一种浅埋隧道修建方法和系统与流程

本发明涉及隧道修建工程领域，具体涉及一种浅埋隧道修建方法和系统。

背景技术：

在当前城市化快速发展的形势下，为缓解交通压力和合理利用地下空间资源，城市道路快速化改造以及城市综合管廊建设都备受关注，未来这类隧道工程会不断增加。在隧道建设前期会根据实际情况选定最合理的修建方法，对于浅埋软土地层中的隧道建设，目前常用的方法有明挖法、盾构法、顶管法、浅埋暗挖法等。

明挖法是从地表向下开挖土体，然后施做主体结构并回填。该方法需要施做围护体系，而围护体系造价高昂，有时甚至超过工程总成本的50％，深入地层中的围护结构还会妨碍后续地下空间的开发，另一方面明挖工程先开挖后回填的施工步骤即影响工期又增加了造价。盾构法是利用盾构机施工的一种较为先进的隧道施工方法，但盾构机等设备昂贵，需要开挖较大的始发井和接收井，垂直运输费用大，同时工作环境需要通风照明，建造成本很高。顶管法是将预置好的管节逐一推入地层形成隧道的工法，该工法受定推长度的限制较大，路线越长推力损失越大，因此不适合长距离施工。而暗挖法施工隧道慢，工序繁琐，安全风险大，且成本高。

由此可见以上的隧道开挖方法均存在不同的问题，急需开发一种新的隧道建设方法和设备，以节约工程建设成本，提高施工效率，保障施工安全。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明一种浅埋隧道修建方法和系统。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种浅埋隧道修建方法，包括以下步骤：

第一步：确定地层开挖位置，安装隧道修建装置；

第二步：开挖成槽，在地层挖出装配槽；

第三步：预制混凝土构件装配，将构件运送至装配槽内，构件对接紧固，拼接成框形隧道主体结构；

第四步：回填注浆，灌浆填充所述装配槽和隧道主体结构之间的空隙；

第五步：开挖隧道空间土体，在所述隧道主体结构的框体之间挖出隧道；

第六步：在隧道内施作二衬结构，修建附属结构，安装机电设备。

较佳的，所述第二步中的装配槽使用顶推法进行挖掘，出土外运。

较佳的，所述第二步中的装配槽为形，所述第三步中的主体结构安装在所述装配槽下部。

一种浅埋隧道修建系统，包括隧道修建装置和预制混凝土构件，所述预制混凝土构件用于搭建隧道主体结构；所述隧道修建装置包括：地下施工部，用于在地层下挖掘装配槽，搭建隧道主体结构和注浆；地上控制部，用于控制所述地下施工部进行施工；所述地上控制部包括工作导轨、工作台架和移动控制主机，所述工作台架安装在所述工作导轨上方，所述地下施工部安装在所述工作导轨下方，所述工作台架与所述地下施工部能够一起沿所述工作导轨水平移动。

较佳的，所述地下施工部与所述工作台架通过转轴连接，所述地下施工部能够沿所述转轴垂直转动。

较佳的，所述地下施工部包括挤土模块、液压顶推模块和预制结构定位模块，所述挤土模块位于所述地下施工部的前端，所述预制结构定位模块位于所述地下施工部的后端，所述液压顶推模块设置在所述挤土模块和所述预制结构定位模块之间；所述挤土模块包括轮廓控制刚套和旋挖出土装置，所述旋挖出土装置安装在所述轮廓控制刚套内；所述预制结构定位模块包括内侧钢板和外侧钢板，所述内侧钢板和外侧钢板之间形成隧道主体结构安装空间，所述预制结构定位模块后端设有注浆管；所述液压顶推模块包括复数个液压千斤顶，所述液压千斤顶前端连接所述轮廓控制刚套，后端与所述预制结构定位模块连接。

较佳的，所述工作台架上安装有液压控制模块和预制结构运送模块，所述液压控制模块与所述液压顶推模块连接，用于控制所述液压千斤顶；所述预制结构运送模块与所述预制结构定位模块连接；所述工作台架设有横向导轨，所述预制结构运送模块安装在所述横向导轨上；所述输送臂能够在竖直方向移动，所述安装机具用于紧固预制混凝土构件。

较佳的，所述预制混凝土构件包括构件，所述构件为长方体结构，包括正面、背面和四个侧面，其中所述正面和背面为正方形，所述构件其中的两个侧面为连接面，所述连接面中部设有连接凸台或连接凹槽，所述连接凸台与所述连接凹槽形状对应。

较佳的，所述构件包括：中间构件，用于水平或竖直连接安装，构成隧道主体结构的四边；连接构件，用于连接竖直和水平安装的所述中间构件，安装在所述隧道主体结构的四角；所述中间构件的连接面为两个相对的侧面，所述中间构件的连接面上分别设有所述连接凸台和连接凹槽；所述连接构件的连接面为两个相邻的侧面，所述连接构件分为第一连接构件、第二连接构件和第三连接构件，所述第一连接构件的两个连接面均设有所述连接凹槽，所述第二连接构件的两个连接面分别设有所述连接凸台和连接凹槽，所述第三连接构件的两个连接面均设有所述连接凸台。

较佳的，所述构件的连接面顶角位置设有贯通的螺栓连接孔，所述中间构件共设有四个所述螺栓连接孔，所述连接构件共设有八个所述螺栓连接孔。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

本发明提供一种新的浅埋隧道修建方法和装置，该方法先在地层中施做好主体结构，后开挖内部土体形成隧道，使用该方法进行隧道修建可以大量减少地层开挖和支护结构的使用，节约工程建设成本，提高施工效率，保障施工安全。

本发明中隧道主体结构由预制混凝土构件搭建而成，该构件便于运输，构件之间通过连接凸台和连接凹槽连接，安装方便，可以避免连接错误，并通过连接螺栓进行紧固，保证隧道主体结构的强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是隧道修建装置的结构图；

图2是隧道修建装置地上控制部的结构图；

图3是隧道修建装置地下施工部的结构图；

图4是预制混凝土构件第一连接构件的结构透视图；

图5是预制混凝土构件第二连接构件的结构透视图；

图6是预制混凝土构件第三连接构件的结构透视图；

图7是预制混凝土构件中间构件的结构透视图；

图8是预制混凝土构件搭建成隧道土体结构的结构透视图；

图9是浅埋隧道修建方法的施工流程概念图。

图中数字表示：

1.地上控制部2.地下施工部11.工作台架12.工作导轨13.移动控制主机

14.液压控制模块15.预制结构运送模块21.挤土模块22.旋挖出土装置

23.液压顶推模块24.预制结构定位模块3.隧道主体机构31.第一连接构件

32.第二连接构件33.第三连接构件34.中间构件35.连接凹槽36.连接凸台

37.螺栓孔4.装配槽5.隧道6.二衬结构

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

<浅埋隧道修建系统>

一种浅埋隧道修建系统，包括：

隧道修建装置，用于挖掘修建隧道；

和预制混凝土构件，用于搭建隧道主体结构。

所述隧道修建装置包括：

地下施工部，用于在地层下挖掘装配槽，搭建隧道主体结构和注浆；

和地上控制部，用于控制所述地下施工部进行施工。

该浅埋隧道修建系统可以实现一种新的浅埋隧道修建方法，使用该系统先通过隧道修建装置在地层中挖出装配槽，在装配槽内用预制混凝土构件施做好隧道主体结构，后开挖隧道主体结构内部土体，形成隧道。

<隧道修建装置>

结合图1所示，一种隧道修建装置，包括地上控制部1和地下施工部2，所述地下施工部2用于在地层下挖掘装配槽，搭建隧道主体结构和注浆；所述地上控制部1用于控制所述地下施工部进行施工。

结合图2所示，所述地上控制部1包括工作台架11、工作导轨12和移动控制主机13，所述工作台架11安装在工作导轨12上方。所述地下施工部2安装在工作导轨12下方，能够与工作台架11一起沿工作导轨12水平移动，可以根据工程情况控制施工位置。

所述工作台架11上安装有液压控制模块14和预制结构运送模块15。所述工作台架11设有横向导轨，所述预制结构运送模块15安装在所述横向导轨上，可左右移动控制预制混凝土构件的运送位置。所述预制结构运送模块15包括输送臂和安装机具，所述输送臂能够在竖直方向上下移动，安装机具用于对预制混凝土构件进行定位和紧固。预制结构运送模块15通过安装机具在地面上对预制混凝土构件进行预装，通过输送臂将运送预制混凝土构件至地底装配槽内，并由安装机具进行紧固，预制结构运送模块15方便控制，有效保证拼接质量。

结合图3所示，所述地下施工部2整体成形，在下侧框体部位搭建隧道主体结构，地下施工部2的形状可以减少地层开挖，节约工程建设成本，提高施工效率。地下施工部2包括挤土模块21、液压顶推模块23和预制结构定位模块24。所述挤土模块21位于地下施工部2的前端，其包括轮廓控制刚套和旋挖出土装置22，所述旋挖出土装置22安装在所述轮廓控制刚套内。根据挖土方向安装旋挖出土装置22，设置在轮廓控制刚套直边内的旋挖出土装置22竖直安装，设置在轮廓控制刚套横边内的所述旋挖出土装置水平安装，旋挖出土装置22将挖出的泥土输送到地面，实现地层开挖，由轮廓控制刚套控制挖槽形状。所述预制结构定位模块24位于地下施工部2的后端，包括内侧钢板和外侧钢板，所述内侧钢板和外侧钢板形成隧道主体结构安装空间，用于定位预制混凝土构件，完成隧道主体结构搭建。所述预制结构定位模块24后端设有注浆管，用于灌浆施工。所述液压顶推模块23设置在所述挤土模块21和预制结构定位模块24之间，为挤土模块21向前移动和预制结构定位模块24固定提供动力。所述液压顶推模块24包括复数个液压千斤顶，所述液压千斤顶前端连接轮廓控制刚套，后端与预制结构定位模块连接。所述液压控制模块14与地上控制部1的液压顶推模块23连接，液压顶推模块23可以控制所述液压千斤顶工作。所述预制结构运送模块15与所述预制结构定位模块24连接，由预制结构运送模块15将预先拼装的混凝土构件运送至预制结构定位模块24。

将该隧道修建装置安装在选定的地层开挖位置，操作移动控制主机13，使工作台架11和地下施工部2在工作导轨12上移动至合适位置。在隧道修建位置前后分别挖出始发井和接收井，液压控制模块14控制液压顶推模块23推力，推动挤土模块21向前移动至施工位置。旋挖出土装置22顶推开挖地层，出土外运，在地层中挖出形装配槽。液压控制模块14对预制结构定位模块24作用，在装配槽内定位。预制结构运送模块15在工作台架11横向导轨上移动至合适位置，对预制混凝土构件进行预装，输送臂将预装好的构件运送至预制结构定位模块24，安装机具对预制混凝土构件进行定位和紧固，在装配槽下部搭建成框形隧道主体结构。预制结构定位模块24前移，与隧道主体结构脱离，通过注浆管灌浆填充装形槽中的空隙，按工艺要求控制注浆压力和注浆量。注浆后在主体结构的框体之间挖出隧道，地下施工部前移至接收井上移出底层。

使用该隧道修建装置可以大量减少地层开挖和支护结构的使用，节约工程建设成本，提高施工效率，保障施工安全。

<预制混凝土构件>

一种预制混凝土构件，用于搭建隧道主体结构。结合图4-7所示，所述构件为长方体结构，包括正面、背面和四个侧面。构件其中的两个侧面为连接面，正面和背面为正方形，构件可以根据需要调整连接方向，使连接面相对进行连接。所述连接面中部设有连接凸台36或连接凹槽35，所述连接凸台36为圆台形，所述连接凹槽35为倒圆台形，当连接凸台36插入连接凹槽35时构件之间形成连接。连接凸台36的外侧设有橡胶圈，可以使连接牢靠，连接精度提高。

所述构件分为中间构件34和连接构件，中间构件34用于水平或竖直连接安装，构成隧道主体结构的四边，连接构件安装在所述隧道主体结构的四角，用于连接竖直和水平安装的中间构件34，所述构件的连接面的四个角落上设有贯通的螺栓连接孔37，所述螺栓连接孔37方向与相应连接面垂直,用于通过连接螺栓对拼接构件进行紧固，使连接牢靠，提高连接强度。

所述连接构件的连接面为两个相邻的侧面，连接构件上共设有八个螺栓连接孔37。根据连接面上设置的是连接凸台36和/或连接凹槽35，所述连接构件分为第一连接构件31、第二连接构件32和第三连接构件33。如图4所示，第一连接构件31的两个连接面上均设有所述连接凹槽35。如图5所示，第二连接构件32的两个连接面上分别设有所述连接凸台36和连接凹槽35。如图6所示，第三连接构件33的两个连接面上均设有所述连接凸台36。

如图7所示，所述中间构件34的连接面为两个相对的侧面，中间构件34上共设有四个螺栓连接孔37，中间构件34的两个连接面上分别设有所述连接凸台36和连接凹槽35。

如图8所示，其为用所述预制混凝土构件搭建成的框形隧道主体结构，其中左侧底角为第一连接构件31，左侧顶角和右侧底角为第二连接构件32，右侧顶角为第三连接构件33，上下横边由水平安装的中间构件34组成，左右竖边由竖直安装的中间构件34组成。其连接形式为，每个构件的连接面与相邻构件的连接面接触，连接凸台36插入连接凹槽35形成连接，相邻构件之间的螺栓连接孔37连通，通过连接螺栓实现连接紧固。

该预制混凝土构件结构简单，制作方便，可替换性强，且构件便于运输安装，构件之间通过连接凸台和连接凹槽连接，可以避免连接错误，能够有效降低施工难度，提高施工效率。

<浅埋隧道修建方法>

如图9所示，一种浅埋隧道修建方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：如图中a所示，确定地层开挖位置，安装隧道修建装置。

第二步：如图中b所示，顶推法进行挖掘，出土外运，在地层挖出形装配槽4，减少地层开挖。

第三步：如图中c所示，预制混凝土构件装配，将构件运送至装配槽4下部，构件对接紧固，拼接成框形隧道主体结构3。

第四步：如图中d所示，回填注浆，灌浆填充装配槽4和隧道主体结构3之间的空隙，提高、地层或抗渗性和整体性，改善地基条件。

第五步：如图中e所示，开挖隧道空间土体，在所述隧道主体结构3之间挖出隧道5，减少支护结构的使用，可以节约工程建设成本，提高施工效率。

第六步：如图中f所示，在隧道5内施做二衬结构6，提高承载能力，起到防水作用，并修建附属结构，安装机电设备。

该浅埋隧道修建方法先在地层中施做好隧道主体结构3，后开挖内部土体形成隧道5，使用该方法进行隧道修建可以大量减少地层开挖和支护结构的使用，节约工程建设成本，提高施工效率，保障施工安全。

<上述实施方式的变形>

本实施例与上述实施方式不同之处在于，所述隧道修建装置的地下施工部2与工作台架11通过转轴连接，能够沿转轴垂直转动，实现地下施工部2斜向进入地层进行施工。使用本装置时，地下施工部2斜切进入地面，液压控制模块14控制液压顶推模块23推力，推动挤土模块21向下转动至垂直施工位置。施工完成后地下施工部2向前移动一定距离后，向上转动，离开地层，完成设备回收。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。