阅读说明：本技术 既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法 (Climbing reverse construction method for newly building large-section tunnel in existing cavern side direction ) 是由 陈二平 刘永明 冀荣华 杨永强 王刚 李艳厂 刘宁 黄义雄 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法,在既有洞室内采用先爬升进洞开挖上台阶,然后折回开挖其余上台阶,再次折回开挖中台阶和下台阶,最后反向完成交叉口挑顶,从而完成既有洞室侧向新建为大断面隧道的施工。对于地表沉降要求较高,但围岩级别较差(Ⅳ级)的地下洞室的工程时,本发明的施工方法先爬升进洞开挖上台阶,然后折回开挖其余上台阶,再次折回开挖中台阶和下台阶,最后反向完成交叉口挑顶。其优点是能够在施工爬升段后使用台阶法开挖,台阶法和爬升段创新性地结合,控制了地表的沉降和围岩的位移变形,确保了施工的安全,保证了围岩的稳定,有效地控制了地表沉降。(The invention discloses a climbing reverse construction method for newly building a large-section tunnel in the existing cavern in the lateral direction. When the construction method is used for the engineering of the underground cavern with higher requirement on surface subsidence but poor surrounding rock level (IV level), the construction method firstly climbs into the tunnel to excavate the upper step, then turns back to excavate the rest of the upper step, turns back to excavate the middle step and the lower step again, and finally reversely finishes intersection top-lifting. The construction method has the advantages that the step method can be used for excavating after the construction climbing section, the step method is innovatively combined with the climbing section, the settlement of the earth surface and the displacement deformation of the surrounding rock are controlled, the construction safety is ensured, the stability of the surrounding rock is ensured, and the settlement of the earth surface is effectively controlled.)

既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法

技术领域

本发明涉及一种隧道的施工方法，特别是一种既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法。

背景技术

我国地下洞室的工程较多，因此地下洞室工程的开挖和支护技术也较成熟，但对于在要保证已有的坑道洞室稳定条件下，对其扩挖出更大的与既有洞室有一定交角的洞室的施工技术较少。既有洞室与新建扩挖洞室断面相差较大，为小断面转大断面，且扩建洞室并不是既有洞室的原位扩挖，而与既有洞室有一定交角。当洞室整体分为三台阶开挖，且不能直接在进洞口开挖上台阶时，如何安全进洞成为难点。施工过程不可避免地对原有洞室的围岩会有扰动，需要保证其稳定并使得原有洞室与新开挖洞室形成整体。因此，如何实现在进行坑道的改挖扩建时保证既有坑道的稳定和扩建工程的顺利进行成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法。该方法可实现在进行坑道的改挖扩建时保证既有坑道的稳定和扩建工程的顺利进行。

本发明的技术方案：一种既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法，在既有洞室内采用先爬升进洞开挖上台阶，然后折回开挖其余上台阶，再次折回开挖中台阶和下台阶，最后反向完成交叉口挑顶，从而完成既有洞室侧向新建为大断面隧道的施工。

前述的既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法中，具体施工方法包括以下步骤：

A.进行爬升段开挖：开口处施工先开挖出下断面，开口处制作型钢门架作为临时支撑，再采取斜向上通过临时爬升通道全断面开挖的方式开挖出上断面，开挖爬升至拱顶标高，临时爬升通道底部标高为洞室断面起拱线高度，开挖后立即进行混凝土喷射，第一层喷射完毕后，施做锚杆和工字钢，完成后再进行第二次混凝土喷射；

B.进行上台阶正向开挖：临时爬升通道爬升至预定高度后，对扩建洞室剩余长度范围的上台阶围岩采用中隔墙法分左、右两幅分别开挖，先施做左半幅拱部超前注浆小导管，再开挖左半幅①号区域，施做初期支护及临时中隔壁支撑，然后施做右半幅拱部超前注浆小导管，进行右半幅②号区域开挖，并及时施做初期支护；

C.进行上台阶反向开挖：上台阶正向开挖完成后，沿着临时爬升通道反向往既有洞室方向采用全断面法开挖，在进行反向扩挖时，临时爬升通道用碎渣充填平整，在原有临时爬升通道内设置供人员通行和混凝土泵送的钢管通道；

D.进行中下台阶施工：扩建洞室上台阶开挖并支护完成后，先清理临时爬升通道内弃渣，拆除钢管临时通道，下部岩体剩余部分分为中台阶和下台阶两步开挖，施工时分为4个区域，按照图纸中序号进行顺序开挖及支护作业，开挖完毕后及时施做初期支护，初期支护和围岩位移趋于稳定后施做二次衬砌；

E. 进行挑顶施工：掌子面推进至既有洞室边墙处后，将前期临时爬升通道内的填渣转运至主洞室内部，将主洞室地面填筑至设计标高，将施工台架架设至填土上后，采用循环进尺逐步开挖新建洞室与既有洞室相交部分顶部围岩并及时施做初期支护，在初期支护和围岩位移趋于稳定后施做二次衬砌，每次循环进尺≤1m。

前述的既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法中，步骤A中，临时爬升通道为斜向上25°设置，开挖上断面时，单次进尺为2m，起点断面高度设置为5m，终点断面高度设置为6m，爬升段开挖循坏进尺长度控制在2m以内，开挖后立即进行混凝土喷射，第一层喷射厚度为5cm。

前述的既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法中，步骤B中，左、右半幅开挖步距控制在9-11m，采用控制***方式进行开挖，每次循环进尺≤1.5m。

前述的既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法中，步骤C中，钢管通道直径为2m。

前述的既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法中，步骤D中，按照图纸中序号进行开挖及支护作业时，循环进尺长度≤2m，半幅中下台阶步距控制在6-10m，左、右步距控制10-20m。

本发明的有益效果：与现有技术相比，对于地表沉降要求较高，但围岩级别较差（Ⅳ级）的地下洞室的工程时，本发明的施工方法先爬升进洞开挖上台阶，然后折回开挖其余上台阶，再次折回开挖中台阶和下台阶，最后反向完成交叉口挑顶。其优点是能够在施工爬升段后使用台阶法开挖，台阶法和爬升段创新性地结合，控制了地表的沉降和围岩的位移变形，确保了施工的安全，保证了围岩的稳定，有效地控制了地表沉降。实现了在进行坑道的改挖扩建时保证既有坑道的稳定和扩建工程的顺利进行。

整个施工过程中，采用台阶法扩建洞室时需从上台阶开挖，但因既有洞室断面较小，若直接从既有洞室开挖上台阶会对既有洞室的稳定影响较大，而本发明的施工方法中先施工一爬升段再开挖上台阶，从而避免了开挖上台阶过程中对既有洞室的稳定性影响。

上台阶正向施工后进行上台阶反向扩挖，反向扩挖后可以对挑顶进行施工，保证了既有洞室的拱部以上围岩稳定性。

解决了地下洞室工程无法在沉降要求较高且围岩较差时保证小断面向大断面扩挖时的稳定性的问题。

附图说明

附图1是总体施工流程图；

附图2是扩建洞室开挖断面图；

附图3是扩建洞室剖面图；

附图4是爬升段断面图；

附图5是扩建洞室断面图；

附图6是上台阶反向扩挖示意图；

附图7是中下台阶施工顺序图；

附图8是中下台阶正向开挖示意图；

附图9是挑顶施工侧视图。

附图标记：1-既有洞室断面；2-爬升段；3-直径2m米钢管通道；4-上台阶反向扩挖段；5-中下台阶正向开挖段；6-挑顶段；7-弃渣堆填区；8-开挖上台阶；9-开挖中台阶；10-开挖下台阶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例：一种既有洞室侧向新建为大断面隧道的爬升反向施工法，如附图1-9所示，其基本思路为：在既有洞室内采用先爬升进洞开挖上台阶，然后折回开挖其余上台阶，再次折回开挖中台阶和下台阶，最后反向完成交叉口挑顶，从而完成既有洞室侧向新建为大断面隧道的施工。

具体施工方法包括以下步骤：

第一步：进行爬升段的开挖

根据现场施工条件，在既有洞室断面1的中间位置处设置开口，开口处施工先开挖出下断面，开口宽度和高度根据现场条件确定，开口处制作型钢门架作为临时支撑，再通过斜向上25°的临时爬升通道全断面开挖的方式开挖出上断面，一次进尺为2m。如图4所示，图4中a为起点断面，b为终点断面，起点断面高度设置为5m，终点断面高度设置为6m，以便迅速到达扩建洞室拱顶。开挖爬升至拱顶标高，临时爬升通道底部标高为洞室断面起拱线高度。爬升段2开挖循坏进尺长度控制在2m以内，开挖后立即进行混凝土喷射，第一层喷射厚度为5cm，然后施做锚杆和工字钢，完成后再进行第二次混凝土喷射，如图3、图4所示。

第三步：进行上台阶正向开挖

临时爬升通道爬升至预定高度后，对扩建洞室剩余长度范围的上台阶围岩采用中隔墙法分左、右两幅分别开挖。先施做左半幅拱部超前注浆小导管，再开挖左半幅，即①号区域，同时施做初期支护及临时中隔壁支撑，然后施做右半幅拱部超前注浆小导管，进行右半幅开挖，即②号区域，并及时施做初期支护。左、右半幅步距控制在10m左右，开挖时采用控制***方式开挖，每循环进尺不大于1.5m，如图5所示。

第四步：进行上台阶反向开挖

上台阶正向开挖完成后，沿着临时爬升通道反向往既有洞室方向采用全断面法开挖，开挖上台阶反向扩挖段4。在进行反向扩挖时，临时爬升通道需用碎渣充填平整，以确保施工台架有较稳固的基础，但人员和物资运输将受到制约，因此在原有通道内设置1根直径2m钢管通道3以供人员通行和混凝土泵送。直径2m钢管通道3内部设置供人员通行的阶梯，同时供泵送混凝土和机械燃料输入，如图6所示。

第五步：进行中下台阶施工

扩建洞室上台阶开挖并支护完成后，即开挖上台阶8结束后，进行中下台阶正向开挖段5的开挖，即开挖中台阶9和开挖下台阶10。开挖时先清理临时爬升通道内弃渣，拆除直径2m米钢管通道3，下部岩体剩余部分分为中台阶和下台阶两步开挖。施工时分为4个区域，按照图7中序号分为I、II、III和IV四个区域，四个区域进行顺序开挖及支护作业，每次循环进尺长度不超过2m，半幅中下台阶步距控制在6—10m，左、右步距控制10-20m。开挖完毕后及时施做初期支护。在初期支护和围岩位移趋于稳定后施做二次衬砌，如图6，图7所示。

第六步：进行挑顶段6的施工

掌子面推进至既有洞室边墙处后，将前期临时爬升通道内的填渣转运至主洞室内部，堆积在图9所示的弃渣堆填区7处，从而将主洞室地面填筑至设计标高，将施工台架架设至填土上后，采用循环进尺逐步开挖新建洞室与既有洞室相交部分顶部围岩并及时施做初期支护，在初期支护和围岩位移趋于稳定后施做二次衬砌，每次循环进尺≤1m。如图8所示。