隧道出洞结构

技术领域

本发明涉及隧道领域，具体公开了隧道出洞结构。

背景技术

随着我国的高速公路建设的快速发展，山区中的隧道工程越来越多，因受地形条件的限制，导致相邻两个隧道之间的距离越来越小，所以现在出现了一种新的隧道工艺即小净距隧道施工方法。

小净距隧道出现之前，大多采用连拱隧道施工工艺，连拱隧道施工工艺包括中导洞施工、中隔墙施工、中导洞临时支撑拆除等工艺；小净距隧道施工工艺则包括中岩柱施工，相比连供隧道而言，施工工艺少、周期短、效率更高。但是小净距隧道施工工艺也存在一定的缺陷：1、当围岩较为软弱时，即使有中岩柱作为支撑，围岩还是容易被破坏，尤其是在进行爆破时；2、由于先行洞和后行洞之间的间距太小，围岩的稳定性差，所以隧道很容易出现沉降、变形等情况，需要实时监测隧道的变形情况，保证施工顺利进行；3、隧道防水难。

小净距隧道在出洞时就会面临上述问题，尤其是爆破时如何保证周围的岩体或土体的稳定性，而不会出现坍塌的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供隧道出洞结构，以解决如何保证施工过程中岩体或土体稳定性的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道出洞结构，包括左洞结构、右洞结构和中岩柱，所述左洞结构和右洞结构均包括有爆破孔单元，爆破器单元、隔振单元和支撑单元；所述爆破孔单元包括外围孔、中间孔和中心孔，所述外围孔设置在左洞结构和右洞结构上靠近中岩柱的一侧，所述中间孔设置在、中间孔和中心孔均设置在左洞结构/右洞结构的掌子面；所述爆破器单元包括电控气体致裂器和数码雷管，所述电控气体致裂器设置在外围孔中，所述数码雷管设置在中间孔和中心孔内；所述隔振单元包括若干隔振条，所述隔振条包括有上板部、下板部和减振部，所述减振部设置在上板部和下板部之间，所述隔振条设置在外围孔爆破后形成的空间中，所述支撑单元包括钢筋架单元，所述钢筋架单元中能够浇筑混凝土形成支撑边墙。

本方案与现有技术的不同之处在于，本方案中先采用电控气体致裂器来爆破出一条隔离空间，隔离空间可以将右洞结构中未开挖的土体/岩体与右洞结构的洞壁之间分离，然后再对土体或岩体进行爆破时，振动能量对右洞结构和中岩柱的影响就变小很多。该隔离空间中还可以放入隔振条，隔振条可以吸收振动能量。本方案中还设置有支撑边墙，支撑边墙的结构比现有的初期支护更加稳定，但是建设时间稍长，对于中岩柱较为脆弱的情况而言，即使多花时间也要对其进行加固支撑。

可选地，所述减振部包括橡胶座，所述橡胶座内设置有若干层中空层，所述中空层内设置有钢板。采用本方案，橡胶座的强度更大，避免其因为振动过强而损坏。

可选地，所述钢筋架单元设置在左洞结构/右洞结构中靠近中岩柱的一侧，钢筋架单元的下端设置到左洞结构/右洞结构的底部，钢筋架单元的上端设置在左洞结构/右洞结构的上部靠近中岩柱一侧；所述钢筋架单元还包括固定柱，所述固定柱为钢结构，固定柱向下插入到左洞结构/右洞结构的底部，所述固定柱的上端延伸到钢筋架单元中部。采用本方案，钢筋架单元无需设置在整个右洞结构的环向内壁上，只需要对中岩柱起到加固作用即可。而固定柱则可以从底部对钢筋架单元和支撑边墙起到支撑作用。

隧道出洞结构施工方法，包括以下步骤：

S1，左洞结构和右洞结构同步施工，右洞结构正向施工，左洞结构反向施工，两者施工工艺和进度相同；以下步骤均以右洞结构为例，开挖上台阶断面Ⅰ；开挖左下台阶断面Ⅱ和右下台阶断面Ⅱ，且开挖左下台阶断面Ⅱ时从左边开始开挖，开挖右下台阶断面Ⅱ时从右边开始开挖；

S2，对中岩柱进行注浆加固，然后搭设钢筋架单元并浇筑混凝土形成支撑边墙，支撑边墙厚度在0.2-0.8m之间，支撑边墙设置在右洞结构的左侧；同时施作初期支护，初期支护设置在右洞结构的右侧，初期支护与右洞结构一体浇筑；

S3，施作右洞结构的仰拱、填充层和二次衬砌。

本方案中，设置了支撑边墙结构，支撑边墙可以对中岩柱和隧道内部起到很好的支撑稳定效果，保证在开挖隧道时，中岩柱和隧道不会出现坍塌的情况。同时，本方案中的隧道修建越深，支撑边墙的效果更好，所以可以采用正反两面同时施工，左洞结构反向施工、右洞结构正向施工。当左洞结构和右洞结构施工时，若两者并未相遇，此时中岩柱的两侧中有一侧还具有岩体/土体结构，所以更加稳定、不易被破坏，当两者相遇时，中岩柱的一侧在施工另一侧则有支撑边墙作为支撑，中岩柱的稳定性更能够得到保证，避免其在爆破时坍塌。

可选地，开挖上台阶断面Ⅰ、左下台阶断面Ⅱ和右下台阶断面Ⅱ时，先在右洞结构上开设爆破孔单元，其中外围孔开设在右洞结构的外围侧，中间孔开设在右洞结构上外围孔的内侧，中心孔则开设在右洞结构的中心处；爆破孔单元开设完成后将电控气体致裂器安装到外围孔中，所有电控气体致裂器同时起爆。本方案中，外围孔可以用于安装电控气体致裂器，同时用作开设隔离空间。本方案中采用了电控气体致裂器，电控气体致裂器的优点在于振动小，缺点在于成本高、爆破效果相对较差，但由于本方案中的外围孔用于开设隔离空间，所以需要控制爆破量，该致裂器的缺点反而有利于本方案中的隔离空间开设。

可选地，电控气体致裂器爆破后会在右洞结构中爆破出一条半环状的隔离空间，然后将隔振条插入到隔离空间，使隔振条的上板部和下板部分别对准隔离空间的两个内壁；然后在中间孔和中心孔中插入数码雷管，并引爆数码雷管，数码雷管引爆时需要进行延迟引爆，延迟引爆的延迟时间在0.5-6ms之间，且延迟引爆时间的长度需要间隔设置。本方案中，通过电控气体致裂器来开设隔离空间，同时设置隔振条，隔振条则可以减少中岩柱受到的振动，数码雷管虽然造成的振动大但是其爆破效果好，所以用于进行隧道快速开挖，且在隔振条的作用下可以减少其振动大的缺点。本方案中还采用了延迟爆破的方法，现有技术中也有延迟爆破方法，但是延迟的间隔时间相同，还是会出现振动波叠加的情况，本方案中延迟引爆时间不同，例如前两个数码雷管之间延迟4ms，后两个数码雷管之间则延迟2ms，这样可以更好地避免振动波叠加。

可选地，施作支撑边墙时，需要先插设第一小导管，第一小导管的尾端设置有十字接头，所述十字接头上设置有连接筒，所述连接筒能够插接并固定到第一小导管的尾端；支撑边墙和初期支护采用共同的模板。采用本方案，第一小导管的方式借鉴了初期支护，第一小导管可以增加中岩柱的稳定性，同时在第一小导管的尾端设置十字接头可以使其更加稳固地固定在支撑边墙上，提高整个支撑边墙的加固效果。

可选地，隧道净距越小，循环进距越小。

本方案的工作原理及有益效果在于：

本方案的主要创新点在左洞结构和右洞结构正反同时施工、隔离空间、隔振条、隔离空间施工、支撑边墙和爆破施工等。其中左洞结构和右洞结构开挖施工过程中，需要先开设隔离空间，隔离空间使用电控气体致裂器来进行爆破，该致裂器的振动小、爆破量少，正好用于开设空间小的隔离空间，隔离空间中再设置隔振条后，隔振条又可以进一步减少振动能量的传递，使中岩柱部分的岩体和土体不受影响。隧道施工过程中，支撑边墙可以对中岩柱进行支撑加固，所以当左洞结构和右洞结构在隧道中相遇后，两者都具有支撑边墙，继续开挖施工时，左洞结构和右洞结构的支撑边墙都可以起到很好的支撑加固作用，避免中岩柱部分受到损伤。开挖隧道时，采用数码雷管进行爆破，数码雷管产生的振动虽然大，但是爆破效果好，且在隔离空间的作用下，可以减少振动大带来的不利影响。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为右洞结构中电控气体致裂器爆破后的结构示意图；

图3为减振条的结构示意图；

图4为右洞结构中上台阶断面Ⅰ、左下台阶断面Ⅱ、右下台阶断面Ⅱ开挖完成后的结构示意图；

图5为支撑单元的结构示意图；

图6为第一小导管的结构示意图。

附图中标记如下：左洞结构1、右洞结构2、外围孔3、中间孔4、中心孔5、上台阶断面Ⅰ6、左下台阶断面Ⅱ7、中岩柱8、右下台阶断面Ⅱ9、隔离空间10、减振条11、上板部12、下板部13、橡胶座14、中空层15、钢板16、支撑边墙17、固定柱18、注浆导管19、初期支护20、第二小导管21、仰拱22、第一小导管23、钢筋架单元24、连接筒25、十字接头26。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

一种隧道出洞结构，如图1-图6所示，包括左洞结构1、右洞结构2和中岩柱8。

左洞结构1和右洞结构2均包括有爆破孔单元，爆破器单元、隔振单元和支撑单元。爆破孔单元包括外围孔3、中间孔4和中心孔5，外围孔3设置在左洞结构1和右洞结构2上靠近中岩柱8的一侧，中间孔4设置在、中间孔4和中心孔5均设置在左洞结构1/右洞结构2的掌子面。

爆破器单元包括电控气体致裂器和数码雷管，电控气体致裂器设置在外围孔3中，数码雷管设置在中间孔4和中心孔5内。隔振单元包括若干隔振条，隔振条包括有上板部12、下板部13和减振部，减振部设置在上板部12和下板部13之间。减振部包括橡胶座14，橡胶座14的上下端分别与上板部12和下板部13固定连接。橡胶座14内设置有若干层水平的中空层15，中空层15内水平固定设置有钢板16，钢板16的厚度小于中空层15的厚度，钢板16设置在中空层15的底部。隔振条设置在外围孔3爆破后形成的隔离空间10中。

支撑单元包括钢筋架单元24，钢筋架单元24中能够浇筑混凝土形成支撑边墙17。钢筋架单元24设置在左洞结构1/右洞结构2中靠近中岩柱8的一侧，钢筋架单元24的下端设置到左洞结构1/右洞结构2的底部，钢筋架单元24的上端设置在左洞结构1/右洞结构2的上部靠近中岩柱8一侧。钢筋架单元24还包括固定柱18，固定柱18为钢结构，固定柱18向下插入到左洞结构1/右洞结构2的底部，固定柱18的上端延伸到钢筋架单元24中部。钢筋架单元24还包括第一小导管23，第一小导管23需要插入到中岩柱8中，第一小导管23的底部设置有十字接头26，十字接头26上设置有连接筒25，连接筒25能够插接并固定到第一小导管23的尾端，十字接头26可以绑在在钢筋架单元24中。

隧道出洞结构的施工方法，包括以下步骤：

S1，左洞结构1和右洞结构2同步施工，右洞结构2正向施工，左洞结构1反向施工，两者施工工艺和进度相同；以下步骤均以右洞结构2为例，开挖上台阶断面Ⅰ6Ⅰ；开挖左下台阶断面Ⅱ7Ⅱ和右下台阶断面Ⅱ9Ⅱ，且开挖左下台阶断面Ⅱ7Ⅱ时从左边开始开挖，开挖右下台阶断面Ⅱ9Ⅱ时从右边开始开挖；开挖上台阶断面Ⅰ6Ⅰ、左下台阶断面Ⅱ7Ⅱ和右下台阶断面Ⅱ9Ⅱ时，先在右洞结构2上开设爆破孔单元，其中外围孔3开设在右洞结构2的外围侧，中间孔4开设在右洞结构2上外围孔3的内侧，中心孔5则开设在右洞结构2的中心处；爆破孔单元开设完成后将电控气体致裂器安装到外围孔3中，所有电控气体致裂器同时起爆。电控气体致裂器爆破后会在右洞结构2中爆破出一条半环状的隔离空间10，然后将隔振条插入到隔离空间10，使隔振条的上板部12和下板部13分别对准隔离空间10的两个内壁；然后在中间孔4和中心孔5中插入数码雷管，并引爆数码雷管，数码雷管引爆时需要进行延迟引爆，延迟引爆的延迟时间在0.-6ms之间，且延迟引爆时间的长度需要间隔设置；右洞结构2开挖过程中，隧道净距越小，循环进距越小；

S2，对中岩柱8进行注浆加固，注浆加固时需要插设注浆导管19，注浆导管19向上斜插，斜插角10-15°，注浆导管19的长度小于隧道净距的2/5，注浆导管19的注浆压力低于1.2MP；然后搭设钢筋架单元24并浇筑混凝土形成支撑边墙17，支撑边墙17厚度在0.2-0.8m之间，支撑边墙17设置在右洞结构2的左侧；同时施作初期支护20，初期支护20设置在右洞结构2的右侧，初期支护20与右洞结构2一体浇筑；施作支撑边墙17时，需要先插设第一小导管23，支撑边墙17和初期支护20采用共同的模板；施作初期支护20时，初期支护20需要插设第二小导管21，第一小导管23和第二小导管21的外插角为20-40°，环向间距30-50cm，纵向间距120-150cm，其余设置参数不再赘述，已经属于十分成熟的现有技术；

S3，施作右洞结构2的仰拱22、填充层和二次衬砌。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。