专利名称：从双线隧道断面到三线隧道超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扩挖施工方法，具体涉及从双线隧道断面到三线隧道超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，需要在部分路段将双线隧道扩挖成三线隧道。目前，对隧道变化断面的开挖方法主要通过爆破开挖，从双线隧道断面直接扩挖到三线隧道超大断面。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，现有技术中多采用一次扩挖成形的方法，存在如下的缺点(I)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
本发明的目的在于克服现有技术从双线隧道断面到三线隧道超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双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法，包括在所述双线隧道断面内开挖中洞并浇筑中柱，在所述双线隧道断面内往所述中柱的一侧开挖单线隧道，在所述中柱的另一侧向所述双线隧道断面外扩挖新的双线隧道；所述单线隧道、中柱和新的双线隧道构成双连拱结构的三线隧道；所述新的双线隧道以具有相同高度的I部上台阶、II部中台阶、III部下台阶、IV部上台阶、V部中台阶和VI部下台阶进行分部开挖，所述I部上台阶、II部中台阶和III部下台阶分别与IV部上台阶、V部中台阶和VI部下台阶以所述新的双线隧道的竖直中心线对称分布。上述从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法，具体包括如下步骤(I)开挖中洞上导洞施打超前小导管，上挑、拓宽形成中洞上导洞外轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，分次开挖中洞上导洞，对中洞上导洞进行初期支护；(2)开挖中洞下导洞沿所述中洞上导洞往下分次开挖中洞下导洞并进行初期支护，完成中洞的初期支护结构的施工；(3)浇筑中柱以所述中洞的竖直中心线为中心模筑砼，完成中柱浇筑；(4)开挖单线隧道上导洞拆除所述中洞的初期支护结构，在欲开挖单线隧道的断面施打超前小导管，上挑、拓宽形成单线隧道上导洞轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅；(5)开挖单线隧道下导洞沿所述单线隧道上台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺L 2 L Sm,架立两榀格栅；(6)开挖新的双线隧道断面I部上台阶施打超前小导管，上挑、拓宽形成新的双线隧道断面I部上台阶轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm,架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑；
(7)开挖新的双线隧道断面II部中台阶沿I部上台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑，形成II部中台阶；(8)开挖新的双线隧道断面III部下台阶沿II部中台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑，并将中立柱延接到所述新的双线隧道底部，完成所述新的双线隧道立撑；(9)开挖新的双线隧道断面IV部上台阶施打超前小导管，上挑、拓宽形成IV部上台阶轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀横撑，完成所述新的双线隧道第一道横撑；( 10)开挖新的双线隧道断面V部中台阶沿IV部上台阶11开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀横撑，完成所述新的双线隧道第二道横撑；(11)开挖新的双线隧道断面VI部下台阶沿V部中台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，形成新的双线隧道断面。在上述单线隧道和新的双线隧道开挖过程中，为了降低对周边环境围岩影响、提高施工时的安全系数并考虑到缩短施工周期，上述从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法中，每次开挖延长台阶的长度优选为3m，每进尺的距离优选为I. 5m。与现有技术相比，本发明的有益效果本发明从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法，结合台阶法和CRD法分部开挖，在双线隧道断面内开挖中洞并浇筑中柱，在所述中柱的两侧分别开挖单线隧道和分部扩挖新的双线隧道，最终构成具有双连拱结构的三线隧道，使得本发明方法具体如下优点(I)减小了分部开挖跨度和开挖高度，减小了地表沉降，从而减小施工对岩层扰动，避免了因应力产生过大的突变，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，降低了施工成本。
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；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；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；
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；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；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；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；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10为实施例I扩挖方法中步骤(10)所涉及的隧道断面示意图；图11为实施例I扩挖方法中步骤(11)所涉及的隧道断面示意图。图中标记1_双线隧道轮廓线，2-中洞上导洞，3-中洞下导洞，4-中柱，5-中洞的竖直中心线，6-中洞的初期支护结构，7-单线隧道，701-单线隧道上导洞，702-单线隧道下导洞，8-1部上台阶，801-1部上台阶轮廓线，9-II部中台阶，10-III部下台阶，Il-IV部上台阶，12-V部中台阶，13-VI部下台阶，14-第一道横撑，1401-第一道横撑第一部分，1402-第一道横撑第二部分，15-第二道横撑，1501-第二道横撑第一部分，1502-第二道横撑第二部分，16-新的双线隧道中立柱，1601-新的双线隧道中立柱第一部分，1602-新的双线隧道中立柱第二部分，1603-新的双线隧道中立柱第三部分，17-新的双线隧道的竖直中心线，18-新的双线隧道断面轮廓线。
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以某双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖施工为例，参照图I 11，从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法，包括在所述双线隧道断面(图I中双线隧道轮廓线I围成的区域)内开挖中洞(由中洞上导洞2和中洞下导洞3构成)并浇筑中柱4，在所述双线隧道断面内往所述中柱4的一侧开挖单线隧道7，在所述中柱的另一侧向所述双线隧道断面外扩挖新的双线隧道(图11中新的双线隧道断面轮廓线18围成的区域)；所述单线隧道7、中柱4和新的双线隧道构成双连拱结构的三线隧道；所述新的双线隧道以具有相同高度的I部上台阶8、II部中台阶9、III部下台阶10、IV部上台阶11、V部中台阶12和VI部下台13阶进行分部开挖，所述I部上台阶8、11部中台阶9和III部下台阶10分别与IV部上台阶11、V部中台阶12和VI部下台阶13以所述新的双线隧道的竖直中心线17对称分布；具体包括如下步骤(I)开挖中洞上导洞2 :参照图1，施打超前小导管，上挑、拓宽形成中洞上导洞轮廓线201，径向注浆加固交接段拱墙土体，分次开挖中洞上导洞2，对中洞上导洞2进行初期支护；(2)开挖中洞下导洞3 :参照图2，沿所述中洞上导洞2往下分次开挖中洞下导洞3并进行初期支护，完成中洞的初期支护结构6的施工；(3)浇筑中柱4 :参照图3，以所述中洞的竖直中心线5为中心模筑砼，完成中柱4烧筑；(4)开挖单线隧道上导洞701 :参照图4，拆除所述中洞的初期支护结构6，在欲开挖单线隧道7的断面施打超前小导管，上挑、拓宽形成单线隧道上导洞轮廓线703，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅；(5)开挖单线隧道下导洞702 :参照图5，沿所述单线隧道上导洞701台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅；(6)开挖新的双线隧道断面I部上台阶8 :参照图6，施打超前小导管，上挑、拓宽形成I部上台阶轮廓线801，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑(图6中可见的中立柱有新的双线隧道中立柱第一部分1601，第一道横撑第一部分1401，本步骤设立的中立柱与新的双线隧道的竖直中心线17重合)；(7)开挖新的双线隧道断面II部中台阶9:参照图7，沿I部上台阶8开挖下侧土·体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑(本步骤设立的中立柱包括在图7中与新的双线隧道中立柱第一部分1601对接的新的双线隧道中立柱第二部分1602，本步骤设立的横撑包括在图7中可见的第二道横撑第一部分1501)，形成II部中台阶9 ;(8)开挖新的双线隧道断面III部下台阶10:参照图8，沿II部中台阶9开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑(本步骤设立的中立柱包括在图8中与新的双线隧道中立柱第二部分1602对接的新的双线隧道中立柱第三部分1603)，并将中立柱延接到所述新的双线隧道底部，形成新的双线隧道中立柱16，完成所述新的双线隧道立撑；(9)开挖新的双线隧道断面IV部上台阶11 :参照图9，施打超前小导管，上挑、拓宽形成IV部上台阶轮廓线1101，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀横撑(本步骤设立的横撑包括在图9中与第一道横撑第一部分1401对接的第一道横撑第二部分1402)，完成所述新的双线隧道第一道横撑14 ；(10)开挖新的双线隧道断面V部中台阶12 :参照图10，沿IV部上台阶11开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m,架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀横撑(本步骤设立的横撑包括在图10中与第二道横撑第一部分1501对接的第二道横撑第二部分1502)，完成所述新的双线隧道第二道横撑15 ；(11)开挖新的双线隧道断面VI部下台阶13 :参照图11，沿V部中台阶12开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺I. 5m，架立两榀格栅，形成新的双线隧道断面(如图11中新的双线隧道断面轮廓线18所围成的区域)。参照图11，经过本例地下隧道扩挖方法扩挖成的三线隧道超大断面，包括了单线隧道7断面和新的双线隧道断面轮廓线18所围成的新的双线隧道断面；在从双线隧道断面到三线隧道超大断面的扩挖过程中，中柱4的设置，稳固了围岩，防止围岩下沉，使本例扩挖方法安全性较好；当三线隧道超大断面扩挖形成后，在隧道开挖掌子面，可以不再对单线隧道7和新的双线隧道之间模筑中柱4。本例地下隧道扩挖方法，结合台阶法和CRD法分部开挖，减小了分部开挖跨度和开挖高度，减小了地表沉降，从而减小施工对岩层扰动，避免了因应力产生过大的突变，对周边环境影响小，安全性较好；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，降低了施工成本。
权利要求
1.从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法，其特征在于，包括在所述双线隧道断面内开挖中洞并浇筑中柱，在所述双线隧道断面内往所述中柱的一侧开挖单线隧道，在所述中柱的另一侧向所述双线隧道断面外扩挖新的双线隧道；所述单线隧道、中柱和新的双线隧道构成双连拱结构的三线隧道；所述新的双线隧道以具有相同高度的I部上台阶、II部中台阶、III部下台阶、IV部上台阶、V部中台阶和VI部下台阶进行分部开挖，所述I部上台阶、II部中台阶和III部下台阶分别与IV部上台阶、V部中台阶和VI部下台阶以所述新的双线隧道的竖直中心线对称分布。
2.根据权利要求I所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，具体包括如下步骤 (1)开挖中洞上导洞施打超前小导管，上挑、拓宽形成中洞上导洞外轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，分次开挖中洞上导洞，对中洞上导洞进行初期支护； (2)开挖中洞下导洞沿所述中洞上导洞往下分次开挖中洞下导洞并进行初期支护，完成中洞的初期支护结构的施工； (3)浇筑中柱以所述中洞的竖直中心线为中心模筑砼，完成中柱浇筑； (4)开挖单线隧道上导洞拆除所述中洞的初期支护结构，在欲开挖单线隧道的断面施打超前小导管，上挑、拓宽形成单线隧道上导洞轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅； (5)开挖单线隧道下导洞沿所述单线隧道上台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m,每进尺I. 2 I. 8m,架立两棍!格栅； (6)开挖新的双线隧道断面I部上台阶施打超前小导管，上挑、拓宽形成新的双线隧道断面I部上台阶轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑； (7)开挖新的双线隧道断面II部中台阶沿I部上台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑，形成II部中台阶； (8)开挖新的双线隧道断面III部下台阶沿II部中台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm,架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀中立柱及横撑，并将中立柱延接到所述新的双线隧道底部，完成所述新的双线隧道立撑； (9)开挖新的双线隧道断面IV部上台阶施打超前小导管，上挑、拓宽形成IV部上台阶轮廓线，径向注浆加固交接段拱墙土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀横撑，完成所述新的双线隧道第一道横撑； (10)开挖新的双线隧道断面V部中台阶沿IV部上台阶11开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，每榀格栅对应一榀横撑，完成所述新的双线隧道第二道横撑； (11)开挖新的双线隧道断面VI部下台阶沿V部中台阶开挖下侧土体，每次开挖延长台阶的长度为2 3m，每进尺I. 2 I. Sm，架立两榀格栅，形成新的双线隧道断面。
3.根据权利要求I或2所述的地下隧道扩挖方法，其特征在于，步骤(4) (11)中所述的每次开挖延长台阶的长度为3m，每进尺的距离为I. 5m。
全文摘要
本发明公开了从双线隧道断面到三线隧道超大断面的地下隧道扩挖方法，包括在所述双线隧道断面内开挖中洞并浇筑中柱，在所述双线隧道断面内往所述中柱的一侧开挖单线隧道，在所述中柱的另一侧向所述双线隧道断面外扩挖新的双线隧道；所述单线隧道、中柱和新的双线隧道构成双连拱结构的三线隧道；所述新的双线隧道以具有相同高度的I部上台阶、II部中台阶、III部下台阶、IV部上台阶、V部中台阶和VI部下台阶进行分部开挖，所述I部上台阶、II部中台阶和III部下台阶分别与IV部上台阶、V部中台阶和VI部下台阶以所述新的双线隧道的竖直中心线对称分布。本发明方法对周边环境影响小，安全系数高；提高了施工效率，确保了支护的及时性，降低了施工成本。
文档编号E21D9/01GK102865084SQ201210372458
公开日2013年1月9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