一种既有隧道拓宽施工方法

一种既有隧道拓宽施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种既有隧道拓宽施工方法，其采用开挖洞碴对既有隧道进行洞内回填加固，以便对既有隧道结构形成有效的侧向防护，利用既有隧道结构对隧道拓宽开挖断面所形成的分块和径向支护作用以及对洞内掌子面所形成的纵向支撑作用，使既有隧道结构能够发挥类似于掌子面核心土的空间支护的效果，可有效控制围岩变形；沿既有隧道结构的周边，采用上台阶弧形分步开挖、下台阶左右侧跳挖马口和仰拱分段落底的环形分步开挖的施工方法，可减小分步开挖的宽度和高度，大大降低隧道拓宽施工难度，减少或避免设置临时支护措施。本发明还可以适合右侧拓宽、左侧拓宽和左右两侧拓宽的三种拓宽方式，并且在不同拓宽方式之间的工法转换的衔接比较简单。
【专利说明】一种既有隧道拓宽施工方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种既有隧道拓宽施工方法。

【背景技术】
[0002]将既有隧道进行原位拓宽一般有三种方法:一种是向既有隧道的右侧拓宽，将既有隧道布置在拓宽隧道的左部；另一种是向既有隧道的左侧拓宽，即既有隧道位于拓宽隧道的右部；还有一种是向既有隧道的左右两侧拓宽，此时既有隧道位于拓宽隧道的中部。受既有隧道洞外建筑物分布、用地条件以及洞外接线条件等诸多因素的影响，既有隧道拓宽方法可能有多种组合，甚至可能在同一座隧道内出现三种拓宽方法，不同拓宽方法之间的工法转换的衔接比较复杂，其工期长，技术要求也比较高。
[0003]既有隧道拓宽后的隧道开挖总跨度和总高度以及开挖面积均比较大。现有的隧道拓宽施工技术一般是借鉴新建大跨隧道的施工技术，采用上下台阶法、CD法或CRD法等分步开挖的施工方法；由于没有充分利用既有隧道结构对围岩的支护作用，现有的隧道拓宽施工技术往往是将既有隧道结构和围岩一起进行开挖或拆除，其开挖跨度大，施工难度高。虽然，相对新建结构而言，既有隧道结构的力学性能可能存在不同程度的弱化，但是，既有隧道围岩和支护结构仍然是一个相对稳定的支护体系，在施工中仍然具有较好的空间支护的作用，可作为隧道拓宽施工中的临时支护结构予以充分利用。实际上，既有隧道的拓宽开挖范围仅仅局限于既有隧道结构的周边围岩，采用分步开挖后，其分步开挖宽度和高度均比较小，如果能够合理利用既有隧道结构对围岩的支护作用，可大大降低隧道拓宽施工的难度，减少或避免设置临时支护措施。因此，现有的隧道拓宽施工技术可进一步优化。


【发明内容】

[0004]本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种既有隧道拓宽施工方法，其能够方便不同拓宽方法之间的工法转换衔接，施工中能够合理利用既有隧道结构对围岩的空间支护作用，可降低隧道拓宽施工的难度。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种既有隧道拓宽施工方法，包括以下施工步骤:
1)利用开挖洞碴回填既有隧道内的下台阶部分，形成下台阶回填层，以便对既有隧道结构形成侧向防护的作用；
2)开挖上台阶拱顶部分，包括开挖既有隧道拱顶圆心角范围内的拱顶部分围岩、拆除该范围内的拱顶既有结构，并利用拱顶部分开挖洞碴，对既有隧道内的上台阶进行回填，以对既有隧道结构形成具有侧向防护作用的上台阶回填层；同时，及时施作上台阶拱顶部分初期支护和锁脚锚杆；
3)开挖上台阶左部围岩、拆除左部既有结构，并及时施作上台阶左部初期支护和锁脚锚杆;
4)开挖上台阶右部围岩、拆除右部既有结构，并及时施作上台阶右部初期支护和锁脚锚杆;
5)开挖下台阶左部围岩、拆除左部既有结构，并及时施作下台阶左部初期支护和锁脚锚杆;
6)开挖下台阶右部围岩、拆除右部既有结构，并及时施作下台阶右部初期支护和锁脚锚杆;
7)下台阶左部落底开挖，并及时施作下台阶左部落底初期支护和锁脚锚杆；
8)下台阶右部落底开挖，并及时施作下台阶右部落底初期支护和锁脚锚杆；
9)下台阶中部落底开挖，包括开挖下台阶中部落底围岩、拆除底部既有结构，并及时施作下台阶中部落底初期支护；
10)浇筑施工仰拱、边墙和拱部二次衬砌，并同步铺设施工防水层结构。
[0006]进一步的，在步骤I)中，可根据既有隧道病害情况和工程需要，首先在既有隧道内对衬砌结构背后的病害进行注浆加固处理，以确保工程施工安全。
[0007]进一步的，在步骤2)、3)、4)中，可根据隧道围岩条件情况和工程需要，首先施作超前大管棚、超前小导管或超前锚杆等超前预支护措施。
[0008]进一步的，在步骤2)、3)、4)中，当上台阶左部或上台阶右部的开挖宽度比较小、难以形成施工工作面时，可将上台阶左部或上台阶右部开挖的施工顺序调整至与上台阶拱部部分开挖同步施工，即将步骤2)和步骤3)同步实施，或者将步骤2)和步骤4)同步实施。
[0009]进一步的，在步骤2)中，可根据具体工程情况和施工要求，调整既有隧道拱顶圆心角的大小，上台阶拱顶部分开挖洞碴量应满足上台阶回填层的回填量要求，上台阶拱顶部分初期支护的左右侧拱脚处铅垂线应位于下台阶左右部既有结构的外侧。
[0010]进一步的，在步骤2)、3)、4)中，可根据隧道围岩条件情况和施工需要，设置临时仰拱支护措施。
[0011]进一步的，在步骤3)、4)、5)、6)、7)、8)中，当隧道右部的开挖宽度比左部的开挖宽度小时，则先施工右部、后施工左部，即按照4)、3)、6)、5)、8)、7)的先后顺序施工。
[0012]进一步的，在步骤3)、4)、5)、6)中，当开挖宽度比较大、可形成施工工作面时，可首先开挖既有结构外侧的围岩并及时施作初期支护和锁脚锚杆，之后，再拆除既有结构，并适时清除既有隧道内的上、下台阶回填层。
[0013]进一步的，在步骤3)、4)、5)、6)中，在确保上下台阶回填层对既有结构形成有效防护、并兼顾上下台阶施工方便的前提下，及时开挖清除上下台阶回填层。
[0014]进一步的，在步骤5)、6)、7)、8)中，当下台阶左部落底或下台阶右部落底的开挖高度或宽度比较小、难以形成施工工作面时，可将下台阶左部落底或下台阶右部落底的开挖施工顺序调整至与下台阶左部或下台阶右部开挖同步施工，即将步骤5)和步骤7)同步实施，或者将步骤6)和步骤8)同步实施。
[0015]进一步的，在步骤10)中，二次衬砌施工是在隧道围岩和支护结构的变形稳定之后进行的，当施工需要时，也可按二次衬砌承受相应荷载设计而提前施工二次衬砌。
[0016]进一步的，在隧道施工的全过程中，须根据监控量测信息，及时调整各施工工作面之间的安全距离，以及各施工顺序之间的施工时间。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明采用开挖洞碴对既有隧道进行洞内回填加固，以便对既有隧道结构形成有效的侧向防护，并利用既有隧道结构对隧道拓宽开挖断面所形成的分块和径向支护作用以及对洞内掌子面所形成的纵向支撑作用，使既有隧道结构能够发挥类似于掌子面核心土的空间支护的效果，可有效控制围岩变形；沿既有隧道结构的周边，采用上台阶弧形分步开挖、下台阶左右侧跳挖马口和仰拱分段落底的环形分步开挖的施工方法，可减小分步开挖的宽度和高度，大大降低隧道拓宽施工难度，减少或避免设置临时支护措施。本发明还可以适合右侧拓宽、左侧拓宽和左右两侧拓宽的三种拓宽方式，并且在不同拓宽方式之间的工法转换的衔接比较简单。
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例的施工方法示意图。
[0020]图中:1_下台阶回填层，2-拱顶部分，2a_拱顶既有结构，3-上台阶回填层，4_上台阶左部，4a-上台阶左部既有结构,5-上台阶右部,5a-上台阶右部既有结构,6_下台阶左部，6a_下台阶左部既有结构，7-下台阶右部，7a_下台阶右部既有结构，8-下台阶左部落底，9-下台阶右部落底，10-下台阶中部落底，1a-底部既有结构，11-锁脚锚杆，12-初期支护，13- 二次衬砌，14-既有隧道拱顶圆心角，15-既有隧道中线，16-左侧拱脚处铅垂线，17-右侧拱脚处铅垂线。

【具体实施方式】
[0021]下面以具体实施例进行阐述，如图1所示，一种既有隧道拓宽施工方法，包括以下步骤:
1)利用开挖洞碴回填既有隧道内的下台阶部分，形成下台阶回填层1，以便对下台阶左部既有结构6a和下台阶右部既有结构7a形成侧向防护的作用；
2)开挖上台阶拱顶部分2，包括开挖既有隧道拱顶圆心角14范围内的拱顶部分2围岩、拆除该范围内的拱顶既有结构2a，并利用拱顶部分2开挖所产生的洞碴，对既有隧道内的上台阶进行回填，以对上台阶左部既有结构4a和上台阶右部既有结构5a形成具有侧向防护作用的上台阶回填层3 ;同时，及时施作上台阶拱顶部分2初期支护12和锁脚锚杆11 ；
3)开挖上台阶左部4围岩、拆除左部既有结构4a，并及时施作上台阶左部4初期支护12和锁脚锚杆11 ；
4)开挖上台阶右部5围岩、拆除右部既有结构5a，并及时施作上台阶右部5初期支护12和锁脚锚杆11 ；
5)开挖下台阶左部6围岩、拆除左部既有结构6a，并及时施作下台阶左部6初期支护12和锁脚锚杆11 ；
6)开挖下台阶右部7围岩、拆除右部既有结构7a，并及时施作下台阶右部7初期支护12和锁脚锚杆11 ；
7)下台阶左部落底8开挖，并及时施作下台阶左部落底8初期支护12和锁脚锚杆11；
8)下台阶右部落底9开挖，并及时施作下台阶右部落底9初期支护12和锁脚锚杆11；
9)下台阶中部落底10开挖，包括开挖下台阶中部落底10围岩、拆除底部既有结构10a，并及时施作下台阶中部落底10初期支护12 ；
10)浇筑施工仰拱、边墙和拱部二次衬砌13，并同步铺设施工防水层结构。
[0022]在步骤I)中，可根据既有隧道病害情况和工程需要，首先在既有隧道内对衬砌结构背后的病害进行注浆加固处理，以确保工程施工安全。
[0023]在步骤2)、3)、4)中，可根据隧道围岩条件情况和工程需要，首先施作超前大管棚、超前小导管或超前锚杆等超前预支护措施。
[0024]在步骤2)、3)、4)中，当上台阶左部4或上台阶右部5的开挖宽度比较小、难以形成施工工作面时，可将上台阶左部4或上台阶右部5开挖的施工顺序调整至与上台阶拱部部分2开挖同步施工，即将步骤2)和步骤3)同步实施，或者将步骤2)和步骤4)同步实施。
[0025]在步骤2)中，可根据具体工程情况和施工要求，调整既有隧道拱顶圆心角14的大小，上台阶拱顶部分2开挖洞碴量应满足上台阶回填层3的回填量要求，上台阶拱顶部分2初期支护12的左侧拱脚铅垂线16应位于下台阶左部既有结构(6a)的外侧、右侧拱脚处铅垂线17应位于下台阶右部既有结构(7a)的外侧。
[0026]在步骤2)、3)、4)中，可根据隧道围岩条件情况和施工需要，设置临时仰拱支护措施。
[0027]在步骤3)、4)、5)、6)、7)、8)中，当上台阶右部5和下台阶右部7的开挖宽度比上台阶左部4和下台阶左部6的开挖宽度小时，则先施工上台阶右部5、下台阶右部7和下台阶右部落底9，后施工上台阶左部4、下台阶左部6和下台阶左部落底8，即按照4)、3)、6)、
5)、8)、7)的先后顺序施工。
[0028]在步骤3)或4)或5)或6)中，当开挖宽度比较大、可形成施工工作面时，可首先开挖既有结构外侧的上台阶左部4或上台阶右部5或下台阶左部6或下台阶右部7围岩，并及时施作初期支护12和锁脚锚杆11，之后，再拆除上台阶左部既有结构(4a)或上台阶右部既有结构(5a)或下台阶左部既有结构(6a)或下台阶右部既有结构(7a)，并清除上台阶回填层3或下台阶回填层I。
[0029]在步骤3)、4)、5)、6)中，在确保上台阶回填层3或下台阶回填层I对既有结构形成有效侧向防护、并兼顾上下台阶施工方便的前提下，及时开挖清除上台阶回填层3或下台阶回填层I。
[0030]在步骤5)、6)、7)、8)中，当下台阶左部落底8或下台阶右部落底9的开挖高度或宽度比较小、难以形成施工工作面时，可将下台阶左部落底8或下台阶右部落底9的开挖施工顺序调整至与下台阶左部6或下台阶右部7开挖同步施工，即将步骤5)和步骤7)同步实施，或者将步骤6)和步骤8)同步实施。
[0031]在步骤10)中，二次衬砌13施工是在隧道围岩和支护结构的变形稳定之后进行的，当施工需要时，也可按二次衬砌13承受相应荷载设计而提前施工二次衬砌。
[0032]在本实施例中，在隧道施工的全过程中，须根据监控量测信息，及时调整各施工工作面之间的安全距离，以及各施工顺序之间的施工时间。
[0033]以上所述，仅是本发明的较佳实施例子而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例子所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)利用开挖洞碴回填既有隧道内的下台阶部分，形成下台阶回填层，以便对既有隧道结构形成侧向防护的作用； 2)开挖上台阶拱顶部分，包括开挖既有隧道拱顶圆心角范围内的拱顶部分围岩、拆除该范围内的拱顶既有结构，并利用拱顶部分开挖洞碴，对既有隧道内的上台阶进行回填，以对既有隧道结构形成具有侧向防护作用的上台阶回填层；同时，及时施作上台阶拱顶部分初期支护和锁脚锚杆； 3)开挖上台阶左部围岩、拆除左部既有结构，并及时施作上台阶左部初期支护和锁脚锚杆; 4)开挖上台阶右部围岩、拆除右部既有结构，并及时施作上台阶右部初期支护和锁脚锚杆; 5)开挖下台阶左部围岩、拆除左部既有结构，并及时施作下台阶左部初期支护和锁脚锚杆; 6)开挖下台阶右部围岩、拆除右部既有结构，并及时施作下台阶右部初期支护和锁脚锚杆; 7)下台阶左部落底开挖，并及时施作下台阶左部落底初期支护和锁脚锚杆； 8)下台阶右部落底开挖，并及时施作下台阶右部落底初期支护和锁脚锚杆； 9)下台阶中部落底开挖，包括开挖下台阶中部落底围岩、拆除底部既有结构，并及时施作下台阶中部落底初期支护； 10)浇筑施工仰拱、边墙和拱部二次衬砌，并同步铺设施工防水层结构。
2.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤I)中，可根据既有隧道病害情况和工程需要，首先在既有隧道内对衬砌结构背后的病害进行注浆加固处理，以确保工程施工安全，在步骤2)、3)、4)中，可根据隧道围岩条件情况和工程需要，首先施作超前大管棚、超前小导管或超前锚杆等超前预支护措施。
3.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤2)、3)、4)中，当上台阶左部或上台阶右部的开挖宽度比较小、难以形成施工工作面时，可将上台阶左部或上台阶右部开挖的施工顺序调整至与上台阶拱部部分开挖同步施工，即将步骤2)和步骤3)同步实施，或者将步骤2)和步骤4)同步实施。
4.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤2)中，可根据具体工程情况和施工要求，调整既有隧道拱顶圆心角的大小，上台阶拱顶部分开挖洞碴量应满足上台阶回填层的回填量要求，上台阶拱顶部分初期支护的左右侧拱脚处铅垂线应位于下台阶左右部既有结构的外侧。
5.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤2)、3)、4)中，可根据隧道围岩条件情况和施工需要，设置临时仰拱支护措施。
6.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤3)、4)、5)、6)、7)、8)中，当隧道右部的开挖宽度比左部的开挖宽度小时，则先施工右部、后施工左部，即按照4)、3)、6)、5)、8)、7)的先后顺序施工。
7.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤3)、4)、5)、6)中，当开挖宽度比较大、可形成施工工作面时，可首先开挖既有结构外侧的围岩并及时施作初期支护和锁脚锚杆，之后，再拆除既有结构，并适时清除既有隧道内的上、下台阶回填层，在步骤3)、4)、5)、6)中，在确保上下台阶回填层对既有结构形成有效防护、并兼顾上下台阶施工方便的前提下，及时开挖清除上下台阶回填层。
8.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤5)、6)、7)、8)中，当下台阶左部落底或下台阶右部落底的开挖高度或宽度比较小、难以形成施工工作面时，可将下台阶左部落底或下台阶右部落底的开挖施工顺序调整至与下台阶左部或下台阶右部开挖同步施工，即将步骤5)和步骤7)同步实施，或者将步骤6)和步骤8)同步实施。
9.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在步骤10)中，二次衬砌施工是在隧道围岩和支护结构的变形稳定之后进行的，当施工需要时，也可按二次衬砌承受相应荷载设计而提前施工二次衬砌。
10.根据权利要求1所述的一种既有隧道拓宽施工方法，其特征在于:在隧道施工的全过程中，须根据监控量测信息，及时调整各施工工作面之间的安全距离，以及各施工顺序之间的施工时间。
【文档编号】E21D11/00GK104329095SQ201410444917
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】陈七林, 刘金福 申请人:福州市规划设计研究院