一种隧道洞口斜交进洞施工方法

技术领域

本发明涉及隧道洞口施工的技术领域，具体而言，涉及一种隧道洞口斜交进洞施工方法。

背景技术

目前，隧道进洞的施工方法普遍为：逐级切挖并加固防护隧道洞口山体，形成洞口工作场地，再施作套拱并进行隧道开挖。该施工方法须大量切挖洞口山体土石量，成本高、周期长、速度慢，特别是偏压隧道进洞时安全风险较高。同时，该施工方式对洞口山体均存在较大的开挖，对洞口范围植被和生态破坏严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道洞口斜交进洞施工方法，其能够斜交进入洞口，进而减少施工量。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种隧道洞口斜交进洞施工方法，包括如下步骤：

S1：套拱施工；所述套拱平行于洞口所在的地面线；

S2：从所述套拱内部对洞口进行开挖一段距离；

S3：对已开挖洞段进行支护；

S4：对已开挖洞段的仰拱施工及支护；

S5：重复步骤S2-S4；

步骤S3中，需要施作钢拱架；所述钢拱架倾斜于所述隧道的横截面且后续的钢拱架与隧道横截面之间的夹角逐渐减小。

进一步地，所述隧道的支护包括钢拱架和锚喷挂网；相邻两个所述钢拱架的底部相连并于连接处设置有锁脚锚管。

进一步地，设所述隧道包括渐变段和正交段；所述渐变段位于洞口且所述渐变段的钢拱架倾斜于所述隧道的横截面；所述正交段位于所述渐变段的后方且所述正交段的钢拱架平行于所述隧道的横截面；设所述渐变段钢拱架密集的一侧为内侧且钢拱架稀疏的一侧为外侧；所述渐变段外侧的拱架最大间距不大于正交段间距；所述渐变段内侧的拱架间距不大于正交段间距的一半。

进一步地，开挖进尺超过1/2管棚长度后，停止掌子面开挖，组织仰拱开挖、安装仰拱拱架、灌筑仰拱混凝土、仰拱填充混凝土。

进一步地，套拱施工中，对套拱上方的自然坡体与植被不进行开挖；根据管棚钻机自身高度确定需填的洞口平台高度，由原地面自下而上开挖台阶并分层回填，形成管棚钻机施作平台；

施做套拱基础，待基础强度满足要求后依次安装钢拱架、管棚导向管、套拱模板，加固模板支架后浇筑套拱砼；套拱钢拱架安装按常规套拱拱架施工。

进一步地，相邻的两个所述钢拱架于所述渐变段的内侧和外侧均通过若干连接杆连接；相邻两个所述连接杆与钢拱架组合呈三角形。

进一步地，所述渐变段内侧还设置有若干注浆锚管；若干所述注浆锚管呈放射状分布。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明的隧道洞口斜交进洞施工方法的目的是隧道斜交斜进零开挖进洞方法，适用于地形狭窄、地质复杂、安全保障艰巨、生态环境脆弱的隧道安全顺利的进洞，能大幅度减少洞口土石开挖量，能完全避免套拱以上山体开挖与植被破坏，大幅度减少对自然坡体损伤。具有安全可靠、绿色环保、成本低、周期短的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明斜交进洞的示意图；

图2为斜交斜进式椭圆套衬钢架布置图；

图3为主洞渐变钢架设计与计算示意图1；

图4为主洞渐变钢架设计与计算示意图2；

图5为主洞渐变钢架设计与计算示意图3；

图6为主洞渐变钢架设计与计算示意图4。

图标：1-套拱，2-套拱钢拱架，3-渐变段，4-正交段，5-连接杆，6-注浆锚管，7-渐变钢拱架，8-正交钢拱架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例：

如图1-图6所示，本发明提供一种隧道洞口斜交进洞施工方法，隧道洞口斜交进洞施工方法为：

S1：套拱1施工。套拱1平行于洞口所在的地面线。实际中，按隧道设计中线复测隧道洞口纵横断面，以减少自然坡体损害与植被破坏为原则确定“零开挖”进洞套拱1选址，尽量将套拱1与洞口地面线平行设置。

对套拱1以上自然坡体与植被不进行开挖，根据管棚钻机自身高度确定需填的洞口平台高度，由原地面自下而上开挖台阶并分层回填，形成管棚钻机施作平台。

施做套拱1基础，待基础强度满足要求后依次安装钢拱架、管棚导向管、套拱1模板，加固模板支架后浇筑套拱1砼。套拱钢拱架2安装按常规套拱1拱架施工。

S2：从套拱1内部对洞口进行开挖一段距离。由于套拱1的支撑，使得洞口处的开挖不会影响洞口周围的围岩。

S3：对已开挖洞段进行支护。

S4：对已开挖洞段的仰拱施工及支护。

S5：重复步骤S2-S4。

步骤S3中，需要施作钢拱架。钢拱架倾斜于隧道的横截面且后续的钢拱架与隧道横截面之间的夹角逐渐减小。

本发明的隧道洞口斜交进洞施工方法的目的是隧道斜交斜进零开挖进洞方法，适用于地形狭窄、地质复杂、安全保障艰巨、生态环境脆弱的隧道安全顺利的进洞，能大幅度减少洞口土石开挖量，能完全避免套拱1以上山体开挖与植被破坏，大幅度减少对自然坡体损伤。具有安全可靠、绿色环保、成本低、周期短的优点。

本实施例中，隧道的支护包括钢拱架和锚喷挂网。相邻两个钢拱架的底部相连并于连接处设置有锁脚锚管。同时，锁脚锚管注浆加固，克服周边围岩对边墙初期支护径向压力的水平分力，降低上部岩体对边墙的压力。洞口崩坡积体围岩段采用自进式锚管并注浆进行径向加固，构成初期支护层，限制松弛带的发展，使围岩自承能力尽快形成。

本实施例中，设隧道包括渐变段3和正交段4。渐变段3位于洞口且渐变段3的钢拱架倾斜于隧道的横截面。正交段4位于渐变段3的后方且正交段4的钢拱架平行于隧道的横截面。实际中，套拱1平行于洞口的地面线。靠近洞口的钢拱架基本平行于洞口的地面线。此时，钢拱架与隧道的中心线之间有一定的夹角，这种状态定义为斜交。随着隧道进尺增加，钢拱架逐渐与隧道的中心线垂直，这种状态定义为正交。钢拱架的架设遵循渐变微调的方法逐渐由斜交调整为正交。

设渐变段3钢拱架密集的一侧为内侧且钢拱架稀疏的一侧为外侧。渐变段3外侧的拱架最大间距不大于正交段4间距。渐变段3内侧的拱架间距不大于正交段4间距的一半。这就使得钢拱架之间的间距能够保持在较好的状态，有效的保证支护的效果。

本实施例中，渐变段3采用三台阶七步法进行洞身开挖。先开挖上台阶，并及时施作周边初期支护和临时支护，即初喷混凝土、架设钢架、锁脚锚管、铺设钢筋网、复喷混凝土、钻径向锚管；滞后上台阶一定距离后，再开挖中台阶、上台阶核心土并及时施作周边初期支护；最后开挖下台阶、初期支护。

本实施例中，开挖进尺超过1/2管棚长度后，停止进尺并开挖仰拱。仰拱开挖完成后安装仰拱拱架。仰拱拱架安装后立即灌筑仰拱混凝土。待仰拱混凝土初凝后施作仰拱填充至设计高度，最后根据围岩监控量测数据分析，确定二次衬砌施作时机。

本实施例中，相邻的两个钢拱架于渐变段3的内侧和外侧均通过若干连接杆5连接。相邻两个连接杆5与钢拱架组合呈三角形。这种结构就使得钢拱架连接为一个整体。由于渐变段3两侧的围岩厚度不同，两侧的压力也不同。为了更好的保证支撑效果，将若干钢拱架连接为一体。这就使得若干钢拱架的受力能够通过连接杆5传递至相邻的钢拱架，进而使得压力被分散开来。对于洞口处，渐变段3的内侧能够对钢拱架进行支撑的围岩的厚度很薄。使得该钢拱架两侧的力不均衡。通过连接杆5即可将推力传递至内部的钢拱架。

本实施例中，渐变段3内侧还设置有若干注浆锚管6。若干注凝聚起来形成坚硬的整体。同时，这些注浆锚管6能够伸向更厚的围岩，进而避免洞口内侧围岩较薄为无法抵抗外侧的压力。

本发明还提供了套拱1钢架设计与计算方法和渐变段3钢架设计与计算方法。

如图1所示，套拱1钢架设计与计算方法为：设隧道正洞跨度为B，地面线与隧道横轴线夹角为，套拱1的外侧纵向长度为L，斜交斜进的套拱1跨度可通过以下公式计算：

为满足“零”开挖进洞的套衬尺寸需求，斜交部分的套拱断面形式为椭圆。该椭圆投影到隧道正交面时，其投影的形状应与半圆完全重合。

由于椭圆套拱的高度与隧道高度一致，并根据计算的套拱跨度，椭圆的长半轴为

如图所示，

如图2所示，渐变段钢架设计与计算方法为：采用主洞钢架渐变方式时，主洞的钢架断面大小随隧道进尺不断变化，设隧道正洞钢架与隧道横轴线夹角为

钢架渐变施作过程中，夹角

如图3所示，主洞标准钢架以三心圆断面形式为例，已知半径分别为

（1）第一椭圆方程

如图4所示，为了保证主洞斜交部分钢架在隧道断面投影上仍与正交部分一致，也需要将主洞斜交部分钢架设计为椭圆形。对于渐变主洞的主洞钢架，整体高度与主洞标准钢架高度一致，

根据椭圆方程，可得椭圆曲线

根据椭圆方程，可计算得到主洞椭圆钢架的弧长S为：

（2）第二椭圆方程

如图5所示，由于整体钢架高度不变，渐变钢架部分的拱墙高度与主洞标准钢架一致。对于渐变钢架部分，由于整体跨度扩大，为使得拱腰部分在隧道中线方向投影与主洞的拱腰部分重合，拱腰部分的截面形状由圆弧形变为椭圆弧形。已知标准主洞第二圆半径为

由于椭圆拱腰钢架左右对称布置，以下部分为左侧椭圆圆弧公式，右侧椭圆同理可得。

椭圆拱腰钢架的长半轴为

根据椭圆方程，可得椭圆曲线

(3)第三椭圆方程

如图5所示，由于整体钢架高度不变，渐变钢架部分的仰拱高度与主洞标准钢架一致。对于渐变钢架部分，由于整体跨度扩大，为使得仰拱部分在隧道中线方向投影与主洞的仰拱部分重合，仰拱部分的截面形状由圆弧形变为椭圆弧形。已知标准主洞第三圆半径为

主洞椭圆仰拱钢架的长半轴为

根据椭圆方程，可得椭圆曲线

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。