特大断面隧道钻爆法原位扩建施工结构及施工方法

摘要

本发明涉及一种特大断面隧道钻爆法原位扩建施工结构及施工方法，其特征在于：包括既有隧道和设在既有隧道内的支护结构和既有隧道填充，所述既有隧道的周侧部挖掘围岩后形成特大断面隧道，所述特大断面隧道的左、右侧部设有多根锁脚锚杆。本发明简化了施工步序，而且大大提高了中隔墙的竖向刚度和竖向承载力，有助于减小洞室收敛，提高施工安全性。

说明书

技术领域：

本发明涉及山岭隧道的施工，具体是采用钻爆法将既有隧道原位扩建成特大断面隧道的一种施工方法和施工结构。

背景技术：

随着国民经济的飞速发展，交通量日益增大，许多市政道路隧道、高等级公路隧道己不能满足交通运输需求，须在既有隧道原址上进行扩建，才能达到相应的服务水平。原位扩建方案通常包括以下两种：将单洞隧道扩建成连拱隧道，或将单洞隧道扩建成特大断面隧道。相对连拱隧道而言，特大断面隧道方案具有道路展线方便、交通服务水平高、社会效益良好等优点，但同时也面临着隧道跨度较大，支护结构设计复杂、施工工序转换频繁等不利因素。

原位扩建形成特大断面隧道的过程中，受既有支护结构拆除、围岩爆破扩挖、重新施作支护等工序的反复扰动，其围岩变形和围岩压力与原始地形下新建形成的特大断面隧道有着本质区别。同时考虑到既有隧道支护结构背后不可避免地存在松动圈或脱空等情况，考虑到爆破过程中不可避免地对临时支护结构造成损伤的现实情况，因此原位扩建形成的特大断面隧道，在设计理念和施工工法上与修建普通特大断面隧道有着显著不同。

随着交通量激增，许多修建年代久远的市政道路隧道、高等级公路隧道都面临着扩建问题，将既有隧道原位扩建形成特大断面隧道，则是今后建设发展的一个重要方向，因此，成功摸索一套与之相适应的合理施工方法显得非常迫切。

发明内容：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种减小围岩扰动、加快施工效率、提高施工安全性的特大断面隧道原位扩建施工结构和施工方法。

本发明特大断面隧道钻爆法原位扩建施工结构，其特征在于：包括既有隧道和设在既有隧道内的支护结构和既有隧道填充，所述既有隧道的周侧部挖掘围岩后形成特大断面隧道，所述特大断面隧道的左、右侧部设有多根锁脚锚杆。

进一步的，上述特大断面隧道中横设有横隔板（34）和竖设有中隔墙（33），所述横隔板（34）和中隔墙（33）垂直交叉设置。

进一步的，上述特大断面隧道底部设有仰拱钢拱架与喷射混凝土（35）。

进一步的，上述仰拱钢拱架与喷射混凝土（35）上浇筑有仰拱二次衬砌（41）和仰拱填充（42）。

进一步的，上述特大断面隧道的内侧面设有钢拱架与喷射混凝土（32）。

本发明所述施工方法包括以下七个步骤，其中前五步骤为特大断面隧道的围岩分部开挖与初期支护施作，后两步骤为特大断面隧道的二次衬砌浇筑，七个步骤依次为1）利用洞渣回填既有隧道至拱腰，然后开挖右上导洞并施作相应的初期支护，2）开挖左上导洞并施作相应的初期支护，3）开挖右下导洞并施作相应的初期支护，4）开挖左下导洞并施作相应的初期支护，5）待洞室收敛稳定后，开挖仰拱并施作相应的初期支护，6）浇筑特大断面隧道的仰拱二次衬砌，7）浇筑特大断面隧道的边墙、拱腰和拱顶二次衬砌。

其中1）利用洞渣回填既有隧道至拱腰，然后开挖右上导洞并施作相应的初期支护，具体包括：拆除既有隧道拱腰以上的支护结构；爆破开挖右上导洞围岩；施作右上部钢拱架与喷射混凝土；施作右上部锁脚锚杆；施作临时中隔墙。其中临时中隔墙采用直墙式，其底部用锚栓与既有隧道支护结构可靠连接；同时临时中隔墙与未开挖的左上导洞围岩之间，留有一定间隙，并用泡沫板填充。

2）开挖左上导洞并施作相应的初期支护，同时保持左上导洞掌子面滞后右上导洞一定距离，具体包括：爆破开挖左上导洞围岩；施作左上部钢拱架与喷射混凝土；施作左上部锁脚锚杆。

3）开挖右下导洞并施作相应的初期支护，同时保持右下导洞掌子面滞后右上导洞一定距离，具体包括：拆除既有隧道拱腰以下的填充和支护结构，但应部分保留既有隧道支护结构和填充，作为临时中隔墙的支承座；施作右下部钢拱架与喷射混凝土；施作右下部锁脚锚杆；施作右侧临时横隔板。

4）开挖左下导洞并施作相应的初期支护，同时保持左下导洞掌子面滞后左上导洞一定距离，具体包括：爆破开挖左下导洞围岩，但应保留一部分围岩，与未拆除的既有隧道支护结构一起，作为反压核心土以利于掌子面稳定；施作左下部钢拱架与喷射混凝土；施作左下部锁脚锚杆；施作左侧临时横隔板。

5）待洞室收敛稳定后，开挖仰拱并施作相应的初期支护，具体包括：拆除既有隧道剩余部分的填充和支护结构；爆破开挖仰拱围岩；施作仰拱钢拱架与喷射混凝土；同时将中隔墙接长至仰拱底部，使特大断面隧道的初期支护封闭成环。

6）浇筑特大断面隧道的仰拱二次衬砌，具体包括：拆除临时中隔墙的下半部分，浇筑仰拱二次衬砌及仰拱填充。

7）浇筑特大断面隧道的边墙、拱腰和拱顶二次衬砌。具体包括：拆除临时横隔板和临时中隔墙的上半部分，施作排水盲管、防水板等防排水措施，并浇筑边墙、拱腰和拱顶二次衬砌。

本发明与传统的大断面隧道施工方法（如CRD法）相比，或与前人研究提出的特大断面隧道原位扩建施工方法（如发明专利申请201410044970.1）相比，本发明施工方法具有以下3个显著优点。

1）既有方法的临时中隔墙，通常采用曲墙式，下部支承在未开挖围岩上，并加设临时锁脚锚杆以利于提高其竖向承载力。本发明中的临时中隔墙采用直墙式，且下部直接支承在既有隧道支护结构上，这不仅取消了临时锁脚锚杆，简化了施工步序，而且大大提高了中隔墙的竖向刚度和竖向承载力，有助于减小洞室收敛，提高施工安全性。

2）既有方法的临时中隔墙，通常密贴在未开挖围岩上，本发明中的临时中隔墙与未开挖围岩之间，留有一定间隙，并用泡沫板填充，可以防止紧邻围岩爆破对临时中隔墙造成的冲击损害。

3）本发明中利用既有隧道支护结构的一部分作为核心土，在第5开挖步时与仰拱围岩一起挖除，这有助于掌子面稳定，提高施工安全性。

附图说明：

图1为扩建前既有隧道；

图2为扩建施工步骤一（右上导洞开挖与初期支护）；

图3为扩建施工步骤二（左上导洞开挖与初期支护）；

图4为扩建施工步骤三（右下导洞开挖与初期支护）；

图5为扩建施工步骤四（左下导洞开挖与初期支护）；

图6为扩建施工步骤五（核心土及仰拱开挖与初期支护）；

图7为扩建施工步骤六（浇筑仰拱二次衬砌）；

图8为扩建施工步骤七（浇筑边墙、拱腰和拱顶二次衬砌）。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明特征及应用流程进一步详细说明，以便于理解。

本发明特大断面隧道钻爆法原位扩建施工结构（如图7所示），包括既有隧道A和设在既有隧道内的支护结构21和既有隧道填充22，所述既有隧道的周侧部挖掘围岩后形成特大断面隧道B，所述特大断面隧道的左、右侧部设有多根锁脚锚杆31。

进一步的，上述特大断面隧道中横设有横隔板34和竖设有中隔墙33，所述横隔板34和中隔墙33垂直交叉设置。

进一步的，上述特大断面隧道底部设有仰拱钢拱架与喷射混凝土35。

进一步的，上述仰拱钢拱架与喷射混凝土35上浇筑有仰拱二次衬砌41和仰拱填充42。仰拱二次衬砌41可以是钢筋混凝土，仰拱填充42可以是土石层和混凝土层。横隔板34和中隔墙33可以是工字梁或钢筋混凝土板体。中隔墙33设置位置偏离特大断面隧道中心线占特大断面隧道截面横向宽度的1/10-1/6。

进一步的，上述特大断面隧道的内侧面设有钢拱架与喷射混凝土32。

锁脚锚杆31为金属杆件，其两两形成一组，两个锁脚锚杆形成20-50度。

如图2-图8所示，本发明所述特大断面隧道钻爆法原位扩建施工方法，包括以下七个步骤：

1）利用洞渣回填既有隧道至拱腰，然后开挖右上导洞并施作相应的初期支护，如图2所示，具体包括：拆除既有隧道拱腰以上的支护结构21；爆破开挖右上导洞围岩1；施作右上部钢拱架与喷射混凝土32；施作右上部锁脚锚杆31；施作临时中隔墙33。其中临时中隔墙33采用直墙式，其底部用锚栓与既有隧道支护结构21可靠连接；同时临时中隔墙33与未开挖的左上导洞围岩1之间，留有30cm的间隙，并用泡沫板填充。

2）开挖左上导洞并施作相应的初期支护，同时保持左上导洞掌子面滞后右上导洞15m，如图3所示，具体包括：爆破开挖左上导洞围岩1；施作左上部钢拱架与喷射混凝土3201；施作左上部锁脚锚杆3101。

3）开挖右下导洞并施作相应的初期支护，同时保持右下导洞掌子面滞后右上导洞30m，如图4所示，具体包括：拆除既有隧道拱腰以下的填充22和支护结构21，但应部分保留既有隧道支护结构2101和填充2201，作为临时中隔墙33的支承座；施作右下部钢拱架与喷射混凝土3202；施作右下部锁脚锚杆3102；施作右侧临时横隔板34。

4）开挖左下导洞并施作相应的初期支护，同时保持左下导洞掌子面滞后左上导洞30m，如图5所示，具体包括：爆破开挖左下导洞围岩1，但应保留一部分围岩，与未拆除的既有隧道支护结构一起，作为反压核心土以利于掌子面稳定；施作左下部钢拱架与喷射混凝土3203；施作左下部锁脚锚杆3103；施作左侧临时横隔板3401。

5）待洞室收敛稳定后，开挖仰拱并施作相应的初期支护，如图6所示，具体包括：拆除既有隧道剩余部分的填充22和支护结构21；爆破开挖仰拱围岩1；施作仰拱钢拱架与喷射混凝土35；同时将中隔墙33接长至仰拱底部，使特大断面隧道的初期支护封闭成环。

6）浇筑特大断面隧道的仰拱二次衬砌，如图7所示，具体包括：拆除临时中隔墙33的下半部分，一次拆除长度（沿隧道轴向）不宜超过10m；浇筑仰拱二次衬砌41及仰拱填充42，一次浇筑长度（沿隧道轴向）不宜超过10m。

7）浇筑特大断面隧道的边墙、拱腰和拱顶二次衬砌，如图8所示，具体包括：拆除临时横隔板34和临时中隔墙33的上半部分，一次拆除长度（沿隧道轴向）不宜超过30m；施作排水盲管、防水板等防排水措施，并浇筑边墙、拱腰和拱顶二次衬砌，一次浇筑长度（沿隧道轴向）不宜超过30m。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。