一种软弱围岩条件下的隧道通风口结构施工方法与流程

1.本发明涉及隧道工程技术领域，具体地，涉及一种软弱围岩条件下的隧道通风口结构施工方法。


背景技术：

2.因防灾、救援以及行车舒适度的需要，大多数公路隧道都要设置通风井(竖井或斜井)来换气。在地下，隧道与通风井之间采用联络通道连结，现有技术中的隧道通风结构的施工方法为：在交叉段的主洞上方扩挖一定高度，将风送入隧道或将烟尘抽出主洞，这种施工方法主要存在以下不足：
3.(1)施工复杂。交叉口难一次开挖成型，通常需要先施工联络通道或先施工主洞。若先施工联络通道，主洞开挖时易造成拱部联络通道坍塌；若先施工主洞，则联络通道施作完成后需凿除主洞拱部通风口衬砌。
4.(2)施工风险高，结构安全性低。因存在多次开挖干扰，易造成已开挖支护结构开裂失稳；交叉部直墙结构多，不利于结构受力，结构安全性低。
5.(3)不利于辅助主洞开挖作业。特长隧道规模大，建设工期紧，竖、斜井(尤其是斜井)通常还兼做主洞的辅助施工通道，辅助主洞开挖作业，以加快施工进度。传统方案难以实现施工车辆自由进出主洞，从而难以作为主洞的有效辅助施工通道。
6.为此，需要提出一种改进的隧道通风结构的施工方法，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种软弱围岩条件下的隧道通风口结构施工方法。
8.根据本发明的一个方面，提供一种软弱围岩条件下的隧道通风口结构施工方法，包括：
9.开挖联络通道上台阶岩体，施作联络通道上台阶初期支护；
10.拱形导坑开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶岩体，施作拱形导坑初期支护；
11.喷射混凝土回填导坑拱部与加宽带初期支护之间空腔，施作导坑段加宽带上台阶初期支护；
12.向两端开挖加宽带上台阶岩体，施作两端加宽带上台阶初期支护；
13.开挖联络通道下台阶岩体及联络通道宽度范围内的加宽带中台阶右侧岩体，施作联络通道下台阶初期支护；
14.向两端开挖加宽带中台阶右侧岩体，施作加宽带中台阶右侧初期支护；
15.开挖加宽带中台阶左侧岩体，施作加宽带中台阶左侧初期支护；
16.开挖加宽带下台阶左侧岩体和加宽带下台阶右侧岩体，施作加宽带下台阶左侧初期支护和加宽带下台阶右侧初期支护，施作底部加宽带仰拱初期支护；
17.施作底部加宽带仰拱二次衬砌及加宽带仰拱回填；
18.向两端开挖正洞一般段岩体，并施作相应的正洞一般段初期支护；
19.施作加宽带拱部及边墙二次衬砌及联络通道二次衬砌，施作正洞一般段二次衬砌；
20.根据通风口排风功能需求施作通风口排风功能主洞衬砌；
21.根据通风口送风功能需求施作通风口送风功能主洞衬砌。
22.进一步地，所述联络通道与通风井同侧设置，所述联络通道与加宽带同侧设置，所述联络通道与加宽带的轮廓相交，隧道主洞在与所述联络通道的轴线相交处设有排风结构或送风结构。
23.进一步地，所述加宽带的内轮廓与隧道紧急停车带的内轮廓相同。
24.进一步地，所述方法中的初期支护包括钢支撑、钢筋网和喷射混凝土，所述二次衬砌为钢筋混凝土结构，所述仰拱回填为低标号素混凝土。
25.进一步地，所述拱形导坑开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶岩体，施作拱形导坑初期支护，包括：导坑的顶部采用拱形断面，导坑的顶部高出加宽带初期支护，导坑的顶部拱圈矢跨比为1/10。
26.进一步地，在所述拱形导坑开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶岩体，施作拱形导坑初期支护之后，包括：在所述联络通道与加宽带交叉位置施作钢横梁；所述钢横梁采用型钢结构，所述型钢的断面型式根据受力计算确定；所述钢横梁采用锁固锚杆固定于联络通道口拱顶，所述锁固锚杆采用φ25砂浆锚杆或d42注浆小导管。
27.进一步地，所述联络通道范围内的加宽带初期支护中的钢支撑在联络通道侧立于钢横梁上，所述钢支撑与所述钢横梁采用焊接方式连接。
28.进一步地，所述开挖加宽带下台阶左侧岩体和加宽带下台阶右侧岩体，包括：加宽带下台阶左侧岩体和加宽带下台阶右侧岩体错开开挖。
29.进一步地，所述施作加宽带拱部及边墙二次衬砌及联络通道二次衬砌，包括：施作加宽带二次衬砌时，根据通风口排风功能或送风功能确定主洞衬砌型式，在两个衬砌的接茬部位预埋钢筋。
30.进一步地，开挖内轮廓均采用曲墙或拱形断面。
31.与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
32.1、本发明采用“侧扩型”交叉连接型式，开挖断面均采用曲墙或拱形断面，联络通道与主洞开挖没有干扰，开挖没有渐变断面，有利于围岩稳定，施工方便，安全性高。
33.2、本发明可以实现隧道主洞与联络通道交叉口部位的一次开挖成型，施工工法简单，每一步开挖、支护均为常规断面和常用材料，没有渐变尺寸，不需要特殊的设备、机具和模板，省去渐变结构材料的繁琐加工，省工省力，建设速度快，有利于提高施工质量和节省投资。
34.3、本发明地层适用性广，当通风口结构位于iv、v级软弱围岩地段时，采用本发明的施工工法施工可以得到较好的安全保障，当通风口结构位于较好的ⅲ级及以上围岩时，仍可以采用本发明的施工工法，将联络通道开挖由上下台阶法简化为全断面法，将加宽带上中下台阶法开挖简化为上下台阶法，提高施工效率。
35.4、本发明中加宽带断面同隧道紧急停车带断面，可利用紧急停车带衬砌台车和模
板，不需另外增加施工措施。
36.5、本发明通过联络通道辅助主动开挖作业，可增加主洞开挖作业面，节省工期。
附图说明
37.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
38.图1为本发明实施例中步骤s1对应的结构示意图；
39.图2为本发明实施例中步骤s2对应的结构示意图；
40.图3为图2中a处对应的放大示意图；
41.图4为本发明实施例中步骤s3对应的结构示意图；
42.图5为本发明实施例中步骤s4对应的结构示意图；
43.图6为本发明实施例中步骤s5对应的结构示意图；
44.图7为本发明实施例中步骤s6对应的结构示意图；
45.图8为本发明实施例中步骤s7对应的结构示意图；
46.图9为本发明实施例中步骤s8对应的结构示意图；
47.图10为本发明实施例中步骤s9对应的结构示意图；
48.图11为本发明实施例中步骤s10对应的结构示意图；
49.图12为本发明实施例中步骤s11对应的结构示意图；
50.图13为本发明实施例中步骤s12对应的结构示意图；
51.图14为本发明实施例中步骤s13对应的结构示意图；
52.图15为本发明实施例中开挖支护的结构示意图；
53.图16为本发明实施例中图15对应的i-i剖视示意图；
54.图17为本发明实施例中图15对应的ii-ii剖视示意图。
55.图中，
ⅰ‑
1为联络通道上台阶岩体，
ⅰ‑
2为联络通道下台阶岩体，ⅱ为加宽带上台阶岩体，
ⅲ‑
1为加宽带中台阶左侧岩体，
ⅲ‑
2为加宽带中台阶右侧岩体，
ⅳ‑
1为加宽带下台阶左侧岩体，
ⅳ‑
2为加宽带下台阶右侧岩体，
ⅴ
为正洞一般段岩体，1a为联络通道上台阶初期支护，1b为联络通道下台阶初期支护，2为拱形导坑初期支护，3为导坑拱部与加宽带初期支护之间空腔，4a为钢横梁，4b为锁固锚杆，4c为加宽带上台阶初期支护，5a为加宽带中台阶左侧初期支护，5b为加宽带中台阶右侧初期支护，6a为加宽带下台阶左侧初期支护，6b为加宽带下台阶右侧初期支护，7为加宽带仰拱初期支护，8为加宽带仰拱二次衬砌，9为加宽带仰拱回填，10为加宽带拱部及边墙二次衬砌，11为联络通道二次衬砌，12为正洞一般段初期支护，13为正洞一般段二次衬砌，14为通风口排风功能主洞衬砌，15为通风口送风功能主洞衬砌。
具体实施方式
56.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上
述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
57.本发明实施例提供一种软弱围岩条件下的隧道通风口结构施工方法，如图1-17，该方法包括：
58.s1、开挖联络通道上台阶岩体
ⅰ‑
1，施作联络通道上台阶初期支护1a。
59.在一些优选的实施例中，联络通道与通风井同侧设置，联络通道与加宽带同侧设置，联络通道与加宽带的轮廓相交，隧道主洞在与联络通道的轴线相交处设有排风结构或送风结构。加宽带的内轮廓与隧道紧急停车带的内轮廓相同。
60.s2、拱形导坑开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶岩体ⅱ，施作拱形导坑初期支护2。
61.在一些优选的实施例中，在拱形导坑开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶岩体，施作拱形导坑初期支护之后，包括：在联络通道与加宽带交叉位置施作钢横梁，如图2所示的联络通道口拱顶的钢横梁4a；钢横梁采用型钢结构，型钢的断面型式根据受力计算确定；钢横梁采用锁固锚杆4b固定于联络通道口拱顶，锁固锚杆采用φ25砂浆锚杆或d42注浆小导管。
62.联络通道范围内的加宽带初期支护中的钢支撑在联络通道侧立于钢横梁上，钢支撑与钢横梁采用焊接方式连接。
63.在一些优选的实施例中，拱形导坑开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶岩体，施作拱形导坑初期支护，包括：导坑的顶部采用拱形断面，导坑的顶部高出加宽带初期支护，导坑的顶部拱圈矢跨比约为1/10，本领域技术人员可以根据实际需要进行任意适当的调节。
64.s3、喷射混凝土回填导坑拱部与加宽带初期支护之间空腔3，施作导坑段加宽带上台阶初期支护4c；
65.s4、向两端开挖加宽带上台阶岩体ⅱ，施作两端加宽带上台阶初期支护4c；
66.s5、开挖联络通道下台阶岩体
ⅰ‑
2及联络通道宽度范围内的加宽带中台阶右侧岩体
ⅲ‑
2，施作联络通道下台阶初期支护1b；
67.s6、向两端开挖加宽带中台阶右侧岩体
ⅲ‑
2，施作加宽带中台阶右侧初期支护5b；
68.s7、开挖加宽带中台阶左侧岩体
ⅲ‑
1，施作加宽带中台阶左侧初期支护5a；加宽带中台阶左侧岩体与加宽带中台阶右侧岩体错开开挖，可避免同时落底；
69.s8、开挖加宽带下台阶左侧岩体
ⅳ‑
1和加宽带下台阶右侧岩体
ⅳ‑
2，施作加宽带下台阶左侧初期支护6a和加宽带下台阶右侧初期支护6b，施作底部加宽带仰拱初期支护7，下台阶左侧岩体
ⅳ‑
1、下台阶右侧岩体
ⅳ‑
2开挖时应左右两侧错开，避免同时落底；
70.s9、施作底部加宽带仰拱二次衬砌8及加宽带仰拱回填9；
71.s10、向两端开挖正洞一般段岩体
ⅴ
，并施作相应的正洞一般段初期支护12；
72.s11、施作加宽带拱部及边墙二次衬砌10及联络通道二次衬砌11，施作正洞一般段二次衬砌13；施作加宽带二次衬砌时，根据通风口排风功能或送风功能确定主洞衬砌型式，在两个衬砌的接茬部位预埋钢筋。
73.s12、根据通风口排风功能需求施作通风口排风功能主洞衬砌14。
74.s13、根据通风口送风功能需求施作通风口送风功能主洞衬砌15。
75.在一些优选的实施例中，上述方法中的初期支护包括钢支撑、钢筋网和喷射混凝土，二次衬砌为钢筋混凝土结构，仰拱回填为低标号素混凝土。
76.本发明实施例中的施工方法，开挖内轮廓均采用曲墙或拱形断面，施工工艺和方法成熟，利于围岩稳定和结构受力，避免了传统施工方法存在较多的直墙开挖断面和相互干扰，方法简单，安全性高，适用性广。
77.本发明实施例中，联络通道断面大小需要根据通风需求和施工作业设备需要确定断面内轮廓，一般可采用车行通道断面。联络通道分为上下台阶法开挖，可缩小单次开挖断面面积，利于围岩稳定。
78.本发明实施例中，向两端开挖加宽带的长度范围由通风口结构长度决定。向两端开挖正洞一般段岩体及施作相应初期支护的长度根据施工组织和台车拼装空间需要确定。
79.本发明实施例中加宽带断面同隧道紧急停车带断面，可利用紧急停车带衬砌台车和模板，不需另外增加施工措施。
80.本发明实施例中，加宽带断面大，利于施工期间辅助主洞开挖车辆调转方向。
81.当通风口结构位于iii级及以上围岩较好地段时，本发明工法步骤s2可不采用拱形开挖联络通道宽度范围内的加宽带上台阶iii，顶部可与加宽带拱部外轮廓一致，一次开挖到位。
82.本发明上述实施例中的施工方法，采用“侧扩型”交叉连接型式，开挖断面均采用曲墙或拱形断面，联络通道与主洞开挖没有干扰，开挖没有渐变断面，有利于围岩稳定，施工方便，安全性高。
83.本发明实施例可以实现隧道主洞与联络通道交叉口部位的一次开挖成型，施工工法简单，每一步开挖、支护均为常规断面和常用材料，没有渐变尺寸，不需要特殊的设备、机具和模板，省去渐变结构材料的繁琐加工，省工省力，建设速度快，有利于提高施工质量和节省投资。而且，通过联络通道辅助主动开挖作业，可增加主洞开挖作业面，大大节省工期。
84.本发明实施例中的施工方法，地层适用性广，当通风口结构位于iv、v级软弱围岩地段时，采用本发明的施工工法施工可以得到较好的安全保障，当通风口结构位于较好的ⅲ级及以上围岩时，仍可以采用本发明的施工工法，将联络通道开挖由上下台阶法简化为全断面法，将加宽带上中下台阶法开挖简化为上下台阶法，提高施工效率。
85.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。