大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法与流程

本发明涉及隧洞施工技术领域，具体涉及一种大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法。

背景技术：

隧洞工程中，为了使洞内的道路或铁路能够通向不同的方向，需要在岔口位置将一个隧洞分修为两个或两个以上隧洞，一般是将一个大断面隧洞分修为两个或两个以上的小断面隧洞。

在施工过程中，大断面隧洞分修为小断面隧洞主要存在以下困难：一是大断面隧洞与小断面隧洞存在较大断面差异，岔口位置的断面转换困难。二是由于两个小断面隧洞在岔口位置的岩柱宽度小、强度低，施工过程中很容易发生损伤甚至坍塌，具有较大的施工难度和风险。三是岔口位置施工难度高，工程量相对较大，容易耽误施工进度。

公开号为cn104265305a的中国专利文献记载了一种从两个小断面洞室合并到一个大断面洞室的扩挖方法，虽然该专利文献中的方法也能够实现断面转换，但是不适合用于大断面洞室转换为两个小断面洞室。

公开号为cn109779653a的中国专利文献记载了一种软岩大断面隧道交岔口施工方法，该方法是由一个隧洞转弯后通向另一个隧洞，需要施做超前大管棚，而超前大管棚的施工需要较大空间，在将大断面洞室分修为两个小断面洞室的工程中，大断面洞室采用双侧壁导坑法施工时，没有足够的空间修建大管棚。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法，解决现有技术中大断面隧洞向小断面隧洞施工过程中断面转换困难的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

设计一种大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法，所述大断面隧洞在岔口位置向前分修为第一小断面隧洞和第二小断面隧洞，所述大断面隧洞采用双侧壁导坑法施工，所述大断面隧洞通向所述第一小断面隧洞一侧的导洞先行开挖到所述岔口位置，然后在所述导洞末端开始开挖渐变洞段，所述渐变洞段位于所述第一小断面隧洞的轮廓内，当所述渐变洞段的断面扩大到与所述第一小断面隧洞的断面一致时，再将所述渐变洞段反挖成为所述第一小断面隧洞的一部分洞段。

优选的，所述渐变洞段远离所述第二小断面隧洞的一侧沿着所述第一小断面隧洞的轮廓开挖，所述渐变洞段的另一侧逐渐向所述第二小断面隧洞的方向延伸扩挖，以增大断面。

优选的，反挖过程中，掌子面上靠近所述第二小断面隧洞一侧布设的炮眼要沿所述第一小断面隧洞的开挖轮廓向内收敛一定距离，并减少装药量，以防止钻爆施工引起所述第一小断面隧洞和第二小断面隧洞之间岩柱的损伤。

优选的，采用短进尺的方式对所述渐变洞段进行反挖，并通过人工凿除所述第一小断面隧洞轮廓内欠挖部分。

优选的，所述渐变洞段开挖过程中，所述渐变洞段远离所述第二小断面隧洞一侧洞壁的拱腰及拱部施做的超前小导管以较大的外差角打设，而靠近所述第二小断面隧洞一侧洞壁不施做超前小导管。

优选的，所述渐变洞段在开挖过程中及时支护钢架，其中，所述渐变洞段中在靠近所述第二小断面隧洞一侧的钢架为临时钢架，另一侧为与所述第一小断面隧洞的断面相匹配的钢架。

优选的，所述第一小断面隧洞开挖过程中，增加所述第一小断面隧洞靠近所述第二小断面隧洞一侧洞壁上施做的锁脚锚管的数量并降低打入深度。

优选的，在开挖所述渐变洞段之前，先通过平导洞进入所述第二小断面隧洞位于所述岔口位置前方的未开挖处进行反向开挖，并及时施做衬砌，直至反向开挖到所述岔口位置。

优选的，在所述岔口位置修建连接所述大断面隧洞的衬砌与所述第一小断面隧洞、第二小断面隧洞的衬砌相连接的端头墙。

优选的，在修建所述端头墙时，所述第一小断面隧洞和第二小断面隧洞中的衬砌台车均行走至所述岔口位置，以用于作为修建所述端头墙的模板的一部分。

本发明的有益技术效果在于：

1.本发明提供的大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法设计的渐变洞段内可实现安全支护，提高了大断面隧洞向小断面隧洞转换过程中的施工安全性；然后对渐变洞段进行反挖，实现了大断面隧洞向小断面隧洞的平稳过渡。

2.在渐变洞段以及第一小断面隧洞开挖过程中，通过改变超前小导管、锁脚锚管的布设方式，提高了支护强度，避免对两个小断面隧洞之间岩柱的损坏。

3.采用短进尺的方式反挖渐变隧洞，且反挖过程中控制掌子面炮眼位置和装药量，有效避免对岩柱的损伤。

4.通过平导洞到达岔口位置前方对第二小断面隧洞进行反挖，可在第一小断面隧洞施工之前实现第二小断面隧洞的开挖与支护，加快了施工进度，同时避免第一小断面隧洞和第二小断面隧洞在岔口位置前方同时开挖而支护困难。

5.利用第一小断面隧洞和第二小断面隧洞中的衬砌台车做基础，降低端头墙施工中支模的难度。

附图说明

图1为本发明大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法一实施例中所施工隧洞的结构示意图；

图2为本发明大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法一实施例中采用双侧壁导坑法开挖的大断面隧洞的断面图；

图3为本发明大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法一实施例中大断面隧洞在岔口位置的断面示意图；

图4为本发明大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法一实施例中施工示意图；

图5为本发明大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法另一实施例中施工示意图；

图6为本发明大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法一实施例中端头墙的断面图。

图中，各标号示意为：正洞10、大断面隧洞11、左导洞111、中导洞112、右导洞113、左侧壁114、右侧壁115、大断面隧洞衬砌116、第一小断面隧洞12、第一小断面隧洞轮廓121、上部钢架122、正常断面钢架1221、临时支撑钢架1222、反挖空间123、第一小断面隧洞衬砌124、第二小断面隧洞13、第二小断面隧洞衬砌131岔口位置14、岩柱15、渐变洞段16、支洞17、端头墙18、平导洞20。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法，请参阅图1至图4。

图1中，正洞10是用于修建铁路的隧道，正洞10在建设过程中，同时修建有平导洞20，平导洞20是用于辅助正洞10施工的隧道，本发明实施例中的大断面隧洞11以及第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13均属于正洞10的一部分。大断面隧洞11在岔口位置14的前方需要分修为第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13，以用于火车通向不同方向。

如图2所示，大断面隧洞11采用双侧壁导坑法施工，整个隧洞分为左导洞111、中导洞112、右导洞113这三个导洞分别向前开挖，左导洞111和右导洞113采用三台阶法施工，中导洞112分为四台阶施工，具体的，图2中左侧的台阶①、台阶②、台阶③为左导洞111的三个施工台阶，右侧的台阶④、台阶⑤、台阶⑥为右导洞113的三个施工台阶，中部的台阶⑦、台阶⑧、台阶⑨、台阶⑩为中导洞112的四个施工台阶。

每一个导洞中的施工台阶均是由上至下依次向前开挖，且左导洞111、中导洞112、右导洞113向前开挖的纵深错开，防止彼此之间的开挖面相互影响，确保开挖工作的安全。左侧壁114、右侧壁115由钢架和混凝土筑成，可起到临时支护作用，后期将左侧壁114、右侧壁115拆除后，三个导洞汇合成为大断面隧洞11。

如图3所示，左导洞111、中导洞112、右导洞113这三个导洞中，左导洞111可直接通向第一小断面隧洞12，本实施例中，左导洞111先行开挖到岔口位置14，然后从左导洞111末端开始进行第一小断面隧洞12的施工，中导洞112、右导洞113后续跟进，防止岔口位置14多种施工作业同时进行，由此可降低岔口位置14的施工风险和支护难度。

由于左导洞111的断面小于第一小断面隧洞12的断面，当左导洞111开挖到岔口位置14时，难以直接从左导洞111末端开始直接开挖第一小断面隧洞12，为此，如图4所示，先开挖渐变洞段16，渐变洞段16位于第一小断面隧洞轮廓121内，当渐变洞段16的断面扩大到与第一小断面隧洞12的断面一致时，再将渐变洞段16反挖成为第一小断面隧洞12的一部分洞段。

通过设计渐变洞段16，左导洞111可平稳的向第一小断面隧洞12过渡，渐变洞段16的洞壁可实现安全支护，确保左导洞111向第一小断面隧洞12断面转换过程中的安全性。

本实施例中，渐变洞段16在施工过程中需要注意以下几点要求：

（1）渐变洞段16在开挖过程中，其远离第二小断面隧洞13的一侧沿着第一小断面隧洞轮廓121开挖，渐变洞段16的另一侧逐渐向第二小断面隧洞13的方向延伸扩挖，以增大断面。按照这种方式开挖，后期对渐变洞段16右侧反挖后可直接作为第一小断面隧洞12的一部分洞段，可提高施工效率，保证施工秩序。

（2）渐变洞段16在开挖过程中要及时支护钢架，其中，渐变洞段16中在靠近第二小断面隧洞13一侧的钢架为临时钢架，另一侧为与第一小断面隧洞12的断面相匹配的钢架。渐变洞段16后期反挖时，其支护的临时钢架可拆，其余的钢架无需拆卸，减少反挖时的工作量。

（3）由于第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13之间的岩柱15的最窄处约1.1米，很容易受到损坏，为了防止岩柱15损伤，渐变洞段16靠近第二小断面隧洞13一侧洞壁不施做超前小导管，防止超前小导管损伤岩柱15；但是，为了增强对渐变洞段16的支护强度，在渐变洞段16远离第二小断面隧洞13一侧洞壁的拱腰及拱部需要施做超前小导管，且该超前小导管以较大的外差角打设，以增强支护强度。

（4）渐变洞段16反挖之后，以及后续沿渐变洞段16继续向前开挖第一小断面隧洞12过程中，增加第一小断面隧洞12靠近第二小断面隧洞13一侧洞壁上施做的锁脚锚管的数量并降低打入深度，锁脚锚管缩短后可防止损伤岩柱15，而增加锁脚锚管的数量则可增强锁脚锚管对架设钢架的支护强度。

渐变洞段16的开挖及反挖方式具体如下：

第一步：如图3所示，将渐变洞段16分为上台阶⑾、中台阶⑿、下台阶⒀，按照上、中、下三台阶对渐变洞段16进行开挖。

先行开挖渐变洞段16的上台阶，上台阶的左侧与第一小断面隧洞轮廓121一致；开挖过程中，在上台阶拱部及时支护上部钢架122，并及时施做超前小导管和用于固定上部钢架122的锁脚锚管；如图3所示，上部钢架122左部为正常断面钢架1221，右侧渐变段为临时支撑钢架1222，采用临时锁脚锚管固定临时支撑钢架1222；经支护7榀上部钢架122后，渐变洞段16的断面扩大到与第一小断面隧洞12的断面大小一致。

第二步：渐变洞段16的中台阶滞后上台阶一段距离（约5米）进行开挖支护，中台阶左侧按照第一小断面隧洞12的正常断面进行开挖支护2米后进行中台阶右侧开挖支护；中台阶开挖过程中及时支护对应的中部钢架，并及时施做超前小导管和用于固定中部钢架的锁脚锚管，中台阶左侧支护的钢架沿步骤一中的正常断面钢架1221接长，右侧支护的临时中部钢架沿步骤一中的临时支撑钢架1222接长，中台阶同样按照7榀钢架将断面渐变至与第一小断面隧洞12断面大小相同，中台阶右侧的临时中部钢架采用临时锁脚锚管固定。

第三步：待渐变洞段16的中台阶开挖支护至与第一小断面隧洞12断面大小相同时，对渐变洞段16的上台阶和中台阶掌子面进行喷砼封闭，然后从渐变洞段16中与第一小断面隧洞12断面大小相同的位置开始对渐变洞段16上台阶和中台阶进行反挖。

采用短进尺的方式对渐变洞段16进行反挖，反挖过程中，掌子面上靠近第二小断面隧洞13一侧布设的炮眼要沿第一小断面隧洞轮廓121向内收敛60厘米，并减少装药量，以防止钻爆施工引起第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13之间岩柱15的损伤，并通过人工凿除第一小断面隧洞轮廓121内欠挖部分。反挖过程中，逐渐拆除临时支撑钢架1222、临时中部钢架以及临时锁脚锚管，并及时支护与第一小断面隧洞12右侧轮廓相应的替换钢架，打入用于固定替换钢架的短锁脚锚管。

图4中的反挖空间123和渐变洞段16共同形成第一小断面隧洞12的一部分洞段。

第四步：开挖渐变洞段16以及反挖空间123的下台阶，下台阶从左侧至右侧逐渐开挖支护，直至渐变洞段16以及反挖空间123内的上台阶、中台阶和下台阶形成三台阶断面布局。下台阶支护用的下钢架沿替换钢架接长，并打设锁脚锚管用于固定下钢架。

至此，渐变洞段16的开挖及反挖工作完毕。然后可沿渐变洞段16以及反挖空间123内的上台阶、中台阶和下台阶形成三台阶断面布局继续向前开挖第一小断面隧洞12，以及进行大断面隧洞11的其余导洞和第二小断面隧洞13的施工。

实施例2：

一种大断面隧洞向两条小断面隧洞转换施工方法，请一并参阅图1至图6。

考虑到岔口位置14处施工速度缓慢，整个隧洞工程的施工进度会受到影响，而平导洞20的断面小于正洞10，平导洞20的开挖速度较快，因此，本实施例与实施例1的区别在于，在开挖渐变洞段16之前，先通过平导洞20开挖支洞17进入第二小断面隧洞13位于岔口位置14前方的未开挖处进行反向开挖，并及时施做衬砌，直至反向开挖到岔口位置14。

待大断面隧洞11开挖至岔口位置14时，第二小断面隧洞13反挖的洞段可与大断面隧洞11直接对接，而不是待大断面隧洞11开挖至岔口位置14时才进行第二小断面隧洞13的开挖工作，因此加快了施工进度。

另一方面，由于第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13在岔口位置14前方相邻，相互之间的影响特别大，先进行第二小断面隧洞13的反挖及支护，相当于在岔口位置14附近将第二小断面隧洞13的开挖工作和第一小断面隧洞12的开挖工作期间错开，避免二者的施工相互影响。

进一步的，在岔口位置14修建连接大断面隧洞衬砌116与第一小断面隧洞衬砌124、第二小断面隧洞衬砌131相连接的端头墙18。

端头墙18的施工工法具体如下：

第一步：大断面隧洞11开挖至岔口位置14时，使用风镐在掌子面向前凿除80厘米厚度，凿除完成后进行端头墙防水板铺设作业，防水板铺设在掌子面处，且防水板与第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13侧衬砌端头预留的防水板连接为整体，确保防水效果。

第二步：在凿除的空间中铺设钢筋网，钢筋网的外边缘对应支撑在大断面隧洞衬砌116的内周面，钢筋网与第一小断面隧洞衬砌124、第二小断面隧洞衬砌131接触的边缘支撑在第一小断面隧洞衬砌124、第二小断面隧洞衬砌131的外周面。

第三步：将第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13中的衬砌台车均行走至岔口位置14，以用于作为修建端头墙的模板的一部分；然后以第一小断面隧洞12和第二小断面隧洞13中的衬砌台车为基础安装衬砌台车端头模板及端头墙模板。

第五步：端头墙模板支护完成后进行衬砌台车处的衬砌浇筑以及端头墙浇筑，待浇筑的混凝土达到75%强度后进行拆模，拆模后及时对端头墙18的表面打磨、养护。

端头墙的厚度为80厘米，能够稳固连接和支撑第一小断面隧洞衬砌、第二小断面隧洞衬砌和大断面隧洞衬砌端头位置，防止端头位置土方坍塌，而通过第一小断面隧洞和第二小断面隧洞中的衬砌台车为基础支模，使端头墙的支模更加方便。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。