专利名称：先成结构大跨度隧洞建造方法
技术领域：
本发明涉及隧洞施工领域，特别涉及一种先成结构大跨度隧洞建造方法。
背景技术：
通常隧洞掘进时，是直接掘进隧洞而后设置隧洞支护结构，因此必须防止支护设置之前刚完成的掘进段发生崩落，或者松动的石块从隧洞壁上掉到隧洞中，尤其对于大跨度的隧洞，支护设置前的稳定是更大的问题。对于大跨度的隧洞，由于开挖荷载较大，往往需要设置很强、很厚的支护结构，支护结构的工程量大、造价高，而且必须在满足隧洞使用功能要求的空间之外再开挖出必要的支护结构设置空间，这样支护结构设置空间内的岩土体必须全部挖出，造成隧洞开挖面积的增大。现有技术中采用喷混凝土施工法、有掩护支架和无掩护支架的机械式三种直接掘进隧洞方法。此三种方法分别存在如下的缺陷和不足在用喷混凝土施工法的情况下，用挖土机或部分断面掘进机进行掘进。在掘进后，隧洞衬筒容许变形，所以引起托环形式的变形阻力。这种托环包围空腔并阻止岩石继续移入空腔中。但这种变形不容许变得太大，以免由于超载而引起松动。薄的喷混凝土支护限制这种变形，即这种支护像变形的弹簧那样随不断增加的变形而反方向作用一个变大的阻力。
在有掩护支架的机械式隧洞掘进的情况下，用机械的工具开挖系统进行施工。其中，工具可以是具有切割轮或掘进机刀盘的整体断面掘进机，用以同时加工整个开挖面。在采用部分断面掘进机的情况下，开挖面前壁须进行多次开挖。掩护支架是一种随着隧洞掘进机不断移动的支护，在它的保护下设置围岩支护结构。由于隧洞掘进机是根据相应的隧洞几何形状和地质情况单独制造的，这种隧洞掘进机常常只适用于一种任务，所以造成高昂的设备费用。在隧洞纵向内改变的隧洞横断面(例如道路施工的停车场或地下铁道的火车站)不可能用机器开挖。
在无掩护支架的机械式隧洞掘进情况下，工作面的开挖与有掩护支架的机械式隧洞掘进是相同的。在使用过程中，掘进机锚紧在围岩上，支护工程与掘进分开在稍后的时间进行。喷混凝土施工法工作安全性差，在隧洞掘进开挖一个循环后，工人处于不安全的范围并特别危险；由于喷射混凝土时大的反弹和产生尘土，工人健康受到严重损害；由于在喷射混凝土时出现反弹，这时喷射的混凝土没有被完全利用，造成很高的材料费用，另外这种支护没有考虑喷射混凝土壳层以后的承载能力，还可能因需要超前的支护引起附加的费用；施工需要良好培训的专业人员；因为掘进和喷混凝土支护必须相继更替进行，施工过程不能连续，因此施工速度慢；难于进行工程状况的静力核算，在短的停留时间情况下，横断面需要多次部分开挖，从而增加沉陷。无掩护支架的掘进机由于支护的设置在时间上迟于掘进井单独进行，所以难于反应变化的岩石情况。如果在掘进机范围内必须进行支护工程，则会妨碍掘进。此外，还存在掘进机被掩埋的危险。
此外，近年来，还出现了一些在如超前管棚、超前混凝土支护等超前支护结构保护下的隧洞的建造方法，参见图6所提供的超前混凝土支护隧洞建造方法，此方法通过在已开挖的隧洞段14内，向开挖面16前方待开挖段17施作超前混凝土支护15，而后在超前混凝土支护15的保护下开挖待开挖段17。此类方法一定程度上克服了支护设置之前刚完成的掘进段发生石块崩落或松动的问题，但是依然存在如下问题例如，由于超前支护是在隧洞的已开挖段内部向前方的未开挖段施作的，受施作空间和机具设备条件的限制，不可能形成纵向长度较长的连续的、整体的超前支护结构带，且所形成的超前承载结构带强度低、整体性差。此外，还需为开挖的隧洞设置必要支护结构，该工作量依然很大，效率低，成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种先成结构大跨度隧洞建造方法。
为实现上述目的，本发明是这样实现的一种先成结构大跨度隧洞建造方法，包括以下步骤在待掘进隧洞的两个侧上方沿掘进方向开挖两个先行导洞；通过所述先行导洞在待掘进隧洞上方施作承载结构带；在所述承载结构带的保护下开挖隧洞。
较佳的，采用注浆和施加预应力的方法施作承载结构带。
本发明的有益效果是本发明通过改善预期承载结构带范围内岩土体的整体性和受力状态，在待开挖隧洞上方以围岩土体为主要材料形成连续的高强度、高承载力的承载结构带，极大地提高了隧洞开挖时围岩的稳定性和安全性，而且避免了传统隧洞施工方法中隧洞掘进和初期支护施作之间频繁交替作业的情况，极大的提高了隧洞建设速度；通过利用注浆、预应力等措施改善岩土体的整体性和受力状态获得承载结构，减少了开挖工程量，而且可以一定程度上减弱甚至完全取消隧洞开挖后设置支护结构的要求，具有极高的经济性。
图1为本发明整体示意2为本发明整体示意图的A-A剖面3-图5为本发明各步骤示意6为现有技术中超前混凝土支护隧洞建造方法示意图标号说明10隧洞 12承载结构带11先行导洞 13支护结构14已开挖的隧洞段 15超前混凝土支护16开挖面 17待开挖段具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
(1)如图3所示，施工时沿隧洞10的掘进方向在待开挖的隧洞10的上方先施作两个尺寸较小的先行导洞11。
(2)自两侧的先行导洞11内相对打入注浆管，通过注浆管对待开挖的隧洞10上方的围岩土体进行注浆加固提高其整体性和强度，并自两侧的先行导洞11内相对钻进预应力锚索孔，在贯通后的锚索孔内设置预应力锚索，并张拉和锚固锚索对待开挖的隧洞10上方的围岩土体进行预应力加固，改善其整体性和应力状态，从而在待开挖的隧洞10的上方以围岩土体为基础形成如图4所示的高整体性、高强度、高承载力的承载结构带12。
(3)如图5所示，在先期形成的承载结构带12的保护下开挖隧洞10。
(4)在隧洞10中设置永久性支护结构13，结果如图1所示，整个大跨度隧洞的开挖工作即告完成。
权利要求
1.一种先成结构大跨度隧洞建造方法，其特征在于包括以下步骤1)在待掘进的隧洞的两个侧上方沿掘进方向开挖两个先行导洞，2)通过所述先行导洞在待掘进隧洞上方施作承载结构带，3)在步骤2)中形成的所述承载结构带的保护下开挖隧洞，4)在开挖的所述隧洞中设置支护结构。
2.根据权利要求1所述的先成结构大跨度隧洞建造方法，其特征在于在所述建造方法步骤2)中，采用注浆和施加预应力的方法施作承载结构带。
全文摘要
一种先成结构大跨度隧洞建造方法，包括以下步骤在待掘进大跨度隧洞的两个侧上方沿掘进方向开挖两个先行导洞；通过所述先行导洞在待掘进隧洞上方施作承载结构带；在所述承载结构带的保护下开挖隧洞并设置支护结构。本发明通过注浆、施加预应力等措施改善预期承载带范围内岩土体的整体性和受力状态，在待开挖隧洞上方以围岩土体为主要材料形成连续的高强度、高承载力的承载结构带，提高了大跨度隧洞开挖时的围岩稳定性和安全性，节约了大跨度隧洞建设的成本，加快了隧洞建设的速度。
文档编号E21D9/00GK1707067SQ20041002513
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月11日 优先权日2004年6月11日
发明者袁勇, 王胜辉 申请人:同济大学