內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構及施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構及施工方法，其特征在于：包括既有隧道和在既有隧道內沿隧道長度方向設有間隔設置的第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱，所述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱之間的既有隧道上挖除圍巖后形成特大斷面隧道輪廓，在特大斷面隧道輪廓表面設有初期支護，所述特大斷面隧道輪廓的徑向布設有徑向系統錨桿。本發明在不具備從地表開挖豎井（或斜井）增加作業面的城市密集環境中，通過從既有隧道內部開口來增加作業面，能顯著提高施工進度，縮短施工工期。
【專利說明】
內部開口増加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構及施工方法
[0001 ] 技術領域:
本發明涉及山嶺隧道的施工結構及施工方法，具體地講，是在既有隧道內部開口增加作業面的一種特大斷面隧道原位擴建施工結構及施工方法。
[0002]【背景技術】:
隨著國民經濟的飛速發展，交通量日益增大，許多修建年代久遠的市政交通隧道已不能滿足道路交通運輸需求，須在既有隧道原址上進行擴建，才能達到相應的服務水平。原位擴建方案通常包括以下兩種:將單洞隧道擴建成連拱隧道，或將單洞隧道擴建成特大斷面隧道。相對連拱隧道而言，特大斷面隧道雖然面臨著跨度較大，支護結構設計復雜、施工工序轉換頻繁等不利因素，但具有道路展線方便、交通服務水平高、社會效益良好等優點，因此在市政交通隧道的原位擴建工程中得到越來越廣泛的應用。
[0003]另一方面，市政道路的保通壓力較大，因此對市政交通隧道原位擴建工程的工期要求較高。在常規山嶺隧道中，通過地表開挖豎井(或斜井)以增加作業面，是提高施工進度的最有效方法;而在建構筑物密集的城市環境中，通常不具備從地表開挖豎井(或斜井)的場地條件。因此可以考慮從既有隧道內部開口的方式，來達到增加作業面，提高施工進度的目的。
[0004]
【發明內容】
:
本發明的目的在于解決市政交通隧道原位擴建工程中保通壓力大、工期要求高的難題，提供一種從既有隧道內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構及施工方法。
[0005]本發明內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:包括既有隧道和在既有隧道內沿隧道長度方向設有間隔設置的第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱，所述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱之間的既有隧道上挖除圍巖后形成特大斷面隧道輪廓，在特大斷面隧道輪廓表面設有初期支護，所述特大斷面隧道輪廓的徑向布設有徑向系統錨桿。
[0006]進一步的，上述徑向系統錨桿為長度l=3m、直徑cp=22mm的水泥砂漿錨桿，以間距d=0.5m梅花形布置而成。
[0007]進一步的，上述初期支護包括5榀122鋼拱架和覆蓋其表面的25cm厚噴射混凝土。
[0008]進一步的，上述特大斷面隧道輪廓的下側部設有鎖腳銷桿，鎖腳銷桿包括2根長度I =6m、直徑φ =3 2mm的中空注楽銷桿。
[0009]進一步的，上述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱由10榀122鋼拱架通過4道U16槽鋼系梁焊接而成。
[0010]進一步的，上述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱間距4m，第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱長度為10m。
[0011 ]本發明特大斷面隧道鉆爆法原位擴建施工方法，其特征在于:施工方法包括三個步驟，依次是I)圍巖注漿加固與洞內套拱加固；2)特大斷面隧道右上部擴挖與初期支護;3)特大斷面隧道左上部擴挖與初期支護。
[0012]其中I)圍巖注漿加固與洞內套拱加固:
沿既有隧道縱向上選取一小段區間(區間長度B=4m)作為內部開口段，其前后一定里程內的區間(區間長度Bl=1m)作為延展段;首先對開口段和延展段范圍內的圍巖進行壁后注漿加固，所形成的圍巖注漿加固體的強度與穩定性，應相當于IV級以上巖體的標準；
在前后延展段的既有隧道襯砌內側施作臨時鋼套拱，臨時鋼套拱由10榀122鋼拱架通過4道U16槽鋼系梁焊接而成，每榀鋼拱架的拱腳處通過螺栓與既有隧道襯砌結構可靠連接；
2)特大斷面隧道右上部擴挖與初期支護:
從右側邊墻開始依次向上，分段破除既有隧道襯砌結構，同時擴挖圍巖至設定輪廓線，及時施作初期支護、鎖腳錨桿和徑向系統錨桿，其中初期支護包括5榀122鋼拱架和覆蓋其上表面的25cm厚噴射混凝土，鎖腳錨桿包括2根長度l=6m、直徑cp=32mm的中空注漿錨桿，徑向系統錨桿由長度l=3m、直徑φ =22mm的水泥砂漿錨桿，按間距d=0.5m梅花形布置而成；
當擴挖至既有隧道拱頂時，使用拱頂臨時鋼支撐，將擴挖隧道初期支護所承擔的圍巖壓力，臨時鋼支撐斜向地向兩側傳遞給鋼套拱，當擴挖至既有隧道左邊墻時，使用邊墻臨時鋼支撐，將擴挖隧道初期支護所承擔的圍巖壓力，斜向地向兩側傳遞給鋼套拱，通過臨時鋼支撐和臨時鋼支撐的支承作用，提高了初期支護的豎向承載能力，保證了擴挖后隧道圍巖的整體穩定性；
3)特大斷面隧道左上部擴挖與初期支護:
從左側拱腰開始依次向下，分段擴挖圍巖至設定輪廓線，及時施作初期支護、徑向系統錨桿和鎖腳錨桿，其支護參數與右側相同；開挖形成的洞渣側向排出，并堆填于既有隧道內，形成洞渣回填，有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0013]上述開挖與支護完畢后，施作2榀122鋼架豎向支撐，其上端與初期支護可靠焊接，下端直接支承在既有隧道的襯砌結構上，可顯著提高初期支護的豎向承載能力，完成豎向傳力的轉化后，可拆除臨時鋼支撐和，拆除臨時鋼套拱。
[0014]本發明施工方法中還包括第四步驟，后續擴挖與出渣:
形成B=4m寬度的作業空間后，增加了 2個掌子面，就可與普通隧道掘進類似，從中間向兩側掘進，但與普通隧道通過豎井出渣方式不同，新增掌子面上的爆破出渣，須經過B=4m的內部開口段側向排出，由于出渣效率較低，新增作業面上僅擴挖特大斷面隧道的右上部與左上部，其洞渣回填于既有隧道內，既可節約運距，又有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0015]本發明在不具備從地表開挖豎井(或斜井)增加作業面的城市密集環境中，通過從既有隧道內部開口來增加作業面，能顯著提高施工進度，縮短施工工期。
[0016]【附圖說明】:
圖1為內部開口增加作業面的擴建施工步驟一(橫斷面)；
圖2為內部開口增加作業面的擴建施工步驟一(縱斷面)；
圖3為內部開口增加作業面的擴建施工步驟二 (橫斷面)；
圖4為內部開口增加作業面的擴建施工步驟二 (縱斷面)；
圖5為內部開口增加作業面的擴建施工步驟三(橫斷面)； 圖6為內部開口增加作業面的擴建施工步驟三(縱斷面)。
[0017]【具體實施方式】:
以下結合附圖對本發明特征及應用流程進一步詳細說明，以便于理解。
[0018]本發明內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構(如圖3、4所示)，包括既有隧道A和在既有隧道內沿隧道長度方向設有間隔設置的第一臨時鋼套拱31a和第二臨時鋼套拱31b，所述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱之間的既有隧道上挖除圍巖后形成特大斷面隧道輪廓B，在特大斷面隧道輪廓表面設有初期支護41，所述特大斷面隧道輪廓的徑向布設有徑向系統錨桿43。
[0019]進一步的，上述徑向系統錨桿43為長度l=3m、直徑cp=22mm的水泥砂漿錨桿，以間距d=0.5m梅花形布置而成。
[0020]進一步的，上述初期支護41包括5榀122鋼拱架和覆蓋其表面的25cm厚噴射混凝土。初期支護41包括5榀122鋼拱架即為具有5個122鋼拱架，122鋼拱架為國家標準件。
[0021]進一步的，上述特大斷面隧道輪廓B的下側部設有鎖腳錨桿42，鎖腳錨桿42包括2根長度I =6m、直徑φ =3 2mm的中空注楽銷桿。
[0022]進一步的，上述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱由10榀122鋼拱架通過4道U16槽鋼系梁焊接而成。第一、二臨時鋼套拱由10榀122鋼拱架，即為具有10個122鋼拱架，122鋼拱架為國家標準件，U16槽鋼系梁即為型號為U16的槽鋼梁。
[0023]進一步的，上述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱間距4m，第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱長度為10m。
[0024]本發明特大斷面隧道鉆爆法原位擴建施工方法，施工方法包括三個步驟，依次是I)圍巖注漿加固與洞內套拱加固；2)特大斷面隧道右上部擴挖與初期支護;3)特大斷面隧道左上部擴挖與初期支護。
[0025]其中I)圍巖注漿加固與洞內套拱加固(如圖1、2所示):
沿既有隧道縱向上選取一小段區間(區間長度B=4m)作為內部開口段，其前后一定里程內的區間(區間長度Bl=1m)作為延展段;首先對開口段和延展段范圍內的圍巖進行壁后注漿加固，所形成的圍巖注漿加固體32的強度與穩定性，應相當于IV級以上巖體的標準;IV級以上的巖體為等級為IV級的巖體，其為國家標準，其RQD/%為75-90。
[0026]在前后延展段的既有隧道襯砌內側施作臨時鋼套拱31(包括第一臨時鋼套拱31a和第二臨時鋼套拱31b)，臨時鋼套拱31由10榀122鋼拱架通過4道U16槽鋼系梁焊接而成，每榀鋼拱架的拱腳處通過螺栓與既有隧道襯砌結構可靠連接。
[0027]2)特大斷面隧道右上部擴挖與初期支護(如圖3、4所示):
從右側邊墻開始依次向上，分段破除既有隧道襯砌結構，同時擴挖圍巖至設定輪廓線，及時施作初期支護41、鎖腳錨桿42和徑向系統錨桿43，其中初期支護41包括5榀122鋼拱架和覆蓋其上表面的25cm厚噴射混凝土，鎖腳錨桿42包括2根長度l=6m、直徑cp=32mm的中空注漿錨桿，徑向系統錨桿43由長度I=3m、直徑φ =22mm的水泥砂漿錨桿，按間距d=0.5m梅花形布置而成。
[0028]當擴挖至既有隧道拱頂時，使用拱頂臨時鋼支撐33，將擴挖隧道初期支護41所承擔的圍巖壓力，臨時鋼支撐33斜向地向兩側傳遞給鋼套拱31，當擴挖至既有隧道左邊墻時，使用邊墻臨時鋼支撐34，將擴挖隧道初期支護41所承擔的圍巖壓力，斜向地向兩側傳遞給鋼套拱31，通過臨時鋼支撐33和臨時鋼支撐34的支承作用，提高了初期支護41的豎向承載能力，保證了擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0029]3)特大斷面隧道左上部擴挖與初期支護(如圖5、6所示):
從左側拱腰開始依次向下，分段擴挖圍巖至設定輪廓線，及時施作初期支護4101、徑向系統錨桿4301和鎖腳錨桿4201，其支護參數與右側相同；開挖形成的洞渣側向排出，并堆填于既有隧道內，形成洞渣回填23，有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0030]上述開挖與支護完畢后，施作2榀122鋼架豎向支撐44，其上端與初期支護41可靠焊接，下端直接支承在既有隧道的襯砌結構上，可顯著提高初期支護41的豎向承載能力，完成豎向傳力的轉化后，可拆除臨時鋼支撐33和34，拆除臨時鋼套拱31。
[0031 ]本發明施工方法中還包括第四步驟，后續擴挖與出渣:
形成B=4m寬度的作業空間后，增加了 2個掌子面，就可與普通隧道掘進類似，從中間向兩側掘進，但與普通隧道通過豎井出渣方式不同，新增掌子面上的爆破出渣，須經過B=4m的內部開口段側向排出，由于出渣效率較低，新增作業面上僅擴挖特大斷面隧道的右上部與左上部，其洞渣回填于既有隧道內，既可節約運距，又有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0032]本發明所述內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構及方法，具有如下3個明顯優點。
[0033]I)在不具備從地表開挖豎井(或斜井)增加作業面的城市密集環境中，本發明所述特大斷面隧道原位擴建施工方法，通過從既有隧道內部開口來增加作業面，能顯著提高施工進度，縮短施工工期。
[0034]2)本發明所述的原位擴建施工方法，通過臨時鋼支撐將擴挖隧道初期支護所承擔的圍巖壓力，斜向地向兩側傳遞給臨時鋼套拱，能顯著提高初期支護的豎向承載能力，保證擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0035]3)本發明所述的原位擴建施工方法，在形成一定寬度的作業空間后，就可與普通隧道掘進類似，從中間向兩側掘進，同時其洞渣回填于既有隧道內，既可節約運距，又有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
[0036]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:包括既有隧道(A)和在既有隧道內沿隧道長度方向設有間隔設置的第一臨時鋼套拱(31a)和第二臨時鋼套拱(31b)，所述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱之間的既有隧道上挖除圍巖后形成特大斷面隧道輪廓(B)，在特大斷面隧道輪廓表面設有初期支護(41)，所述特大斷面隧道輪廓的徑向布設有徑向系統錨桿(43)。2.根據權利要求1所述的內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:所述徑向系統錨桿(43)為長度l=3m、直徑φ =22mm的水泥砂漿錨桿，以間距d=0.5m梅花形布置而成。3.根據權利要求1所述的內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:所述初期支護(41)包括5榀122鋼拱架和覆蓋其表面的25cm厚噴射混凝土。4.根據權利要求1所述的內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:所述特大斷面隧道輪廓(B)的下側部設有鎖腳錨桿(42)，鎖腳錨桿42包括2根長度I =6m、直徑φ =3 2mm的中空注楽銷桿。5.根據權利要求1所述的內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:所述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱由10榀122鋼拱架通過4道U16槽鋼系梁焊接而成。6.根據權利要求1所述的內部開口增加作業面的特大斷面隧道原位擴建施工結構，其特征在于:所述第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱間距4m，第一臨時鋼套拱和第二臨時鋼套拱長度為10m。7.一種特大斷面隧道鉆爆法原位擴建施工方法，其特征在于:施工方法包括三個步驟，依次是I)圍巖注漿加固與洞內套拱加固；2)特大斷面隧道右上部擴挖與初期支護;3)特大斷面隧道左上部擴挖與初期支護。8.根據權利要求7所述的特大斷面隧道鉆爆法原位擴建施工方法，其特征在于: 1)圍巖注漿加固與洞內套拱加固: 沿既有隧道縱向上選取一小段區間(區間長度B=4m)作為內部開口段，其前后一定里程內的區間(區間長度Bl=1m)作為延展段;首先對開口段和延展段范圍內的圍巖進行壁后注漿加固，所形成的圍巖注漿加固體(32)的強度與穩定性，應相當于IV級以上巖體的標準； 在前后延展段的既有隧道襯砌內側施作臨時鋼套拱(31 )，臨時鋼套拱(31)由1榀12 2鋼拱架通過4道U16槽鋼系梁焊接而成，每榀鋼拱架的拱腳處通過螺栓與既有隧道襯砌結構可靠連接； 2)特大斷面隧道右上部擴挖與初期支護: 從右側邊墻開始依次向上，分段破除既有隧道襯砌結構，同時擴挖圍巖至設定輪廓線，及時施作初期支護(41)、鎖腳錨桿(4)和徑向系統錨桿(43)，其中初期支護(41)包括5榀122鋼拱架和覆蓋其上表面的25cm厚噴射混凝土，鎖腳錨桿(42)包括2根長度l=6m、直徑φ =32mm的中空注漿錨桿，徑向系統錨桿(43)由長度I=3m、直徑φ =22mm的水泥砂漿錨桿，按間距d=0.5m梅花形布置而成； 當擴挖至既有隧道拱頂時，使用拱頂臨時鋼支撐(33)，將擴挖隧道初期支護(41)所承擔的圍巖壓力，臨時鋼支撐(33)斜向地向兩側傳遞給鋼套拱(31 )，當擴挖至既有隧道左邊墻時，使用邊墻臨時鋼支撐(34)，將擴挖隧道初期支護(41)所承擔的圍巖壓力，斜向地向兩側傳遞給鋼套拱(31)，通過臨時鋼支撐(33)和臨時鋼支撐(34)的支承作用，提高了初期支護(41)的豎向承載能力，保證了擴挖后隧道圍巖的整體穩定性； 3)特大斷面隧道左上部擴挖與初期支護: 從左側拱腰開始依次向下，分段擴挖圍巖至設定輪廓線，及時施作初期支護(4101)、徑向系統錨桿(4301)和鎖腳錨桿(4201)，其支護參數與右側相同；開挖形成的洞渣側向排出，并堆填于既有隧道內，形成洞渣回填(23)，有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性； 上述開挖與支護完畢后，施作2榀122鋼架豎向支撐(44)，其上端與初期支護(41)可靠焊接，下端直接支承在既有隧道的襯砌結構上，可顯著提高初期支護(41)的豎向承載能力，完成豎向傳力的轉化后，可拆除臨時鋼支撐(33)和(34)，拆除臨時鋼套拱(31)。9.根據權利要求7所述的特大斷面隧道鉆爆法原位擴建施工方法，其特征在于: 施工方法中還包括第四步驟，后續擴挖與出渣: 形成B=4m寬度的作業空間后，增加了 2個掌子面，就可與普通隧道掘進類似，從中間向兩側掘進，但與普通隧道通過豎井出渣方式不同，新增掌子面上的爆破出渣，須經過B=4m的內部開口段側向排出，由于出渣效率較低，新增作業面上僅擴挖特大斷面隧道的右上部與左上部，其洞渣回填于既有隧道內，既可節約運距，又有利于擴挖后隧道圍巖的整體穩定性。
【文檔編號】E21D11/00GK105822311SQ201610326430
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】陳良兵, 王事成, 張紅華, 李永山, 宋永樂, 關振長, 阮慶晶
【申請人】中鐵十五局集團有限公司, 中鐵十五局集團第二工程有限公司