CN113622922A - 深地空间的前期开挖方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种深地空间的前期开挖方法，涉及深地空间施工的领域，包括以下步骤：步骤1：在待修建地下空间上方的地面上选取施工竖井的开挖位置和螺旋隧道的开挖位置；在选取的开挖位置处分别对应施工竖井和螺旋隧道；步骤2：对竖井进行分段开挖，竖井每开挖一段距离，在竖井的侧壁上开设工作面，从工作面处沿螺旋隧道设计轨迹向螺旋隧道上部和下部同时进行施工；循环上述步骤，直至竖井和螺旋隧道分别开挖至地下空间施工位置，将螺旋隧道作为地下空间施工机械和土体运输通道。本申请具有单个用于开挖的竖井，占地表面积小；同时可多向同时对螺旋隧道进行开挖，工期短，并将螺旋隧道作为后期地下空间运输通道，对设备依赖性小，运量大。

Description

深地空间的前期开挖方法

技术领域

本申请涉及深地空间施工的领域，尤其是涉及一种深地空间的前期开挖方法。

背景技术

目前我国城市人口日益增长，许多大中城市的人口已非常密集，导致地面交通堵塞严重。城区内地下过街通道、地下交通隧道、地下管线隧道以及地铁站等地下工程的修建越来越多。

现有的，在进行地下工程修建时，通常采用的方法有明挖法和暗挖法，明挖法施工简单、快捷，但由于城区内商业、企业、金融、民居等楼宇密集，交通繁忙，地价昂贵，使得城市市区内地下空间施工不便采用对周围环境破坏或者影响较大的明挖法。暗挖法是首先在地面开挖竖井，然后通过竖井作为运输通道对地下空间进行施工，然而为了满足土方的运量，单个竖井占地面积大，且地下空间施工过程中需要设置多个竖井支持开挖过程中土体的运输，竖井中通过升降设备对土体进行运输，全占式单通道在使用时，单个运输机械的运量固定且会将整个通道占用，运量小，施工过程中对机械设备的依赖性严重，当出现机械故障时，对工期的影响明显，难以适用于城市等人口或者建筑密集区域。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有的地下空间前期施工方法难以适用于城市等人口或者建筑密集区域。

发明内容

为了改善现有的地下空间前期施工方法难以适用于城市等人口或者建筑密集区域的技术问题，本申请提供一种深地空间的前期开挖方法。

本申请提供的一种深地空间的前期开挖方法，采用如下的技术方案：

深地空间的前期开挖方法，包括以下步骤：

步骤1：在待修建地下空间上方的地面上选取施工竖井的开挖位置和螺旋隧道的开挖位置；

步骤2：对竖井进行分段开挖，竖井每开挖一段距离，在竖井的侧壁上开设工作面，从工作面处沿螺旋隧道设计轨迹对螺旋隧道进行开挖施工；

步骤3：循环上述步骤2，直至竖井和螺旋隧道分别开挖至地下空间施工位置。

通过采用上述技术方案，本申请在施工地下空间时，只需要单个用于开挖的竖井即可，占地表面积小，同时通过小规格的竖井进行多点、多向对螺旋隧道进行开挖，降低螺旋隧道的施工工期，将螺旋隧道作为地下空间施工用车辆运输通道，相对于传统的竖井作为运输通道而言，对机械依赖性小、交付工期能够得到保障，开挖过程中运量更大，受地表施工区域限制小，满足在城市等人口或者建筑密度区施工的要求。

可选的，选取竖井和螺旋隧道的开挖位置，先进行竖井开挖，在竖井开挖完成后，从竖井底部沿着螺旋隧道的设计轨迹向上进行螺旋隧道的开挖。

通过采用上述技术方案，采用先下后上的方式进行螺旋隧道的施工，此种方法对于多层重叠的隧道而言，能够减少对隧道的扰动，增加隧道的整体稳定性。

可选的，从所述工作面处向螺旋隧道上部和下部同时开挖施工。

通过采用上述技术方案，多点同时进行施工，能够缩短施工周期。

可选的，所述螺旋隧道设置在竖井的一侧。

通过采用上述技术方案，将螺旋隧道设置在竖井的一侧，可通过竖井上的工作面实现多点、双向同时对螺旋隧道进行施工，效率高、工期短。

可选的，所述螺旋隧道与竖井同轴心设置，所述竖井的侧壁上开设多个用于开挖螺旋隧道的工作面。

通过采用上述技术方案，通过将螺旋隧道和竖井同轴设置，可实现在竖井上多点、多向开设工作面对螺旋隧道进行开挖施工，效率更高、工期更短。

可选的，竖井和螺旋隧道同步开挖施工。

通过采用上述技术方案，可以根据工期、地质的情况选择合适的开挖方式，保证隧道的稳定性。

可选的，具体的，竖井施工工艺包括以下步骤：开挖、竖井圈梁施工、搭设龙门架、竖井初衬。

通过采用上述技术方案，采用先下后上的方式进行螺旋隧道的施工，能够减少对隧道的扰动，增加隧道的整体稳定性。

可选的，将开挖完成的螺旋隧道段落作为施工机械运输通道和/或土体容纳区，供开挖过程中的工程车辆和人员使用。

通过采用上述方案，能够加快物料、人员以及工程机械的运输效率，缩短工期。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请在施工地下空间时，只需要单个用于开挖的竖井即可，占地表面积小，同时通过小规格的竖井进行多点、多向对螺旋隧道进行开挖，降低螺旋隧道的施工工期，将螺旋隧道作为地下空间施工用车辆运输通道，相对于传统的竖井作为运输通道而言，对机械依赖性小、交付工期能够得到保障，开挖过程中运量更大，受地表施工区域限制小，满足在城市等人口或者建筑密度区施工的要求；

2.将螺旋隧道作为地下空间施工用运输通道，增大运输量，同时由于螺旋隧道至少为双车道，可双向行驶，减少施工进度受机械故障的影响，具有运量大、对机械设备依赖性小的优点。

附图说明

图1是竖井和螺旋隧道型式一的结构示意图。

图2是竖井和螺旋隧道型式二的结构示意图。

图3是锚固形式和支撑柱位置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

参照图1和图2，本申请实施例公开一种深地空间的前期开挖方法，包括以下步骤：

在待修建地下空间上方的地面上选取施工竖井的开挖位置和螺旋隧道的开挖位置，在选取的位置处分别对应施工竖井和螺旋隧道。竖井可以设置在螺旋隧道的一侧，通过在竖井内壁上开设两相对的开挖面，两开挖面同时进行施工。

常规的深地空间进入通道开挖方式为：确定深地空间进入点，在地面选择一开挖点，开挖点与进入点之间的连线即为进入深地空间的通道轨迹。这种形式的深地空间进入方法使得深地空间的进入通道过长，不仅工期显著增长，而且由于地面下存在市政管路、光纤电缆、地下城市交通线路等，对开挖点的选择具有很强的限制，并不适用于城市密集区；同时深地空间的进入通道也需要避开上述阻碍物，施工限制明显。

在其他实施例中，同一段深地空间的螺旋隧道可以设置两个，两个螺旋隧道均开挖完成后，一个螺旋隧道用于进入深地空间，另一个用于深地空间内的人员、物资向地面转移。

在其它实施例中，存在不同深度的深地空间，在选择进入深地空间的位置时，选择多层深地空间在竖直投影上的重和处（或多层深地空间之间的空间），使得同一螺旋隧道将不同深度的深地空间连通，不仅缩短了工期，而且便于不同层深地空间之间的人员、物资的转移。

在其它实施例中，竖井与螺旋隧道可以同步开挖，即竖井下挖至一定深度后，在竖井内壁上开设两相对开挖面，使得开挖面与竖井同步施工，并在竖井继续下挖至一段深度后，继续在竖井内壁上开设新的开挖面，使下层的一开挖面与上层开挖面施工形成/正在形成的螺旋隧道连通。这种形式进一步地缩短了工期，同时上层的螺旋隧道在开挖至一半长度时，施工机械能够通过竖井下放到下层的施工面处继续工作，整体方案在缩短了工期的同时，对施工机械和人员数量的要求并没有显著增高。另外相对现有相关技术中的双重叠施工方式，本申请中记载的方案能够实现现有技术不能达到的多断面施工的效果，在保证了土体扰动小的安全前提下，施工效率成倍提高。

此外，在其它实施例中，竖井也可以与螺旋隧道同轴设置。这种形式的开挖方法是在竖井的内壁上开设多个开挖面，用于形成连接甬道，连接甬道的另一端即为将要形成的螺旋隧道的一段，在连接甬道的端部开始进行螺旋隧道的挖掘，随着隧道的掘进，上层连接甬道形成的螺旋隧道段落会与下层的螺旋隧道段落连通，进而形成更长的螺旋隧道段落，最终形成完整的螺旋隧道。需要注意的是，其中在选取竖井和螺旋隧道的开挖位置时，应避开地下管线和地下构筑物较多的地方，避免地下管线和地下构筑物对竖井和螺旋隧道的施工造成影响。

另外，在其它实施例中，从地面增设一螺旋隧道开挖面，与竖井同步向下掘进，进而缩短最上层螺旋隧道段的成型时间，便于将成型后的最上层螺旋隧道应用于工程机械、物料、人员的转运，为了满足通风、排水、避险、储存等需求，还可以在螺旋隧道段中等距的间隔设置加宽段。

本实施例中采用了竖井和螺旋隧道同步开挖施工的方法，竖井开挖步骤如下：土方开挖、竖井圈梁施工、搭设龙门架和竖井初衬，竖井初衬采用逆作法，从上到下依次进行施工，根据地质情况和竖井的受力情况设置竖井二次支护，二次支护在竖井开挖完成后从下到上进行施工。龙门架安装在竖井井口的位置，用于安装提升***，作为竖井和螺旋隧道施工出土使用。

在竖井开挖时，对竖井进行分段开挖，竖井每开挖一段距离，在竖井的侧壁上开设工作面，从工作面处沿螺旋隧道设计轨迹向螺旋隧道的上部和下部同时进行隧道开挖施工，从工作面形成的工作面处向螺旋隧道上部进行开挖，用于和螺旋隧道进口开挖连通，并且从工作面处开挖出的土体经过竖井（或已经连通的上层螺旋隧道段）向外运输；实现螺旋隧道多向、多面、多通道同时开挖，效率显著提高，有效缩短了隧道的施工工期，从而能够适应工期紧、地面施工限制多的状况。此外工作面位置在螺旋隧道非启用时，可作为竖井开挖电力设备存放处，在螺旋隧道启用后，也可作为隧道的避车道进行使用。

此外，在工期更为紧张时，可在螺旋隧道的外周设置多个竖井，同时多点对隧道进行开挖，进一步的缩短工期，满足工期要求。

上述螺旋隧道的施工可采用全断面法施工，也可采用台阶法，当地层自稳性差时，也可以采用暗挖顶管法施工，螺旋隧道可以为单车道也可以设置为双车道，根据施工需要也可增加多车道，用于地下空间施工土体和车辆运输，后期还能用于消防、防控、交通等领域使用。竖井用于作为快速运输通道和通风通道使用。

在其它实施例中。竖井和螺旋隧道非同步开挖施工，即先将竖井施工完成后，从下到上进行螺旋隧道施工，采用先下后上的方式进行螺旋隧道的施工，此种方法对于多层重叠的隧道而言，能够减少对隧道的扰动，增加隧道的整体稳定性，适用于地层结构复杂或不稳定的工况。

参见图3，为了保证螺旋隧道在使用时的安全性以及稳定性，相邻两层螺旋隧道之间的间距至少大于一倍的隧道洞径，螺旋隧道转弯坡度不大于12°。当相邻两层螺旋隧道段落施工完成后，检测40天后拱顶沉降速率和收敛速率，当沉降速率小于0.07-0.15mm/d、收敛速率小于0.1-0.2mm/d时，则可判定螺旋隧道结构稳定；当大于上述范围时，进行锚喷加固，锚喷加固区域在拱脚和上下隧道之间的土体处；进一步的，可在上下隧道之间增设支撑桩，根据沉降情况自行调整支撑柱之间的间距，从而进一步的对隧道进行加固，避免其发生变形，保证隧道的稳定性。

本申请在施工地下空间时，只需要单个用于开挖的竖井即可，占地表面积小，同时也可通过小规格的竖井进行多点、多工作面地对螺旋隧道进行开挖，降低螺旋隧道的施工工期，将螺旋隧道作为地下空间施工用车辆运输通道，相对于传统的竖井作为运输通道而言，对机械依赖性小、交付工期能够得到保障，开挖过程中运量更大，受地表施工区域限制小，满足在城市等人口或者建筑密度区施工的要求，在螺旋隧道投入使用后，竖井还可以作为通风、运输等通道使用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.深地空间的前期开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在待修建地下空间上方的地面上选取施工竖井的开挖位置和螺旋隧道的开挖位置；

步骤2：对竖井进行分段开挖，竖井每开挖一段距离，在竖井的侧壁上开设工作面，从工作面处沿螺旋隧道设计轨迹对螺旋隧道进行开挖施工；

步骤3：循环上述步骤2，直至竖井和螺旋隧道分别开挖至地下空间施工位置。

2.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：选取竖井和螺旋隧道的开挖位置，先进行竖井开挖，在竖井开挖完成后，从竖井底部沿着螺旋隧道的设计轨迹向上进行螺旋隧道的开挖。

3.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：从所述工作面处向螺旋隧道上部和下部同时开挖施工。

4.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：所述螺旋隧道设置在竖井的一侧。

5.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：所述螺旋隧道与竖井同轴心设置，所述竖井的侧壁上开设多个用于开挖螺旋隧道的工作面。

6.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：竖井和螺旋隧道同步开挖施工。

7.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：具体的，竖井施工工艺包括以下步骤：开挖、竖井圈梁施工、搭设龙门架、竖井初衬。

8.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：螺旋隧道施工采用全断面法和/或台阶法。

9.根据权利要求1所述的深地空间的前期开挖方法，其特征在于：将开挖完成的螺旋隧道段落作为施工机械运输通道和/或土体容纳区，供开挖过程中的工程车辆和人员使用。

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