CN117948152B - 一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道掘进的方法技术领域，公开了一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，通过先俯挖施工有坡度地下洞室的顶层导洞，并把顶层导洞的衬砌上下两端固定住，形成一个覆盖在下方土体上方的“盖子”，然后仰挖下方的导洞，仰挖过程中便可确保所需要挖的土受控坍塌坠落并快速运出，在确保安全的前提下，极大提升了开挖效率。本发明中，在次底层导洞的仰拱上开出土口，并以出土口为起点仰挖，在底层导洞仰挖过程中残留在底层导洞底部的土形成底坡，由此便可将底层导洞的土沿底坡及出土口运到次底层导洞中，解决了由于底层导洞是盲洞而无法仰挖的问题。

Description

一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进的方法技术领域，特别是涉及一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法。

背景技术

不同于地面建筑，地下洞室天然就具备设置成立体结构的条件，因此在地下洞室中出现两个相邻的高度不同的地下洞室需要连接到一块的情况是十分常见的，这部分设置在两个地下洞室之间起连接作用的地下洞室具有一定坡度，通常被称作爬坡段。

考虑到需要连到一块的两个地下洞室之间的水平间距较小，因此这种被称作爬坡段的有坡度地下洞室相当陡峭，若仰挖施工，则开挖过程中洞壁上方坍塌的风险极大，因此需要采用俯挖施工，也即自上而下开挖。但这里的坡度对俯挖施工同样带来了很大的障碍，俯挖施工的话，不仅挖土更为困难，因为挖土角度（斜向下挖）的影响，导致每次挖土都会把土打实，挖出的土还会堆积在掌子面附近进一步干扰挖土。而且还对运土带来了很大的困难，因为装土的车无法爬上这么陡峭的坡，必须用传送带或起重机来运土。

仰挖施工虽然危险，但其极大方便了挖土。挖土过程中每次挖土都有可能带下额外的土，同时这些土不会堆积在掌子面附近。高度差的存在，也使运土变得极为便捷，挖出的土可以溜下去。因此也有一些人尝试采用仰挖的方式施工这种有坡度的地下洞室。如CN104806251B-一种用于复杂环境下城市地铁车站附属仰挖施工方法，采用大范围土体加固的方式避免仰挖过程中坍塌，但成本较高。CN114991777A-地铁出入口的爬升段开挖方法，采用控制仰挖角度的方式仰挖过程中坍塌，但适用范围较小。

除了安全问题之外，制约仰挖施工的另外一个问题是盲洞（一端封闭的洞）。考虑到很多有坡度地下洞室相当陡峭，因此这些地下洞室内设置有楼梯及电梯，这就要求这些地下洞室除了用于连通的空间之外，下方还需要设置一些用来安装楼梯以及电梯附属设备的空间。这些空间在采用多导洞暗挖法进行施工时，位于最底层的导洞位置，导致最底层的导洞成为下端封闭的盲洞，仰挖施工的话完全无法出土。

发明内容

本发明提供一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法。

解决的技术问题是：为了安全，有坡度地下洞室的开挖需要自上而下进行，但这样开挖对挖土以及运土都带来了极大的不便。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，所述有坡度地下洞室为连接两个有高度差的地下洞室的连接通道，有坡度地下洞室上方的地下洞室记作上方洞室，且下方的地下洞室记作下方洞室；所述有坡度地下洞室采用多导洞暗挖法施工，各层导洞中，最顶层的导洞记作顶层导洞，最底层的导洞记作底层导洞，底层导洞上方一层的导洞记作次底层导洞，顶层导洞以外的导洞统一记作非顶导洞；所述开挖方法包括以下步骤：

步骤一：施工上方洞室及下方洞室；

步骤二：以上方洞室为起点俯挖施工顶层导洞，并将顶层导洞的衬砌与上方洞室及下方洞室的衬砌连为一体，顶层导洞的土沿上方洞室运出；

步骤三：以顶层导洞的衬砌阻挡有坡度地下洞室上方的土方下落，以下方洞室为起点逐层仰挖施工各非顶导洞，非顶导洞的土均沿下方洞室运出。

进一步，各顶层导洞中分别设置有自上方洞室向下延伸、用于向上运土的传送带，在顶层导洞开挖过程中所述传送带跟随所在的导洞的掌子面不断向下接长，顶层导洞中的土沿传送带到达上方洞室后装车运出；底层导洞以及次底层导洞底部均带有一段长度不小于运土的车、用于供停靠装车的无坡度分段，各非顶导洞中分别设置有自非顶导洞底部向上延伸、用于向下运土的溜槽；在开挖过程中所述传送带跟随所在的导洞的掌子面不断向上接长，各非顶导洞中的土沿溜槽溜下后装车沿下方洞室运出。

进一步，所述次底层导洞与下方洞室连通，且次底层导洞与下方洞室的连通面两侧无落差，底层导洞以及次底层导洞的土装车后统一沿次底层导洞进入下方洞室。

进一步，所述底层导洞为下端封闭的盲洞，所述次底层导洞的底部的仰拱上开设有出土口，所述底层导洞的底部设置有自底层导洞的仰拱向出土口延伸、用于供底层导洞中的土装车后沿出土口进入次底层导洞的底坡，底层导洞以出土口为起点向上开挖，底层导洞底部残留的土形成底坡。

进一步，所述有坡度地下洞室为地铁站出入口爬坡段，所述底层导洞所在位置为后续安装的地铁出入口楼梯以及电梯所在位置。

进一步，所述底层导洞开挖完成后，俯挖底坡及以下部位的土方沿出土口吊到次底层导洞底部装车。

进一步，若顶层导洞与次底层导洞之间存在一层或多层导洞，则这部分导洞记作中间导洞，中间导洞的溜槽向下延伸到下方洞室中，并在下方洞室中装车运出。

进一步，所述出土口一周设置有与衬砌主筋连为一体、用于避免在衬砌上开洞影响强度的型钢框。

进一步，所述底坡上铺设有防滑钢板，所述溜槽由废模板或钢板制成。

本发明一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过先俯挖施工有坡度地下洞室的顶层导洞，并把顶层导洞的衬砌上下两端固定住，形成一个覆盖在下方土体上方的“盖子”，然后仰挖下方的导洞，仰挖过程中便可确保所需要挖的土受控坍塌坠落并快速运出，在确保安全的前提下，极大提升了开挖效率。

本发明中，在次底层导洞的仰拱上开出土口，并以出土口为起点仰挖，在底层导洞仰挖过程中残留在底层导洞底部的土形成底坡，由此便可将底层导洞的土沿底坡及出土口运到次底层导洞中，解决了由于底层导洞是盲洞而无法仰挖的问题。

附图说明

图1为本发明一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法中的施工现场的结构示意图；

图中，1-下方洞室，21-顶层导洞，22-次底层导洞，23-底层导洞，3-底坡，4-出土口，5-传送带，6-溜槽。

具体实施方式

以应用了本发明的北京地铁19号线北太平庄站出入口爬升段为例，如图1所示，一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，有坡度地下洞室为连接两个有高度差的地下洞室的连接通道，有坡度地下洞室上方的地下洞室记作上方洞室，且下方的地下洞室记作下方洞室1；有坡度地下洞室采用多导洞暗挖法施工，各层导洞中，最顶层的导洞记作顶层导洞21，最底层的导洞记作底层导洞23，底层导洞23上方一层的导洞记作次底层导洞22，顶层导洞21以外的导洞统一记作非顶导洞；施工方法包括以下步骤：

步骤一：施工上方洞室及下方洞室1，上方洞室及下方洞室1在开挖过程中也是需要出土的，因此要么带有通向地面的竖井，要么直接通向地面，这里的运土通道可以直接借用。

步骤二：以上方洞室为起点俯挖施工顶层导洞21，并将顶层导洞21的衬砌与上方洞室及下方洞室1的衬砌连为一体，顶层导洞21的土沿上方洞室运出；

这里顶层导洞21在开挖时上方没有遮挡，因此需要俯挖施工。

步骤三：以顶层导洞21的衬砌阻挡有坡度地下洞室上方的土方下落，以下方洞室1为起点逐层仰挖施工各非顶导洞，非顶导洞的土均沿下方洞室1运出。

不同于现有技术，本实施例中，各非顶导洞在开挖时是允许坍塌的，甚至借助坍塌过程来加快开挖效率，坍塌使得每次开挖落下来远多于一铲斗的土。但本实施例中的坍塌是可控的，每次坍塌落下来的都是需要挖出的土，且量也局限在掌子面周边，因此能够确保安全且不会超挖。

各顶层导洞21中分别设置有自上方洞室向下延伸、用于向上运土的传送带5，在顶层导洞21开挖过程中传送带5跟随所在的导洞的掌子面不断向下接长，顶层导洞21中的土沿传送带5到达上方洞室后装车运出；底层导洞23以及次底层导洞22底部均带有一段长度不小于运土的车、用于供停靠装车的无坡度分段，各非顶导洞中分别设置有自非顶导洞底部向上延伸、用于向下运土的溜槽6；在开挖过程中溜槽6跟随所在的导洞的掌子面不断向上接长，各非顶导洞中的土沿溜槽6溜下后装车沿下方洞室1运出。本实施例中溜槽6由废模板制成，当然有条件的话也可以用钢板制成。

这里顶层导洞21的土沿传送带5运到上方洞室，与上方洞室的底板有高度差，可以直接在上方洞室内用车(本实施例中运土的车为带车斗的电动三轮车)接土。不宜在顶层导洞21顶部设置无坡度的分段来装土，因为这样很危险，发生溜车时直接威胁到导洞内所有人员的人身安全，同时装土后车也难以开走(高度差)。而底层导洞23以及次底层导洞22的底部并不高于下方洞室1的底板，沿溜槽6溜下来的土无法直接落到车斗里，装车较慢，长时间停靠装车会影响到下方洞室1车辆通行。

次底层导洞22与下方洞室1连通，且次底层导洞22与下方洞室1的连通面两侧无落差，无落差，也即两边不会出现类似台阶一样一边高一边低的情况，装土的车可以直接推到下方洞室1中。底层导洞23以及次底层导洞22的土装车后统一沿次底层导洞22进入下方洞室1。

底层导洞23为下端封闭的盲洞，次底层导洞22的底部的仰拱上开设有出土口4，底层导洞23的底部设置有自底层导洞23的仰拱向出土口4延伸、用于供底层导洞23中的土装车后沿出土口4进入次底层导洞22的底坡3，底层导洞23以出土口4为起点向上开挖，底层导洞23底部残留的土形成底坡3。这里底坡3上最好铺上防滑钢板，因为底坡3上需要频繁通车，土坡在被反复碾压后，通过性就很差了。

本实施例中，有坡度地下洞室为地铁站出入口爬坡段，底层导洞23所在位置为后续安装的地铁出入口楼梯以及电梯所在位置。

底层导洞23开挖完成后，俯挖底坡3及以下部位的土方沿出土口4吊到次底层导洞22底部装车。这部分土的量非常小，很容易处理，可以全部用手拉/电动葫芦往上吊，也可以先挖其中一部分，留着边上一部分作为运土的坡，最后再把这层坡下面的土挖掉吊上去。

若顶层导洞21与次底层导洞22之间存在一层或多层导洞，则这部分导洞记作中间导洞，中间导洞的溜槽6向下延伸到下方洞室1中，并在下方洞室1中装车运出。这部分导洞中的土，在溜槽6中落下时，与下方洞室1的底板有高度差，因此可以直接落到下方洞室1的车斗里。

出土口4一周设置有与衬砌主筋连为一体、用于避免在衬砌上开洞影响强度的型钢框。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，所述有坡度地下洞室为连接两个有高度差的地下洞室的连接通道，有坡度地下洞室上方的地下洞室记作上方洞室，且下方的地下洞室记作下方洞室（1）；所述有坡度地下洞室采用多导洞暗挖法施工，各层导洞中，最顶层的导洞记作顶层导洞（21），最底层的导洞记作底层导洞（23），底层导洞（23）上方一层的导洞记作次底层导洞（22），顶层导洞（21）以外的导洞统一记作非顶导洞；其特征在于：所述开挖方法包括以下步骤：

步骤一：施工上方洞室及下方洞室（1）；

步骤二：以上方洞室为起点俯挖施工顶层导洞（21），并将顶层导洞（21）的衬砌与上方洞室及下方洞室（1）的衬砌连为一体，顶层导洞（21）的土沿上方洞室运出；

步骤三：以顶层导洞（21）的衬砌阻挡有坡度地下洞室上方的土方下落，以下方洞室（1）为起点逐层仰挖施工各非顶导洞，非顶导洞的土均沿下方洞室（1）运出。

2.根据权利要求1所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：各顶层导洞（21）中分别设置有自上方洞室向下延伸、用于向上运土的传送带（5），在顶层导洞（21）开挖过程中所述传送带（5）跟随所在的导洞的掌子面不断向下接长，顶层导洞（21）中的土沿传送带（5）到达上方洞室后装车运出；底层导洞（23）以及次底层导洞（22）底部均带有一段长度不小于运土的车、用于供停靠装车的无坡度分段，各非顶导洞中分别设置有自非顶导洞底部向上延伸、用于向下运土的溜槽（6）；在开挖过程中所述传送带（5）跟随所在的导洞的掌子面不断向上接长，各非顶导洞中的土沿溜槽（6）溜下后装车沿下方洞室（1）运出。

3.根据权利要求2所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：所述次底层导洞（22）与下方洞室（1）连通，且次底层导洞（22）与下方洞室（1）的连通面两侧无落差，底层导洞（23）以及次底层导洞（22）的土装车后统一沿次底层导洞（22）进入下方洞室（1）。

4.根据权利要求3所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：所述底层导洞（23）为下端封闭的盲洞，所述次底层导洞（22）的底部的仰拱上开设有出土口（4），所述底层导洞（23）的底部设置有自底层导洞（23）的仰拱向出土口（4）延伸、用于供底层导洞（23）中的土装车后沿出土口（4）进入次底层导洞（22）的底坡（3），底层导洞（23）以出土口（4）为起点向上开挖，底层导洞（23）底部残留的土形成底坡（3）。

5.根据权利要求4所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：所述有坡度地下洞室为地铁站出入口爬坡段，所述底层导洞（23）所在位置为后续安装的地铁出入口楼梯以及电梯所在位置。

6.根据权利要求5所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：所述底层导洞（23）开挖完成后，俯挖底坡（3）及以下部位的土方沿出土口（4）吊到次底层导洞（22）底部装车。

7.根据权利要求2所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：若顶层导洞（21）与次底层导洞（22）之间存在一层或多层导洞，则这部分导洞记作中间导洞，中间导洞的溜槽（6）向下延伸到下方洞室（1）中，并在下方洞室（1）中装车运出。

8.根据权利要求4所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：所述出土口（4）一周设置有与衬砌主筋连为一体、用于避免在衬砌上开洞影响强度的型钢框。

9.根据权利要求4所述的一种用于有坡度地下洞室的快速且安全的开挖方法，其特征在于：所述底坡（3）上铺设有防滑钢板，所述溜槽（6）由废模板或钢板制成。