高位平行导坑构造及扩能改造为复线隧道的施工方法与流程

本发明涉及隧道工程，特别涉及一种高位平行导坑构造及扩能改造为复线隧道的施工方法。

背景技术：

随着我国交通事业的跨越式发展，铁路、公路等交通路网在穿越地形困难山区时会涌现大量的特长隧道，隧道越长，其通过的地质单元越复杂，则施工难度也越大。为解决特长隧道建设工期、兼顾洞内施工通风、排水、弃碴、运营通风及防灾疏散等要求，结合地形、地质条件，以及后期扩能增建复线工程的需要，特长隧道适宜设置平行导坑作为辅助坑道，平行导坑一般位于i线隧道左侧或右侧30～50m处，其坑底面大多低于隧道内轨顶面1.2～2.0m，以利于疏排隧道内出水。隧道i线工程竣工后，可利用既有平行导坑适时扩建为复线或ii线隧道。

平行导坑净空断面根据运输方式、通行设备的外形尺寸、人行安全距离、管路布置及排水沟布置等因素确定，无轨运输单车道平行导坑断面净空尺寸一般为5.0m(宽)×6.0m(高)，无轨运输双车道平行导坑断面净空尺寸一般为7.5m(宽)×6.2m(高)。平行导坑采用锚喷衬砌为主，软弱围岩及地下水发育段可于锚喷衬砌之洞内侧增设套衬，洞口段及通过的断层破碎带等不良地质段采用模筑衬砌。由于平行导坑与需扩建后的隧道断面内轮廓存在较大差异，以往的做法是先拆除既有平行导坑的混凝土衬砌结构及锚喷支护，并利用既有平行导坑向上挑顶、边墙扩挖和向下落底开挖，采用钻爆法扩建施工为隧道的衬砌断面轮廓，并施作初期支护、防水层和二次衬砌。现有的扩建方法存在以下不足：特长隧道地质条件复杂，在软弱围岩、裂隙极为发育的节理密集带、岩溶富水地层、断层破碎带等不良地质地段，拆除既有平行导坑的模筑衬砌或锚喷支护易引发坍方或突水、突泥等重大安全事故，严重危害作业人员及施工设备的安全，存在极高的施工安全风险；拆除后的衬砌混凝土作为弃碴处理，钢筋和钢架均难以在工程中再次获得利用，存在严重的废弃工程，经济性很差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高位平行导坑构造，以有效避免扩能改造施工产生大量的废弃工程，最大程度地降低施工安全风险，且大幅降低工程投资。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的高位平行导坑构造，包括位于既有隧道左侧或右侧30～50m处的平行导坑，其特征是：所述平行导坑的中线与后期复线隧道中线相重合，其坑底面位于后期复线隧道内轨顶面以上，其断面内轮廓形状与后期复线隧道上部断面相适应；所述平行导坑拱墙范围采用锚喷支护结构，作为后期复线隧道上部拱墙范围的永久支护体系；所述平行导坑底面设置模筑混凝土底板，坑底排水沟设置于平行导坑一侧。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述高位平行导坑构造扩能改造为复线隧道的施工方法，该方法包括如下步骤：①利用平行导坑的锚喷支护结构作为后期复线隧道的永久初期支护体系，在落底开挖前对锚喷支护结构表面局部出现剥落之处采用喷射混凝土补喷平顺，并于平行导坑坑底及拱脚处对称布置一排注浆锚管进行局部注浆加固围岩；②后期隧道下部落底开挖，采用左侧、右侧分幅施工，先开挖远离既有隧道一侧下部岩体，及时施作该侧新开挖面之下边墙初期支护结构、仰拱初期支护结构及锁脚系统；滞后3～5m再开挖另一侧下部岩体，及时施作该侧新开挖面之下边墙初期支护结构、仰拱初期支护结构及锁脚系统装置；③依次浇筑矮边墙、仰拱及仰拱填充层，铺设防水层，并及时施作拱墙二次衬砌。

本发明的有益效果是，先期实施的高位平行导坑本着永临结合的原则设置，按后期需扩能改造为的复线隧道上部初期支护之断面轮廓拟定，并按后期隧道初期支护内轮廓的拱顶标高确定高位平行导坑的高程，平行导坑拱墙范围的锚喷支护作为后期隧道的永久支护，扩能改造施工仅需在高位平行导坑的基础上分部落底开挖、分部施作下部新开挖面的支护；彻底规避拆除既有平行导坑的拱墙支护和挑顶施工所带来的极高安全风险，而且避免扩能改造施工产生大量的废弃工程，可大幅节省施工成本；施工方法安全风险低、可实施性强、工序简单、作业效率高、工期短，并可大幅降低工程投资。

附图说明

本说明书包括如下四幅附图：

图1是本发明高位平行导坑构造的断面图；

图2是本发明高位平行导坑构造扩能改造为复线隧道的施工前支护补强加固断面示意图；

图3是本发明高位平行导坑构造扩能改造为复线隧道的施工方法中导坑落底开挖及初期支护施作工序断面图；

图4是本发明高位平行导坑构造扩能改造为复线隧道的施工方法中隧道二次衬砌施作工序断面示意图；

图中示出构件和对应的标记：后期复线隧道内轨顶面a，平行导坑中线b，复线隧道中线c，后期复线隧道下部开挖轮廓线d，平行导坑10、锚喷支护衬砌结构11、钢架11a，系统锚杆11b，喷射混凝土层11c，模筑混凝土底板12，坑底排水沟13，注浆锚管14，左下侧边墙初期支护结构21，仰拱初期支护结构22，右下侧边墙初期支护结构23，锁脚系统装置25，矮边墙31，仰拱32，防水层33，拱墙二次衬砌34，仰拱填充层35。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的高位平行导坑构造，包括位于既有隧道左侧或右侧30～50m处的平行导坑10。本发明打破常规，平行导坑10按永临结合的理念设置，所述平行导坑10的中线b与后期复线隧道中线c相重合，其底部结构位于后期复线隧道内轨顶面a之上，其断面内轮廓形状与后期复线隧道上部断面相适应。即平行导坑10净空除满足施工期间运输车辆、人员通行和管路、排水沟的布设要求外，平行导坑10按复线隧道上部断面之初期支护内轮廓设置并预留支护变形量、二次衬砌施作的净空要求。平行导坑10的标高打破按其坑底与隧道内轨顶面或路基面确定高程关系的常规，而按平行导坑10支护结构拱顶与复线隧道初期支护拱顶平齐等高为原则进行确定，避免后期增建复线隧道对平行导坑挑顶施工。

参照图1和图2，所述平行导坑10拱墙范围采用锚喷支护结构11，作为后期复线隧道上部拱墙范围的永久支护体系。所述平行导坑10底面设置模筑混凝土底板12，主要作为平行导坑施工期间运输车辆及人员进出的通道使用，厚度一般为20cm。坑底排水沟13设置于平行导坑10一侧，可结合i线隧道施工排水需要相应加深。所述锚喷支护结构11由喷射混凝土层11c、钢筋网、钢架11a和系统锚杆11b构成，喷射混凝土层11c附着于围岩上，钢筋网和钢架架11a埋设于喷射混凝土层11c内，系统锚杆11b沿围岩呈梅花型布设，其外端与钢架11a锚固连接。

本发明的高位平行导坑构造本着永临结合的原则设置，按后期需扩能改造后的复线隧道上部初期支护之断面轮廓拟定，并按后期隧道初期支护内轮廓的拱顶标高确定高位平行导坑的高程，平行导坑10拱墙范围的锚喷支护结构11作为后期隧道的永久支护，扩能改造施工仅需在高位平行导坑的基础上分部落底开挖、分部施作下部新开挖面的支护。彻底规避拆除既有平行导坑的拱墙支护和挑顶扩挖施工所带来的极高安全风险，而且避免扩能改造施工产生大量的废弃工程，可大幅节省施工成本。

参照图2、图3和图4，所述高位平行导坑扩能改造为复线隧道的施工方法，包括如下步骤：

①利用平行导坑10的锚喷支护结构11作为后期复线隧道的永久初期支护体系，在落底开挖前对锚喷支护结构11表面局部出现剥落之处采用喷射混凝土补喷平顺，并于平行导坑10坑底及拱脚处对称布置一排注浆锚管14进行局部注浆加固围岩，以防止落底开挖时引起既有锚喷支护结构11出现沉降变位。注浆锚管14通过钻孔布设，可结合钢架11a纵向间距设置；

②后期隧道下部落底开挖，采用左侧、右侧分幅施工，先开挖远离既有隧道一侧下部岩体，及时施作该侧新开挖面之下边墙初期支护结构、仰拱初期支护结构及锁脚系统装置25；滞后3～5m再开挖另一侧下部岩体，及时施作该侧新开挖面之下边墙初期支护结构、仰拱初期支护结构及锁脚系统装置25；

③依次浇矮边墙(31)、仰拱32及仰拱填充层35，铺设防水层33，及时施作拱墙二次衬砌34。

所述步骤②完成后，隧道两侧新实施的下部左侧边墙初期支护结构21、右侧边墙初期支护结构23与上部锚喷支护结构11良好衔接，且与仰拱初期支护结构22及时封闭成环，共同形成后期复线隧道的承载支护体系。

本发明的施工方法安全风险低、可实施性强、工序简单、作业效率高、工期短，并可大幅降低工程投资。