專利名稱：一種隧道的進洞施工方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道施工方法，尤其是涉及一種隧道的進洞施工方法。背景技術：
背景技術：
中，由于隧道進洞的復雜性，我國從隧道修建之初到現在，就一直對進洞方法進行著不懈的研究與探索。先后經歷了“晚進晚出”，“早進晚出”，到現在的“零開挖”，即洞口的工程理念經歷了 “重經濟一重安全一重環保”的歷程。相應的隧道的進洞方法也經歷了“大開挖進洞一明洞進洞一超前支護進洞”三個階段。(1)大開挖進洞
過去，為了縮短隧道長度，把洞口位置選定在隧道和明塹的等價點上，洞口縮在山體以內很深，明塹挖深很大，邊坡及仰坡很高。這種“晚進晚出”的理念在早期鐵路隧道的修建中經常采用，其典型的進洞施工方式有導坑式、拉槽式及輔助坑井式等多種，其中以導坑式應用最多，具體做法是在刷出洞臉后先架好5 6排明箱，其上鋪填裝滿土的草袋1 ail厚，然后放小炮進導坑，邊挖邊撐； 進洞10 20m后，由內向外進行擴大，然后修筑好洞口段襯砌及洞門。在施工中洞口臨時支護很重要。適應當時的洞門形式多為受力式洞門，如按擋土墻進行設計的端墻式洞門。這種洞口進洞方法基本上不再采用。(2)明洞進洞
當人們逐漸認識到洞口大挖大刷對于環境以及后期運營的危害后，就盡量去恢復原有的地表環境，于是出現了明洞回填的進洞形式。其施工順序為“削坡一洞外拉槽一明洞底板灌注一施做洞身襯砌一洞頂回填一進洞施工”。明洞回填相對于明挖法不單單是延長明洞，更主要的是開挖的邊仰坡是臨時的邊仰坡，開挖量相對于明挖法要少，支護因為是臨時的，所以要弱一些；而且由于延長了明洞， 并且洞頂進行了回填，恢復了一些植被，在一定程度上避免了洞口處出現高、陡邊仰坡，保證了山體的穩定。另外在傍山情況時，往往通過修筑一定長度的棚洞結構，既減少了開挖， 恢復了原傍山環境，還減少了崩塌落石等災害，保證了運營安全。由于以上的優點，現在此種方法仍然有相當大的意義，很多隧道洞口在修建之前很難做到完全不開挖，尤其在遇到淺埋、破碎以及滑坡等地質災害情況下，往往先要進行刷坡，這樣隧道在修建完成之后，為了盡量恢復原植被，恢復原坡腳狀態，保證山體穩定，往往要修筑明洞。雖然明洞進洞法相對于大開挖法有很大的進步，但是其第一步仍然要進行削坡， 所以對原生植被與自然生態還是造成了破壞，雖然后來會進行恢復，但是很難恢復原始生態，而且洞口開挖時容易引發滑坡、崩塌等地質災害，危及施工安全。(3)超前支護進洞
在認識到大開挖進洞與明洞進洞的弊端之后，積極的探索不進行開挖或者進行少量開挖就能實現進洞的方法，為此工程人員就試圖通過增強圍巖自身穩定來實現少開挖、早進洞之目的。超前支護及超前預加固措施就是在這種情況下發展起來的。故這一階段可稱之為超前支護進洞階段。
超前支護進洞不是單純的依靠超前支護的方式，而是首先通過加固圍巖，然后結合洞內開挖以及洞內支護襯砌等綜合措施，最終達到安全進洞目的的一種方法。鑒于超前支護形式的多樣性，超前支護進洞也可分為很多形式，如管棚法超前進洞、小導管超前進洞寸。在“零開挖”的進洞理念提出后，代表工法主要有“前置洞口法”。其施工方法是在洞外不開挖山腳土體的情況下，采用兩側開槽逐榀施做工字鋼拱架，隨著鋼拱架推進逐漸 “親吻”山體，拱架間以縱向鋼筋連接為整體，澆注混凝土后形成臨時襯砌；在進洞前以臨時襯砌成洞，回填反壓后再進行臨時襯砌內暗挖施工。這種方法首先在江蘇寧淮高速公路老山公路隧道得到應用
“前置洞口法”的出現，才真正實現了“零開挖”的洞口施工理念。“前置式洞口”在國外也被稱為“綠色洞口”，也表明我國在洞口環保型進洞方面走在了世界的前列。但是在“前置洞口法”出現之后，其他的工程很少再去研究與實踐。由于隧道洞口所遇到的地質、地形情況復雜多樣，另外“前置洞口法”也并不是放之四海而皆準，所以“零開挖”進洞有待進一步的研究，去探索更加安全、環保的進洞施工方法。
發明內容
本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種隧道的進洞施工方法，其應用于施工可以降低施工難度，有利于保證施工安全和結構穩定。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為
一種隧道的進洞施工方法，其特征在于依據隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度來確定進洞方式，隧道的進洞施工方法包括正交進洞施工、斜交進洞施工、側向進洞施工和單向進洞施工。上述正交進洞施工適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40° 以上。上述斜交進洞施工適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40° 以下，其中斜交角度在20° —40°之間時，采用“半護拱法”；隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度小于20°時，采用“棚洞法”。上述正交進洞施工采用“護拱法”，包括以下步驟
(1)詳細勘察洞口環境，根據不良地質條件設置應對滑坡的抗滑樁、抗滑擋墻、預應力錨索以及地表注漿、地表砂漿錨桿、清除坡面危石、SNS(Safety Netting System)系統是從瑞士引入的一種以熱鍍鋅高強度鋼絲繩網為主要構成的柔性防護系統，它主要采用主動覆蓋和被動攔截兩大基本形式來實現對崩塌落石、坡面風化剝落等地質災害的防治，以落石所具有的沖擊動能這一綜合參數作為最主要的設計參數，實現了結構的定量設計。)或布魯克網坡面防護；
(2)施作截排水溝，阻止地表水沖刷、侵蝕邊仰坡；
(3)清理洞口坡面土石及植被，開辟施工場地；
(4)清理基底，施作護拱基礎；
(5)搭設施工支架，對土體保留中間土體，分臺階刷坡，代替施工支架；對巖體采取人工搭設的臺車代替支架；
(6)架立幾榀鋼拱架，中間用鋼筋連接，拱架上方焊接導向管；(7)施做模板，澆注護拱混凝土；
(8)拆除模板，準備打設管棚；
(9)管棚施工；
(10)在管棚保護下進行洞口開挖，并及時進行支護；
(11)明洞隨襯砌進行，向外延伸幾米，隨后洞頂進行回填綠化，并做到回填后坡度與原地表坡度相適應。上述斜交進洞施工采用“半護拱法”，包括以下步驟
(1)洞口施工前要進行勘察，提前修建防排水設施，排除不良地質災害；
(2)提前修筑擋墻，擋墻基礎應設置在穩固的地基上，當其承載力不能滿足要求時采取加深擴大基礎、鋼筋混凝土樁基礎、換填片碎石、砂礫或采取地基加密措施，在墻內可加入一定數量的結構鋼筋以利安全；
(3)施做“半護拱”時，首先施作初始護拱，架設幾榀拱架，一側坐落在擋墻上，另一側坐落在穩定巖石上，并加大基礎支座，然后打設錨桿予以固定；
(4)架設下掛式模板，澆注護拱混凝土；
(5)在初始護拱作為導向拱的同時，打設管棚；
(6)從外向內逐步架設拱架，一側架設在擋墻上，另一側則根據地形架設在穩定巖石上，直至隧道洞口軸線與前方巖面基本垂直為止；
(7)然后架設下掛式模板，澆注混凝土，將裸露管棚包進去；
(8)進洞開挖。與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下
1、本發明基于現場隧道進洞施工實踐，經過總結歸納有針對性的提出了適合隧道的進洞施工方法。2、按本方法施工既可以使隧道洞口實現快速、安全進洞，而且可以明顯減少洞口開挖量，最大限度的保護洞口地表植被不被破壞，消除后續的安全隱患，同時可使得洞口與周圍環境相協調，滿足美觀的要求。四
圖1為本發明的正交進洞法示意圖； 圖2為本發明的護拱示意圖； 圖3為本發明的斜交進洞法示意圖； 圖4為本發明的半護拱施工圖的立面圖； 圖5為本發明的半護拱施工圖的平面圖； 圖6為本發明的單向進洞示意圖。
1 一護拱基礎；2—護拱；3—管棚。五具體實施例方式
本發明隧道進洞的施工方法為依據隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度來確定進洞方式。其中正交進洞的適用條件是洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以上，斜交進洞的條件是其角度為40°以下，其中斜交角度在20° — 40°之間時，可采用“半護拱法”，當其角度小于20°時，宜采用棚洞法。具體技術方案為
5隧道進洞方法可分為正交進洞、斜交進洞、側向進洞和單向進洞(參見圖1、圖3和圖6)，正交進洞適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以上。斜交進洞適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以下，其中斜交角度在 20° — 40°之間時，可采用“半護拱法”，隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度小于20° 時，宜采用棚洞法。1、正交進洞法一般采用“護拱法”來實現(參見圖1、圖2)，其施工步驟包括
(1)詳細勘察洞口環境，如有不良地質條件，盡早采取措施。采取的措施主要有應對滑坡的抗滑樁、抗滑擋墻、預應力錨索以及地表注漿、地表砂漿錨桿、清除坡面危石、SNS或布魯克網坡面防護等)；
(2)施作截排水溝等防排水設施，阻止地表水沖刷、侵蝕邊仰坡；
(3)清理洞口坡面土石及植被，開辟一定的施工場地；
(4)清理基底，施作護拱基礎；
(5)搭設施工支架，對土體可保留中間土體，分臺階刷坡，代替施工支架；對巖體可采取人工搭設的臺車；
(6)架立幾榀鋼拱架，中間用鋼筋連接，拱架上方焊接導向管；
(7)施做模板，澆注護拱混凝土；
(8)拆除模板，準備打設管棚；
(9)管棚施工；
(10)在管棚保護下，選擇合適的開挖方法，進行洞口開挖，并及時進行支護；
(11)明洞隨襯砌進行，一般向外延伸幾米，隨后洞頂進行回填綠化，并做到回填后坡度要與原地表坡度相適應。2、斜交進洞法一般采用“半護拱法”來實現(參見圖3、圖4、圖5)，其施工步驟包括
(1)洞口施工前要進行勘察，提前修建防排水設施，排除不良地質災害；
(2)提前修筑擋墻，擋墻基礎應設置在穩固的地基上，如其承載力不能滿足要求，可采取加深擴大基礎、鋼筋混凝土樁基礎、換填片碎石、砂礫或采取地基加密措施，考慮到擋墻承受一定的偏壓荷載，在墻內可加入一定數量的結構鋼筋以策安全；
(3)施做“半護拱”時，首先施作初始護拱，架設幾榀拱架，一側坐落在擋墻上，另一側坐落在穩定巖石上，并加大基礎支座，然后打設錨桿予以固定；
(4)架設下掛式模板，澆注護拱混凝土；
(5)在初始護拱作為導向拱的同時，打設管棚；
(6)從外向內逐步架設拱架，一側依然架設在擋墻上，另一側則根據地形架設在穩定巖石上，直至隧道洞口軸線與前方巖面基本垂直為止；
(7)然后架設下掛式模板，澆注混凝土，將裸露管棚包進去；
(8)進洞開挖。
本發明是基于小康高速公路隧道進洞施工試驗的基礎上提出來的，這種方法在工程實踐中是如何實現的，下面以工程試驗實例來說明。為了對隧道的進洞施工方法進行研究，對小康高速公路隧道的進洞施工方法進行了匯總分析。
(一)工程概況
依托工程小康(小河一安康)高速公路是國道主干線包茂線西安以南路段的組成部分， 同時也是陜西省規劃的“米”字型公路主骨架中南北向的重要經濟干線。路線起點位于旬陽縣小河鄉，終點位于安康市北的尹家營，接擬建的安康至紫陽高速公路，全長57. 522公里， 共有隧道49274. 7m/16座，占路線總長的43%。其中特長隧道36842. lm/3座(單洞)、長隧道6521m/2座(單洞)、中隧道1003m/l座(單洞)、短隧道4568. lm/9座(單洞)、雙連拱隧道 340. 5m/1座。設計行車速度80km/h，路基寬度12. 5m (單幅)，隧道凈寬凈2X 10. 25m,隧道限高凈5. Om,設計荷載為公路I級。小康高速公路隧道根據洞口地形不同而采用的進洞方法見表1。
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從表1可以看出，由于小康高速公路路線處于南秦嶺山脈中，此處山巒縱橫，高山深谷，地形、地質條件十分復雜，為了實現“零開挖”的進洞理念，同時保證安全、快速，在施工中，除側向進洞外，其他各種進洞方法均有使用，其中正交進洞法最多，在全線62個洞口中，有48 個采用了正交進洞法，占到77. 4%。這是由于多數隧道軸線與地面等高線相交角度較大的緣故，同時反映隧道選線比較成功。斜交進洞法有4個洞口，占到6. 5% ；單向進洞法有10個洞口，占到16. 1%，這說明在一些短隧道中，當進洞存在困難時，單向進洞法不失為一種“零開挖”進洞的好方法。(二)正交進洞
正交進洞方法的總結見表2所示。
權利要求
1.一種隧道的進洞施工方法，其特征在于依據隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度來確定進洞方式，隧道的進洞施工方法包括正交進洞施工、斜交進洞施工、側向進洞施工和單向進洞施工。
2.根據權利要求1所述的一種隧道的進洞施工方法，其特征在于所述正交進洞施工適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以上。
3.根據權利要求1所述的一種隧道的進洞施工方法，其特征在于所述斜交進洞施工適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以下，其中斜交角度在 20° —40°之間時，采用“半護拱法”；隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度小于20° 時，采用“棚洞法”。
4.根據權利要求1或2所述的一種隧道的進洞施工方法，其特征在于所述正交進洞施工采用“護拱法”，包括以下步驟(1)詳細勘察洞口環境，根據不良地質條件設置應對滑坡的抗滑樁、抗滑擋墻、預應力錨索以及地表注漿、地表砂漿錨桿、清除坡面危石、SNS或布魯克網坡面防護；(2)施作截排水溝，阻止地表水沖刷、侵蝕邊仰坡；(3)清理洞口坡面土石及植被，開辟施工場地；(4)清理基底，施作護拱基礎；(5)搭設施工支架，對土體保留中間土體，分臺階刷坡，代替施工支架；對巖體采取人工搭設的臺車；(6)架立幾榀鋼拱架，中間用鋼筋連接，拱架上方焊接導向管；(7)施做模板，澆注護拱混凝土；(8)拆除模板，準備打設管棚；(9)管棚施工；(10)在管棚保護下進行洞口開挖，并及時進行支護；(11)明洞隨襯砌進行，向外延伸幾米，隨后洞頂進行回填綠化，并做到回填后坡度與原地表坡度相適應。
5.根據權利要求1或3所述的一種隧道的進洞施工方法，其特征在于所述斜交進洞施工采用“半護拱法”，包括以下步驟(1)洞口施工前要進行勘察，提前修建防排水設施，排除不良地質災害；(2)提前修筑擋墻，擋墻基礎應設置在穩固的地基上，當其承載力不能滿足要求時采取加深擴大基礎、鋼筋混凝土樁基礎、換填片碎石、砂礫或采取地基加密措施，在墻內可加入一定數量的結構鋼筋以利安全；(3)施做“半護拱”時，首先施作初始護拱，架設幾榀拱架，一側坐落在擋墻上，另一側坐落在穩定巖石上，并加大基礎支座，然后打設錨桿予以固定；(4)架設下掛式模板，澆注護拱混凝土；(5)在初始護拱作為導向拱的同時，打設管棚；(6)從外向內逐步架設拱架，一側架設在擋墻上，另一側則根據地形架設在穩定巖石上，直至隧道洞口軸線與前方巖面基本垂直為止；(7)然后架設下掛式模板，澆注混凝土，將裸露管棚包進去；(8)進洞開挖。
全文摘要
本發明涉及一種隧道的進洞施工方法，其應用于施工可以降低施工難度，有利于保證施工安全和結構穩定。本發明依據隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度來確定進洞方式，隧道的進洞施工方法包括正交進洞施工、斜交進洞施工、側向進洞施工和單向進洞施工。正交進洞施工適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以上。斜交進洞施工適用的條件是隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度為40°以下，其中斜交角度在20°—40°之間時，采用“半護拱法”；隧道洞口軸線與地面等高線相交的角度小于20°時，采用“棚洞法”。
文檔編號E21D11/18GK102182465SQ201110081388
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者喬雄, 羅彥斌, 胡平, 陳建勛, 韓劍 申請人:長安大學