CN114562277B - 一种变断面隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变断面隧道施工方法，包括：通过第一掘进机施工第一段隧道；在第一段隧道的结束位置设置用于接收第一掘进机的第一接收井；在第一接收井内，将第一掘进机拆换为第二掘进机，第一掘进机和第二掘进机的施工断面尺寸不同；将第一接收井转换为第二掘进机的始发井；通过第二掘进机施工第二段隧道；在第二段隧道的结束位置设置用于接收第二掘进机的第二接收井。其中通过同一个工作井可以实现接收和始发的功能，从而达到降低施工成本和提高施工效率的目的。此外还可实现不同隧道截面的施工，相对于传统的一体化切换施工设备，可有效降低施工成本，而且施工方式简单易操作。

Description

一种变断面隧道施工方法

技术领域

本发明涉及地下施工技术领域，特别是涉及一种变断面隧道施工方法。

背景技术

在地铁区间隧道和站台结构施工时，区间隧道常用盾构法施工，站台常用明挖法施工，但是明挖法施工对周边环境影响较大，若采用非开挖顶管方式建设站台，则可避免此问题。

在现有技术中，存在盾构-顶管一体机设备，但是其建设的隧道为相同断面尺寸，然而地铁区间隧道和站台端面尺寸差异较大，因此难以应用到变径的工况中。此外现有的盾构-顶管一体机设备本质上是同时组装两套系统，以实现两种功能的切换，但是该设备成本较高，在顶进的过程中，需要将前方的盾构设备一同顶进，增加了顶力，且操作不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种变断面隧道施工方法，可以实现多段隧道不同断面的施工。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种变断面隧道施工方法，包括：

通过第一掘进机施工第一段隧道；

在所述第一段隧道的结束位置设置用于接收所述第一掘进机的第一接收井；

在所述第一接收井内，将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，所述第一掘进机和所述第二掘进机的施工断面尺寸不同；

将所述第一接收井转换为所述第二掘进机的始发井；

通过所述第二掘进机施工第二段隧道；

在所述第二段隧道的结束位置设置用于接收所述第二掘进机的第二接收井。

优选地，所述第一掘进机和所述第二掘进机可以为不同类型掘进机、或不同直径刀盘的同类型掘进机。

优选地，将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，具体包括：将所述第一掘进机的刀盘替换为与其直径不同的刀盘，以拆换为第二掘进机，或将所述第一掘进机拆换为可施工出与其不同断面形状的第二掘进机。

优选地，所述第一掘进机为盾构机，所述第二掘进机为顶管机；将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，具体包括：拆除所述盾构机的前盾、中盾、盾尾的外壳、管片拼装机、盾构千斤顶，保留盾构机刀盘、主驱动结构和螺旋输送机，在所述盾构机的前端安装前端壳体，在后端安装后端壳体，将所述盾构机刀盘扩展为大直径的顶管机刀盘。

优选地，将所述第一接收井转换为所述第二掘进机的始发井，具体包括：在所述第一接收井设置顶管反力架、顶管钢板、顶管千斤顶设备，并调整所述第一接收井内的接收基座和导轨结构，用于所述顶管机的始发。

优选地，所述第一掘进机为顶管机，所述第二掘进机为盾构机；将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，具体包括：拆除所述顶管机的外部壳体，将顶管刀盘调整为小直径的盾构刀盘，并安装所述盾构机的前盾、中盾、盾尾的外壳、管片拼装机、盾构千斤顶。

优选地，将所述第一接收井转换为所述第二掘进机的始发井，具体包括：在顶管出洞口位置安装盾构反力架、盾构钢板，并调整所述第一接收井内的顶管接收基座和导轨结构，用于所述盾构机的始发。

优选地，施工两条均包括站台的隧道线路，采用暗挖法对两个站台进行扩挖，以形成一个大断面站台。

优选地，所述采用暗挖法对两个站台进行扩挖，具体包括：

对站台需要扩挖的部分进行钻孔注浆加固；

机械破除站台需要扩挖部分的顶管管片。

优选地，在破除顶管管片之后，采用格栅拱架、喷射混凝土、连接筋和钢筋网的方式施工初期支护，扩挖之后进行防水层和二衬施工。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明所提供的一种变断面隧道施工方法，包括：通过第一掘进机施工第一段隧道；在第一段隧道的结束位置设置用于接收第一掘进机的第一接收井；在第一接收井内，将第一掘进机拆换为第二掘进机，第一掘进机和第二掘进机的施工断面尺寸不同；将第一接收井转换为第二掘进机的始发井；通过第二掘进机施工第二段隧道；在第二段隧道的结束位置设置用于接收第二掘进机的第二接收井。其中通过同一个工作井可以实现接收和始发的功能，从而达到降低施工成本和提高施工效率的目的。此外还可实现不同隧道截面的施工，相对于传统的一体化切换施工设备，可有效降低施工成本，而且施工方式简单易操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种变断面隧道施工方法的流程示意图；

图2为两条地铁区间隧道和车站站台隧道部分施工示意图；

图3为盾构机的结构示意图；

图4为顶管机的结构示意图；

图5为转换后的顶管机和顶管始发井的布置图；

图6为转换后的盾构机和盾构始发井的布置图；

图7为双线车站站台隧道扩挖施工剖面图。

附图标记如下：

1为盾构机刀盘，2为前盾，3为中盾，4为盾尾，5为螺旋输送机，6盾构千斤顶，7为管片拼装机，8为主驱动结构，9为前端壳体，10为后端壳体，11为顶管管节，12为顶管千斤顶，13为顶铁，14为顶管机刀盘，15为止推架，16为顶管钢板，17为盾构机接收基座和导轨结构，18为盾构接收井，19为顶管反力架，20为顶管机接收基座和导轨结构，21为负环管片，22为盾构反力架，23为盾构钢板。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

本发明的一种具体实施方式提供了一种变断面隧道施工方法，如图1所示，包括以下步骤：

S100：通过第一掘进机施工第一段隧道。

S200：在第一段隧道的结束位置设置用于接收第一掘进机的第一接收井。

S300：在第一接收井内，将第一掘进机拆换为第二掘进机。第一掘进机和第二掘进机可以为不同类型掘进机、或不同直径刀盘的同类型掘进机。例如第一掘进机可以为盾构机，第二掘进机可以为顶管机，两者刀盘直径不同，此外第一掘进机可以为顶管机，第二掘进机可以为盾构机；另外，第一掘进机和第二掘进机均可以是顶管机或者盾构机。可以实现小直径盾构到大直径顶管、大直径顶管到小直径盾构、大直径盾构到小直径顶管、小直径顶管到大直径盾构等施工方式，甚至是相同断面尺寸的盾构-顶管的转换。除此之外，还可将第一掘进机拆换为可施工出与其不同断面形状的第二掘进机，例如不同尺寸或相同尺寸的圆形盾构-矩形顶管设备的转换等。

S400：将第一接收井转换为第二掘进机的始发井。即通过同一个工作井可以实现接收和始发的功能，从而达到降低施工成本和提高施工效率的目的。

S500：通过第二掘进机施工第二段隧道。

S600：在第二段隧道的结束位置设置用于接收第二掘进机的第二接收井。当施工段数超过两段时，可重复上述步骤，以达到连续施工的目的。

本发明实施例所提供的一种隧道施工方法，可应用于地铁隧道施工和车站站台的一体化非开挖施工，包括地铁区间盾构隧道到车站站台顶管隧道的施工、地铁车站站台顶管隧道到区间盾构隧道的施工，如图2所示，车站站台顶管隧道Ⅰ的断面尺寸大于区间盾构隧道Ⅱ的断面尺寸。

一、地铁区间盾构隧道到车站站台顶管隧道的施工，包括：

在盾构段a结束位置设置盾构接收井18，接收井的结构底板采用C35混凝土回填，完成接收洞门土体加固；

进行盾构姿态复核测量，根据接收洞门的标高和盾构机的中心高程，在盾构接收井18内，布置盾构机接收基座和导轨结构17，以用于接收盾构机，安装完成后进行标高复测；

凿除盾构接收洞门，安装接收洞门防水装置；

通过盾构机对区间隧道进行施工；

盾构段a施工完成之后，通过盾构接收井对盾构机接收，并将盾构机拆换为顶管机，如图3和图4所示，具体包括：拆除盾构机的前盾2、中盾3、盾尾4的外壳、管片拼装机7、盾构千斤顶12等顶管机不需要的部件，保留盾构机刀盘1、主驱动结构8和螺旋输送机5等顶管机所需部件；

调整盾构接收基座和导轨结构17，使其可用于顶管机的始发，在盾构机的前端安装前端壳体9，在后端安装后端壳体10，将盾构机刀盘1扩展为大直径的顶管机刀盘14；

将盾构接收井18转换为顶管始发井，如图5所示，具体包括：

在盾构机出洞口A处设置顶管反力架19，在顶管反力架19后方加垫顶管钢板16，应保证顶管钢板16和顶管始发井的井壁表面贴合，否则应在间隙中浇筑高强混凝土，以保证顶管施工时后背墙受力均匀，其中顶管反力架19不仅应具有足够的抗压强度，还可根据实际需要调整尺寸，以适应不同尺寸的盾构接收井；

安装顶管千斤顶12，为顶管施工提供前进动力，其中顶管机用液压泵站采用原盾构机的液压泵站，安装完毕后整机调试，合格后方可进入下一工序；

安装洞门密封帘布橡胶板，清理洞口预埋螺栓孔等，安装始发洞口帘布橡胶板和圆环板等；

坑外降水施工后，在洞口范围内布置水平探孔，检查加固体质量以及有误流水流砂情况，探孔情况良好，无水、泥沙流出，方可开始顶管始发洞门破除，凿除洞门顺序从上至下进行；

注入触变泥浆，通过管节预留的注浆孔压注至管节外壁，使顶管管节11外壁形成完整泥浆套；

安装止推架15，吊装顶管管节11，并安装顶铁13，调试顶管机后开始对顶管段b进行顶进施工。

二、地铁车站站台顶管隧道到区间盾构隧道的施工，包括：

在顶管段b结束位置设置顶管接收井；

在顶管接收井内，布置顶管机接收基座和导轨结构20，用于顶管机出洞；

通过顶管机对站台进行施工；

顶管段b施工完成，顶管机出洞达到顶管接收井后，将顶管机拆换为盾构机，如图3和图4所示，具体包括：拆除顶管机的外部壳体，将顶管刀盘14调整为小直径的盾构刀盘1，并安装盾构机的前盾2、中盾3、盾尾4的外壳、管片拼装机7、盾构千斤顶6等；

将顶管接收井转换为盾构始发井，调整顶管机接收基座和导轨结构20，以用于盾构机的始发；

盾构始发洞口地层加固；

盾构始发洞口凿除与洞口密封装置的安装；

盾构始发洞口内安装始发导轨，在顶管出洞口位置B处安装盾构反力架22和盾构钢板23，具体如图6所示；

安装负环管片21，准备开始盾构始发掘进施工。

顶管施工和盾构施工均为基础设施建设中常用的非开挖施工技术，已经广泛用于各类隧道、地下管线的铺设。盾构机由于顶推装置在前方，因此比较灵活，可以长距离施工，可有一定曲线半径，而顶管机则正好相反，顶管施工顶进力随着施工距离的增加而增大，盾构施工顶力理论上不随距离出现变化，因此在地铁工程施工时，采用盾构法施工区间隧道。本发明通过利用盾构施工和顶管施工两种非开挖技术的优点，可以实现小尺寸区间隧道到大断面站台的扩挖施工，可以在前一段施工结束后，利用现有的接收井结构完成设备的调整转换，将现有的接收井用于下一段工程的始发井，与现有盾构-顶管一体机设备相比，整体造价更低，不必考虑在地下施工过程中转换施工方法、管节等复杂流程，以及盾构管片和顶管管节的连接处理，有利于工程质量的保证。

在本发明的一个实施例中，可以采用上述施工方法施工两条均包括站台的隧道线路，如图7所示，两条线路优选为相互平行的线路，可先后或者同时进行施工，施工完成之后，采用暗挖法对两个站台进行扩挖，以形成一个大断面站台。其施工流程包括如下步骤：

对站台需要扩挖的部分Ⅲ进行钻孔注浆加固，根据双线的具体间距、周围土体质量，选择采用超前小导管注浆、管幕法等支护措施，保障施工安全；

机械破除站台需要扩挖部分的顶管管片，为避免机械破除过程中对管片结构稳定性的影响，凿除顺序按照自上至下进行，分区凿除混凝土、切除钢筋。

破除顶管管片之后，采用格栅拱架、喷射混凝土、连接筋和钢筋网的方式施工初期支护，扩挖之后进行防水层和二衬施工。

本实施例通过对形成的两条站台隧道间土体进行支护与暗挖，形成大断面车站站台这一施工工艺，可以减少环境和交通影响、缩短工期、降低施工风险。

本发明提供的一种隧道施工方法，除了上述应用于地铁隧道施工和车站站台的一体化非开挖施工之外，还可应用于城际铁路隧道和其车站结构、变径的地下输水隧道、Y形隧道等地下隧道工程。下面以盾构-盾构隧道变径施工为例进行说明：

在需要变径施工位置设置接收井；

在上一盾构施工结束后，在接收井内完成盾构机的接收，并对盾构机的接收基座和导轨结构进行调整，以用于下一段隧道盾构机的始发；

在接收井内完成不同尺寸刀盘的调整，以及盾构机前盾、中盾和盾尾的扩径或者缩径；

安装适用于下一段盾构机施工的反力架结构，调试设备，准备进行下一段不同尺寸的盾构隧道施工。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种变断面隧道施工方法，其特征在于，包括：

通过第一掘进机施工第一段隧道；

在所述第一段隧道的结束位置设置用于接收所述第一掘进机的第一接收井；

在所述第一接收井内，将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，所述第一掘进机和所述第二掘进机的施工断面尺寸不同；

将所述第一接收井转换为所述第二掘进机的始发井；

通过所述第二掘进机施工第二段隧道；

在所述第二段隧道的结束位置设置用于接收所述第二掘进机的第二接收井；

所述第一掘进机和所述第二掘进机为不同类型掘进机、或不同直径刀盘的同类型掘进机；

将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，具体包括：将所述第一掘进机的刀盘替换为与其直径不同的刀盘，以拆换为第二掘进机，或将所述第一掘进机拆换为可施工出与其不同断面形状的第二掘进机；

所述第一掘进机为盾构机，所述第二掘进机为顶管机；将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，具体包括：拆除所述盾构机的前盾、中盾、盾尾的外壳、管片拼装机、盾构千斤顶，保留盾构机刀盘、主驱动结构和螺旋输送机，在所述盾构机的前端安装前端壳体，在后端安装后端壳体，将所述盾构机刀盘扩展为大直径的顶管机刀盘；

将所述第一接收井转换为所述第二掘进机的始发井，具体包括：在所述第一接收井设置顶管反力架、顶管钢板、顶管千斤顶设备，并调整所述第一接收井内的接收基座和导轨结构，用于所述顶管机的始发；

或者，所述第一掘进机为顶管机，所述第二掘进机为盾构机；将所述第一掘进机拆换为第二掘进机，具体包括：拆除所述顶管机的外部壳体，将顶管刀盘调整为小直径的盾构刀盘，并安装所述盾构机的前盾、中盾、盾尾的外壳、管片拼装机、盾构千斤顶；

将所述第一接收井转换为所述第二掘进机的始发井，具体包括：在顶管出洞口位置安装盾构反力架、盾构钢板，并调整所述第一接收井内的顶管接收基座和导轨结构，用于所述盾构机的始发。

2.根据权利要求1所述的变断面隧道施工方法，其特征在于，施工两条均包括站台的隧道线路，采用暗挖法对两个站台进行扩挖，以形成一个大断面站台。

3.根据权利要求2所述的变断面隧道施工方法，其特征在于，所述采用暗挖法对两个站台进行扩挖，具体包括：

对站台需要扩挖的部分进行钻孔注浆加固；

机械破除站台需要扩挖部分的顶管管片。

4.根据权利要求3所述的变断面隧道施工方法，其特征在于，在破除顶管管片之后，采用格栅拱架、喷射混凝土、连接筋和钢筋网的方式施工初期支护，扩挖之后进行防水层和二衬施工。