本發(fā)明涉及隧道施工工法，具體涉及一種城市淺埋條件下疊加隧道的開挖施工方法。

背景技術(shù)：

目前公路隧道施工中，受城市總體規(guī)劃及運(yùn)營(yíng)線路影響，不可避免地要在密集的地面建(構(gòu))筑物下方穿過(guò)，不僅需要保證隧道工程本體施工的安全，還須妥善地解決隧道工程對(duì)附近既有建筑物的影響問(wèn)題。

在城市淺埋條件下修建公路隧道及電力隧道的疊加形式，目前尚屬首創(chuàng)。公路隧道為上層主隧道，電力隧道為下層隧道，電力隧道位于公路隧道的正下方，由于疊加隧道上部地表構(gòu)筑物密集且陳舊，在施工過(guò)程中要求：對(duì)周邊圍巖及地表構(gòu)筑物無(wú)擾動(dòng)，不影響周圍居民的正常工作生活；開挖創(chuàng)傷面控制良好，無(wú)多余開挖，減少了開挖工程量；加快施工進(jìn)程，提高人力、物力的有效利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種專用于城市淺埋條件下疊加隧道的開挖施工方法，適用于埋深不小于5米、開挖斷面不大于150平米的無(wú)不利地質(zhì)條件(如斷層、破碎帶等)的淺埋隧道，周邊環(huán)境要求高，需進(jìn)行無(wú)振動(dòng)保護(hù)性施工，且施工進(jìn)程快。

為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種城市淺埋條件下疊加隧道開挖施工方法，所述疊加隧道包括上層主隧道和下層隧道，下層隧道位于上層主隧道的正下方，且下層隧道的施工斷面比上層主隧道的施工斷面小，施工按以下步驟進(jìn)行：

第一步，上層主隧道開挖采用crd法施工，上層主隧道左右兩側(cè)自上而下依次分為至少兩個(gè)導(dǎo)坑，分側(cè)由上到下依次進(jìn)行開挖，并進(jìn)行必要的初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)；

(1)上層主隧道的上導(dǎo)坑采用鉆孔機(jī)沿著上導(dǎo)坑輪廓線進(jìn)行水平鉆進(jìn)取芯，之后再采用破碎錘破除上導(dǎo)坑中的巖體，為后期靜態(tài)爆破其余導(dǎo)坑施工提供足夠的臨空面；

(2)對(duì)上層主隧道的其余導(dǎo)坑采用靜態(tài)爆破開挖,使用無(wú)聲破碎劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹力，破壞巖體自穩(wěn)抗拉力達(dá)到巖體破碎效果，再采用破碎錘破碎導(dǎo)坑中的巖體；

第二步，下層隧道開挖采用從上到下，逐層擴(kuò)大開挖面的方式進(jìn)行，除第一層開挖斷面的橫截面為矩形外，其余各層開挖斷面的橫截面均為“凹”字形，先采用巖石切割機(jī)沿開挖層輪廓線切割形成臨空面后，再采用破碎錘破碎開挖層中的巖體。

作為上述方案的優(yōu)選，所述上層主隧道為公路隧道，下層隧道為電力隧道，公路隧道開挖完成后施作仰拱時(shí)，仰拱中部正對(duì)電力隧道的部分為上層主隧道預(yù)留電力隧道部分，上層主隧道預(yù)留電力隧道部分不做混凝土，但左右兩端預(yù)留中部仰拱的鋼筋接頭，待下層隧道開挖完成后再通過(guò)預(yù)留的鋼筋接頭機(jī)械連接仰拱中部的鋼筋，并施作混凝土。設(shè)置上層主隧道仰拱預(yù)留電力隧道部分，暫時(shí)不做混凝土，一方面可節(jié)約混凝土使用量，另一方面減少破除鋼筋混凝土量，進(jìn)一步節(jié)約成本，提高施工效率，加快施工進(jìn)程；預(yù)留中部仰拱的鋼筋接頭，方便在下層隧道開挖完成后機(jī)械連接鋼筋再施作混凝土，從而完成上層主隧道的仰拱施工。

進(jìn)一步，所述上層主隧道左右兩側(cè)自上而下依次分為上導(dǎo)坑、中導(dǎo)坑和下導(dǎo)坑，中導(dǎo)坑靜態(tài)爆破施工時(shí)，中導(dǎo)坑中部的圍巖采用豎向鉆孔裝藥?kù)o態(tài)爆破，中導(dǎo)坑左右兩側(cè)的圍巖采用沿隧道水平鉆孔裝藥?kù)o態(tài)爆破，且中導(dǎo)坑采用先中間、后兩邊的開挖方式；下導(dǎo)坑靜態(tài)爆破施工采用豎向鉆孔裝藥?kù)o態(tài)爆破，所有導(dǎo)坑靜態(tài)爆破裝藥均采用由臨空面反向裝藥的方式。由于中導(dǎo)坑靠近起拱位置，靠近起拱位置的一側(cè)空間位置受限，不方便鉆孔機(jī)豎向鉆孔，那么先利用上導(dǎo)坑施工后形成的臨空面進(jìn)行中導(dǎo)坑中部的豎向鉆孔、爆破和破碎；再利用中導(dǎo)坑中部開挖后形成的臨空面進(jìn)行中導(dǎo)坑兩側(cè)的沿隧道水平鉆孔、爆破和破碎，同時(shí)將中導(dǎo)坑分三部分開挖，對(duì)于提高施工效率也有顯著的效果。

更進(jìn)一步，通過(guò)上層主隧道上導(dǎo)坑的出露巖芯詳細(xì)記錄巖層分布情況，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，為后續(xù)施工提供地質(zhì)依據(jù)。通常水平鉆進(jìn)取芯是為了方便破碎錘破碎，此處利用出露巖芯進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，對(duì)后續(xù)施工具有很好的指導(dǎo)作用。

本發(fā)明的有益效果：上層主隧道的分左右兩側(cè)先后進(jìn)行施工，每側(cè)的上導(dǎo)坑采用鉆孔機(jī)水平鉆進(jìn)取芯+破碎錘破碎的方式開挖，其余導(dǎo)坑采用靜態(tài)爆破的方式開挖；先開挖上層主隧道，再開挖下層隧道，下層隧道采用機(jī)械切割+破碎錘破碎的方式開挖。該工法具有以下特點(diǎn)：

(1)對(duì)周邊圍巖及地表構(gòu)筑物無(wú)擾動(dòng)，不影響周圍居民的正常工作生活；

(2)開挖創(chuàng)傷面控制良好，無(wú)超欠挖，減少了開挖工程量；

(3)工藝先進(jìn)、可行、操作性強(qiáng)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本工法的施工工藝流程圖。

圖2為公路隧道上導(dǎo)坑鉆孔取芯工藝流程圖。

圖3為公路隧道中、下導(dǎo)坑靜態(tài)爆破工藝流程圖。

圖4為公路隧道crd法施工步序立面圖。

圖5為公路隧道crd法施工步序俯視圖。

圖6為公路隧道左上導(dǎo)坑鉆孔取芯立面布置圖。

圖7為電力隧道開挖施工工藝流程。

圖8為電力隧道開挖立面布置圖。

圖9為電力隧道開挖前公路隧道的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

一種城市淺埋條件下疊加隧道開挖施工方法，如圖1所示，按以下步驟進(jìn)行施工：

第一步，上層主隧道(如公路隧道)開挖采用crd法施工，上層主隧道左右兩側(cè)自上而下依次分為上、中、下三個(gè)導(dǎo)坑，分側(cè)由上到下進(jìn)行開挖，并在每個(gè)導(dǎo)坑開挖后進(jìn)行相應(yīng)的初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)。上層主隧道左右兩側(cè)自上而下至少設(shè)置有兩個(gè)導(dǎo)坑。

(1)上導(dǎo)坑水平鉆進(jìn)取芯+破碎錘破碎：上層主隧道的上導(dǎo)坑采用鉆孔機(jī)沿著上導(dǎo)坑輪廓線進(jìn)行水平鉆進(jìn)取芯，之后再采用破碎錘破除上導(dǎo)坑中的巖體，為后期靜態(tài)爆破其余導(dǎo)坑施工提供足夠的臨空面，并修整成型；另外，通過(guò)出露巖芯詳細(xì)記錄巖層分布情況，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，為后續(xù)施工提供地質(zhì)依據(jù)。

(2)中、下導(dǎo)坑采用靜態(tài)爆破：對(duì)上層主隧道的其余導(dǎo)坑采用靜態(tài)爆破開挖,使用無(wú)聲破碎劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹力，破壞巖體自穩(wěn)抗拉力達(dá)到巖體破碎效果，再采用破碎錘破碎導(dǎo)坑中的巖體，修整成型。

上層主隧道的施工，既能有效控制隧道超欠挖，亦無(wú)對(duì)周邊巖體及地表構(gòu)筑物擾動(dòng)，使主體隧道安全順利地完成施工。

最好是，中導(dǎo)坑靜態(tài)爆破施工時(shí)，中導(dǎo)坑中部的圍巖采用豎向鉆孔裝藥?kù)o態(tài)爆破，中導(dǎo)坑左右兩側(cè)的圍巖采用沿隧道徑向水平鉆孔裝藥?kù)o態(tài)爆破，且中導(dǎo)坑采用先中間、后兩邊的開挖方式；下導(dǎo)坑靜態(tài)爆破施工采用豎向鉆孔裝藥?kù)o態(tài)爆破，所有導(dǎo)坑靜態(tài)爆破裝藥均采用由臨空面反向裝藥的方式。

第二步，下層隧道機(jī)械切割+破碎錘破碎的方式開挖：下層隧道(如電力隧道)開挖采用從上到下，逐層擴(kuò)大開挖面的方式進(jìn)行，除第一層開挖斷面的橫截面為矩形外，其余各層開挖斷面的橫截面均為“凹”字形，先采用巖石切割機(jī)沿開挖層輪廓線切割形成臨空面后，再采用破碎錘破碎開挖層中的巖體。

比如，下層隧道采用四層開挖，但不限于四層；巖石切割機(jī)最好采用圓盤鋸，操作方便，施工效率高。

最好是，公路隧道開挖完成后施作仰拱時(shí)，仰拱中部正對(duì)電力隧道的部分為上層主隧道預(yù)留電力隧道部分，上層主隧道預(yù)留電力隧道部分不做混凝土，但左右兩端預(yù)留中部仰拱的鋼筋接頭，待下層隧道開挖完成后再通過(guò)鋼筋接頭機(jī)械連接仰拱中部的鋼筋，并施作混凝土。

上層主隧道(公路隧道)施工中的操作要點(diǎn)及要求：

1、上導(dǎo)坑操作要點(diǎn)：

上導(dǎo)坑鉆孔取芯采用φ110mm鉆孔機(jī)進(jìn)行，鉆孔機(jī)形成的探孔大小可根據(jù)施工需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整(φ110mm水平鉆孔施工工藝流程參見(jiàn)圖2)，施工中的具體要求有如下幾點(diǎn)：

(1)鉆孔深度：由于隧道開挖圍巖條件較好，根據(jù)施工實(shí)際情況，確定探孔一次鉆進(jìn)深度為3米，保證安全施工。

(2)機(jī)械成孔：選用專業(yè)水平鉆孔機(jī)械，在破除巖體的同時(shí)對(duì)前方巖體進(jìn)行超前地質(zhì)勘探。

(3)巖芯記錄：出露巖石要詳細(xì)記錄，為后期靜態(tài)爆破參數(shù)設(shè)置提供有效依據(jù)。

2、中、下導(dǎo)坑操作要點(diǎn)：

靜態(tài)爆破包括無(wú)聲破碎劑破碎巖體和機(jī)械破除兩部分，已開挖上導(dǎo)坑為臨空面，使用無(wú)聲破碎劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹力，破壞巖體自穩(wěn)抗拉力達(dá)到巖體破碎效果，再采用機(jī)械破碎巖體，修整成型(中、下導(dǎo)坑靜態(tài)爆破施工工藝流程參見(jiàn)圖3)。

3、施工中的具體要求有如下幾點(diǎn)：

3.1鉆孔參數(shù)確定

靜態(tài)爆破鉆孔布眼前首先要確定至少有一個(gè)以上的臨空面，鉆孔方向應(yīng)盡可能做到與臨空面平行；同一排鉆孔應(yīng)盡可能保持在一個(gè)平面上。臨空面越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟(jì)效益也更高。破碎方案確定后，首先使用鉆機(jī)鉆孔。關(guān)于孔徑、孔距、孔深和破碎設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)被破碎物的具體情況而定。如巖石性態(tài)、節(jié)理、被破碎物的大小等?？拙嗯c排距(抵抗線距離)布置：孔距與排距的大小與巖石硬度有直接關(guān)系，硬度越大，孔距與排距越小，反之則大，孔距與排距布置，鉆孔數(shù)據(jù)可參考下表進(jìn)行：

鉆孔參數(shù)參考表

3.2開挖方式

上層主隧道開挖采用crd法開挖施工，開挖步序如圖4所示。crd法施工主要步序如圖4中序號(hào)所示：

(1)施作超前支護(hù)；

(2)開挖左導(dǎo)坑上部；

(3)左導(dǎo)坑上部初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)；

(4)開挖左導(dǎo)坑中部；

(5)左導(dǎo)坑中部初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)；

(6)開挖左導(dǎo)坑下部；

(7)左導(dǎo)坑下部初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)；

(8)開挖右導(dǎo)坑上部；

(9)右導(dǎo)坑上部初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)；

(10)開挖右導(dǎo)坑中部；

(11)右導(dǎo)坑中部初期支護(hù)；

(12)開挖右導(dǎo)坑下部；

(13)右導(dǎo)坑下部初期支護(hù)并拆去臨時(shí)支護(hù)；

(14)施工仰拱；

(15)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果確定進(jìn)行邊墻、拱部二次模注砼的澆筑。

圖5所示為上層主隧道施工步序俯視圖，適當(dāng)?shù)卦黾用垦h(huán)開挖長(zhǎng)度，加快施工進(jìn)程；斷面分段分布形成流水線作業(yè)形式，提高人力、物力的有效利用率。

3.3小臨空面左上導(dǎo)坑施工

當(dāng)開挖完成上導(dǎo)坑后及時(shí)施工初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，使之封閉成環(huán)，結(jié)合圖4、圖6所示，從而形成小臨空面上導(dǎo)坑。其中孔眼參數(shù)設(shè)計(jì)為：孔徑110mm，嚴(yán)格按照測(cè)量放樣中的開挖輪廓線進(jìn)行開挖鉆孔。

3.4大臨空面左中導(dǎo)坑施工

為便于施工，中導(dǎo)坑中部采取豎向鉆孔靜態(tài)爆破形式開挖，與水平靜態(tài)爆破相比，豎向布孔施工鉆孔、裝藥速度更快，反應(yīng)時(shí)間可相對(duì)縮短，藥劑產(chǎn)生側(cè)向壓力大于豎向壓力，有效利用率更高。考慮到左右兩側(cè)人工鉆孔的操作寬度不足，且中部爆破完畢后給左右兩側(cè)留出了足夠大的臨空面，故中導(dǎo)坑左右兩側(cè)的圍巖采用沿隧道水平鉆孔，其中孔眼參數(shù)設(shè)計(jì)為：孔徑40mm，孔距300mm，排拒300mm，藥劑反應(yīng)時(shí)間均以30～35分鐘為宜。

3.5左下導(dǎo)坑施工

當(dāng)左中導(dǎo)坑施工完成，進(jìn)行左下導(dǎo)坑施工時(shí)，采取豎向鉆孔靜態(tài)爆破形式開挖。其中孔眼參數(shù)設(shè)計(jì)為：孔徑40mm，孔距300mm，排距300mm，孔深2500～3500mm不等，以設(shè)計(jì)分級(jí)高度劃分。每次開挖進(jìn)尺在確保支護(hù)安全的前提下可相應(yīng)加大。采取每進(jìn)尺分區(qū)域集中裝藥預(yù)裂形式施工，遵循由臨空面反向裝藥形式操作，藥劑反應(yīng)時(shí)間根據(jù)孔數(shù)、裝藥人數(shù)不等確定。

3.6右導(dǎo)坑施工

右導(dǎo)坑施作方法同左導(dǎo)坑，且需在左導(dǎo)坑初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)封閉成環(huán)后開始施作。

3.7鉆孔操作

(1)鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過(guò)小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。爆破孔優(yōu)選參數(shù)：孔徑35～40mm，孔距30cm，排距30cm，深度根據(jù)部位不同相應(yīng)調(diào)整。

(2)鉆孔內(nèi)余水和余灰渣應(yīng)用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁應(yīng)干凈無(wú)土石渣。

3.8裝藥操作

(1)水平裝藥：先用比鉆孔直徑略小的高強(qiáng)長(zhǎng)纖維紙袋裝入藥劑，按一個(gè)操作循環(huán)所需要的藥卷數(shù)量，放在盆中倒入潔凈水完全浸泡，50s左右藥卷充分濕潤(rùn)、完全不冒氣泡時(shí)，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并捅緊，密實(shí)地裝填到孔口，即集中浸泡、充分浸透、逐條裝入、分別搗實(shí)。

(2)豎向裝藥：將藥劑攪拌后用器皿或直接灌入孔內(nèi)，孔口周邊不得有小石塊堆積，防止沖孔傷人。

(3)破碎施工操作人員應(yīng)采用小組的方式，每組施工工人在每次操作循環(huán)過(guò)程中負(fù)責(zé)裝孔的孔數(shù)不能過(guò)多。

(4)每次拌藥量不能超過(guò)實(shí)際能夠完成的工作量。

(5)各灌裝小組在取藥、加水、拌和、灌裝過(guò)程中應(yīng)基本保持同步，可以讓每個(gè)孔內(nèi)藥劑的最大膨脹壓基本保持同期出現(xiàn)，有利于巖石的破碎。

(6)灌裝過(guò)程中，已經(jīng)開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑(表現(xiàn)為開始冒氣和溫度燙手)不允許裝入孔內(nèi)。

(7)從藥劑加入水到灌裝結(jié)束，這個(gè)過(guò)程的時(shí)間不能超過(guò)十分鐘，否則容易沖孔。

(8)巖石剛開裂后，可向裂縫中加水，支持藥劑持續(xù)反應(yīng),可獲得更好效果。

3.9破碎操作

(1)選用適用斷面要求且?guī)б簤浩扑轭^的挖機(jī)，配備技術(shù)嫻熟的操作手。

(2)確定藥劑反應(yīng)完全后，進(jìn)行巖石破碎，施工時(shí)安排專人值守，嚴(yán)禁交叉作業(yè)，防止巖石崩落傷人。

下層隧道(電力隧道)施工中的操作要點(diǎn)：

電力隧道開挖施工工藝流程參見(jiàn)圖7，電力隧道采用明挖法開挖，從上到下、逐層擴(kuò)大開挖面，按照從①～④順序開挖(如圖8所示)，電力隧道開挖立面布置圖如圖8所示，電力隧道開挖前公路隧道的俯視圖如圖9所示，由圖9可以看出，公路隧道開挖完成后施作仰拱時(shí)，仰拱中部正對(duì)電力隧道的部分為上層主隧道預(yù)留電力隧道部分，上層主隧道預(yù)留電力隧道部分不做混凝土，但左右兩端預(yù)留中部仰拱的鋼筋接頭，待下層隧道開挖完成后再通過(guò)鋼筋接頭機(jī)械連接仰拱中部的鋼筋，并施作混凝土。

施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)技術(shù)與分析

確保工程建設(shè)安全的關(guān)鍵是全過(guò)程監(jiān)測(cè)隧道周邊建(構(gòu))筑物的變化情況，及時(shí)測(cè)量各主要工序施工階段引起的動(dòng)態(tài)沉降數(shù)值，并與分析計(jì)算值比較，及時(shí)反饋指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。主要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容參見(jiàn)下表。

隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及量測(cè)方法

本工法通過(guò)對(duì)淺埋條件下大斷面隧道綜合開挖技術(shù)研究運(yùn)用，安全可行，施工運(yùn)用簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)單并具有可操作性。經(jīng)驗(yàn)證，施工中未對(duì)周邊圍巖及地表構(gòu)筑物產(chǎn)生擾動(dòng)，不影響周圍居民正常工作生活。為以后類似城市及野外下穿文物、建筑等保護(hù)性淺埋大斷面隧道的規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)，新創(chuàng)工法技術(shù)將促進(jìn)地下工程施工技術(shù)進(jìn)步，社會(huì)效益和環(huán)境效益顯著。