一种隧道施工方法与流程

1.本发明涉及一种隧道施工技术，特别涉及一种隧道施工方法。


背景技术：

2.在开挖跨度较大且对岩围变形控制严格的隧道进行施工时，通常采用中隔壁法(cd法)或交叉中隔壁法(crd法)进行施工。
3.中隔壁法是将隧道分为左右两大部分进行开挖，先在隧道一侧采用台阶法自上而下分层开挖，待该侧初期支护结构完成，然后喷射混凝土成型后再分层开挖隧道的另一侧。
4.交叉中隔壁法是通过施做中隔壁和临时仰拱(两者交叉)将开挖断面分成4个部分，然后再根据围岩情况分部进行开挖。
5.上述两种隧道施工方法对支护结构的质量要求高，整体施工周期长、施工效率低。
6.现有的中隔壁的施工方法通常为人工立架搭建初期支护结构，然后在初期支护与岩层之间喷射混凝土，隧道施工受空间区域限制，对施工人员和机械设备的数量有着严格的要求。现有的中隔壁的施工方法在每个循环作业中占用较长时间。对于工期紧的隧道项目而言，往往通过增加施工作业人员、机械设备等手段压缩循环时长，有极大的安全隐患。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种隧道施工方法，提高了隧道施工的施工效率，降低了隧道施工的施工成本。
8.根据本发明实施例的一种隧道施工方法，包括以下步骤：
9.s1:开挖掘进左上导坑；
10.s2:对所述左上导坑的岩面轮廓进行修整并喷射混凝土层封闭岩面；
11.s3:在所述左上导坑内架设预制初支结构提供临时支护；
12.s4:施做中隔壁；
13.s5:开挖掘进右上导坑；
14.s6:对所述右上导坑的岩面轮廓进行修整并喷射混凝土层封闭岩面；
15.s7:拆除所述中隔壁；
16.s8:向下依次开挖掘进中台阶和下台阶。
17.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
18.采用上述步骤施工的本实例，将隧道分多段进行施工，在每段隧道施工时，将每一个施工段分为三个台阶进行连续滚动施工。最上层台阶分为左上导坑和右上导坑，先开挖左上导坑并对左上导坑的岩面轮廓进行修整并喷射混凝土层封闭岩面。进一步地，在左上导坑内架设预制初支结构提供临时支护，然后施做中隔壁，进而再开挖右上导坑。待右上导坑成施工后，拆除中隔壁，依次对中台阶以及下台阶进行施工。采用本施工步骤的隧道施工，自上而下的有序施工，每一台阶相对独立封闭成环，且封闭成环的时间短，施工效率高。并且本方法中使用的预制初支结构为提前预制好的钢筋骨架结构，不仅安装方便、受力均
匀，最大限度地减少隧道围岩变形。同时预制初支结构而且还能重复使用，提高了施工安全，降低了施工成本。
19.根据本发明的一些实施例，所述预制初支结构包括临时竖撑、临时仰拱和中导杆，所述中导杆沿隧道的掘进方向安装在所述左上导坑的右下角处，所述临时竖撑的下端转动安装在所述中导杆上，所述临时仰拱安装在所述左上导坑的底面，所述临时仰拱的右侧连接所述中导杆。
20.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
21.在进行预制初支结构安装架设时，先铺设临时仰拱和中导杆，然后再安装临时竖撑，采用本结构的施工方法，提高了施工效率，减少了立架作业人员，降低了安全隐患。并且在中隔壁拆除后临时竖撑能够转动至水平面作为右上导坑的仰拱使用，采用转动的安装结构，即消除了安装时可能产生的应力，又能够充当右上导坑的仰拱，设计巧妙，结构合理。
22.根据本发明的一些实施例，所述临时竖撑设置有若干竖撑支架，所述竖撑支架的弯曲弧度适配所述左上导坑的右侧壁的弧度，所述竖撑支架的底部设置有u型槽，所述竖撑支架通过所述u型槽转动安装在所述中导杆上。
23.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
24.临时竖撑由若干竖撑支架组成，每一个竖撑支架均由槽钢弯曲成型，本实施例中将临时竖撑的结构模块化，不仅降低了工程造价，而且便于更换和维修，竖撑支架的下端设置有u型槽，竖撑支架通过u型槽转动安装在中导杆上，不仅能够降低在撑开临时竖撑时的结构应力，而且安装方便。
25.根据本发明的一些实施例，所述临时仰拱设置有若干仰拱支架，所述仰拱支架的弯曲弧度适配所述左上导坑底面的弧度，所述仰拱支架右侧设置有定位孔，所述仰拱支架通过所述定位孔转动安装在所述中导杆上。
26.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
27.临时仰拱由若干仰拱支架组成，每一个仰拱支架均由由槽钢弯曲成型，安装在左上导坑底部形成反向的拱形结构。本实施例中将临时仰拱的结构模块化，不仅降低了工程造价，而且便于更换和维修。
28.根据本发明的一些实施例，所述预制初支结构还包括顶撑机构，所述顶撑机构安装在所述临时竖撑和所述临时仰拱之间，以用于调整所述临时竖撑的转动角度，所述顶撑机构包括第一撑杆、第二撑杆、调节套筒、第一导向块和第二导向块，所述竖撑支架设置有第一滑槽，所述第一导向块能够滑动调节地安装在所述第一滑槽中，所述仰拱支架设置有第二滑槽，所述第二导向块能够滑动调节地安装在所述第二滑槽中，所述第一撑杆的上端铰接所述第一导向块，所述第二撑杆的下端铰接所述第二导向块，所述调节套筒用于螺纹连接所述第一撑杆和所述第二撑杆，所述第一撑杆和所述调节套筒之间的螺纹旋向与所述第二撑杆和所述调节套筒之间的螺纹旋向相反。
29.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
30.临时竖撑先置于临时仰拱上拼接完成，再通过顶撑机构将临时竖撑顶撑至预安装位置，进一步地通过调节套筒调节第一撑杆和第二撑杆之间的相对距离，从而达到将临时竖撑紧密抵接左上导坑的状态。本结构设计合理，安全可靠。
31.根据本发明的一些实施例，所述临时仰拱还设置有若干加强筋，所述加强筋沿垂
直所述仰拱支架的方向穿设在所述仰拱支架上并连接相邻的两个所述仰拱支架，所述加强筋上设置有连接所述左上导坑底面的锁脚定位块。
32.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
33.通过在仰拱支架上穿设加强筋，能够提高仰拱支架整体的结构强度，进而改善临时竖撑的受力条件，加强筋通过锁脚定位块固定在左上导坑底面，能够确保临时仰拱的稳定性。
34.根据本发明的一些实施例，所述锁脚定位块对应所述加强筋设置有凹槽，所述锁脚定位块两侧开设有锁脚锚杆孔，以用于安装锁脚锚杆。
35.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
36.锁脚定位块安装在加强筋上，通过锁脚锚杆孔安装锁脚锚杆，从而能够将加强筋牢固地固定在左上导坑的底面。
37.根据本发明的一些实施例，所述调节套筒的外侧壁为多棱柱结构。
38.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
39.采用多棱柱设计的调节套筒，增大了调节套筒的外侧壁阻力，便于施工人员旋转调节套筒。
40.根据本发明的一些实施例，将隧道分成多段进行开挖掘进，每一段按s1至s8的步骤进行施工，在s1之前还包括隧道超前地质预报和超前支护，在s8之后还包括防水层施工、岩面衬彻和质量检测。
41.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
42.在s1之前进行隧道超前地质预报能够采集到隧道即将开挖段的工程地质与水文地质等信息，指导后续步骤施工的顺利进行。进行超前支护能够保证隧道即将开挖段的岩层的稳定性；在s8之后需要进行防水层施工、岩面衬彻和质量检测，提高隧道的整体结构强度。
43.根据本发明的一些实施例，在进行s3时需要对所述左上导坑开挖处的地质条件进行数据采集，对所述左上导坑岩壁的受力情况进行实时监控，在所述预制初支结构设完成后还需要对所述预制初支结构的受力进行分析，并将分析的数据归纳入下一段待施工隧道的超前地质预报中进行信息整合，分析的数据还需导入至质量检测中进行重点位置检测。
44.根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
45.在进行架设预制初支结构时，需要对左上导坑开挖地质条件进行数据采集，实时监控，避免出现安全隐患，在预制初支结构架设完成后还需要对预制初支结构的受力进行分析，并将分析数据归纳入下一段待施工隧道的超前地质预报中进行信息整合，能加快施工进度和保障施工安全。
46.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
47.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
48.图1是本发明的一种隧道施工结构示意图；
49.图2是本发明的隧道施工的流程图；
50.图3是本发明的预制初支结构的一种结构示意图；
51.图4是图3的a处的局部放大图；
52.图5是本发明的顶撑机构的一种结构示意图；
53.图6是本发明锁脚定位块的一种结构示意图；
54.图中：101-左上导坑，102-右上导坑，110-中台阶，120-下台阶，200-预制初支结构，210-临时竖撑，211-竖撑支架，212-u型槽，220-临时仰拱，221-仰拱支架，222-定位孔，223-加强筋，230-顶撑机构，231-第一撑杆，232-第二撑杆，233-调节套筒，234-第一导向块，235-第二导向块，240-中导杆，250-锁脚定位块，251-凹槽，252-锁脚锚杆孔。
具体实施方式
55.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
57.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.参照图1～图6，本发明提出一种隧道施工方法，包括以下步骤：
59.s1:开挖掘进左上导坑101；
60.s2:对左上导坑101的岩面轮廓进行修整并喷射混凝土层封闭岩面；
61.s3:在左上导坑101内架设预制初支结构200提供临时支护；
62.s4:施做中隔壁；
63.s5:开挖掘进右上导坑102；
64.s6:对右上导坑102的岩面轮廓进行修整并喷射混凝土层封闭岩面；
65.s7:拆除中隔壁；
66.s8:向下依次开挖掘进中台阶110和下台阶120。
67.参照图1和图2，本施工方法采用三台阶法结合cd法中的施做中隔壁的施工方法，使各施工台阶能够成环受力，将待施工的隧道段自上而下地分为：上台阶、中台阶110和下台阶120，可以缩小开挖断面，在施工时能够将集中爆破转换为分散爆破，即减少了对围岩的扰动，又充分利用时间提高了施工效率。本施工方法的主要的施工步骤为：首先对上台阶
进行开挖掘进，在对上台阶进行施工时又将上台阶分为左上导坑101和右上导坑102，先对左上导坑101进行开挖掘进。待左上导坑101施工完成，进一步地对岩面轮廓修整并稳定封闭岩面喷射混凝土层。待上一步骤施工完成后，对左上导坑101架设预制初支结构200，然后施做中隔壁，在本施工方法中，施做中隔壁通常采用注浆法或喷砼法。进而再开挖右上导坑102。待右上导坑102成施工后，拆除中隔壁，依次对中台阶110以及下台阶120进行施工。将隧道分多段进行施工，在每段隧道施工时，将每一个施工段分为三个台阶进行连续滚动施工、自上而下的有序施工，每一台阶相对独立封闭成环，且封闭成环的时间短，施工效率高。并且本方法中使用的预制初支结构200为提前预制好的钢筋骨架结构，不仅安装方便、受力均匀，最大限度地减少隧道围岩变形。同时预制初支结构200而且还能重复使用，提高了施工安全，降低了施工成本。
68.在本发明的一些实施例中，预制初支结构200包括临时竖撑210、临时仰拱220和中导杆240，中导杆240沿隧道的掘进方向安装在左上导坑101的右下角处，临时竖撑210的下端转动安装在中导杆240上，临时仰拱220安装在左上导坑101的底面，临时仰拱220的右侧连接中导杆240。
69.具体的，预制初支结构200包括临时竖撑210、临时仰拱220和中导杆240，施工人员在架设左上导坑101进行预制初支结构200时，先将临时仰拱220安装在左上导坑101底面，再安装中导杆240，然后再安装临时竖撑210。在中隔壁拆除后临时竖撑210能够转动至水平面铺设在右上导坑底部，作为右上导坑102的仰拱使用，采用转动的安装结构，即消除了安装时可能产生的应力，又能够充当右上导坑102的仰拱，设计巧妙，结构合理。
70.在本发明的一些实施例中，临时竖撑210设置有若干竖撑支架211，竖撑支架211的弯曲弧度适配左上导坑101的右侧壁的弧度，竖撑支架211的底部设置有u型槽212，竖撑支架211通过u型槽212转动安装在中导杆240上。
71.临时竖撑210由若干竖撑支架211组成，每一个竖撑支架211均由槽钢弯曲成型，本实施例中将临时竖撑210的结构模块化，不仅降低了工程造价，而且便于更换和维修，竖撑支架211的下端设置有u型槽212，竖撑支架211通过u型槽212转动安装在中导杆240上，不仅能够降低在撑开临时竖撑210时的结构应力，而且安装方便。
72.在本发明的一些实施例中，沿竖撑支架211的长度方向上设置有若干预留锚杆孔。
73.在本发明的一些实施例中，临时仰拱220设置有若干仰拱支架221，仰拱支架221的弯曲弧度适配左上导坑101底面的弧度，仰拱支架221右侧设置有定位孔222，仰拱支架221通过定位孔222转动安装在中导杆240上。
74.临时仰拱220由若干仰拱支架221组成，每一个仰拱支架221均由由槽钢弯曲成型，安装在左上导坑101底部形成反向的拱形结构。本实施例中将临时仰拱220的结构模块化，不仅降低了工程造价，而且便于更换和维修。
75.在本发明的一些实施例中，预制初支结构200还包括顶撑机构230，顶撑机构230安装在临时竖撑210和临时仰拱220之间，以用于调整临时竖撑210的转动角度，顶撑机构230包括第一撑杆231、第二撑杆232、调节套筒233、第一导向块234和第二导向块235，竖撑支架211设置有第一滑槽，第一导向块234能够滑动调节地安装在第一滑槽中，仰拱支架221设置有第二滑槽，第二导向块235能够滑动调节地安装在第二滑槽中，第一撑杆231的上端铰接第一导向块234，第二撑杆232的下端铰接第二导向块235，调节套筒233用于螺纹连接第一
撑杆231和第二撑杆232，第一撑杆231和调节套筒233之间的螺纹旋向与第二撑杆232和调节套筒233之间的螺纹旋向相反。
76.临时竖撑210先置于临时仰拱220上拼接完成，再通过顶撑机构230将临时竖撑210顶撑至预安装位置，进一步地通过调节套筒233调节第一撑杆231和第二撑杆232之间的相对距离，从而达到将临时竖撑210紧密抵接左上导坑101的状态。本结构设计合理，安全可靠。
77.在本发明的一些实施例中，临时仰拱220还设置有若干加强筋223，加强筋223沿垂直仰拱支架221的方向穿设在仰拱支架221上并连接相邻的两个仰拱支架221，加强筋223上设置有连接左上导坑101底面的锁脚定位块250。
78.通过在仰拱支架221上穿设加强筋223，能够提高仰拱支架221整体的结构强度，进而改善临时竖撑210的受力条件，加强筋223通过锁脚定位块250固定在左上导坑101底面，能够确保临时仰拱220的稳定性。
79.在本发明的一些实施例中，锁脚定位块250对应加强筋223设置有凹槽251，锁脚定位块250两侧开设有锁脚锚杆孔252，以用于安装锁脚锚杆。
80.参照图3至图5，具体的，预制初支结构200包括临时竖撑210、临时仰拱220、顶撑机构230和中导杆240。临时竖撑210由若干竖撑支架211组成，每一个竖撑支架211均由槽钢弯曲成型，竖撑支架211的弯曲弧度对应左上导坑101侧壁的弧度；临时仰拱220由若干仰拱支架221组成，每一个仰拱支架221均由槽钢弯曲成型，仰拱支架221的弯曲弧度对应左上导坑101底面的弧度；施工人员在架设左上导坑101进行预制初支结构200时，先将仰拱支架221均匀地铺设在左上导坑101底面，然后将中导杆240从仰拱支架221右侧的定位孔222中插入。进一步地将竖撑支架211对应每一个仰拱支架221倾斜地预安装在临时仰拱220上方，在预安装临时竖撑210时需要通过竖撑支架211的下端设置的u型槽212将竖撑支架211下端转动地安装在中导杆240上。再预安装临时竖撑210的同时，施工人员需要将顶撑机构230安装在临时竖撑210和临时仰拱220之间，以用于将临时竖撑210绕中导杆240的轴线方向转动至左上导坑101的侧壁上。预安装临时竖撑210，在使用注浆法施做中隔壁时需要安装钢筋网架和木质模板，施工人员将钢筋网架安装在临时竖撑210一侧、将木质模板安装在临时竖撑210的另一侧。钢筋网架能够随着临时竖撑210的转动，抵接左上导坑101的侧壁。然后再使用注浆设备对木质模板与左上导坑101的右侧壁之间注浆填充密实；在使用喷砼法施做中隔壁时，需要沿竖撑支架211的长度方向安装锚杆，然后使用喷砼设备将其固定。
81.参照图6，锁脚定位块250安装在加强筋223上，通过锁脚锚杆孔252安装锁脚锚杆，从而能够将加强筋223牢固地固定在左上导坑101的底面。
82.在本发明的一些实施例中，调节套筒233的外侧壁为多棱柱结构。
83.采用多棱柱设计的调节套筒233，增大了调节套筒233的外侧壁阻力，便于施工人员旋转调节套筒233。
84.在本发明的一些实施例中，将隧道分成多段进行开挖掘进，每一段按s1至s8的步骤进行施工，在s1之前还包括隧道超前地质预报和超前支护，在s8之后还包括防水层施工、岩面衬彻和质量检测。
85.参照图2，在s1之前进行隧道超前地质预报能够采集到隧道即将开挖段的工程地质与水文地质等信息，指导后续步骤施工的顺利进行。进行超前支护能够保证隧道即将开
挖段的岩层的稳定性；在s8之后需要进行防水层施工、岩面衬彻和质量检测，提高隧道的整体结构强度。
86.在本发明的一些实施例中，在进行s3时对左上导坑101开挖处的地质条件进行数据采集，对左上导坑101岩壁的受力情况进行实时监控，在预制初支结构200架设完成后对预制初支结构200的受力进行分析，并将分析的数据归纳入下一段待施工隧道的超前地质预报中进行信息整合，分析的数据导入至质量检测中进行重点位置检测。
87.在进行架设预制初支结构200时，需要对左上导坑101开挖地质条件进行数据采集，实时监控，避免出现安全隐患，在预制初支结构200架设完成后还需要对预制初支结构200的受力进行分析，并将分析数据归纳入下一段待施工隧道的超前地质预报中进行信息整合。
88.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
89.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。