CN109882186A - 一种公路隧道的洞口结构及隧道的单向出洞方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种公路隧道的单向出洞方法，采用台阶法分层对隧道的掌子面进行开挖，降低了每一次开挖的尺寸，减少了对隧道围岩的扰动，同时使隧道在每层开挖时均进行封闭成环，能够控制隧道变形，降低隧道施工风险；其次，上台阶以较小的尺寸先行出洞，为隧道出口洞外防护工程提供了施工通道，方便施工所需的风、水、电等的使用；另外，二次衬砌及时施做，能够控制隧道初期支护变形，降低围岩塑性区范围，增加施工稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及公路隧道建设技术领域，具体为一种公路隧道的洞口结构及隧道的单向出洞方法。
背景技术
目前隧道进洞方式通常以明洞进洞为主，其进洞时需要先进行隧道洞口边仰坡的施做，当仰坡处覆盖层高度具备暗洞进洞条件时，在此桩号位置施做套拱，进行管棚施做，在管棚支护下进行隧道暗洞开挖。待进洞后，再施做明洞、洞门，最后进行明洞回填。明洞进洞时，会造成大量挖方，当地形较为陡峻时会产生高大边坡及仰坡，对环境造成很大破坏。
针对现有的方法对环境破坏较大的问题，有必要推广一种新型隧道进出洞方法，减小隧道洞口开挖对环境的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种公路隧道的洞口结构及隧道的单向出洞方法，隧道施工采用单向出洞方法，使用三台阶法开挖，该方法能够控制隧道变形，降低隧道施工风险，减少隧道开挖土方，降低隧道施工对环境的破坏，缩短施工工期，具有较好的经济效益与社会效益。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种公路隧道单向出洞方法，包括以下步骤：
步骤1、在隧道掌子面距离隧道出洞预定距离时，采用台阶施工法沿隧道掌子面至洞口方向进行施工；
步骤2、分段开挖上部台阶，在上台阶待开挖段的顶部施工超前支护；
步骤3、沿隧道掘进方向开挖超前支护对应段的上台阶部分，并对开挖的上台阶部分施工上台阶初期支护；
步骤4、重复步骤2至步骤3，直至隧道的上台阶贯通；
步骤5、按照挖掘进度分段拆除上台阶初期支护的仰拱，每拆除一段上台阶初期支护的仰拱，然后开挖该拆除段对应的下层台阶；
步骤6、对开挖后的下层台阶段进行下层台阶初期支护，使下层台阶初期支护和对应位置的上台阶初期支护环向封闭，形成初期支护；
步骤7、重复步骤5和步骤6，直至隧道的挖掘长度满足二次衬砌施做条件时，在初期支护的表面进行隧道的二次衬砌的施工；
步骤8、重复步骤5至步骤7，直至隧道的下层台阶贯通出洞。
优选的，所述步骤1中隧道掌子面采用三台阶法进行施工，自上而下分别为上台阶、中台阶和下台阶。
优选的，所述步骤3中上台阶初期支护包括拱顶和上台阶临时仰拱，拱顶设置在隧道的顶部，上台阶临时仰拱设置在下层台阶的顶面，使拱顶和上台阶临时仰拱封闭成环。
优选的，所述中台阶和下台阶的掘进方法具体如下：
按照掘进进度拆除对应长度的上台阶临时仰拱，然后对该部分对应位置的中台阶进行开挖，并对开挖后的中台阶部分做中台阶初期支护，并使中台阶初期支护与上台阶初期支护环形封闭，中台阶初期支护包括设置在隧道供腰上的边墙和下台阶顶面的中台阶临时仰拱；
开挖下台阶前，按照掘进进度拆除对应长度的中台阶临时仰拱，开挖拆除的中台阶临时仰拱对应位置的下台阶部分，开挖结束后，在下台阶开挖段的表面进行仰拱施工，使仰拱、边墙和拱顶封闭成环，完成该段的初期支护。
优选的，所述步骤2的超前支护的施工方法具体为，采用多个超前小导管倾斜***隧道拱顶的围岩中。
优选的，步骤7所述当初期支护的长度大于9m时，进行二次衬砌的施工。
本发明还提供了一种公路隧道洞口结构，该隧道的横断面为环形封闭结构，隧道由内而外包括二次衬砌、初期支护以及设置在初期支护拱顶顶部围岩中的超前支护层。
优选的，初期支护包括自上而下设置的拱顶、两个边墙和仰拱；拱顶设置在隧道的顶部，两个边墙分别设置在拱顶的两端，且位于隧道的供腰位置，仰拱设置在隧道的底部，仰拱的两端分别与两个边墙连接。
优选的，超前支护层为多个超前小导管，多个超前小导管等间距倾斜向上***围岩中。
优选的，所述超前小导管的直径为50mm，其壁厚5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
一种公路隧道的单向出洞方法，采用台阶法分层对隧道的掌子面进行开挖，降低了每一次开挖的尺寸，减少了对隧道围岩的扰动，同时使隧道在每层开挖时均进行封闭成环，能够控制隧道变形，降低隧道施工风险；其次，上台阶以较小的尺寸先行出洞，为隧道出口洞外防护工程提供了施工通道，方便施工所需的风、水、电等的使用；另外，二次衬砌及时施做，能够控制隧道初期支护变形，降低围岩塑性区范围，增加施工稳定性。
该公路隧道的洞口结构，采用超前支护替代现有的超前管棚进行围岩超前支护，取消了超前管棚支护中的套拱，减少了对大直径钢管和注浆材料的需求，节约了资源，同时取消了管棚施工时施工设备的需求以及施工作业平台，减少了对隧道边坡和仰坡的开挖，降低了对隧道洞口环境的破坏，减少了开挖方量的处理，降低了工程造价。
附图说明
图1为本发明出洞方法的剖视图；
图2为本发明纵向剖面图；
图3为图2中A-A断面剖视图；
图4为图2中B-B断面剖视图；
图5为图2中C-C断面剖视图；
图6为现有隧道洞口段结构图。
图中：1-围岩，2-超前小导管，3-初期支护，4-上台阶，5-上台阶临时仰拱，6-中台阶，7-中台阶临时仰拱，8-下台阶，9-隧道暗洞出口，10-二次衬砌，11-隧道掘进方向，12-隧道掌子面，13-超前管棚，14-套拱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1-6所示，一种公路隧道单向出洞方法，包括以下步骤：
步骤1、在隧道掌子面距离隧道出洞预定的距离时，采用台阶施工法沿隧道掌子面至洞口方向进行施工，如图1所示，隧道掘进方向11由左边到右边施工至隧道暗洞出口9；
具体为在隧道掌子面12距出洞25m时，采用三台阶法进行隧道掌子面施工，将隧道掌子面12自上而下分为上台阶、中台阶和下台阶，图1和2为三台阶法的隧道轴测图和剖视图。
步骤2、在上台阶4的待开挖段的顶部施工超前支护加固围岩1，超前支护采用直径为50mm、壁厚5mm的超前小导管2，将超前小导管2倾斜向上25°***围岩。
步骤3、开挖隧道超前支护段的上台阶部分；按初期支护拱架间距，逐榀进行上台阶4开挖，每次开挖长度为2m。
步骤4、每开挖一段对开挖后的上台阶部分做上台阶初期支护，上台阶初期支护3包括拱顶和上台阶临时仰拱5，上台阶临时仰拱5设置在中台阶的顶面，使拱顶和上台阶临时仰拱5封闭成环，完成该上台阶开挖段的上台阶初期支护。
步骤5、重复步骤2至步骤4，直至隧道的上台阶贯通；隧道上台阶贯穿的横断面如图3所示。
步骤6、对隧道出口洞口的边坡做防护施工；
所述隧道洞口外防护施工包括隧道洞口仰坡、边坡和洞顶截水沟。
步骤7、隧道出口洞顶使用贫混凝土回填至拱顶埋深2.5m；
步骤8、自隧道内部至洞口方向分段拆除上台阶临时仰拱，每拆除一段上台阶临时仰拱，然后对该部分的中台阶6进行开挖，并对开挖后的中台阶部分做中台阶初期支护，中台阶初期支护包括边墙和中台阶临时仰拱7，边墙设置在隧道的供腰位置，中台阶临时仰拱7设置在下台阶8的顶面，使边墙、上台阶临时仰拱5和步骤4的拱顶封闭成环，完成该中台阶开挖段的中台阶初期支护。隧道中台阶贯穿的横断面如图4所示。
每次拆除的中台阶临时仰拱7的长度为预计一次开挖中台阶的长度。
步骤9、开挖下台阶8，在开挖前首先拆除一段中台阶临时仰拱7，开挖拆除的中台阶临时仰拱7对应位置的下台阶8部分，该部分下台阶开挖结束后，在其表面进行仰拱施工，即隧道的底部，使仰拱、边墙和拱顶封闭成环，完成该段的初期支护。隧道整体贯穿后的横断面如图5所示。
所述的中台阶6和下台阶8一次开挖距离小于5m。
步骤10、重复步骤8和步骤9，直至隧道的挖掘长度满足二次衬砌施做条件时，在初期支护的表面进行隧道的二次衬砌10的施工。
其中，二次衬砌施做条件为隧道的整体开挖长度大于9m时，既初期支护的长度大于9m时，在初期支护的表面进行二次衬砌的施工。
步骤11、重复步骤8至和步骤10，直至隧道的中台阶和下台阶贯通出洞；
步骤12、施工隧道洞口工程；包括施做明洞衬砌、洞门、明洞回填和边坡复绿。
该公路隧道的单向出洞方法，采用上、中、下三台阶开挖，降低了每一次开挖的尺寸，中台阶和下台阶开挖步距不超过5m，减少了对隧道围岩的扰动，同时使隧道在每步开挖时均进行封闭成环，能够控制隧道变形，降低隧道施工风险；其次，上台阶以较小的尺寸先行出洞，为隧道出口洞外防护工程提供了施工通道，方便施工所需的风、水、电等的使用；另外，二次衬砌及时施做，能够控制隧道初期支护变形，降低围岩塑性区范围，增加施工稳定性。
本发明还提供一种公路隧道的洞口结构，该隧道的横断面为环形封闭结构，隧道由内而外包括二次衬砌、初期支护以及设置在初期支护拱顶顶部围岩中的超前支护层。
初期支护包括自上而下设置的拱顶、两个边墙和仰拱。拱顶设置在隧道的顶部，两个边墙分别设置在拱顶的两端，且位于隧道的供腰位置，仰拱设置在隧道的底部，仰拱的两端分别与两个边墙连接。
超前支护层为多个超前小导管，多个超前小导管等间距倾斜***围岩中。
超前小导管的直径为50mm，其壁厚5mm。
该一种公路隧道的洞口结构，采用超前小导管替代现有的超前管棚13进行围岩超前支护，取消了超前管棚支护中的套拱14，减少了对大直径钢管和注浆材料的需求，节约了资源。取消了使用管棚施工时施工设备的需求以及管棚施工的作业平台，减少了对隧道边坡和仰坡的开挖，降低了对隧道洞口环境的破坏，减少了开挖方量的处理，降低了工程造价。图6为现有隧道洞口的结构图。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种公路隧道单向出洞方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在隧道掌子面距离隧道出洞预定距离时，采用台阶施工法沿隧道掌子面至洞口方向进行施工；
步骤2、分段开挖上部台阶，在上台阶待开挖段的顶部施工超前支护；
步骤3、沿隧道掘进方向开挖超前支护对应段的上台阶部分，并对开挖的上台阶部分施工上台阶初期支护；
步骤4、重复步骤2至步骤3，直至隧道的上台阶贯通；
步骤5、按照挖掘进度分段拆除上台阶初期支护的仰拱，每拆除一段上台阶初期支护的仰拱，然后开挖该拆除段对应的下层台阶；
步骤6、对开挖后的下层台阶段进行下层台阶初期支护，使下层台阶初期支护和对应位置的上台阶初期支护环向封闭，形成初期支护；
步骤7、重复步骤5和步骤6，直至隧道的挖掘长度满足二次衬砌施做条件时，在初期支护的表面进行隧道的二次衬砌(10)的施工；
步骤8、重复步骤5至步骤7，直至隧道的下层台阶贯通出洞。
2.根据权利要求1所述公路隧道单向出洞方法，其特征在于，所述步骤1中隧道掌子面采用三台阶法进行施工，自上而下分别为上台阶、中台阶和下台阶。
3.根据权利要求2所述公路隧道单向出洞方法，其特征在于，所述步骤3中上台阶初期支护(3)包括拱顶和上台阶临时仰拱(5)，拱顶设置在隧道的顶部，上台阶临时仰拱(5)设置在下层台阶的顶面，使拱顶和上台阶临时仰拱(5)封闭成环。
4.根据权利要求3所述公路隧道单向出洞方法，其特征在于，所述中台阶和下台阶的掘进方法具体如下：
按照掘进进度拆除对应长度的上台阶临时仰拱(5)，然后对该部分对应位置的中台阶(6)进行开挖，并对开挖后的中台阶部分做中台阶初期支护，并使中台阶初期支护与上台阶初期支护环形封闭，中台阶初期支护包括设置在隧道供腰上的边墙和下台阶顶面的中台阶临时仰拱(7)；
开挖下台阶前，按照掘进进度拆除对应长度的中台阶临时仰拱(7)，开挖拆除的中台阶临时仰拱(7)对应位置的下台阶(8)部分，开挖结束后，在下台阶开挖段的表面进行仰拱施工，使仰拱、边墙和拱顶封闭成环，完成该段的初期支护。
5.根据权利要求1所述公路隧道单向出洞方法，其特征在于，所述步骤2的超前支护的施工方法具体为，采用多个超前小导管(2)倾斜***隧道拱顶的围岩中。
6.根据权利要求1所述公路隧道单向出洞方法，其特征在于，步骤7所述当初期支护的长度大于9m时，进行二次衬砌(10)的施工。
7.一种公路隧道洞口结构，其特征在于，该隧道的横断面为环形封闭结构，隧道由内而外包括二次衬砌、初期支护以及设置在初期支护拱顶顶部围岩中的超前支护层。
8.根据权利要求7所述公路隧道洞口结构，其特征在于，初期支护包括自上而下设置的拱顶、两个边墙和仰拱；拱顶设置在隧道的顶部，两个边墙分别设置在拱顶的两端，且位于隧道的供腰位置，仰拱设置在隧道的底部，仰拱的两端分别与两个边墙连接。
9.根据权利要求7所述公路隧道洞口结构，其特征在于，超前支护层为多个超前小导管，多个超前小导管等间距倾斜向上***围岩中。
10.根据权利要求9所述公路隧道洞口结构，其特征在于，所述超前小导管的直径为50mm，其壁厚5mm。
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