专利名称：从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法
技术领域：
本发明涉及地下隧道施工方法，具体涉及从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法。
背景技术：
在隧道施工过程中，常常因为运营量的增加，需要在部分路段将单线隧道扩挖成双线隧道。目前，对隧道变化断面的开挖方法主要通过爆破开挖，从小断面直接扩挖到大断面。该方法存在着对周围岩体扰动比较大的缺点，适用于线路埋深较大、地质条件较好的山岭隧道工程，对围岩地质情况较差、地下水系丰富的城市轨道交通隧道工程，则存在很大的安全风险。
在围岩地质情况较差、地下水系丰富的城市轨道交通隧道工程中，现有技术采用台阶法变CRD工法从单线隧道小断面直接扩挖到双线隧道大断面，因为是一次到位的扩挖，使得施工单元较大，使现有技术中的扩挖方法存在着如下技术问题
(1)容易因断面变化过大而引起应力突变对岩层的扰动，使突变高度较大，加大了对土体的扰动或延长作业时间，对周边环境影响大，存在着易使道路出现塌陷或造成地面建筑物下沉等的安全风险；
(2)需要的施工周期长，耗费的人力多，成本高；
(3)操作复杂为了使扩挖施工过程中的土体较为稳定，在扩挖施工前，需对土体进行单独的加固，采取管棚法，对整个扩挖断面进行压浆加固。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩方法存在的对周边环境影响大、安全系数低且施工周期长的缺点，提供对周边环境影响小、安全的且施工周期较短的从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案
从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法，包括以下步骤
(1)超前支护过渡断面在单线隧道1/2上导坑小断面内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，径向注浆，形成从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线；
(2)扩挖过渡断面在所述从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，上挑、拓宽单线隧道1/2上导坑小断面，径向注浆，步长O. 65 O. 85m,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面；
(3)超前支护双线隧道1/2上导坑第一大断面在所述从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，径向注浆，步长O. 65 O. 85m,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线；
(4)扩挖双线隧道1/2上导坑第一大断面在所述双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，上挑、拓宽从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面，径向注浆，步长O. 65 O. 85m,架立两榀格栅，进尺I. 2 I. Sm,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成双线隧道1/2上导坑第一大断面；
(5)开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面并超前支护双线隧道1/2上导坑第二大断面开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面，架立两榀格栅，进尺I. 2 I. Sm ;沿双线隧道大断面竖直中心线，向双线隧道1/2上导坑第一大断面的另一侧土体，以280 300mm为间距搭设超前小导管，径向注浆，形成双线隧道1/2上导坑第二大断面外轮廓线；
(6)开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面采用网喷混泥土封闭双线隧道上导坑中隔壁，开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面，架立两榀格栅，进尺I. 2 I. Sm,所述双线隧道 1/2上导坑第二大断面与所述双线隧道1/2上导坑第一大断面以双线隧道大断面竖直中心线对称；
(7)开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面在双线隧道1/2上导坑第一大断面的下侧土体开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面，进尺I. 2 I. Sm,所述双线隧道1/2下导坑第二大断面与所述双线隧道1/2下导坑第一大断面以双线隧道大断面水平中心线对称；将步骤
(4)中设立的立式中钢立柱延接至双线隧道下导坑，完成双线隧道立撑；
(8)继续开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面架立两榀格栅，进尺I.5m ;沿格栅拱架上弧侧，以300mm为间距搭设Φ42超前小导管，上挑、拓宽，径向注浆加固交接段拱墙土体，步长O. 75m，每榀格栅对应一榀横撑，完成双线隧道横撑；
(9)开挖中隔壁下导坑第二断面沿双线隧道大断面竖直中心线，开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面的另一侧土体，架立两榀格栅，进尺I. 5m，完成格栅闭合，所述双线隧道1/2下导坑第二大断面与所述双线隧道1/2下导坑第一大断面以双线隧道大断面竖直中心线对称。为了使上述扩挖方法在实施时的安全性较好，上述步骤(2)中单线隧道1/2上导坑小断面的纵向距离与其在纵向上拓宽的距离的比值范围优选为为5:1 4. 5:1，所述比值进一步优选为5:1 ;单线隧道1/2上导坑小断面的横向距离与其在横向上拓宽的距离的比值范围优选为为15:1 14:1，所述比值进一步优选为14. 5:1。上述步骤(4)中从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面的纵向距离与其在纵向上拓宽的距离的比值范围优选为4:1 3:1，所述比值进一步优选为为3. 5 I ；从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面的横向距离与其在横向上拓宽的距离的比值优选为为13:1 12:1，所述比值进一步优选为12. 5 I 。为了使上述扩挖方法在实施时的安全性更佳，对上述步骤(2)和步骤(4)中围岩间距薄的地段注浆以加固土体；上述扩挖方法进一步优选在左右线隧道围岩间距〉5m的地段，施做对拉锚管；所述锚管优选Φ 42钢管，所述锚管成梅花形布置，并与上述格栅焊接在一起。同时考虑到提高上述扩挖方法的安全性和进一步缩短施工周期，在上述扩挖方法所述的上挑施工时，延长台阶，以便于扩挖施工和支撑稳定掌子面；在上述扩挖方法中关于洞室施工，即非上述上挑施工时，缩短洞室台阶长度，以实现初期支护尽早封闭。为了减小围岩沉降，提高上述扩挖方法的安全性，上述扩挖方法中优选施打锁脚锚杆或锚管、注浆，上述格栅的间距优选为500mm ，在上述格栅之间增加纵向连接筋，以增加初期支护刚度。与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法，经过发明人长期的实际施工经验和理论研究，综合考虑了地下隧道扩挖施工的安全性和施工周期长短，结合台阶法施工和CRD开挖法分部扩挖隧道，采用逐步扩挖的方法，把较大断面的大施工单元 分解成多个较小断面的小施工单元，使得本发明方法具有如下的优点(I)、减小了分部开挖跨度和开挖高度，减少因断面变化过大而引起的应力突变对岩层的扰动，突变高度小，并减少土体暴露时间，从而加强土体的稳定性，进而减小地表沉降，对周边环境影响小，安全系数高；(2)、省去了现有扩挖工法中，为了使扩挖施工过程中的土体稳定，在扩挖施工前，必须对土体进行单独的加固，采取管棚法，对整个扩挖断面进行压浆加固的操作，从而提高了施工效率，也确保了支护的及时性。
图I为实施例I扩挖方法中步骤(I)所涉及的隧道断面示意 图2为实施例I扩挖方法中步骤(2)所涉及的隧道断面示意 图3为实施例I扩挖方法中步骤(3)所涉及的隧道断面示意 图4为实施例I扩挖方法中步骤(4)所涉及的隧道断面示意 图5为实施例I扩挖方法中步骤(5)所涉及的隧道断面示意 图6为实施例I扩挖方法中步骤(6)所涉及的隧道断面示意 图7为实施例I扩挖方法中步骤(7)所涉及的隧道断面示意 图8为实施例I扩挖方法中步骤(8)所涉及的隧道断面示意 图9为实施例I扩挖方法中步骤(9)所涉及的隧道断面示意图。图中标记1-单线隧道1/2上导坑小断面，2-从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线，3-单线隧道小断面竖直中心线，4-从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面，5-第一横撑，6-第一立式中钢立柱，7-从单线隧道到双线隧道的过渡断面竖直中心线，8-双线隧道1/2上导坑第一大断面，9-双线隧道大断面竖直中心线，10-双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线，11-第二立式中钢立柱，12-第二横撑，13-双线隧道1/2上导坑第二大断面，14-双线隧道1/2下导坑第一大断面，15-第三立式中钢立柱，16-第三横撑，17-双线隧道1/2下导坑第二大断面，18-双线隧道1/2上导坑第二大断面轮廓线，19-双线隧道大断面水平中心线。
具体实施例方式下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例I 以某单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖施工为例，参照图I 9，从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法，包括以下步骤
(1)超前支护过渡断面参照图1，在单线隧道1/2上导坑小断面I内沿格栅拱架上弧侦牝以300mm为间距搭设超前支护小导管，径向注浆，形成从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线2 ；
(2)扩挖过渡断面参照图2，在从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线2内沿格栅拱架上弧侧，以300mm为间距搭设超前支护小导管，上挑、拓宽单线隧道1/2上导坑小断面I (单线隧道1/2上导坑小断面I的纵向距离为750 mm,在纵向上拓宽的距离为150 mm;单线隧道1/2上导坑小断面I的横向距离为3250 mm，在横向上拓宽的距离为225 mm)，径向注浆，步长O. 75m，每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑(在图
2中可见的立式中钢立柱为第一立式中钢立柱6，与从单线隧道到双线隧道的过渡断面竖直中心线7重合，即设置在所述过渡断面的中隔壁上；在图2中可见的横撑为第一横撑5)，形成从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面4 ； (3)超前支护双线隧道1/2上导坑第一大断面参照图3，在从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面4内沿格栅拱架上弧侧，以300mm为间距搭设超前支护小导管，径向注浆，步长O. 75m,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线10 ；
(4)扩挖双线隧道1/2上导坑第一大断面参照图4，在双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线10内沿格栅拱架上弧侧，以300mm为间距搭设超前支护小导管，上挑、拓宽从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面4 (从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面4的纵向距离为750 mm，在纵向上拓宽的距离为215 mm;从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面4的横向距离为3475 mm，在横向上拓宽的距离为278 mm)，径向注浆，步长O. 75m，架立两榀格栅，进尺I. 5m，每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑(图4中可见的立式中钢立柱有第二立式中钢立柱11、第一立式中钢立柱6和第二横撑12、第一横撑5，本步骤设立的立式中钢立柱与双线隧道大断面竖直中心线9重合，本步骤设立的横撑包括第二横撑12，第二横撑12与步骤(2)中设立的第一横撑5对接)，形成双线隧道1/2上导坑第一大断面；
(5)开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面并超前支护双线隧道1/2上导坑第二大断面参照图5，开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面8，架立两榀格栅，进尺I. 5m ;沿双线隧道大断面竖直中心线9，向双线隧道1/2上导坑第一大断面8的另一侧土体，以300mm为间距搭设超前小导管，径向注浆，形成双线隧道1/2上导坑第二大断面外轮廓线18 ；
(6)开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面参照图6，采用网喷混泥土封闭双线隧道上导坑中隔壁，开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面13，架立两榀格栅，进尺I. 5m，双线隧道1/2上导坑第二大断面13与双线隧道1/2上导坑第一大断面8以双线隧道大断面竖直中心线9对称；
(7)开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面参照图7，在双线隧道1/2上导坑第一大断面8的下侧土体开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面14，进尺I. 5m，双线隧道1/2下导坑第二大断面17与双线隧道1/2下导坑第一大断面14以双线隧道大断面水平中心线19对称；将步骤(4)中设立的包括第二立式中钢立柱11并与双线隧道大断面竖直中心线9重合的立式中钢立柱延接至双线隧道下导坑，完成双线隧道立撑；(8)继续开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面参照图8，架立两榀格栅，进尺I.5m ;沿格栅拱架上弧侧，以300mm为间距搭设Φ42超前小导管，上挑、拓宽，径向注浆加固交接段拱墙土体，步长O. 75m,每榀格栅对应一榀横撑(图8中可见的横撑有第三横撑16、第二横撑12和第一横撑5，本步骤设立的横撑包括第三横撑16，第三横撑16与双线隧道大断面水平中心线19重合，并与步骤(4)中设立的第二横撑12对接)，完成双线隧道横撑；
(9)开挖中隔壁下导坑第二断面沿双线隧道大断面竖直中心线9，开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面14的另一侧土体，架立两榀格栅，进尺I. 5m，完成格栅闭合，双线隧道1/2下导坑第二大断面17与双线隧道1/2下导坑第一大断面14以双线隧道大断面竖直中心线9对称。本例扩挖方法将单线隧道小断面进行扩挖成双线隧道大断面，把较大断面的大施 工单元分解成多个较小断面的小施工单元，经本例方法扩挖的地下隧道，突变高度小，减少了土体暴露时间，加强了土体的稳定性，进而减小地表沉降，对周边环境影响小，安全系数高；施工效率高，确保了支护的及时性。
权利要求
1.从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法，包括以下步骤 (1)超前支护过渡断面在单线隧道1/2上导坑小断面内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，径向注浆，形成从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线； (2)扩挖过渡断面在所述从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面外轮廓线内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，上挑、拓宽单线隧道1/2上导坑小断面，径向注浆，步长O. 65 O. 85m,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面； (3)超前支护双线隧道1/2上导坑第一大断面在所述从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，径向注浆，步长O. 65 O. 85m,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线； (4)扩挖双线隧道1/2上导坑第一大断面在所述双线隧道1/2上导坑第一大断面外轮廓线内沿格栅拱架上弧侧，以280 320mm为间距搭设超前支护小导管，上挑、拓宽从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面，径向注浆，步长O. 65 O. 85m,架立两榀格栅，进尺I. 2 I. Sm,每榀格栅对应一榀立式中钢立柱与横撑，形成双线隧道1/2上导坑第一大断面； (5)开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面并超前支护双线隧道1/2上导坑第二大断面开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面，架立两榀格栅，进尺I. 2 I. Sm ;沿双线隧道大断面竖直中心线，向双线隧道1/2上导坑第一大断面的另一侧土体，以280 300mm为间距搭设超前小导管，径向注浆，形成双线隧道1/2上导坑第二大断面外轮廓线； (6)开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面采用网喷混泥土封闭双线隧道上导坑中隔壁，开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面，架立两榀格栅，进尺I. 2 I. Sm，所述双线隧道1/2上导坑第二大断面与所述双线隧道1/2上导坑第一大断面以双线隧道大断面竖直中心线对称； (7)开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面在双线隧道1/2上导坑第一大断面的下侧土体开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面，进尺I. 2 I. Sm,所述双线隧道1/2下导坑第二大断面与所述双线隧道1/2下导坑第一大断面以双线隧道大断面水平中心线对称；将步骤(4)中设立的立式中钢立柱延接至双线隧道下导坑，完成双线隧道立撑； (8)继续开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面架立两榀格栅，进尺I.5m ;沿格栅拱架上弧侧，以300mm为间距搭设Φ42超前小导管，上挑、拓宽，径向注浆加固交接段拱墙土体，步长O. 75m，每榀格栅对应一榀横撑，完成双线隧道横撑； (9)开挖中隔壁下导坑第二断面沿双线隧道大断面竖直中心线，开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面的另一侧土体，架立两榀格栅，进尺I. 5m,完成格栅闭合，所述双线隧道1/2下导坑第二大断面与所述双线隧道1/2下导坑第一大断面以双线隧道大断面竖直中心线对称。
2.根据权利要求I所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，步骤(2)中单线隧道1/2上导坑小断面的纵向距离与其在纵向上拓宽的距离的比值范围为5:1 4.5:1，单线隧道1/2上导坑小断面的横向距离与其在横向上拓宽的距离的比值范围为15:1 14:1。
3.根据权利要求2所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，步骤(2)中单线隧道1/2上导坑小断面的纵向距离与其在纵向上拓宽的距离的比值为5:1，单线隧道1/2上导坑小断面的横向距离与其在横向上拓宽的距离的比值为14.5:1。
4.根据权利要求1-3任一所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，步骤(4)中从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面的纵向距离与其在纵向上拓宽的距离的比值范围为4:1 3:1，从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面的横向距离与其在横向上拓宽的距离的比值范围为13:1 12:1。
5.根据权利要求4所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，步骤(4)中从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面的纵向距离与其在纵向上拓宽的距离的比值为3. 5 I ，从单线隧道到双线隧道的1/2上导坑过渡断面的横向距离与其在横向上拓宽的距离的比值为 12.5 I 。·
6.根据权利要求1-3任一所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，在步骤(2)和步骤(4)中，对围岩间距薄的地段注浆以加固土体并施做对拉锚管。
全文摘要
本发明公开了从单线隧道小断面到双线隧道大断面的地下隧道扩挖方法，结合台阶法施工和CRD开挖法分部扩挖隧道，采用逐步扩挖的方法，把较大断面的大施工单元分解成多个较小断面的小施工单元，包括以下步骤超前支护过渡断面、扩挖过渡断面、超前支护双线隧道1/2上导坑第一大断面、扩挖双线隧道1/2上导坑第一大断面、开挖双线隧道1/2上导坑第一大断面并超前支护双线隧道1/2上导坑第二大断面、开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面、开挖双线隧道1/2下导坑第一大断面、继续开挖双线隧道1/2上导坑第二大断面、开挖中隔壁下导坑第二断面。本发明方法不仅提高了施工效率，而且减小了对岩层的扰动，使突变高度小，从而降低了对周边环境的影响，使安全系数高。
文档编号E21D11/10GK102852525SQ20121037160
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者王家祥, 陈强, 申遂 申请人:中铁二局股份有限公司