CN116446886A - 一种高原地区的横洞转正洞施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高原地区的横洞转正洞施工方法，包括以下步骤：步骤S1，横洞洞口采用台阶法进行开挖，直至接近正洞；步骤S2，在辅助坑道接近与正洞的相交里程时，逐步抬高辅助坑道拱顶高程并接长钢架；步骤S3，辅助坑道掘进至正洞开挖轮廓线后，对辅助坑道交汇口进行衬砌施工；步骤S4，辅助坑道采用棚洞进入正洞；步骤S5，根据围岩等级采用微台阶法或全断面法件正洞施工，首先进行一侧正洞施工，待施工空间满足后，正洞两侧工作面同时施工。设置交汇拱架，在交汇口的棚洞注浆完毕后通过交汇拱架对交汇口进行支撑，能够进一步保证施工的安全性，交汇拱架与门型拱架连接为一个整体，能够保证交汇口的稳定性。

Description

一种高原地区的横洞转正洞施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种高原地区的横洞转正洞施工方法。

背景技术

在高原地区隧道施工过程中，受高原气候及高海拔影响，低气压环境下大气含氧量仅为海平面的60％左右，施工人员及机械设备缺氧环境下工效损失明显，同时高原地区，软弱围岩地段较多，地质变化和变形情况较多，具有地壳急剧抬升、板块强烈挤压、强震频发的复杂构造地质环境，造成生态环境脆弱，使隧道的施工开挖难度较大。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种高原地区的横洞转正洞施工方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高原地区的横洞转正洞施工方法，包括以下步骤：

步骤S1，横洞洞口采用台阶法进行开挖，横洞洞身根据围岩等级采用微台阶法或全断面法施工，直至接近正洞；

步骤S2，在辅助坑道接近与正洞的相交里程时，逐步抬高辅助坑道拱顶高程并接长钢架；

步骤S3，辅助坑道掘进至正洞开挖轮廓线后，在交汇口施作加强环和超前小导管进行支护，并对辅助坑道交汇口进行衬砌施工；

步骤S4，辅助坑道采用棚洞进入正洞，棚架斜向上爬坡至正洞拱顶后，以平坡向外开挖至正洞上台阶的拱脚处，并施作上台阶初期支护；

步骤S5，根据围岩等级采用微台阶法或全断面法件正洞施工，首先进行一侧正洞施工，待施工空间满足后，正洞两侧工作面同时施工。

优选，在横洞开挖过程中，采用小导管进行超前支护，横洞每次开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分注浆区域作为下一次循环的止浆墙。

优选，辅助坑道掘进至正洞开挖轮廓线后，在交汇口施作加强环，加强环施作过程中进行超前小导管进行支护，超前小导管在加强环的内沿呈伞状打设，打入超前小导管后进行注浆加固。

优选，在横洞与正洞的分界线处，并在超前小导管注浆至预设压强的百分之八十后，抽出延伸至正洞掘进路径的超前小导管，并继续向超前小导管的孔洞内注入浆液至预设压强。

优选，台阶法转换微台阶法施工或者全断面法施工时，放缓掌子面进尺、加快下台阶施工，将上、下台阶的距离控制在3～5m；同时利用机械化设备施工时上下台架可以同步钻爆开挖；

微台阶法转换全断面法施工时，掌子面停止掘进，开挖下台阶，将下台阶左右侧调至同断面，然后下台阶施工至与上台阶平齐，采用机械化设备施工；

全断面法转换微台阶法施工时，掌子面放炮后，将洞渣按照设计高度垫至上台阶高度进行上台阶支护作业，下一循环施工时只打设上台阶炮孔、开挖，等上台阶与下台阶距离为3～5m左右，采用微台阶同步进尺。

优选，辅助坑道与正洞轮廓线处设置门型钢架，门型钢架与辅助坑道内的钢架焊接在一起；

门型钢架由横梁和立柱组成，在横梁与辅助坑道之间的空隙处，从两侧对称焊接立柱短撑，钢架安装后该空隙喷射混凝土回填密实；

在横梁上按正洞套拱的间距纵向设置钢柱头，以作为正洞套拱的支撑点。

优选，棚洞围岩注浆凝固后，对拆除棚架并进行交汇口内壁喷浆，然后施作交汇拱架，交汇拱架与正洞拱顶内壁适配，首先施作位于棚顶顶部中心处的交汇拱架，交汇拱架的一端抵触在棚洞的底部，另一端通过螺栓连接在门型钢架上。

优选，所述门型框架的横梁上设有对应交汇拱架的连接座，在交汇拱架的两侧进行正洞上台阶的开挖，待正洞的上台阶开挖至门型钢架的两侧，在门型钢架处对交汇处下台阶进行开挖，开挖完成后及时施作交汇拱架远离门型拱架一侧的拱脚。

优选，对交汇拱架与正洞延伸方向的交汇口投影顶部相适配，交汇拱架施工完毕后通过台阶法进行正洞施作；

交汇拱架至少分为两段，其中一段为与交汇口内壁相适配的拱形段，另一端为沿拱形段切线延伸至横梁的直段。

有益效果：设置交汇拱架，在交汇口的棚洞注浆完毕后通过交汇拱架对交汇口进行支撑，能够进一步保证施工的安全性，交汇拱架与门型拱架连接为一个整体，能够保证交汇口的稳定性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明所提供具体实施例中辅助坑道与正洞的结构示意图；

图2为本发明所提供具体实施例中加强环的设置示意图；

图3为本发明所提供具体实施例中棚洞的设置示意图；

图4为本发明所提供具体实施例中交汇拱架的施工示意图；

图5为本发明所提供具体实施例中辅助坑道与正洞的俯视简图；

图6为本发明所提供具体实施例中辅助坑道的结构示意图；

图7为本发明所提供具体实施例中门型钢架的结构示意图。

图中：1、正洞；2、辅助坑道；3、棚洞；4、加强环；5、棚架；6、横洞；7、横梁；8、钢柱头；9、立柱；10、立柱短撑；11、交汇拱架。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-7所示，一种高原地区的横洞转正洞施工方法，包括以下步骤：步骤S1，横洞采用台阶法进行开挖，刚进洞时受围岩情况和作业空间影响，现场采用机械开挖，局部孤石爆破处理，台阶长度控制在2倍洞径之内，上台阶长度控制在10～20m；上台阶高度按照不大于2/3H控制。上台阶每循环进尺不大于2榀、下台阶每循环不大于3榀，同台阶左右开挖错开不少于2m。首先进行上台阶开挖，施作初期支护，安装系统锚杆和超前支护，喷护混凝土；在滞后上台阶一段距离后，下台阶左右交错开挖并施作初支支护，安装系统锚杆并喷护混凝土；在滞后下台阶一段距离后，开挖仰拱部，在仰拱部底部喷护混凝土作为初期支护，混凝土稳定后，浇筑仰拱部前一循环的仰拱和边墙基础，待前一循环仰拱混凝土终凝后浇筑再前一循环的仰拱填充，清理初支面，施工防排水措施，在沉降收敛稳定后，利用衬砌台车一次性浇筑已施作仰拱填充部分隧道的内壁，作为二次衬砌封闭成环。

横洞洞身根据围岩等级采用微台阶法或全断面法施工，直至接近正洞；

微台阶法施工采用台架开挖，掌子面分上台阶和下台阶，下台阶滞后于上台阶3～5m的微台阶，开挖形成微台阶后，同时开挖上台阶和下台阶，然后施作初期支护，安装系统锚杆和超前支护，喷护混凝土。若掌子面不稳定时，及时采用喷砼封闭进行超前注浆加固。在滞后于下部一段距离后，洞渣回填下台阶底部作为施工平台，在滞后掌子面一段距离后，清除该部分回填洞渣，并浇筑仰拱和边墙基础，待仰拱混凝土终凝后浇筑仰拱填充；清理初支面，施工防排水措施，根据监控量测数据，沉降收敛稳定后，利用衬砌台车一次性浇筑已施作仰拱填充部分隧道的内壁，作为二次衬砌封闭成环。

全断面法施工采用三臂凿岩台车打钻，采用三臂拱架安装机进行钢拱架安装，掌子面开挖采用光面爆破，周边眼采用Ф32mm直径药卷间隔装药，减少对围岩的震动。首先进行全断面爆破开挖，施作初期支护，安装系统锚杆和超前支护，喷护混凝土；在滞后掌子面一段距离后，开挖拱底部分并浇筑前一开挖循环的拱底部分的底板；清理初支面，施工防排水措施，根据监控量测数据，沉降收敛稳定后，已施作仰拱填充部分隧道的内壁，作为二次衬砌封闭成环。

步骤S2，在横洞6的辅助坑道2接近与正洞1的相交里程时，逐步抬高辅助坑道拱顶高程并接长钢架；从正洞1与辅助坑道2相交处起，采用棚架5进入正洞1，进行交汇口正洞1开挖，

步骤S3，辅助坑道掘进至正洞1开挖轮廓线后，在交汇口施作加强环4和超前小导管进行支护，并对辅助坑道交汇口进行衬砌施工；

步骤S4，辅助坑道2与正洞1相交处采用棚洞3进入正洞1，棚架5斜向上爬坡至正洞1中线处达到正洞1拱顶高程，以平坡向外开挖至正洞1上台阶的拱脚处，然后在棚架5内设置套拱，在套拱内再施做正洞1上台阶初期支护后，再向两侧(正洞1方向)按标准的正洞1断面进行正洞1开挖。根据围岩等级采用微台阶法或全断面法件正洞1施工。

步骤S5，根据围岩等级采用微台阶法或全断面法件正洞施工，首先进行一侧正洞施工，待施工空间满足后，两侧工作面可以同时施工，应确保在横洞6宽度范围内仰拱闭合。

待满足正洞1双向施工空间要求后，两侧同时施工正洞1落底，并施作仰拱，将交汇口的交汇拱架和仰拱与门型框架连接成整体。

在一可选实施例中，在横洞6的辅助坑道2开挖过程中，采用小导管进行超前支护，横洞6每次开挖长度应小于小导管的注浆长度，注浆前应进行压水试验，三榀钢架设一环小导管，预留部分注浆区域作为下一次循环的止浆墙。

在一可选实施例中，台阶法转换微台阶法施工或者全断面法施工时，放缓掌子面进尺、加快下台阶施工，将上、下台阶的距离控制在3～5m；同时利用机械化设备施工时上下台架可以同步钻爆开挖；

微台阶法转换全断面法施工时，掌子面停止掘进，开挖下台阶，将下台阶左右侧调至同断面，然后下台阶施工至与上台阶平齐，采用机械化设备施工；

全断面法转换微台阶法施工时，掌子面放炮后，将洞渣按照设计高度垫至上台阶高度进行上台阶支护作业，下一循环施工时只打设上台阶炮孔、开挖，等上台阶与下台阶距离为3～5m左右，采用微台阶同步进尺。

在一可选实施例中，根据辅助坑道2与正洞1之间的高差，确定辅助坑道2拱顶的扩挖起始里程，其拱顶抬高坡度控制在17％以内，辅助坑道2靠近正洞1交接处设置加强环4，加强环不少于10榀，加强环4包括2榀I18辅助坑道2型钢钢架，靠近正洞的一侧增设双榀I20b门型钢架，横洞6辅助坑道2外侧设置门型钢架，门型钢架与辅助坑道2内的钢架焊接在一起，门型钢架作为交汇处的支撑体系，在施工完成后不进行拆除。

门型钢架由横梁7和立柱9组成，横梁7与辅助坑道2钢架之间的空隙，从两侧对称焊接立柱短撑10，立柱短撑10间距为50cm，钢架安装后该空隙喷射混凝土回填密实；

在横梁7上按正洞1套拱的间距纵向设置钢柱头8，以作为正洞1套拱的支撑点，门型钢架每侧增设6～10根D42锁脚锚管和系统锚杆。

交汇口门型钢架的底脚处设横梁7，提高门架整体刚度。

在靠近正洞1处辅助坑道2初期支护的1榀拱架增设仰拱钢架，正洞1仰拱钢架与加强环4靠近正洞一侧的仰拱钢架焊接，正洞1仰拱衬砌钢筋与辅助坑道2仰拱衬砌中预埋钢筋连接，确保正洞1和辅助坑道2交汇口处的紧密连接，能共同受力。

在一可选实施例中，辅助坑道2沿线路方向往正洞1走向采用棚洞3以上坡方式开挖到正洞1中线位置，然后再向前平坡开挖至正洞1外侧上导坑拱脚位置处，棚洞3钢架临时支护及时跟进。

棚洞3内的套拱施工完毕后，安设正洞1落脚钢架，正洞1落脚钢架一侧落脚于辅助坑道2交汇口的横梁7上，另一侧浇筑于混凝土垫块上。

棚洞3施做完毕后及时在其钢架内侧施做C25喷射混凝土。

棚洞3内的正洞1初期支护完成后，拆除棚洞3一侧临时支护进行正洞1上台阶开挖支护，待正洞1开挖和支护约10m后封闭掌子面，再拆除棚洞3另一侧临时支护，进行另一端正洞1上台阶开挖预支护。待施工空间满足后，两侧工作面可以同时施工，应确保在横洞6宽度范围内仰拱闭合。

在一可选实施例中，横洞6加棚架5正对正对进行施作，在完成正洞1二衬前对棚架5超出横洞6轮廓外的部分进行混凝土回填。

在步骤S4中，辅助坑道掘进至正洞1开挖轮廓线后，在交汇口施作加强环4，加强环4施作过程中进行超前小导管进行支护，超前小导管在加强环4的内沿呈伞状打设，打入超前小导管后进行注浆加固。在横洞6与正洞1的分界线处，并在超前小导管注浆至预设压强的百分之八十后，抽出延伸至正洞1掘进路径的超前小导管，并继续向超前小导管的孔洞内注入浆液至预设压强。

待浆液凝固后施作门型钢架，继续进行交汇口处的掘进。

在本实施例中，通过棚架5对棚洞3进行支撑，棚架5为拱形临时支撑，工作面每次掘进的距离不大于两榀棚架5的间距，棚洞3的顶部设有注浆锚管，通过注浆锚管对棚洞3进行注浆，以此棚洞3围岩进行加固。

在本实施例中，棚洞3围岩注浆凝固后，对拆除棚架5并进行喷浆，然后施作交汇拱架13，交汇拱架13与正洞1拱顶内壁适配，首先施作位于棚顶顶部中心处的交汇拱架13，交汇拱架13的一端抵触在棚洞3的底部，另一端通过螺栓连接在门型钢架上，所述门型框架的横梁7上设有对应交汇拱架13的连接座，在交汇拱架13的两侧进行正洞1上台阶的开挖，待正洞1的上台阶开挖至门型钢架的两侧，在门型钢架处沿横洞延伸方向对交汇处下台阶进行开挖，开挖完成后及时施作交汇拱架13远离门型拱架一侧的拱脚，交汇拱架正对正洞的开挖方向。

对交汇拱架13与正洞1延伸方向的交汇口投影顶部相适配，交汇拱架13施工完毕后通过台阶法进行正洞1施作。交汇拱架13至少分为两段，其中一段为与交汇口内壁相适配的拱形段，另一端为沿拱形段切线延伸至横梁7的直段。

交汇拱架13施工完毕后，在交汇拱架13两侧设置锁定锚杆，锚固在交汇口内壁上，并对交汇拱架13和交汇口顶部之间进行喷浆填充。

门型钢架处对交汇处下台阶开挖完毕后施作对应的仰拱钢架，仰拱支架与横洞6内靠近门型钢架的仰拱钢架焊接，正洞仰拱衬砌钢筋与辅助坑道仰拱衬砌中预埋钢筋连接。

首先进行交汇口一侧正洞施工，待施工空间满足后，正洞两侧工作面同时施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，横洞洞口采用台阶法进行开挖，横洞洞身根据围岩等级采用微台阶法或全断面法施工，直至接近正洞；

步骤S2，在辅助坑道接近与正洞的相交里程时，逐步抬高辅助坑道拱顶高程并接长钢架；

步骤S3，辅助坑道掘进至正洞开挖轮廓线后，在交汇口施作加强环和超前小导管进行支护，并对辅助坑道交汇口进行衬砌施工；

步骤S4，辅助坑道采用棚洞进入正洞，棚架斜向上爬坡至正洞拱顶后，以平坡向外开挖至正洞上台阶的拱脚处；

步骤S5，根据围岩等级采用微台阶法或全断面法件正洞施工，首先进行一侧正洞施工，待施工空间满足后，正洞两侧工作面同时施工。

2.根据权利要求1所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，在横洞开挖过程中，采用小导管进行超前支护，横洞每次开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分注浆区域作为下一次循环的止浆墙。

3.根据权利要求2所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，辅助坑道掘进至正洞开挖轮廓线后，在交汇口施作加强环，加强环施作过程中进行超前小导管进行支护，超前小导管在加强环的内沿呈伞状打设，打入超前小导管后进行注浆加固。

4.根据权利要求3所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，在横洞与正洞的分界线处，并在超前小导管注浆至预设压强的百分之八十后，抽出延伸至正洞掘进路径的超前小导管，并继续向超前小导管的孔洞内注入浆液至预设压强。

5.根据权利要求1所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，台阶法转换微台阶法施工或者全断面法施工时，放缓掌子面进尺、加快下台阶施工，将上、下台阶的距离控制在3～5m；同时利用机械化设备施工时上下台架可以同步钻爆开挖；

微台阶法转换全断面法施工时，掌子面停止掘进，开挖下台阶，将下台阶左右侧调至同断面，然后下台阶施工至与上台阶平齐，采用机械化设备施工；

全断面法转换微台阶法施工时，掌子面放炮后，将洞渣按照设计高度垫至上台阶高度进行上台阶支护作业，下一循环施工时只打设上台阶炮孔、开挖，等上台阶与下台阶距离为3～5m左右，采用微台阶同步进尺。

6.根据权利要求1所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，辅助坑道与正洞轮廓线处设置门型钢架，门型钢架与辅助坑道内的钢架焊接在一起；

门型钢架由横梁和立柱组成，在横梁与辅助坑道之间的空隙处，从两侧对称焊接立柱短撑，钢架安装后该空隙喷射混凝土回填密实；

在横梁上按正洞套拱的间距纵向设置钢柱头，以作为正洞套拱的支撑点。

7.根据权利要求1所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，棚洞围岩注浆凝固后，对拆除棚架并进行交汇口内壁喷浆，然后施作交汇拱架，交汇拱架与正洞拱顶内壁适配，首先施作位于棚顶顶部中心处的交汇拱架，交汇拱架的一端抵触在棚洞的底部，另一端通过螺栓连接在门型钢架上。

8.根据权利要求7所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，所述门型框架的横梁上设有对应交汇拱架的连接座，在交汇拱架的两侧进行正洞上台阶的开挖，待正洞的上台阶开挖至门型钢架的两侧，在门型钢架处对交汇处下台阶进行开挖，开挖完成后及时施作交汇拱架远离门型拱架一侧的拱脚。

9.根据权利要求8所述的高原地区的横洞转正洞施工方法，其特征在于，对交汇拱架与正洞延伸方向的交汇口投影顶部相适配，交汇拱架施工完毕后通过台阶法进行正洞施作；

交汇拱架至少分为两段，其中一段为与交汇口内壁相适配的拱形段，另一端为沿拱形段切线延伸至横梁的直段。