一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工方法

摘要

本发明公开了一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工方法，涉及隧道施工领域，包括斜井初支和斜井二衬构成施工的斜井隧道结构以及主隧道初支和主隧道二衬构成施工的主隧道结构；开挖转换前采用锁脚锚管、钢花管、斜井初支钢架、混凝土支墩、临时填碴进行交叉口段的预加固防止塌方灾害；门字形导坑开挖时采用门架式拱架、钢支撑拱梁、门字形钢架、钢支撑横梁、门字形钢架立柱组成的支撑体系；转换后进行主洞施工时，采用初支格栅钢架和二衬过梁保障斜井与主隧道交汇处的稳定性。该方法能够保障隧道斜井转入正洞工序转换过程的安全，大大减少施工对围岩扰动，保障施工安全性，并且该方法考虑了在特殊危险位置加强加固，系统性强，施工灵活变动性高。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体为一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工方法。

背景技术

随着经济社会的发展，高速公路隧道工程的建造长度越来越长。公路隧道在施工过程中，为提高施工效率、缩短工期，常设置斜井、竖井等辅助通道，运营后还可作为特长隧道通风通道。然而，因公路隧道施工断面大，隧道斜井转入正洞时将会面临岩体应力集中、工序转换复杂等问题，易形成塌方等地质灾害，直接影响隧道施工安全和进度；其次，斜井通常以一定角度与主隧道斜交，结构受力复杂，容易发生塌方或掉块，加固交叉口的特殊处理是工程的难点。在斜井进入主洞施工时应通过临时支护措施进洞，待扩挖进入主隧道后拆除临时支护。此外，斜井隧道施工断面较小，各种大型机械较难开展，施工组织受限，开挖支护施工加固体系和施工方法应考虑更为细腻。为控制斜井进入主洞交叉口段塌方风险，施工工法、工法转换、支撑体系都尤为重要，各方面技术的进步以及如何有效结合，尚未提出较为系统的施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工方法，该施工方法不仅通过改善围岩、门字形导坑分布开挖及门字形钢架密贴支护等措施大大减少施工对围岩扰动，保障隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工安全性，且施工方法体系简单，实施快捷，方便施工；并且该方法考虑了斜井进正洞施工前、施工中、施工后的特殊危险位置加强加固，系统性强，施工灵活变动性高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的支撑结构，包括用于支撑的斜井隧道结构、导坑支撑体系、主隧道结构、预加固结构和斜井与主隧道交汇处支撑结构；

所述斜井隧道结构包括斜井初支和斜井二衬，所述斜井初支与支撑斜井隧道洞壁接触，所述斜井二衬设置在所述斜井初支的外壁，用于共同支撑斜井初支和斜井隧道；

所述导坑支撑体系包括门架式拱架、钢支撑拱梁、门字形钢架、钢支撑横梁和若干门字形钢架立柱，在沿斜井与主隧道初支相交处垂直于主隧道中线方向上开挖有门字形导坑，门字形导坑的顶端采用钢支撑拱梁支撑，所述钢支撑拱梁下方设有用于支撑门字形导坑和钢支撑拱梁的门架式拱架，所述门架式拱架的两端分别连接有若干门字形钢架立柱，若干所述门字形钢架立柱远离所述门架式拱架的一端延伸至门字形导坑的洞底；

所述主隧道结构包括主隧道初支和主隧道二衬，所述主隧道初支与主隧道洞壁接触，所述主隧道二衬设置在所述隧道初支的外壁，用于共同支撑隧道初支和主隧道；

所述预加固结构包括锁斜井初支钢架、混凝土支墩、临时填碴、若干锁脚锚管和若干钢花管，所述斜井初支钢架的顶端与在所述斜井二衬的外壁接触，所述斜井初支钢架的底端延伸至所述混凝土支墩内，所述混凝土支墩与隧道洞底连接，用于支撑斜井初支和斜井二衬，若干所述钢花管均布设置，若干所述钢花管的一端分别与所述斜井初支钢架的顶端连接，若干所述钢花管的另一端分别延伸至隧道侧壁，用于支撑稳定斜井初支钢架，若干所述锁脚锚管均布设置，若干所述锁脚锚管的一端分别与所述斜井初支钢架的下部连接，若干所述锁脚锚管的另一端延伸至隧道洞底与隧道洞底锚固，用于支撑稳定斜井初支钢架，所述临时填碴铺设在斜井进入主隧道交汇处并且至主隧道上下台阶分界线，用于作为施工便道通行和起到反压土保护作用；

所述斜井与主隧道交汇处支撑结构包括初支格栅钢架和二衬过梁，在所述斜井二衬与主隧道二衬衔接设置有二衬过梁，所述初支格栅钢架用于对支撑二衬过梁、对钢支撑横梁以及主隧道二衬进行加固支撑。

优选地，一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的支撑结构的施工方法，包括如下步骤：

S1：斜井进入主隧道前的施工：对进入主隧道前五榀斜井初支钢架范围内斜井初支进行加强，斜井初支钢架锁脚均采锁脚锚管进行锚固；斜井开挖至主隧道外轮廓线交叉处后停止掘进，封闭掌子面；随后进行斜井二衬施工，仰拱施工完成后方可进入主隧道范围施工；并在斜井进入主隧道交汇处通过铺设临时填碴至主隧道上下台阶分界线，作为施工便道通行以及起到反压土保护作用；

S2：斜井进入主隧道交汇处加固施工：斜井进入主隧道，需对交叉口段围岩进行径向注浆加固，注浆范围为斜井进主隧道前五榀斜井初支钢架的拱墙部分；为加强交叉口段围岩支护，施工至斜井与主隧道边墙交接处，架立最后一榀斜井初支钢架；

S3：门字形导坑施工：待斜井与主隧道交界处斜井二衬施工完成后，沿斜井与主隧道初支相交处垂直于主隧道中线方向上台阶开挖一定宽度的门字形导坑，采用门架式拱架支护；

S4：主隧道开挖施工：门字形导坑施工完成后，先将门字架范围内的上台阶主隧道初支施工完毕，采用初支格栅钢架支护；导坑内的主隧道初支结构强度达到要求后，拆除导洞小里程侧的边墙临时门字形钢架立柱，先向施工任务紧迫的小里程侧按照台阶法施工米，洞内拼装仰拱栈桥完成该段的仰拱及填充，随后向大里程侧按照台阶法施工，利用小里程侧的仰拱栈桥施工仰拱及填充；主隧道开挖落地后要及时施工排水设施，并进行仰拱及仰拱填充施工，使支护结构尤其与斜井交叉处，尽早形成封闭环。

优选地，所述S1中，所述斜井初支钢架锁脚均采用L=3.5m，φ42锁脚锚管，每榀4根。

优选地，所述S2中，所述径向注浆加固所设计注浆孔开孔直径75mm，终孔不得小于42mm，注浆管采用φ42mm钢花管，单根长度3m，孔位环向间距150cm，纵向间距250cm；

所述S2中，径向注浆的浆液采用水泥浆，水泥浆的水灰比=0.5～0.8:1，或者采用水泥、水玻璃双液浆，水泥、水玻璃双液浆的水泥浆：水玻璃浆液=1:0.8。

优选地，所述S2中，为保证交叉口安全稳定，所架立的最后一榀斜井初支钢架，采用双拼I14工字钢，且双拼斜井初支钢架落脚在稳固基岩上，在斜井初支钢架下方设置混凝土支墩且斜井初支钢架的底端与凝土支墩连接，以增加其稳定性。

优选地，所述S3中，上台阶门字形导坑12开挖分成两部分，第一部分开挖为主隧道与斜井交集的部分，第二部分开挖为主隧道远离斜井一侧的剩下半部分；

门字形导坑为400cm宽，采用I14门架式拱架支护，门架式拱架间距1.0米/榀进行支护；

第一部分门字形导坑开挖所用门架式拱架拱顶的钢支撑拱梁为弧形，与斜井拱顶相适应，斜井初支采用喷射C25混凝土厚20cm；

第二部分门字形导坑开挖所用门字形钢架为矩形，在门字形钢架拱顶设置钢支撑横梁，小导坑开挖时拱顶超出主隧道开挖轮廓线20cm，进行主隧道初支施工时不再取出拱顶钢支撑横梁，门字形钢架间距1.0米/榀，喷射C25混凝土厚20cm；

钢支撑横梁处设置φ22砂浆锚杆，3m/根，环纵方向为1.2×1.0m布置，并且在环纵方向加设φ8钢筋网20cm×20cm布置。

优选地，所述S4中，通过在斜井二衬与主隧道二衬衔接处设计有二衬过梁，承受交叉洞口上部的荷载，并把上部的荷载传到门字架两侧的墙上，以免交叉口框架被压坏或变形。

本发明的有益效果是：

（1）本发明提供了一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工方法，保障隧道斜井转入正洞工序转换过程的安全，通过改善围岩、门字形导坑分布开挖及门字形钢架密贴支护等措施大大减少施工对围岩扰动，保障隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工安全性，且施工方法体系简单，实施快捷，方便施工；

（2）本方法考虑了斜井进正洞施工前、施工中、施工后的特殊危险位置加强加固，系统性强，施工灵活变动性高。

附图说明

图1为本发明一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的支撑结构的整体结构示意图；

图2为本发明图1中的I-I剖面示意图；

图3为本发明图1中的II-II剖面示意图；

图4为本发明一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工方法的施工流程示意图；

图中，1-斜井初支，2-斜井二衬，3-锁脚锚管，4-钢花管，5-斜井初支钢架，6-混凝土支墩，7-临时填碴，8-主隧道初支，9-主隧道二衬，10-门字形开挖轮廓，11-分界线，12-门字形导坑，13-门架式拱架，14-钢支撑拱梁，15-门字形钢架，16-钢支撑横梁，17-门字形钢架立柱，18-初支格栅钢架，19-二衬过梁。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图4所示，一种隧道斜井与正洞开挖转换过程的支撑结构，包括用于支撑的斜井隧道结构、导坑支撑体系、主隧道结构、预加固结构和斜井与主隧道交汇处支撑结构；

进一步的，如图1所示，斜井隧道结构包括斜井初支1和斜井二衬2，斜井初支1与支撑斜井隧道洞壁接触，斜井二衬2设置在斜井初支1的外壁，用于共同支撑斜井初支1和斜井隧道；

导坑支撑体系包括门架式拱架13、钢支撑拱梁14、门字形钢架15、钢支撑横梁16和若干门字形钢架立柱17，在沿斜井与主隧道初支8相交处垂直于主隧道中线方向上开挖有门字形导坑12，门字形导坑12的顶端采用钢支撑拱梁14支撑，钢支撑拱梁14下方设有用于支撑门字形导坑12和钢支撑拱梁14的门架式拱架13，门架式拱架13的两端分别连接有若干门字形钢架立柱17，若干门字形钢架立柱17远离门架式拱架13的一端延伸至门字形导坑12的洞底；

主隧道结构包括主隧道初支8和主隧道二衬9，主隧道初支8与主隧道洞壁接触，主隧道二衬9设置在隧道初支8的外壁，用于共同支撑隧道初支8和主隧道；

预加固结构包括锁斜井初支钢架5、混凝土支墩6、临时填碴7、若干锁脚锚管3和若干钢花管4，斜井初支钢架5的顶端与在斜井二衬2的外壁接触，斜井初支钢架5的底端延伸至混凝土支墩6内，混凝土支墩6与隧道洞底连接，用于支撑斜井初支1和斜井二衬2，若干钢花管4均布设置，若干钢花管4的一端分别与斜井初支钢架5的顶端连接，若干钢花管4的另一端分别延伸至隧道侧壁，用于支撑稳定斜井初支钢架5，若干锁脚锚管3均布设置，若干锁脚锚管3的一端分别与斜井初支钢架5的下部连接，若干锁脚锚管3的另一端延伸至隧道洞底与隧道洞底锚固，用于支撑稳定斜井初支钢架5，临时填碴7铺设在斜井进入主隧道交汇处并且至主隧道上下台阶分界线11，用于作为施工便道通行和起到反压土保护作用；

斜井与主隧道交汇处支撑结构包括初支格栅钢架18和二衬过梁19，在斜井二衬2与主隧道二衬9衔接设置有二衬过梁19，初支格栅钢架18用于对支撑二衬过梁19、对钢支撑横梁16以及主隧道二衬9进行加固支撑。

该结构的斜井初支1和斜井二衬2构成施工的斜井隧道结构以及主隧道初支8和主隧道二衬9构成施工的主隧道结构；开挖转换前采用锁脚锚管3、钢花管4、斜井初支钢架5、混凝土支墩6、临时填碴7进行交叉口段的预加固防止塌方灾害；门字形导坑12开挖时采用门架式拱架13、钢支撑拱梁14、门字形钢架15、钢支撑横梁16、门字形钢架立柱17组成的支撑体系；转换后进行主洞施工时，采用初支格栅钢架18和二衬过梁19保障斜井与主隧道交汇处的稳定性。

进一步的，具体施工时，如图4所示，斜井与正洞开挖转换过程施工步骤如下：

步骤1、斜井进入主隧道前的施工：

对进入主隧道前5榀斜井初支钢架5范围内斜井初支1进行加强，斜井初支钢架5锁脚均采用L=3.5m，φ42锁脚锚管3，每榀4根；斜井开挖至主隧道外轮廓线交叉处后停止掘进，封闭掌子面；随后进行斜井二衬2施工，仰拱施工完成后方可进入主隧道范围施工；

本实施例中，在斜井进入主隧道交汇处通过铺设临时填碴7至主隧道上下台阶分界线11，作为施工便道通行以及起到反压土保护作用。

步骤2、斜井进入主隧道交汇处加固施工：

斜井进入主隧道，需对交叉口段围岩进行径向注浆加固，注浆范围为斜井进主隧道前五榀斜井初支钢架5的拱墙部分，注浆孔开孔直径75mm，终孔不得小于42mm，注浆管采用φ42mm钢花管4，单根长度3m，孔位环向间距150cm，纵向间距250cm，注浆可采用水泥浆，水灰比=0.5～0.8:1；若周围围岩出现涌水情况，可采用水泥、水玻璃双液浆，水泥浆：水玻璃浆液=1:0.8；

为加强交叉口段围岩支护，施工至斜井与主隧道边墙交接处，架立最后一榀斜井初支钢架5，采用双拼I14工字钢；斜井初支钢架5间采用φ22mm连接筋焊接固定，双拼斜井初支钢架5必须落脚在稳固基岩上，必要时可在斜井初支钢架5下方设置混凝土支墩6以增加其稳定性。

步骤3、门字形导坑施工：

Step1：待斜井与主隧道交界处斜井二衬2施工完成后，沿斜井与主隧道初支8相交处垂直于主隧道中线方向上台阶开挖400cm宽门字形导坑12，采用I14门架式拱架13，门架式拱架13间距1.0米/榀；第1至4#门架式拱架13拱顶的钢支撑拱梁14为弧形，与斜井拱顶相适应，斜井初支1采用喷射C25混凝土厚20cm；

Step2：第5至9#门字形钢架15为矩形，在门字形钢架15拱顶设置钢支撑横梁16，小导坑开挖时拱顶超出主隧道开挖轮廓线20cm，进行主隧道初支8施工时不再取出拱顶钢支撑横梁16，门字形钢架15间距1.0米/榀，喷射C25混凝土厚20cm，钢支撑横梁16设置φ22砂浆锚杆，3m/根，1.2×1.0m（环×纵）布置，采用φ8钢筋网20cm×20cm布置；

本实施例中，若围岩自稳能力可以，则喷射混凝土只喷射拱顶部分，若围岩自稳能力较差，则把门字形钢架立柱17也喷上混凝土，每循环进尺控制在1m左右，防止进尺过大导致挑顶形成大超挖。为确保安全，在导洞施工全过程中，必须在有加强支护的情况下施工，现场根据围岩情况可以适当加强支护参数。

步骤4、主隧道开挖施工：

门字形导坑12施工完成后，先将门字架范围内的上台阶主隧道初支8施工完毕，采用初支格栅钢架18支护；导坑内的主隧道初支8结构强度达到要求后，拆除导洞小里程侧的边墙临时门字形钢架立柱17，先向施工任务紧迫的小里程侧按照台阶法施工30米，洞内拼装仰拱栈桥完成该段的仰拱及填充，随后向大里程侧按照台阶法施工，利用小里程侧的仰拱栈桥施工仰拱及填充；

主隧道开挖落地后要及时施工排水设施，并进行仰拱及仰拱填充施工，使支护结构尽早封闭成环，提高稳定性，确保施工安全；现场要加强监控量测，有异常情况人员立即撤离；尤其与斜井交叉处，尽早形成封闭环；

本实施例中，通过在斜井二衬2与主隧道二衬9衔接处设计有二衬过梁19，承受交叉洞口上部的荷载，并把它传到门字架两侧的墙上，以免交叉口框架被压坏或变形。

进一步的，该方法不仅能够保障隧道斜井转入正洞工序转换过程的安全，通过改善围岩、门字形导坑分布开挖及门字形钢架密贴支护等措施大大减少施工对围岩扰动，保障隧道斜井与正洞开挖转换过程的施工安全性，且施工方法体系简单，实施快捷，方便施工；并且该方法考虑了斜井进正洞施工前、施工中、施工后的特殊危险位置加强加固，系统性强，施工灵活变动性高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。