一種山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，步驟如下：在隧道沒(méi)有塌腔地段，按照隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；在隧道有塌腔地段，當(dāng)塌腔小于新建隧道輪廓時(shí)，直接對(duì)其進(jìn)行爆破，然后按照隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；當(dāng)隧道塌腔大于新建隧道輪廓時(shí)，在隧道有塌腔地段進(jìn)一步采用如下步驟為：在該段隧道中，通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用；向新建隧道輪廓外的塌腔中充填輕質(zhì)材料,采用改進(jìn)的擴(kuò)挖支護(hù)方法，對(duì)該段隧道進(jìn)行擴(kuò)挖施工。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明直接用能量法分析隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)，尋找宏觀定性控制方法，制定實(shí)施方案，并嚴(yán)格控制，防止不利作用力和能量都向結(jié)構(gòu)的薄弱部位轉(zhuǎn)移或集中作用；有利于控制施工風(fēng)險(xiǎn)，確保工程施工安全與質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】
一種山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于施工方法領(lǐng)域，具體涉及一種山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014— 2020年)的實(shí)施，許多上世紀(jì)修建的小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路山體隧道需要改建擴(kuò)挖，而這些隧道修建質(zhì)量相對(duì)差些，甚至存在一些大小不等的塌腔(圖1)，給改建擴(kuò)挖帶來(lái)了施工風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有隧道規(guī)范雖然有許多規(guī)定，但沒(méi)有從力學(xué)概念說(shuō)明隧道改建擴(kuò)挖時(shí)如何處理大小不等的隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。而直接用工程力學(xué)分析隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)非常復(fù)雜，且尚不實(shí)用;采用能量方法分析隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)就相對(duì)簡(jiǎn)單，并能找到處理隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法。
[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有隧道規(guī)范沒(méi)有從力學(xué)概念說(shuō)明隧道改建擴(kuò)挖時(shí)如何處理大小不等的隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，直接用能量方法分析隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)，并找到處理隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)的控制方法。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)如下:
[0005]第一步直接用能量法分析隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)，尋找宏觀定性控制方法；
[0006]控制隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)的能量法本質(zhì)即是確保系統(tǒng)抗力做功ΔU大于荷載做功ΔT0
[0007]Δυ>ΔΤ (1.1)
[0008]式中:AU為系統(tǒng)抗力做功；ΔT為荷載做功。
[0009]通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用，提高系統(tǒng)抗力做功AU;通過(guò)充填輕質(zhì)材料控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊，減輕支護(hù)荷載，減少荷載做功AT;防止不利作用力和能量都向結(jié)構(gòu)的薄弱部位轉(zhuǎn)移或集中作用。
[0010]AT = PASi+WAS2 (1.2)
[0011]式中:P為隧道塌腔掉塊重量；ΔSi為掉塊塌落距尚，充填輕質(zhì)材料后控制Δ Si很小;W為輕質(zhì)材料重量，也很小；Δ S2為輕質(zhì)材料壓縮距離。只要控制好Δ S1、W兩個(gè)量值，就能減少荷載做功A T0
[0012]第二步依據(jù)宏觀定性控制方法，制定實(shí)施方案，并嚴(yán)格控制；
[0013](I)利用式(1.1)通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用，提高了系統(tǒng)抗力做功A U;
[0014](2)同時(shí)利用式(1.2)通過(guò)充填輕質(zhì)材料控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊，減輕支護(hù)荷載，從而減少了荷載做功A T。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0016]山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，步驟如下:
[0017]S1:探明老隧道塌腔位置和相對(duì)大小，并進(jìn)行標(biāo)記；
[0018]S2:在隧道沒(méi)有塌腔地段，按照隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；
[0019]S3:在隧道有塌腔地段，分兩種情況:當(dāng)隧道塌腔小于新建隧道輪廓時(shí)，直接對(duì)其進(jìn)行爆破，然后按照隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；當(dāng)隧道塌腔大于新建隧道輪廓時(shí)，在隧道有塌腔地段進(jìn)一步采用如下步驟為:
[0020]S301:在該段隧道中，通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用；
[0021 ] S302:向新建隧道輪廓外的塌腔中充填輕質(zhì)材料，以控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊；
[0022]S303:采用改進(jìn)的擴(kuò)挖支護(hù)方法，對(duì)該段隧道進(jìn)行擴(kuò)挖施工。
[0023]本發(fā)明所述的隧道塌腔小于新建隧道輪廓是指:隧道塌腔位小于新建隧道輪廓，開挖作業(yè)不會(huì)產(chǎn)生施工風(fēng)險(xiǎn);隧道塌腔大于新建隧道輪廓是指隧道塌腔大于新建隧道輪廓或接近者，開挖作業(yè)容易產(chǎn)生施工風(fēng)險(xiǎn)。
[0024]作為優(yōu)選，所述的棚架設(shè)置范圍為隧道塌腔地段前沿5m至后沿5m。
[0025]作為優(yōu)選，所述的S303具體為:在隧道周邊和掌子面控制變形的情況下，首先對(duì)新建隧道輪廓內(nèi)的上半斷面分左右兩塊縱向開挖I?2m，并及時(shí)封閉支護(hù)，以鋼拱架與噴混凝土初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載;然后再對(duì)下半斷面分左右兩塊縱向開挖I?2m，并及時(shí)封閉支護(hù)，以鋼拱架與噴混凝土初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載;按照上述先上半斷面后下半斷面的方式循環(huán)不斷對(duì)該段隧道進(jìn)行開挖，確?？刂扑淼乐苓吅驼谱用娴淖冃?。這樣分步循環(huán)施工的優(yōu)點(diǎn)是隧道開挖支護(hù)過(guò)程每一步隧道結(jié)構(gòu)與地層相互作用都處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，隧道結(jié)構(gòu)受力變形狀態(tài)是可控的，有利于控制施工風(fēng)險(xiǎn)，確保工程質(zhì)量。
[0026]作為優(yōu)選，所述的輕質(zhì)材料為以下任一類:第一類:廢舊泡沫外包裝通過(guò)粉碎機(jī)粉碎后的粉碎料;第二類:泡沫顆粒;第三類:泡沫砂漿(配合比為泡沫粒:沙:水泥:水:外加劑=25.0: 100:150:150:6.0、其容重4.3kN/m3〈水容重 10kN/m3)。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)在于:首先直接用能量法分析隧道塌腔施工風(fēng)險(xiǎn)，尋找宏觀定性控制方法;其次通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用，提高系統(tǒng)抗力做功A U;通過(guò)充填輕質(zhì)材料控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊，減輕支護(hù)荷載，減少荷載做功ΔT;防止不利作用力和能量都向結(jié)構(gòu)的薄弱部位轉(zhuǎn)移或集中作用;有利于控制施工風(fēng)險(xiǎn)，確保工程施工安全與質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是新老隧道相對(duì)位置示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明的隧道穿越塌腔施工能量分析與控制方法示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明的隧道改進(jìn)擴(kuò)挖支護(hù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說(shuō)明。本發(fā)明中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒(méi)有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。
[0032]山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，步驟如下:
[0033](I)探明老隧道塌腔位置和相對(duì)大小
[0034]采用地質(zhì)雷達(dá)等設(shè)備探明老隧道塌腔位置和相對(duì)大小，標(biāo)記在老隧道襯砌表面，做好施工記錄，作為老隧道改建設(shè)計(jì)依據(jù)。
[0035](2)在隧道沒(méi)有塌腔地段，按照常規(guī)的隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；
[0036](3)在隧道有塌腔地段，分兩種情況進(jìn)行施工:當(dāng)隧道塌腔小于新建隧道輪廓時(shí)，直接對(duì)輪廓線以內(nèi)的巖壁進(jìn)行爆破，然后按照常規(guī)的隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；當(dāng)隧道塌腔大于新建隧道輪廓時(shí)，由于爆破可能導(dǎo)致塌腔進(jìn)一步擴(kuò)大甚至坍塌，造成人身財(cái)產(chǎn)危險(xiǎn)。因此在隧道有塌腔地段進(jìn)一步采用如下步驟為:
[0037](3.1)在隧道有塌腔地段前沿5m位置至后沿5m位置，在該區(qū)段通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用，提高系統(tǒng)抗力做功AU;
[0038](3.2)在做好塌腔地段管棚支護(hù)和插板形成棚架的前提下，通過(guò)向塌腔中預(yù)先充填輕質(zhì)材料控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊，減輕支護(hù)荷載，減少荷載做功AT。輕質(zhì)材料可選擇以下任意一類:第一類:廢舊泡沫外包裝通過(guò)粉碎機(jī)粉碎后的粉碎料;第二類:專制泡沫顆粒;第三類:泡沫砂漿(配合比為泡沫粒:沙:水泥:水:外加劑=25.0:100:150:150:6.0、其容重4.3kN/m3〈水容重 10kN/m3)。
[0039](3.3)在做好隧道塌腔地段管棚支護(hù)和插板形成棚架以及充填輕質(zhì)材料控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊的前提下，改進(jìn)擴(kuò)挖支護(hù)方法，讓鋼拱架與噴混凝土等初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載。圖3示出的為隧道的縱向剖面圖，開挖過(guò)程中對(duì)隧道的橫向截面從橫向和縱向大致分為左上、右上、左下和右下四塊，即圖中的①、②、③和④。在隧道周邊和掌子面控制變形的情況下，第一步以鋼拱架與噴混凝土等初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載，對(duì)上半斷面分左①、右②兩塊縱向開挖I?2m，及時(shí)封閉支護(hù)，此時(shí)以鋼拱架與噴混凝土等初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載。然后第二步對(duì)下半斷面分左③、右④兩塊縱向開挖I?2m，及時(shí)封閉支護(hù)，此時(shí)再以鋼拱架與噴混凝土等初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載。每次上半斷面分①、②兩塊縱向開挖支護(hù)和下半斷面分③、④兩塊縱向開挖支護(hù)，即按上述兩步循環(huán)進(jìn)行掘進(jìn)，確?？刂扑淼乐苓吅驼谱用娴淖冃危欣诒ＷC隧道施工質(zhì)量和安全。
[0040](4)做好隧道二次襯砌。
[0041]對(duì)于山體隧道的較大塌腔且地面變形要求不高的情況，較好滿足施工過(guò)程中隧道周邊甚至掌子面的穩(wěn)定，有效控制隧道周邊變形和地面沉降，確保隧道施工安全和襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
[0042]以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，其特征在于，步驟如下: S1:探明老隧道塌腔位置和相對(duì)大小，并進(jìn)行標(biāo)記； S2:在隧道沒(méi)有塌腔地段，按照隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工； S3:在隧道有塌腔地段，當(dāng)隧道塌腔小于新建隧道輪廓時(shí)，直接對(duì)其進(jìn)行爆破，然后按照隧道施工規(guī)范要求進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)和施工；當(dāng)隧道塌腔大于新建隧道輪廓時(shí)，在隧道有塌腔地段進(jìn)一步采用如下步驟為: S301:在該段隧道中，通過(guò)管棚支護(hù)和插板形成棚架，起支護(hù)作用； S302:向新建隧道輪廓外的塌腔中充填輕質(zhì)材料，以控制隧道塌腔擴(kuò)大和掉塊； S303:采用改進(jìn)的擴(kuò)挖支護(hù)方法，對(duì)該段隧道進(jìn)行擴(kuò)挖施工。2.如權(quán)利要求1所述的山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，其特征在于，所述的棚架設(shè)置范圍為隧道塌腔地段前沿5m至后沿5m。3.如權(quán)利要求1所述的山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，其特征在于，所述的S303具體為:在隧道周邊和掌子面控制變形的情況下，首先對(duì)新建隧道輪廓內(nèi)的上半斷面分左右兩塊縱向開挖I?2m，并及時(shí)封閉支護(hù)，以鋼拱架與噴混凝土初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載;然后再對(duì)下半斷面分左右兩塊縱向開挖I?2m，并及時(shí)封閉支護(hù)，以鋼拱架與噴混凝土初期支護(hù)承擔(dān)全部荷載;按照上述先上半斷面后下半斷面的方式循環(huán)不斷對(duì)該段隧道進(jìn)行開挖，確?？刂扑淼乐苓吅驼谱用娴淖冃巍?.如權(quán)利要求1所述的山體隧道改建擴(kuò)挖施工方法，其特征在于，所述的輕質(zhì)材料為以下三類中的任一種:第一類為廢舊泡沫外包裝通過(guò)粉碎機(jī)粉碎后的粉碎料;第二類為泡沫顆粒;第三類為泡沫砂漿，其配合比為泡沫粒:沙:水泥:水:外加劑=25.0:100:150:150:.6.0，容重 4.3kN/m3。
【文檔編號(hào)】E21D9/01GK105952464SQ201610367292
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】朱漢華, 陳孟沖, 牛富生
【申請(qǐng)人】寧波市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司