專利名稱：從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法
技術領域：
本發明涉及地下隧道擴挖施工方法，具體涉及從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法。
背景技術：
在隧道施工過程中，常常因為運營量的增加，需要在部分路段將雙線隧道擴挖成三線隧道。目前，對隧道變化斷面的開挖方法主要通過爆破開挖，從雙線隧道斷面直接擴挖到三線隧道超大斷面。該方法存在著對周圍巖體擾動比較大的缺點，適用于線路埋深較大、地質條件較好的山嶺隧道工程，對圍巖地質情況較差、地下水系豐富的城市軌道交通隧道工程，則存在很大的安全風險。
在圍巖地質情況較差、地下水系豐富的城市軌道交通隧道工程中，現有技術中多采用一次擴挖成形的方法，存在如下的缺點(I)容易因斷面變化過大而引起應力突變對巖層的擾動，使突變高度較大，加大了對土體的擾動或延長作業時間，對周邊環境影響大，存在著易使道路出現塌陷或造成地面建筑物下沉等的安全風險；(2)需要的施工周期長，耗費的人力多，成本高；(3)操作復雜為了使擴挖施工過程中的土體較為穩定，在擴挖施工前，需對土體進行單獨的加固，采取管棚法，對整個擴挖斷面進行壓漿加固。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴方法存在的對周邊環境影響大、安全系數低且施工周期長的缺點，提供對周邊環境影響小、安全的且施工周期較短的從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴方法。為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法，包括在所述雙線隧道斷面內開挖中洞并澆筑中柱，在所述雙線隧道斷面內往所述中柱的一側開挖單線隧道，在所述中柱的另一側向所述雙線隧道斷面外擴挖新的雙線隧道；所述單線隧道、中柱和新的雙線隧道構成雙連拱結構的三線隧道；所述新的雙線隧道以具有相同高度的I部上臺階、II部中臺階、III部下臺階、IV部上臺階、V部中臺階和VI部下臺階進行分部開挖，所述I部上臺階、II部中臺階和III部下臺階分別與IV部上臺階、V部中臺階和VI部下臺階以所述新的雙線隧道的豎直中心線對稱分布。上述從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法，具體包括如下步驟(I)開挖中洞上導洞施打超前小導管，上挑、拓寬形成中洞上導洞外輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，分次開挖中洞上導洞，對中洞上導洞進行初期支護；(2)開挖中洞下導洞沿所述中洞上導洞往下分次開挖中洞下導洞并進行初期支護，完成中洞的初期支護結構的施工；(3)澆筑中柱以所述中洞的豎直中心線為中心模筑砼，完成中柱澆筑；(4)開挖單線隧道上導洞拆除所述中洞的初期支護結構，在欲開挖單線隧道的斷面施打超前小導管，上挑、拓寬形成單線隧道上導洞輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵；(5)開挖單線隧道下導洞沿所述單線隧道上臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺L 2 L Sm,架立兩榀格柵；(6)開挖新的雙線隧道斷面I部上臺階施打超前小導管，上挑、拓寬形成新的雙線隧道斷面I部上臺階輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm,架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐；
(7)開挖新的雙線隧道斷面II部中臺階沿I部上臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐，形成II部中臺階；(8)開挖新的雙線隧道斷面III部下臺階沿II部中臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐，并將中立柱延接到所述新的雙線隧道底部，完成所述新的雙線隧道立撐；(9)開挖新的雙線隧道斷面IV部上臺階施打超前小導管，上挑、拓寬形成IV部上臺階輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀橫撐，完成所述新的雙線隧道第一道橫撐；( 10)開挖新的雙線隧道斷面V部中臺階沿IV部上臺階11開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀橫撐，完成所述新的雙線隧道第二道橫撐；(11)開挖新的雙線隧道斷面VI部下臺階沿V部中臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，形成新的雙線隧道斷面。在上述單線隧道和新的雙線隧道開挖過程中，為了降低對周邊環境圍巖影響、提高施工時的安全系數并考慮到縮短施工周期，上述從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法中，每次開挖延長臺階的長度優選為3m，每進尺的距離優選為I. 5m。與現有技術相比，本發明的有益效果本發明從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法，結合臺階法和CRD法分部開挖，在雙線隧道斷面內開挖中洞并澆筑中柱，在所述中柱的兩側分別開挖單線隧道和分部擴挖新的雙線隧道，最終構成具有雙連拱結構的三線隧道，使得本發明方法具體如下優點(I)減小了分部開挖跨度和開挖高度，減小了地表沉降，從而減小施工對巖層擾動，避免了因應力產生過大的突變，對周邊環境影響小，安全系數高；(2)省去了現有擴挖工法中，為了使擴挖施工過程中的土體穩定，在擴挖施工前，必須對土體進行單獨的加固，采取管棚法，對整個擴挖斷面進行壓漿加固的操作，從而提高了施工效率，也確保了支護的及時性，降低了施工成本。
圖I為實施例I擴挖方法中步驟(I)所涉及的隧道斷面示意圖2為實施例I擴挖方法中步驟(2)所涉及的隧道斷面示意圖；圖3為實施例I擴挖方法中步驟(3)所涉及的隧道斷面示意圖；圖4為實施例I擴挖方法中步驟(4)所涉及的隧道斷面示意圖；
圖5為實施例I擴挖方法中步驟(5)所涉及的隧道斷面示意圖；圖6為實施例I擴挖方法中步驟(6)所涉及的隧道斷面示意圖；圖7為實施例I擴挖方法中步驟(7)所涉及的隧道斷面示意圖；圖8為實施例I擴挖方法中步驟(8)所涉及的隧道斷面示意圖；圖9為實施例I擴挖方法中步驟(9)所涉及的隧道斷面示意圖；圖10為實施例I擴挖方法中步驟(10)所涉及的隧道斷面示意圖；圖11為實施例I擴挖方法中步驟(11)所涉及的隧道斷面示意圖。圖中標記1_雙線隧道輪廓線，2-中洞上導洞，3-中洞下導洞，4-中柱，5-中洞的豎直中心線，6-中洞的初期支護結構，7-單線隧道，701-單線隧道上導洞，702-單線隧道下導洞，8-1部上臺階，801-1部上臺階輪廓線，9-II部中臺階，10-III部下臺階，Il-IV部上臺階，12-V部中臺階，13-VI部下臺階，14-第一道橫撐，1401-第一道橫撐第一部分，1402-第一道橫撐第二部分，15-第二道橫撐，1501-第二道橫撐第一部分，1502-第二道橫撐第二部分，16-新的雙線隧道中立柱，1601-新的雙線隧道中立柱第一部分，1602-新的雙線隧道中立柱第二部分，1603-新的雙線隧道中立柱第三部分，17-新的雙線隧道的豎直中心線，18-新的雙線隧道斷面輪廓線。
具體實施例方式下面結合試驗例及具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。實施例I以某雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖施工為例，參照圖I 11，從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法，包括在所述雙線隧道斷面(圖I中雙線隧道輪廓線I圍成的區域)內開挖中洞(由中洞上導洞2和中洞下導洞3構成)并澆筑中柱4，在所述雙線隧道斷面內往所述中柱4的一側開挖單線隧道7，在所述中柱的另一側向所述雙線隧道斷面外擴挖新的雙線隧道(圖11中新的雙線隧道斷面輪廓線18圍成的區域)；所述單線隧道7、中柱4和新的雙線隧道構成雙連拱結構的三線隧道；所述新的雙線隧道以具有相同高度的I部上臺階8、II部中臺階9、III部下臺階10、IV部上臺階11、V部中臺階12和VI部下臺13階進行分部開挖，所述I部上臺階8、11部中臺階9和III部下臺階10分別與IV部上臺階11、V部中臺階12和VI部下臺階13以所述新的雙線隧道的豎直中心線17對稱分布；具體包括如下步驟(I)開挖中洞上導洞2 :參照圖1，施打超前小導管，上挑、拓寬形成中洞上導洞輪廓線201，徑向注漿加固交接段拱墻土體，分次開挖中洞上導洞2，對中洞上導洞2進行初期支護；(2)開挖中洞下導洞3 :參照圖2，沿所述中洞上導洞2往下分次開挖中洞下導洞3并進行初期支護，完成中洞的初期支護結構6的施工；(3)澆筑中柱4 :參照圖3，以所述中洞的豎直中心線5為中心模筑砼，完成中柱4燒筑；(4)開挖單線隧道上導洞701 :參照圖4，拆除所述中洞的初期支護結構6，在欲開挖單線隧道7的斷面施打超前小導管，上挑、拓寬形成單線隧道上導洞輪廓線703，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵；(5)開挖單線隧道下導洞702 :參照圖5，沿所述單線隧道上導洞701臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵；(6)開挖新的雙線隧道斷面I部上臺階8 :參照圖6，施打超前小導管，上挑、拓寬形成I部上臺階輪廓線801，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐(圖6中可見的中立柱有新的雙線隧道中立柱第一部分1601，第一道橫撐第一部分1401，本步驟設立的中立柱與新的雙線隧道的豎直中心線17重合)；(7)開挖新的雙線隧道斷面II部中臺階9:參照圖7，沿I部上臺階8開挖下側土·體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐(本步驟設立的中立柱包括在圖7中與新的雙線隧道中立柱第一部分1601對接的新的雙線隧道中立柱第二部分1602，本步驟設立的橫撐包括在圖7中可見的第二道橫撐第一部分1501)，形成II部中臺階9 ;(8)開挖新的雙線隧道斷面III部下臺階10:參照圖8，沿II部中臺階9開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐(本步驟設立的中立柱包括在圖8中與新的雙線隧道中立柱第二部分1602對接的新的雙線隧道中立柱第三部分1603)，并將中立柱延接到所述新的雙線隧道底部，形成新的雙線隧道中立柱16，完成所述新的雙線隧道立撐；(9)開挖新的雙線隧道斷面IV部上臺階11 :參照圖9，施打超前小導管，上挑、拓寬形成IV部上臺階輪廓線1101，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀橫撐(本步驟設立的橫撐包括在圖9中與第一道橫撐第一部分1401對接的第一道橫撐第二部分1402)，完成所述新的雙線隧道第一道橫撐14 ；(10)開挖新的雙線隧道斷面V部中臺階12 :參照圖10，沿IV部上臺階11開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m,架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀橫撐(本步驟設立的橫撐包括在圖10中與第二道橫撐第一部分1501對接的第二道橫撐第二部分1502)，完成所述新的雙線隧道第二道橫撐15 ；(11)開挖新的雙線隧道斷面VI部下臺階13 :參照圖11，沿V部中臺階12開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺I. 5m，架立兩榀格柵，形成新的雙線隧道斷面(如圖11中新的雙線隧道斷面輪廓線18所圍成的區域)。參照圖11，經過本例地下隧道擴挖方法擴挖成的三線隧道超大斷面，包括了單線隧道7斷面和新的雙線隧道斷面輪廓線18所圍成的新的雙線隧道斷面；在從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的擴挖過程中，中柱4的設置，穩固了圍巖，防止圍巖下沉，使本例擴挖方法安全性較好；當三線隧道超大斷面擴挖形成后，在隧道開挖掌子面，可以不再對單線隧道7和新的雙線隧道之間模筑中柱4。本例地下隧道擴挖方法，結合臺階法和CRD法分部開挖，減小了分部開挖跨度和開挖高度，減小了地表沉降，從而減小施工對巖層擾動，避免了因應力產生過大的突變，對周邊環境影響小，安全性較好；省去了現有擴挖工法中，為了使擴挖施工過程中的土體穩 定，在擴挖施工前，必須對土體進行單獨的加固，采取管棚法，對整個擴挖斷面進行壓漿加固的操作，從而提高了施工效率，也確保了支護的及時性，降低了施工成本。
權利要求
1.從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法，其特征在于，包括在所述雙線隧道斷面內開挖中洞并澆筑中柱，在所述雙線隧道斷面內往所述中柱的一側開挖單線隧道，在所述中柱的另一側向所述雙線隧道斷面外擴挖新的雙線隧道；所述單線隧道、中柱和新的雙線隧道構成雙連拱結構的三線隧道；所述新的雙線隧道以具有相同高度的I部上臺階、II部中臺階、III部下臺階、IV部上臺階、V部中臺階和VI部下臺階進行分部開挖，所述I部上臺階、II部中臺階和III部下臺階分別與IV部上臺階、V部中臺階和VI部下臺階以所述新的雙線隧道的豎直中心線對稱分布。
2.根據權利要求I所述的地下隧道擴挖方法，其特征在于，具體包括如下步驟 (1)開挖中洞上導洞施打超前小導管，上挑、拓寬形成中洞上導洞外輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，分次開挖中洞上導洞，對中洞上導洞進行初期支護； (2)開挖中洞下導洞沿所述中洞上導洞往下分次開挖中洞下導洞并進行初期支護，完成中洞的初期支護結構的施工； (3)澆筑中柱以所述中洞的豎直中心線為中心模筑砼，完成中柱澆筑； (4)開挖單線隧道上導洞拆除所述中洞的初期支護結構，在欲開挖單線隧道的斷面施打超前小導管，上挑、拓寬形成單線隧道上導洞輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵； (5)開挖單線隧道下導洞沿所述單線隧道上臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m,每進尺I. 2 I. 8m,架立兩棍!格柵； (6)開挖新的雙線隧道斷面I部上臺階施打超前小導管，上挑、拓寬形成新的雙線隧道斷面I部上臺階輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐； (7)開挖新的雙線隧道斷面II部中臺階沿I部上臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐，形成II部中臺階； (8)開挖新的雙線隧道斷面III部下臺階沿II部中臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm,架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀中立柱及橫撐，并將中立柱延接到所述新的雙線隧道底部，完成所述新的雙線隧道立撐； (9)開挖新的雙線隧道斷面IV部上臺階施打超前小導管，上挑、拓寬形成IV部上臺階輪廓線，徑向注漿加固交接段拱墻土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀橫撐，完成所述新的雙線隧道第一道橫撐； (10)開挖新的雙線隧道斷面V部中臺階沿IV部上臺階11開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，每榀格柵對應一榀橫撐，完成所述新的雙線隧道第二道橫撐； (11)開挖新的雙線隧道斷面VI部下臺階沿V部中臺階開挖下側土體，每次開挖延長臺階的長度為2 3m，每進尺I. 2 I. Sm，架立兩榀格柵，形成新的雙線隧道斷面。
3.根據權利要求I或2所述的地下隧道擴挖方法，其特征在于，步驟(4) (11)中所述的每次開挖延長臺階的長度為3m，每進尺的距離為I. 5m。
全文摘要
本發明公開了從雙線隧道斷面到三線隧道超大斷面的地下隧道擴挖方法，包括在所述雙線隧道斷面內開挖中洞并澆筑中柱，在所述雙線隧道斷面內往所述中柱的一側開挖單線隧道，在所述中柱的另一側向所述雙線隧道斷面外擴挖新的雙線隧道；所述單線隧道、中柱和新的雙線隧道構成雙連拱結構的三線隧道；所述新的雙線隧道以具有相同高度的I部上臺階、II部中臺階、III部下臺階、IV部上臺階、V部中臺階和VI部下臺階進行分部開挖，所述I部上臺階、II部中臺階和III部下臺階分別與IV部上臺階、V部中臺階和VI部下臺階以所述新的雙線隧道的豎直中心線對稱分布。本發明方法對周邊環境影響小，安全系數高；提高了施工效率，確保了支護的及時性，降低了施工成本。
文檔編號E21D9/01GK102865084SQ201210372458
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者王家祥, 陳強, 申遂 申請人:中鐵二局股份有限公司