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CN115163085A - 一种山岭隧道精确施工方法及结构 - Google Patents

一种山岭隧道精确施工方法及结构 Download PDF

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CN115163085A CN202210878803.1A CN202210878803A CN115163085A CN 115163085 A CN115163085 A CN 115163085A CN 202210878803 A CN202210878803 A CN 202210878803A CN 115163085 A CN115163085 A CN 115163085A
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钱王苹
顾镇媛
王轶
项子儒
朱晨辉
俞隽
孙颖
卢文静
钱国平
徐益康
韦盛阳
张晨涛
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Nantong University
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Abstract

本发明公开了一种山岭隧道精确施工方法及结构，涉及隧道施工技术领域，S1，首先在施工前，根据设计要求和施工场地数据确定施工开挖模型，并确定开挖掌子面，通过划线对开挖掌子面进行标记；S2，确定开挖掌子面后，开始对掌子面处进行光面爆破；S3，然后在开挖洞口及洞身处布置隧道顶部支护，根据围岩特征，采用不同的支护类型和支护参数，及时施作喷锚支护；S4，隧道顶部支护结构布置完成后，在新的掌子面再次进行光面爆破和隧道开挖工作；S5，循环进行步骤S3和步骤S4，直至施工完成。本发明能够一次性同时监控多个软件，实现在对掌子面处的精准爆破，既能够使爆破根据开挖需求进行实施，避免爆破过程影响到施工的精准度。

Description

一种山岭隧道精确施工方法及结构
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种山岭隧道精确施工方法及结构。
背景技术
近年来，随着我国工程建设的加快，隧道及地下工程建设项目日益增多，铁路、公路、地铁隧道“数量多、长度大、大埋深、大断面”是世界隧道工程发展的总趋势。在山岭隧道开挖过程中，目前仍以钻爆法为主，在高海拔地区智能化、大型机械化施工是隧道施工的必然趋势。但受围岩地质不均匀的影响，光爆效果难以控制；再加上三臂凿岩台车等大型设备自身结构的影响，超前挖控制难度较大，直接影响施工进度、质量以及施工成本，同时山岭隧道工程施工中，洞口段岩体大都风化严重，容易发生岩体塌方灾害因而隧道进洞时施工风险较高。
而目前对山岭隧道的施工过程中，常规的传统矿山法和新奥法，在应用于易发生岩体塌的隧道进洞施工时，进洞后掌子面的持续爆破过程中，由爆破产生的冲击力会对已开挖完成的隧道进行冲击，从而导致隧道的顶面发生坍塌，进而影响到隧道的精确施工。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中由爆破产生的冲击力会对已开挖完成的隧道进行冲击，从而导致隧道的顶面发生坍塌，进而影响到隧道的精确施工的问题，而提出的一种山岭隧道精确施工方法及结构。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种山岭隧道精确施工方法及结构，包括以下步骤：
S1，首先在施工前，根据设计要求和施工场地数据确定施工开挖模型，并确定开挖掌子面，通过划线对开挖掌子面进行标记；
S2，确定开挖掌子面后，开始对掌子面处进行光面爆破设计填装，然后进行掌子面的初始爆破，爆破完成后，再使用挖掘设备对标记内的掌子面区域进行整理，尽量使开挖后的隧道断面周边轮廓光滑圆顺，避免棱角突变处应力集中；
S3，然后在开挖洞口及洞身处布置隧道顶部支护，根据围岩特征，采用不同的支护类型和支护参数，及时施作喷锚支护；
S4，隧道顶部支护结构布置完成后，在新的掌子面再次进行光面爆破的设计与填装准备，然后继续爆破并对爆破后进行挖掘处理和隧道洞身处理；
S5，循环进行步骤S3和步骤S4，直至施工完成。
优选的，S1中，施工开挖模型是指隧道进洞位置及隧道截面形状，并且在确定开挖掌子面时，采用红色油漆划线标识。
优选的，S2中，在爆破设计填装时，先通过垂直楔形掏槽形成临空面，垂直楔形掏槽的孔径、炮眼排距和孔深根据围岩类别设定，然后再根据实际围岩情况、开挖断面、爆破器材、施工难度进行爆破设计。
优选的，S2中，在对爆破后隧道进行挖掘处理时，先通过挖掘机对围岩和爆破产生的碎渣进行处理，然后在通过铣挖机对隧道内墙壁进行铣挖，并在铣挖和挖掘的过程中，采用喷淋对产生带动粉尘进行处理。
一种山岭隧道精确施工结构，包括一种山岭隧道精确施工方法的隧道顶部支护结构，所述隧道顶部支护结构包括拱形的支护顶架以及连接在支护顶架两端的侧支架，所述支护顶架的内部设有V型架，所述V型架的顶端固定在支护顶架的内侧顶面，V型架的两侧端分别与两个侧支架的顶端铰接相连。
优选的，所述V型架的内侧固定连接有若干个加固伸缩杆，所述加固伸缩杆包括位于中间的伸缩管以及连接在伸缩管两端的支撑杆，两个支撑杆的外侧均套接有弹簧，且两个支撑杆远离伸缩管的一端均固定连接有楔形块，两个楔形块分别与V型架的两侧固定。
优选的，所述V型架的顶端呈弧形，且V型架的弧形面与支护顶架内壁固定，V型架的两侧端与支护顶架的弧形内壁之间还连接有若干个防护支杆。
优选的，所述支护顶架和侧支架均呈中空设置，内部灌装有混凝土。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明通过先制作开挖模型，然后再在掌子面上采用光面爆破与支护防护双重推进的方法，实现在对掌子面处的精准爆破，既能够使爆破根据开挖需求进行实施，避免爆破过程影响到施工的精准度，同时在后续爆破的过程中，采用支护防护方式，并将支护防护与爆破位置根据实际需求进行调整，能够保证掌子面实时推进爆破的过程中，避免后续爆破时导致隧道的后续坍塌问题，最大限度地利用围岩的承载力，以保证隧道开挖过程中整体的稳定高效进行，同时新型的支护结构，可以先通过V型架、加固伸缩杆和防护支杆的多重加固，保证隧道顶部围岩的稳定，抑制围岩的松弛和变形，同时还能够在后续中将支护顶架和侧支架内部灌注混凝土，进一步提高整体的防护效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种山岭隧道精确施工方法的流程图；
图2为本发明提出的一种山岭隧道精确施工结构的结构示意图。
图中：1、支护顶架；2、侧支架；3、V型架；4、防护支杆；5、加固伸缩杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，一种山岭隧道精确施工方法及结构，包括以下步骤：
S1，首先在施工前，根据设计要求和施工场地数据确定施工开挖模型，施工开挖模型是指隧道进洞位置及隧道截面形状，并确定开挖掌子面，通过划线对开挖掌子面进行标记，在确定开挖掌子面时，采用红色油漆划线标识，以保证划线岩石表面的清晰可见；
S2，确定开挖掌子面后，开始对掌子面处进行光面爆破设计填装，在填装前，先对炮眼布置，在掌子面的周边位置布置周边孔，周边孔钻孔角度与掌子面夹角约为1～2°，即向外侧倾斜，孔底落于设计开挖边界，周边孔与辅助孔的孔底在同一垂直面上，以保证开挖面平整，然后进行掌子面的初始爆破，并在装药时，先对炮孔进行清孔，确保孔内无杂物，炸药消耗量一般根据所爆破的岩石体积计算，单孔装药量按照装药系数计算确定，爆破完成后，再使用挖掘设备对标记内的掌子面区域进行整理，尽量使开挖后的隧道断面周边轮廓光滑圆顺，避免棱角突变处应力集中，同时在爆破完成后，对隧道内进行通风排烟，时间不少于30min；
S3，然后在开挖洞口及洞身处布置隧道顶部支护，根据围岩特征，采用不同的支护类型和支护参数，及时施作喷锚支护；在开挖过程中，尽量减少对围岩的扰动，为此必须采用光面爆破或预裂爆破，以维护围岩的自承能力；挖时尽量采用大断面、少分部的开挖方法，降低围岩内部应力重分布的次数，以利于最大限度地利用围岩的承载力。
S4，隧道顶部支护结构布置完成后，在新的掌子面再次进行光面爆破的设计与填装准备，然后继续爆破并对爆破后进行挖掘处理和隧道洞身处理；
S5，循环进行步骤S3和步骤S4，直至施工完成。
S2中，在爆破设计填装时，先通过垂直楔形掏槽形成临空面，垂直楔形掏槽的孔径、炮眼排距和孔深根据围岩类别设定，然后再根据实际围岩情况、开挖断面、爆破器材、施工难度进行爆破设计，爆破时采用多次少量的方式，由上至下进行爆破施工，由于掌子面具有倾斜度，爆破后形成出渣漏斗，松动的岩体因重力作用下漏，利用开挖掌子面的倾斜形成出渣漏斗，通过重力作用下漏石渣能够减少操作人员作业量，提高工作效率。在对爆破后隧道进行挖掘处理时，先通过挖掘机对围岩和爆破产生的碎渣进行处理，然后在通过铣挖机对隧道内墙壁进行铣挖，并在铣挖和挖掘的过程中，采用喷淋对产生带动粉尘进行处理，通过降尘的方式，避免开挖和铣挖过程中粉尘地飞舞，从而影响到开挖的环境，进而不利于工作人员进行施工。
参照图2，一种山岭隧道精确施工结构，包括一种山岭隧道精确施工方法的隧道顶部支护结构，隧道顶部支护结构包括拱形的支护顶架1以及连接在支护顶架1两端的侧支架2，支护顶架1的拱形设置能够尽可能地与开挖隧道内的顶壁紧贴，从而形成对隧道顶部的防护，避免开挖过程中顶部仍有围岩掉落，保证开挖安全稳定的进行，支护顶架1的内部设有V型架3，V型架3的顶端固定在支护顶架1的内侧顶面，V型架3的两侧端分别与两个侧支架2的顶端铰接相连。V型架3的使用提高支护顶架1安装的稳定性，在支护顶架1被向下1压缩时，能够通过V型架3将向下的力进行扩散，进而作用到侧支架2上，以加固侧面围墙的同时提高顶部防护。
V型架3的内侧固定连接有若干个加固伸缩杆5，V型架3的两侧端具有弹性，可在压缩过程中，进行一定的形变，实现对压缩强度的释放，加固伸缩杆5包括位于中间的伸缩管以及连接在伸缩管两端的支撑杆，两个支撑杆的外侧均套接有弹簧，且两个支撑杆远离伸缩管的一端均固定连接有楔形块，两个楔形块分别与V型架3的两侧固定，加固伸缩杆5能够在V型架3发生形变时，通过对弹簧的压缩，能够使支撑杆相伸缩管内滑动，进而对V型架3两端的强度的缓冲，既能够实现V型架3承受压力的释放，同时也提高V型架3整体的支撑防护效果。
V型架3的顶端呈弧形，且V型架3的弧形面与支护顶架1内壁固定，V型架3的顶端弧形设置，能够在支护顶架1向下1压缩V型架3时避免受力在单一接触点上，从而造成受力集中，容易破裂的问题，V型架3的两侧端与支护顶架1的弧形内壁之间还连接有若干个防护支杆4，也起到了对V型架3进行支撑防护的效果，将V型架3所承受的力进行分散。
在施工过程中，以量测手段修正设计和施工，做到既经济合理，又安全可靠。支护顶架1和侧支架2均呈中空设置，内部灌装有混凝土，根据量测数据，在确认初期支护变形收敛后，进行二次模筑混凝土衬砌。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，首先在施工前，根据设计要求和施工场地数据确定施工开挖模型，并确定开挖掌子面，通过划线对开挖掌子面进行标记；
S2，确定开挖掌子面后，开始对掌子面处进行光面爆破设计填装，然后进行掌子面的初始爆破，爆破完成后，再使用挖掘设备对标记内的掌子面区域进行整理，尽量使开挖后的隧道断面周边轮廓光滑圆顺，避免棱角突变处应力集中；
S3，然后在开挖洞口及洞身处布置隧道顶部支护，根据围岩特征，采用不同的支护类型和支护参数，及时施作喷锚支护；
S4，隧道顶部支护结构布置完成后，在新的掌子面再次进行光面爆破的设计与填装准备，然后继续爆破并对爆破后进行挖掘处理和隧道洞身处理；
S5，循环进行步骤S3和步骤S4，直至施工完成。
2.根据权利要求1所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于，S1中，施工开挖模型是指隧道进洞位置及隧道截面形状，并且在确定开挖掌子面时，采用红色油漆划线标识。
3.根据权利要求1所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于，S2中，在爆破设计填装时，先通过垂直楔形掏槽形成临空面，垂直楔形掏槽的孔径、炮眼排距和孔深根据围岩类别设定，然后再根据实际围岩情况、开挖断面、爆破器材、施工难度进行爆破设计。
4.根据权利要求1所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于，S2中，在对爆破后隧道进行挖掘处理时，先通过挖掘机对围岩和爆破产生的碎渣进行处理，然后在通过铣挖机对隧道内墙壁进行铣挖，并在铣挖和挖掘的过程中，采用喷淋对产生带动粉尘进行处理。
5.一种山岭隧道精确施工结构，包括权利要求1-4任一项所述的一种山岭隧道精确施工方法的隧道顶部支护结构，其特征在于，所述隧道顶部支护结构包括拱形的支护顶架(1)以及连接在支护顶架(1)两端的侧支架(2)，所述支护顶架(1)的内部设有V型架(3)，所述V型架(3)的顶端固定在支护顶架(1)的内侧顶面，V型架(3)的两侧端分别与两个侧支架(2)的顶端铰接相连。
6.根据权利要求5所述的一种山岭隧道精确施工结构，其特征在于，所述V型架(3)的内侧固定连接有若干个加固伸缩杆(5)，所述加固伸缩杆(5)包括位于中间的伸缩管以及连接在伸缩管两端的支撑杆，两个支撑杆的外侧均套接有弹簧，且两个支撑杆远离伸缩管的一端均固定连接有楔形块，两个楔形块分别与V型架(3)的两侧固定。
7.根据权利要求5所述的一种山岭隧道精确施工结构，其特征在于，所述V型架(3)的顶端呈弧形，且V型架(3)的弧形面与支护顶架(1)内壁固定，V型架(3)的两侧端与支护顶架(1)的弧形内壁之间还连接有若干个防护支杆(4)。
8.根据权利要求5所述的一种山岭隧道精确施工结构，其特征在于，所述支护顶架(1)和侧支架(2)均呈中空设置，内部灌装有混凝土。
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