挖侧初期支护拱部端头与既有隧道结构连接牢固。

与现有技术比较，本发明公开的一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其利用既有隧道作为先行施工导洞，将隧道扩建施工区段划分为既有隧道平行工作区间和扩建隧道循环工作区间，既有隧道平行工作区间通过在既有隧道纵向布置相关的施工设备和工作台车，负责完成隧道周边围岩的横向精细化地质预报、超前排水、超前注浆加固以及隧道扩挖侧炮眼的钻进施工；扩建隧道循环工作区间则按分段流水施工工艺进行围岩横向微差爆破开挖、装渣外运、既有隧道结构机械化拆除和扩建隧道支护结构施作等工序的施工；通过既有隧道平行工作区间超前完成相对费时的围岩地质预报、围岩加固及炮眼钻进施工，巧妙的减少了扩建隧道循环工作区间内循环施工工序的工序数量，在显著提升隧道施工安全的同时，大幅提高隧道的扩建施工速度，适用于各类隧道的改扩建施工。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过在既有隧道平行工作区间前段进行多断面的横向短距离地质探测，进而根据探测结果形成隧道周边围岩的地质探测模型，相比于常规的纵向长距离地质预报而言，横向的短距离地质探测结果准确性更高，且对隧道轮廓外的探测范围更广，可为隧道开挖施工提供可靠的地质探测资料；

（2）本发明可通过在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部施工排水孔提前引排地下水，相比于常规的纵向超前排水孔而言，横向排水孔对地下水的引排效果更佳，可较好的实现围岩的排水固结效果，有效改善隧道开挖段落的施工环境，且横向排水孔可充当地质钻孔，对隧道周边围岩情况进行进一步验证；

（3）本发明通过在既有隧道平行工作区间中段采用跳跃式注浆工艺在扩建隧道外围形成一个可靠的围岩注浆加固壳，且因该注浆工序超前施工，注浆浆液有充足的凝固时间，其对围岩的注浆加固效果远优于隧道超前支护注浆加固和系统锚杆加固，可以取代常规的超前支护和系统锚杆。而取消超前支护和系统锚杆施工，可进一步减少后续扩建隧道循环工作区间的循环作业强度，对加快施工速度有益；

（4）本发明通过在既有隧道平行工作区间后段从既有隧道侧向隧道扩挖侧施工密排布置的横向炮眼并减少单孔装药量，进而采用横向微差爆破方式对扩挖侧围岩进行小药量的控制爆破开挖，相比常规的纵向钻爆施工，横向炮眼的爆破能量主要沿着隧道轴线向开挖临空面进行释放，其一方面可显著提高围岩爆破施工的开挖效率，大幅减小炸药的使用量，另一方面可有效减少对隧道周边围岩及既有隧道支护结构的扰动破坏。此外，爆破过程中围岩随着爆破能力向隧道扩挖方向后方抛投的现象也有利于后续洞渣装车外运工作的开展；

（5）本发明充分利用既有隧道纵向畅通的建设条件，将隧道扩建施工分为既有隧道平行工作区间和扩建隧道循环工作区间，进而利用位置靠前的既有隧道平行工作区间超前完成地质预报、围岩超前处治及炮眼钻进施工三道相对耗时的辅助性施工工序，从而大幅减少扩建隧道循环工作区间的工作强度，相比于常规的隧道改扩建施工方法而言，其通过增加平行工作区间的方式，将部分必要工序的逻辑关系从流水作业改为平行作业，进而有效减少了隧道内施工循环所需消耗的时间，达到大幅提高隧道施工速度的效果；

（6）本发明将隧道扩建断面施工分为扩挖侧围岩上台阶开挖与支护、扩挖侧围岩中台阶开挖与支护、远离扩挖侧隧道支护结构机械式拆换、靠近扩挖侧隧道支护结构机械化拆除及隧道下台阶开挖与支护结构施工五个步骤，施工过程中充分利用既有隧道结构作为施工过程中的临时支撑结构，通过分部扩建的原理保证隧道施工过程安全，整套施工流程设计科学合理、可操作性强，具有较高的推广应用价值。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所述扩建方法的流程图。

图2为扩建隧道相关施工工序平行作业的施工工作面布置示意图。

图3为短隧道施工区段布置图（以出口为例）。

图4为中隧道施工区段布置图（带人行横洞）。

图5为长、特长隧道相邻间歇性施工区段布置图（带车、人行横洞）。

图6为扩建隧道轮廓线外围岩跳跃式注浆加固示意图。

图7为扩挖工作面上台阶装药爆破施工示意图。

图8为扩挖工作面上台阶装初期支护施工示意图。

图9为扩挖工作面中台阶装药爆破施工示意图。

图10为扩挖工作面中台阶装初期支护施工示意图。

图11为远离扩挖侧既有隧道支护结构拆除施工示意图。

图12为远离扩挖侧扩建隧道初期支护施工示意图。

图13为靠近扩挖侧既有隧道结构机械化拆除示意图。

图14为扩建隧道下部开挖并施工仰拱初期支护的示意图。

图15为扩挖隧道仰拱、仰拱回填、二次衬砌施工示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1-图15所示，

一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其包括以下步骤：

s1、利用既有隧道作为先行施工导洞，将隧道扩建施工区域划分为多个施工区段，并在每个施工区段内划分既有隧道平行工作区间和扩建隧道循环工作区间；

s2、在既有隧道平行工作区间进行隧道扩挖前的施工辅助工作和前期准备工作；

s3、在扩建隧道循环工作区间同步开展扩建施工,包括：前段进行扩建隧道上、中台阶的围岩开挖、既有隧道上部结构拆除工作，施工扩建隧道上、中台阶初期支护结构；

s4、在扩建隧道循环工作区间中段进行扩建隧道下台阶的既有结构拆除及围岩开挖工作，施工扩建隧道下部初期支护结构；

s5、在扩建隧道循环工作区间后段进行扩建隧道仰拱、仰拱回填、二次衬砌及其它结构的施工。

具体地，在既有隧道平行工作区间前、中、后段按分段平行施工工艺进行进行横向地质预报、围岩超前处治和炮眼钻进施工；在扩建隧道循环工作区间按分段流水施工工艺进行围岩开挖、装渣外运、既有隧道结构机械化拆除和扩建隧道支护结构施工。洞渣以及工程材料通过已扩挖的隧道运输至隧道扩挖侧循环工作区间，施工过程中若相关工作区间发生掌子面塌方、支护结构坍塌事故，既有隧道平行工作区间和既有隧道侧循环工作区间的施工人员向扩挖方向前方撤离，而隧道扩挖侧循环工作区间的施工人员向扩挖方向后方撤离。

步骤s1中，所述的施工区段根据隧道内既有的车、人行横通道布设情况设置多个，且包括常规施工区段和间歇性施工区段；多个施工区段可平行组织施工。具体地，对于未布置车人行横通道的短隧道只布置一个常规施工区段；设置了人行横通道的中隧道在隧道进、出口端各布置一个常规施工区段；设置了车行横通道和紧急停车带的长或特长隧道除在隧道进、出口端各布置一个常规施工区段外，并可基于车行横通道和紧急停车带增设间歇性施工区段，所述间歇性施工区段的数量与紧急停车带数量相匹配。

所述的间歇性施工区段以紧急停车带两端头为扩挖工作面，洞渣以及工程材料通过车行横通道运输至隧道扩挖侧循环工作区间，施工过程中若相关工作面发生掌子面塌方、支护结构坍塌事故，既有隧道平行工作区间和既有隧道侧循环工作区间的施工人员向扩挖方向前方通过人行横通道撤离至另外一个隧道内，而隧道扩挖侧循环工作区间的施工人员向扩挖方向后方通过车行横通道撤离至另外一个隧道内；间歇性施工区段的施工组织应结合另外一个隧道的车辆通行情况进行确定，应尽量选择在车流量较小的时间区段进行洞渣及工程材料的集中运输，运输过程中应进行相应的交通管控，以确保行车安全。

步骤s2中，以隧道扩挖施工方向为前进方向，既有隧道平行工作区间布置在扩建隧道循环工作区间前面，且既有隧道平行工作区间分为前、中、后三个作业区段，其工作分工为；

（1）在既有隧道平行工作区间前段进行隧道围岩的多断面横向精细化地质预报；

（2）根据地质预报探测结果，在既有隧道平行工作区间中段进行围岩超前处治施工，具体包括围岩横向排水固结和围岩注浆加固壳施工；

（3）根据地质预报探测结果，进行横向微差爆破相关爆破参数设计，进而在既有隧道平行工作区间后段进行相关炮眼的钻进施工。

具体施工细节如下：

1）在既有隧道平行工作区间前段进行隧道围岩的横向精细化地质预报；

所述的横向精细化地质预报指对隧道周边围岩进行纵向多断面的横向精细化预报，所述的预报工作可使用《一种隧道衬砌检修台车及衬砌病害修复方法》（CN114046156A）中所述台车，通过上述台车配备的升降式平台天车搭载地质雷达或其它围岩探测设备对隧道周边围岩进行短距离精准探测工作，通过多横断面纵向等间距的短距离地质探测结果，可形成相对精准的隧道周边围岩的地质探测模型。

其中，探测范围为隧道轮廓线外10～15米，优选地，针对扩挖侧探测距离取上限值，远离扩挖侧探测距离取下限值。

采用横向短距离地质探测，其结果相比于常规的隧道纵向长距离地质探测，对隧道轮廓外围岩的探测范围更广，且探测结果准确性更高，进而为隧道施工提供可靠的围岩探测信息，可有效预防因地质突变引起的隧道施工事故。此外，若探测后仍对围岩有疑问的，可从既有隧道侧向周边围岩施作径向地质钻孔，进一步探测围岩情况。

2）根据隧道围岩的地质预报探测结果，在既有隧道平行工作区间中段进行横向排水固结、径向跳跃式注浆等围岩超前处治施工；

由于地质预报探测工作大幅超前隧道扩挖侧循环工作区间，当探测到围岩富水时，可在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部施工排水孔提前引排地下水，以改善后续开挖掌子面的施工环境；同时，在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部打设注浆孔，对扩建隧道轮廓线外的围岩进行径向跳跃式注浆。

径向跳跃式注浆指对扩建隧道范围内的围岩不进行注浆，只对扩建隧道范围外的围岩进行注浆加固，其可在隧道开挖前在开挖轮廓线外形成一个可靠的围岩注浆加固壳。由于该注浆施工大幅超前于隧道开挖施工，注浆浆液有足够的凝结时间，且跳跃式注浆有可靠的浆液封堵段，故而上述注浆效果极佳，对围岩的加固效果远远优于隧道超前支护加固和系统锚杆加固，可以取代常规的超前支护和系统锚杆。而取消了超前支护和系统锚杆施工，可进一步减少扩建隧道循环工作区间的施工工序，加快施工循环，对加快施工速度有益。

径向跳跃式注浆施工可使用常规的注浆工艺：通过向围岩内打设不同长度的注浆管，并在注浆管末端设置不同长度的止浆段，可实现径向跳跃式注浆效果。

3）结合已探明的隧道扩挖侧围岩情况，进行横向微差爆破相关爆破参数设计，进而在既有隧道平行工作区间后段进行相关炮眼的钻进施工；

由于炮眼是提前钻进的，可在炮眼内塞入套管防止其在隧道爆破振动作用下塌孔；

前期打设的横向排水孔和注浆孔若孔位合适，可直接作为炮孔使用，减少炮眼施工的工作量；若孔位不合适，则作为爆破施工的减震孔。

横向微差爆破相关爆破参数设计如下：炮眼在环向上和纵向上按等间距梅花形布置，具体间距根据现场围岩情况确定，因打炮眼工序完全不影响隧道扩挖侧循环工作区间的施工，炮眼间距可加密布置，并减少单孔装药量。

步骤s3中，以隧道扩挖施工方向为前进方向，扩建隧道循环工作区间分为前、中、后三个作业区段，其中扩建隧道循环工作区间前段又细分为既有隧道侧循环工作区间和隧道扩挖侧循环工作区间，其工作分工为：

（1）采用交替施工方式依次进行隧道扩挖侧循环工作区间上、中台阶的装药爆破、装渣外运和初期支护施工；

（2）在既有隧道侧循环工作区段进行远离扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作；

（3）在既有隧道侧循环工作区段进行远离扩挖侧的初期支护施工，并使扩挖侧和远离扩挖侧的初期支护对接在一起；

（4）在既有隧道侧循环工作区段进行靠近扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作。

具体施工细节如下：

1）根据设计的爆破参数对隧道段落进行爆破区间纵向分段，在既有隧道侧循环工作区间对毗邻隧道扩挖侧循环工作区间的爆破区间分上、中台阶进行炮眼装药工作；

炮眼装药、爆破施工：只在炮眼的中后段装药，前段填塞炮泥封堵炮眼，上述装药设计可减小爆破施工对既有隧道结构的扰动破坏；起爆顺序设置成微差起爆，先起爆第一环上部炮眼，再相继起爆第一环中部和下部炮眼；第一环爆破完成后，按上述规律相继起爆下一环炮眼；一次起爆炮眼环数应根据围岩情况确定，围岩相对稳定则可多爆破一至两环，但一次性最多爆破三环炮眼，以保证每次爆破都有足够的临空面。同时，横向爆破的能量主要向有临空面的后方释放，将围岩顺着隧道扩挖方向后方抛投，有利于后续的洞渣装车外运工作。

2）撤出待爆破区间附近的施工人员和施工设备后，分上、中台阶依次进行横向微差爆破施工、施工通风及盲炮排查等相关工作；

首先进行隧道扩挖侧循环工作区间上台阶的爆破施工，洞渣装运完成后，进行隧道扩挖侧循环工作区间上台阶新开挖围岩面的初期支护施工；其中，新开挖围岩面初期支护的上端头应通过喷射混凝土与既有隧道衬砌结构连接密实，并通过注浆管将初期支护上端头与拱部围岩进行注浆连接。通过将初期支护支撑在既有隧道支护结构上，可有效预防施工后的初期支护在周边围岩压力作用下发生不利变形；其后，类似上台阶施工步骤，进行隧道扩挖侧循环工作区间中台阶的爆破施工和初期支护施工。

施工通风：宜采用抽出式通风，将通风管布置在隧道扩挖侧循环工作区间后方20米范围内，将施工过程中产生的粉尘等直接通过风管抽出隧道。

由于前方的既有隧道平行工作区间与后方的既有隧道侧循环工作区段及隧道扩挖侧循环工作区间在隧道纵向上错开距离较大，施工工序的相互干扰性很小，故而除隧道装药、起爆及施工通风过程外，既有隧道平行工作区间内的相关施工可持续不间断的进行着。

洞渣外运：常规施工区段的洞渣通过挖掘机进行装车后，向扩挖方向后方外运；间歇性施工区段的洞渣通过挖掘机进行装车后，自卸汽车通过车行横通道驾向另一个隧道，继而外运至洞外。其中，在通过车行横通道运送工程材料或外运洞渣时，需对隧道内的交通进行管制，以确保行车安全。

3）在既有隧道侧循环工作区间进行既有隧道支护结构的临时机械支撑加固工作；

既有隧道衬砌结构的临时机械支撑加固：受爆破施工扰动，既有隧道侧循环工作区段的既有隧道衬砌结构可能会存在局部开裂现象，应采用相关机械设备进行临时支撑加固，以预防既有隧道衬砌结构失稳坍塌；所述的相关机械设备可使用《一种隧道衬砌检修台车及衬砌病害修复方法》（CN114046156A）中所述台车，通过上述台车配备的折叠式弧形钢支撑机构和缩放式弧形检修支撑机构对既有隧道衬砌结构进行临时机械支撑。

4）进行既有隧道侧循环工作区段靠近扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作；

远离扩挖侧既有隧道支护结构的机械化拆除工作：可使用《一种隧道衬砌检修台车及衬砌病害修复方法》（CN114046156A）中所述台车，通过上述台车配备的升降式平台天车搭载砂轮切割机，进而对远离扩挖侧既有隧道衬砌结构进行分块切除；由于在扩建隧道外侧已经形成了可靠的围岩注浆加固壳，既有隧道结构拆除后外部围岩可保持稳定；拆除完成后，修整隧道开挖断面，及时施工远离扩挖侧初期支护，并使远离扩挖侧初期支护工字钢与扩挖侧初期支护工字钢一一对接，接头采用螺栓连接。

5）靠近扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作：可继续使用《一种隧道衬砌检修台车及衬砌病害修复方法》（CN114046156A）中所述台车，通过上述台车配备的升降式平台天车（703）搭载砂轮切割机，进而对靠近扩挖侧隧道支护结构进行分块切除。靠近扩挖侧隧道支护结构拆除时，应加强对扩建隧道初期支护结构的位移监测，且应采用纵向分段、逐段拆除的方法进行拆除，以确保扩建隧道初期支护结构稳定。靠近扩挖侧隧道支护结构连续拆除段落不宜过长，拆除后应抓紧组织后续工序的施工，并及时施工二次衬砌。

步骤4和5中，采用现有的施工工艺，进行扩建隧道下部的既有结构拆除及围岩开挖，其后施工扩建隧道下部的初期支护结构；

进行扩建隧道仰拱、仰拱回填、二次衬砌及其它结构的施工，至此完成一段扩建隧道的施工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式保密的限制，任何未脱离本发明技术方案内容、依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、利用既有隧道作为先行施工导洞，将隧道扩建施工区域划分为多个施工区段，并在每个施工区段内划分既有隧道平行工作区间和扩建隧道循环工作区间；

s2、在既有隧道平行工作区间进行隧道扩挖前的施工辅助工作和前期准备工作；

s3、在扩建隧道循环工作区间同步开展扩建施工,包括：前段进行扩建隧道上、中台阶的围岩开挖、既有隧道上部结构拆除工作，施工扩建隧道上、中台阶初期支护结构；

s4、在扩建隧道循环工作区间中段进行扩建隧道下台阶的既有结构拆除及围岩开挖工作，施工扩建隧道下部初期支护结构；

s5、在扩建隧道循环工作区间后段进行扩建隧道仰拱、仰拱回填、二次衬砌及其它结构的施工。

2.根据权利要求1所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于：在既有隧道平行工作区间前、中、后段按分段平行施工工艺进行横向地质预报、围岩超前处治和炮眼钻进施工；在扩建隧道循环工作区间按分段流水施工工艺进行围岩开挖、装渣外运、既有隧道结构机械化拆除和扩建隧道支护结构施工。

3.根据权利要求2所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于：步骤s1中，所述的施工区段根据隧道内既有的车、人行横通道布设情况设置多个，且包括常规施工区段和间歇性施工区段；多个施工区段可平行组织施工。

4.根据权利要求3所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于：对于未布置车人行横通道的短隧道只布置一个常规施工区段；设置了人行横通道的中隧道在隧道进、出口端各布置一个常规施工区段；设置了车行横通道和紧急停车带的长或特长隧道除在隧道进、出口端各布置一个常规施工区段外，并可基于车行横通道和紧急停车带增设间歇性施工区段，所述间歇性施工区段的数量与紧急停车带数量相匹配。

5.根据权利要求2所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于：步骤s2中，以隧道扩挖施工方向为前进方向，既有隧道平行工作区间布置在扩建隧道循环工作区间前面，且既有隧道平行工作区间分为前、中、后三个作业区段，其工作分工为；

（1）在既有隧道平行工作区间前段进行隧道围岩的多断面横向精细化地质预报；

（2）根据地质预报探测结果，在既有隧道平行工作区间中段进行围岩超前处治施工，具体包括围岩横向排水固结和围岩注浆加固壳施工；

（3）根据地质预报探测结果，进行横向微差爆破相关爆破参数设计，进而在既有隧道平行工作区间后段进行相关炮眼的钻进施工。

6.根据权利要求5所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于，具体包括：

1）通过隧道纵向多断面的横向短距离地质探测结果，形成相对精准的隧道周边围岩的地质探测模型；

2）当地质探测到围岩富水时，可在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部施工排水孔提前引排地下水，以改善隧道开挖段落的施工环境；同时，在既有隧道平行工作区间中段从既有隧道内部向围岩深部打设注浆孔，对扩建隧道轮廓线外的围岩进行注浆加固，在围岩开挖前在扩建隧道开挖轮廓线外形成一个可靠的围岩注浆加固壳；

3）在既有隧道平行工作区间后段按纵向密排布置形式向扩挖侧围岩内部进行相关炮眼的钻进施工。

7.根据权利要求6所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于，具体包括：

1）所述的横向短距离地质预报探测范围为既有隧道轮廓线外10～15米；

2）通过不同长度的注浆管，并在注浆管末端设置不同长度的止浆段，实现对扩建隧道范围内不注浆，只对扩建隧道轮廓线外的围岩进行注浆加固的径向跳跃式注浆效果；

3）提前钻进炮眼，可在炮眼内塞入套管防止其在隧道爆破振动作用下塌孔，并且前期打设的横向排水孔和注浆孔若孔位合适，可直接作为炮孔使用，减少炮眼施工的工作量。

8.根据权利要求2所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于，步骤s3中，以隧道扩挖施工方向为前进方向，扩建隧道循环工作区间分为前、中、后三个作业区段，其中扩建隧道循环工作区间前段又细分为既有隧道侧循环工作区间和隧道扩挖侧循环工作区间，其工作分工为：

（1）采用交替施工方式依次进行隧道扩挖侧循环工作区间上、中台阶的装药爆破、装渣外运和初期支护施工；

（2）在既有隧道侧循环工作区段进行远离扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作、初期支护施工，并使扩挖侧和远离扩挖侧的初期支护对接在一起；

（3）在既有隧道侧循环工作区段进行靠近扩挖侧隧道支护结构的机械化拆除工作。

9.根据权利要求8所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于，具体包括：

1）首先进行隧道扩挖侧循环工作区间上台阶的爆破施工，洞渣装运完成后，及时施工相关段落的初期支护，其后进行隧道扩挖侧循环工作区间中台阶的爆破开挖、洞渣装车外运及初期支护施工，其中，

装炮：在炮眼的中后段装药，而前段填塞炮泥封堵炮眼；

起爆顺序设置成微差起爆：先起爆第一环上部炮眼，再相继起爆第一环中部和下部炮眼；第一环爆破完成后，按上述规律相继起爆下一环炮眼；一次起爆炮眼环数应根据围岩情况确定，围岩相对稳定则可多爆破一至两环，但一次性最多爆破三环炮眼，以保证每次爆破都有足够的临空面；同时，横向爆破的能量主要向有临空面的方向释放，可将围岩顺着隧道扩挖方向后方抛投；

2）对远离扩挖侧既有隧道衬砌结构进行分块切除，其后修整隧道开挖断面，及时施工远离扩挖侧的初期支护结构，并使远离扩挖侧初期支护的工字钢与扩挖侧初期支护的工字钢结构进行螺栓连接；

3）采用纵向分段、逐段拆除的方法进行靠近扩挖侧既有隧道支护结构的机械化拆除工作。

10.根据权利要求9所述的利用既有隧道加速施工的隧道多区间平行扩建方法，其特征在于，隧道扩挖侧循环工作区间上、中台阶施工的具体步骤包括：

1）按设计的爆破参数对隧道段落进行爆破区间纵向分段，进而在既有隧道侧循环工作区间按序进行相应炮眼的装药施工；

2）依次进行横向微差爆破施工、施工通风及盲炮排查；其中施工通风采用抽出式通风模式，将通风管布置在隧道扩挖侧循环工作区间后方20米范围内，将施工过程中产生的粉尘等直接通过风管抽出隧道；

3）在既有隧道侧循环工作区段进行既有衬砌结构的临时机械化支撑加固，预防受爆破施工扰动后的既有隧道衬砌结构发生失稳坍塌事故；

4）在隧道扩挖侧循环工作区间进行洞渣装车外运工作；

5）在隧道扩挖侧循环工作区间进行隧道扩挖侧初期支护施工，并使扩挖侧初期支护拱部端头与既有隧道结构连接牢固。

Images