特長深埋公路隧道的施工工法的製作方法
2023-05-28 16:55:36 1
專利名稱：特長深埋公路隧道的施工工法的製作方法
技術領域：
本發明屬於隧道施工技術領域，尤其涉及一種特長深埋公路隧道的施工方法。
背景技術：
在公路交通快速發展的今天，對修建跨區域的大型公路通道提出了強烈的需求， 但由於一些自然條件的影響，如大型山脈的天然阻隔，給這些通道的修建帶來了很大的困難。比如，新疆受天山山脈的阻隔，南北疆之間的公路通道就一直沒有實施。制約這些大型公路通道實施的關鍵就是穿越大型山脈的越嶺隧道的修建。大型山脈海拔較高，穿越這些大型山脈的隧道往往具有特長、深埋(埋深達IOOOm以上)的特徵。特長、深埋的隧道(以下簡稱長深隧道)有三個需要解決的問題一是隧道的地質勘查問題；二是隧道的快速施工問題；三是運營階段的通風防災問題。當隧道埋深達IOOOm以上時，一般不能打豎向探孔，因而對隧址範圍內的圍巖、地下水等地質情況不能做有效地探明。同理，由於埋深太大，長深隧道修建豎斜井幾乎也不可能(目前世界上最深的豎斜井為661m)，施工過程中就無法開拓多掌子面，實現「長隧短打」; 同樣，長深隧道的運營通風防災問題也無法得到有效解決。為了解決長深隧道在施工中面臨的上述三個問題，我們有必要對現有隧道的施工結構及施工工法進行改進。現有隧道的施工方法主要有兩種鑽爆法和大型TBM法(隧道掘進機法)。鑽爆法獨頭月掘進速度僅150m/月，施工效率較低。大型TBM國內的掘進速度可達400m/月，但雙車道高速公路隧道直徑達11.細左右，設備採購費高達3 4億元人民幣，且施工中耗電量大，使用成本高，隧道斷面空間浪費大，經濟性較差。而且，單獨採用上述任一種施工方法都很難滿足大型公路通道中對長深隧道的修建要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種施工簡單、方便、施工成本低、施工工期短、且能有效實現特長深埋公路隧道施工的施工方法。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種特長深埋公路隧道的施工工法，包括以下步驟
(1)施工平行導洞根據已擬定的所述特長深埋公路隧道的隧址，在該公路隧道進口端端面的中間位置，利用小直徑隧道掘進機先行掘進一平行導洞；所述平行導洞位於所述公路隧道的兩隧道主洞之間，且與隧道主洞平行布置；
(2)鑽爆掘進上述利用小直徑隧道掘進機掘進平行導洞的過程中，在所述兩隧道主洞的進口端、出口端以及所述平行導洞的出口端同時採用鑽爆法進行掘進；
(3)開闢掌子面施工過程中，控制所述平行導洞的掘進速度快於所述兩隧道主洞的掘進速度，然後在所述平行導洞掘進端的左側和右側分別開挖橫向通風道，使其到達兩側隧道主洞所在區域，然後在該區域開闢新的掌子面，並在該掌子面處使用鑽爆法施工；隨著平行導洞的不斷深入，每隔一定間距便在其掘進端的左右兩側重複開挖橫向通風道和掌子(4)開挖隧道主洞在已經開闢的各掌子面前、後兩端分別採用鑽爆法持續掘進，直至兩側的隧道主洞全部貫通，施工完成。作為對上述技術方案的進一步改進，上述施工工法中，通過所述先行掘進的平行導洞進行前方的超前地質勘探和地質預報。通過地質勘探和地質預報可探明前方隧址範圍內的圍巖情況及地下水富存情況，根據探明的情況可更好地指導所述兩個隧道主洞的掘進施工。具體的地質勘探手段本領域技術人員可根據公知常識、地質條件及長中短程預報的需要自行選擇和組合。上述的特長深埋公路隧道的施工工法中，所述小直徑隧道掘進機的掘進半徑優選為 3. 5m 5m。上述的特長深埋公路隧道的施工工法中，所述施工工法優選是通過一施工通風通道進行通風，該施工通風通道包括由所述平行導洞充當的送風道以及由所述已開挖隧道主洞充當的排風道，所述送風道和排風道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風道連通，並通過射流風機和軸流風機弓I導風向。上述的特長深埋公路隧道的施工工法中，所述施工工法優選是通過一渣土運輸通道進行出渣，該渣土運輸通道包括由所述平行導洞充當的空載車進洞通道以及由所述已施工隧道主洞充當的渣土滿載車出洞通道，所述空載車進洞通道與渣土滿載車出洞通道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風道連通，施工過程中控制空載車進洞路線與所述施工通風通道中的新鮮空氣流向一致，控制渣土滿載車出洞路線與所述施工通風通道中汙濁空氣流向一致。與現有技術相比，本發明的優點在於本發明的施工方法是採用TBM法加鑽爆法進行聯合施工，利用小直徑TBM快速掘進，在左右兩個隧道主洞中間開闢一個平行導洞，利用平行導洞解決了因不能打豎向探孔而導致的無法進行地質勘探的問題，而平行導洞形成後結合鑽爆法開闢多個掌子面解決了快速施工的技術難題，最後利用平行導洞、橫向通風道以及左右隧道主洞組成的通道網絡，解決了施工運營階段由於不能打豎斜井導致的通風防災難題。綜上，採用本發明的施工方法解決了特長、深埋公路隧道的快速施工、地質勘探及施工運營階段的通風防災等關鍵性技術問題，為今後特長、深埋公路隧道的施工建造開闢了廣闊的應用前景。
圖1為本發明具體實施方式
中施工步驟1和步驟2階段的施工狀態示意圖。圖2為本發明具體實施方式
中施工步驟3階段的施工狀態示意圖。圖3為本發明具體實施方式
中施工步驟4和步驟5階段的施工狀態示意圖。圖4為本發明具體實施方式
中施工完成後的施工狀態示意圖。圖5為本發明具體實施方式
中公路隧道的橫斷面圖。圖6為本發明具體實施方式
中施工通風通道的通風流向示意圖。圖7為本發明具體實施方式
中渣土運輸通道的渣土運輸流向示意圖(圖7中實箭頭線表示空載車進洞路線，圖7中虛箭頭線表示渣土滿載車出洞路線)。(以上圖1 圖7中，尾端帶方塊箭頭表示新鮮空氣進洞流向，尾端帶圓圈箭頭表示汙濁空氣出洞流向)。圖例說明
1、隧道主洞；11、人行及車行橫通道；2、平行導洞；3、小直徑隧道掘進機；4、橫向通風道；5、掌子面；6、射流風機；7、軸流風機。
具體實施例方式以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。實施例
某擬設計施工的特長、深埋公路隧道，長14km，其穿越天山主脈，屬高山與冰川侵蝕堆積地貌，隧道沿線崇山峻岭，山頂冰川發育，山體巖性主要為白雲質大理巖、結晶灰巖夾綠泥絹雲石英片巖等。隧道路線擬採用高速公路方案，按照展線需要並為了避開山頂常年凍土及冰川，隧道進出口標高分別為和2760m，最小埋深達1700m，最大埋深達MOOm。 該隧道由於路線長、埋深大，且山頂覆蓋冰川，豎斜井施工風險很大，因此採用本發明的施工工法對該公路隧道進行施工。一種如圖1 圖5所示的本發明的特長深埋公路隧道的施工工法，具體包括以下的施工步驟。(1)施工平行導洞首先，根據已經確定的該公路隧道的設計方案，該隧道採用帶平行導洞的雙洞單向的斷面結構形式(參見圖5)，其隧址及基本施工方案也相應確立；如圖1和圖5所示，在本實施例公路隧道的兩個隧道主洞1進口端(即圖1中的A端)的中間位置的拱頂，先利用細 5m的敞開式小直徑隧道掘進機3 (TBM)從隧址進口端快速掘進， 以形成一與隧道主洞1平行布置的平行導洞2。(2)鑽爆掘進如圖1所示，在兩個隧道主洞1的進口端(即圖1中的A端)、出口端 (即圖1中的B端)以及平行導洞2的出口端(即圖1中的B端)，同時採用鑽爆法進行掘進並開挖至設計斷面；小直徑隧道掘進機3在平行導洞2中的掘進速度(小直徑隧道掘進機的掘進速度可根據施工要求進行調整，一般月掘進速度控制在800m/月)快於兩個隧道主洞1 的掘進速度(左右兩個隧道隧道主洞1的掘進速度可按400m/月施工)，並通過超前的平行導洞2進行前方的超前地質勘探和地質預報，超前地質勘探和地質預報的主要手段有隧道地質超前預報系統(TST測試、TSP測試等)、地質雷達、瞬變電磁法、紅外探測技術等(這些技術手段均為本領域常規技術)，地應力測試將綜合使用Kaiser效應測試、硐壁應力測試及有限元數值模擬等技術，這些技術手段可由本領域技術人員根據地質條件及長中短程預報的需要組合使用。在上述步驟(1)和步驟(2 )的施工中，施工通風相對簡單，新鮮空氣的進洞流向和汙濁空氣的出洞流向如圖1中的箭頭所示。(3)開闢掌子面如圖2所示，當平行導洞2掘進到一定長度後(具體長度可根據實踐中的施工要求確定，例如可選擇Ikm左右)，在平行導洞2掘進端的左側和右側分別開挖橫向通風道4，使左、右兩側的橫向通風道4的達到兩側隧道主洞1所在區域，然後在橫向通風道4的末端使用鑽爆法開闢掌子面5 ；隨著平行導洞2的不斷掘進，每隔4km (3km 5km均可)便在其掘進端的左右兩側重複開挖橫向通風道4和掌子面5，直至掌子面5的數量滿足兩個隧道主洞1設計施工的要求；在本步驟(3)的施工中，新鮮空氣的進洞流向和汙濁空氣的出洞流向如圖2中的箭頭所示。(4)開闢人行及車行橫通道如圖2、圖3所示，在兩隧道主洞1的掘進過程中，適時開闢連通兩隧道主洞1的人行及車行橫通道11 ；各個人行及車行橫通道11的間隔距離控制在250m 500m (也可以分別單獨設置人行橫通道和車行橫通道)；人行及車行橫通道 11不僅可用作施工通風通道，更重要的是還可作為渣土運輸通道。(5)開挖隧道主洞如圖3所示，待中間的平行導洞2貫通後，利用其與左右隧道主洞1已開挖部分組成施工通風通道和渣土運輸通道；繼續採用鑽爆法在已經開挖好的掌子面5前、後兩端進行雙向掘進，在兩個隧道主洞1的進出口端及平行導洞2的出口端已開挖部分同樣繼續用鑽爆法掘進，直至如圖4所示兩側的隧道主洞1全部貫通，隧道主洞1全部貫通後，對平行導洞2進行擴挖形成設計斷面，施工完成。如圖6所示，上述的施工通風通道包括由平行導洞2充當的送風道送入新鮮空氣以及由已施工隧道主洞1充當的排風道排出汙濁空氣，送風道和排風道通過人行及車行橫通道11和橫向通風道4連通，並通過射流風機6和軸流風機7引導風向。如圖7所示，上述的渣土運輸通道包括由平行導洞2充當的空載車進洞通道以及由已施工隧道主洞1充當的渣土滿載貨車出洞通道，施工過程中控制空載車進洞路線與施工通風通道中的新鮮空氣流向一致，控制渣土滿載車出洞路線與施工通風通道中汙濁空氣流向一致。以本具體實施方式
中確定的長14km的公路隧道為例，該公路隧道可在15個月左右完成第一階段的施工，在第26個月左右能夠使平行導洞2完全貫通，在第36個月左右能夠基本完成該公路隧道的施工。如果採用現有鑽爆法施工，掘進速度按250m/月，則掘進時間為32個月，施工準備期3個月，設備安裝12個月計，共計工期47個月；大型掘進機掘進速度取400m/月，因為是獨頭掘進，則掘進時間為40個月，施工準備5個月，設備安裝12個月計，共計工期57個月。上述具體實施方式
中採用了小直徑TBM結合鑽爆法的施工方法，即先用小直徑掘進機先行快速掘進形成平行導洞，同時結合鑽爆法拓展掌子面進行隧道主洞的快速施工。 該施工方法靈活高效地結合了小直徑TBM施工快速、安全的特點以及鑽爆法靈活、技術成熟的優勢，具有相當大的技術優勢。更重要的是，上述的施工方法能利用小直徑TBM (月掘進隧道達800 1000 m/月)快速形成平行導洞，解決特長、深埋公路隧道修建過程中的技術難題，使得穿越大型山脈修建跨區域大型公路通道成為了可能。以上應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，該實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及核心思想。本領域的一般技術人員在應用本發明的過程中在具體實施方式
及細節上均會有改變之處。例如可以經過經濟技術對比採用兩臺小直徑掘進機從兩個隧道主洞掘進(以等同替換隧道主洞的鑽爆法施工)而平行導洞的掘進則可用鑽爆法替代；在橫向通風道之間也可設置臨時橫向通道連接先行平行導洞和主洞；主洞施工過程中以上臺階法快速掘進等。因此，上述實施例的內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種特長深埋公路隧道的施工工法，包括以下步驟(1)施工平行導洞根據已擬定的所述特長深埋公路隧道的隧址，在該公路隧道進口端端面的中間位置，利用小直徑隧道掘進機先行掘進一平行導洞；所述平行導洞位於所述公路隧道的兩隧道主洞之間，且與隧道主洞平行布置；(2)鑽爆掘進上述利用小直徑隧道掘進機掘進平行導洞的過程中，在所述兩隧道主洞的進口端、出口端以及所述平行導洞的出口端同時採用鑽爆法進行掘進；施工過程中，控制所述平行導洞的掘進速度快於所述兩隧道主洞的掘進速度；(3)開闢掌子面在所述平行導洞掘進端的左側和右側分別開挖橫向通風道，使其到達兩側隧道主洞所在區域，然後在該區域開闢新的掌子面，隨著平行導洞的不斷深入，每隔一定間距便在其掘進端的左右兩側重複開挖橫向通風道及掌子面；在各個掌子面處使用鑽爆法開挖剩餘的隧道主洞；(4)開闢人行及車行橫通道在兩隧道主洞掘進過程中，適時開闢連通兩隧道主洞的人行橫通道和車行橫通道；(5)開挖隧道主洞在已經開闢的各掌子面前、後兩端分別採用鑽爆法持續掘進，直至兩側的隧道主洞全部貫通，施工完成。
2.根據權利要求1所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特徵在於通過所述先行掘進的平行導洞進行前方的超前地質勘探和地質預報。
3.根據權利要求1或2所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特徵在於所述小直徑隧道掘進機的掘進半徑為3. 5m 5m。
4.根據權利要求3所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特徵在於所述施工工法是通過一施工通風通道進行通風，該施工通風通道包括由所述平行導洞充當的送風道以及由所述已開挖隧道主洞充當的排風道，所述送風道和排風道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風道連通，並通過射流風機和軸流風機引導風向。
5.根據權利要求4所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特徵在於所述施工工法是通過一渣土運輸通道進行出渣，該渣土運輸通道包括由所述平行導洞充當的空載車進洞通道以及由所述已施工隧道主洞充當的渣土滿載車出洞通道，所述空載車進洞通道與渣土滿載車出洞通道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風道連通，施工過程中控制空載車進洞路線與所述施工通風通道中的新鮮空氣流向一致，控制渣土滿載車出洞路線與所述施工通風通道中汙濁空氣流向一致。
全文摘要
本發明公開了一種特長深埋公路隧道的施工工法，包括以下步驟在該公路隧道進口端端面的中間位置，利用小直徑隧道掘進機先行掘進一平行導洞，並使其與隧道主洞平行布置；在兩隧道主洞的進口端、出口端以及平行導洞的出口端同時採用鑽爆法進行掘進，並控制平行導洞的掘進速度快於隧道主洞；在平行導洞掘進端的兩側開挖橫向通風道，並開闢新的掌子面，並保證每隔一定間距重複開挖橫向通風道及掌子面，直至中間平行導洞貫通；在各掌子面處使用鑽爆法開挖剩餘的隧道主洞；在隧道主洞掘進過程中適時開闢人行及車行橫通道；直至隧道主洞全部貫通，施工完成。本發明的施工工法結合了掘進機法和鑽爆法的優點，使修建跨區域大型公路通道成為可能。
文檔編號E21F1/00GK102296963SQ20111021813
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者傅立新, 劉永勝, 易震宇, 柏署, 王建華, 王明明, 蔣正華, 蔣勝波, 陳驊偉 申請人:湖南省交通規劃勘察設計院