[发明专利]内部开口增加作业面的特大断面隧道原位扩建施工结构及施工方法

说明书

技术领域：

本发明涉及山岭隧道的施工结构及施工方法，具体地讲，是在既有隧道内部开口增加作业面的一种特大断面隧道原位扩建施工结构及施工方法。

背景技术：

随着国民经济的飞速发展，交通量日益增大，许多修建年代久远的市政交通隧道已不能满足道路交通运输需求，须在既有隧道原址上进行扩建，才能达到相应的服务水平。原位扩建方案通常包括以下两种：将单洞隧道扩建成连拱隧道，或将单洞隧道扩建成特大断面隧道。相对连拱隧道而言，特大断面隧道虽然面临着跨度较大，支护结构设计复杂、施工工序转换频繁等不利因素，但具有道路展线方便、交通服务水平高、社会效益良好等优点，因此在市政交通隧道的原位扩建工程中得到越来越广泛的应用。

另一方面，市政道路的保通压力较大，因此对市政交通隧道原位扩建工程的工期要求较高。在常规山岭隧道中，通过地表开挖竖井（或斜井）以增加作业面，是提高施工进度的最有效方法；而在建构筑物密集的城市环境中，通常不具备从地表开挖竖井（或斜井）的场地条件。因此可以考虑从既有隧道内部开口的方式，来达到增加作业面，提高施工进度的目的。

发明内容：

本发明的目的在于解决市政交通隧道原位扩建工程中保通压力大、工期要求高的难题，提供一种从既有隧道内部开口增加作业面的特大断面隧道原位扩建施工结构及施工方法。

本发明内部开口增加作业面的特大断面隧道原位扩建施工结构，其特征在于：包括既有隧道和在既有隧道内沿隧道长度方向设有间隔设置的第一临时钢套拱和第二临时钢套拱，所述第一临时钢套拱和第二临时钢套拱之间的既有隧道上挖除围岩后形成特大断面隧道轮廓，在特大断面隧道轮廓表面设有初期支护，所述特大断面隧道轮廓的径向布设有径向系统锚杆。

进一步的，上述径向系统锚杆为长度l=3m、直径ϕ=22mm的水泥砂浆锚杆，以间距d=0.5m梅花形布置而成。

进一步的，上述初期支护包括5榀I22钢拱架和覆盖其表面的25cm厚喷射混凝土。

进一步的，上述特大断面隧道轮廓的下侧部设有锁脚锚杆，锁脚锚杆包括2根长度l=6m、直径ϕ=32mm的中空注浆锚杆。

进一步的，上述第一临时钢套拱和第二临时钢套拱由10榀I22钢拱架通过4道U16槽钢系梁焊接而成。

进一步的，上述第一临时钢套拱和第二临时钢套拱间距4m，第一临时钢套拱和第二临时钢套拱长度为10m。

本发明特大断面隧道钻爆法原位扩建施工方法，其特征在于：施工方法包括三个步骤，依次是1）围岩注浆加固与洞内套拱加固；2）特大断面隧道右上部扩挖与初期支护；3）特大断面隧道左上部扩挖与初期支护。

其中1）围岩注浆加固与洞内套拱加固：

沿既有隧道纵向上选取一小段区间（区间长度B=4m）作为内部开口段，其前后一定里程内的区间（区间长度B1=10m）作为延展段；首先对开口段和延展段范围内的围岩进行壁后注浆加固，所形成的围岩注浆加固体的强度与稳定性，应相当于IV级以上岩体的标准；

在前后延展段的既有隧道衬砌内侧施作临时钢套拱，临时钢套拱由10榀I22钢拱架通过4道U16槽钢系梁焊接而成，每榀钢拱架的拱脚处通过螺栓与既有隧道衬砌结构可靠连接；

2）特大断面隧道右上部扩挖与初期支护：

从右侧边墙开始依次向上，分段破除既有隧道衬砌结构，同时扩挖围岩至设定轮廓线，及时施作初期支护、锁脚锚杆和径向系统锚杆，其中初期支护包括5榀I22钢拱架和覆盖其上表面的25cm厚喷射混凝土，锁脚锚杆包括2根长度l=6m、直径ϕ=32mm的中空注浆锚杆，径向系统锚杆由长度l=3m、直径ϕ=22mm的水泥砂浆锚杆，按间距d=0.5m梅花形布置而成；

当扩挖至既有隧道拱顶时，使用拱顶临时钢支撑，将扩挖隧道初期支护所承担的围岩压力，临时钢支撑斜向地向两侧传递给钢套拱，当扩挖至既有隧道左边墙时，使用边墙临时钢支撑，将扩挖隧道初期支护所承担的围岩压力，斜向地向两侧传递给钢套拱，通过临时钢支撑和临时钢支撑的支承作用，提高了初期支护的竖向承载能力，保证了扩挖后隧道围岩的整体稳定性；

3）特大断面隧道左上部扩挖与初期支护：

从左侧拱腰开始依次向下，分段扩挖围岩至设定轮廓线，及时施作初期支护、径向系统锚杆和锁脚锚杆，其支护参数与右侧相同；开挖形成的洞渣侧向排出，并堆填于既有隧道内，形成洞渣回填，有利于扩挖后隧道围岩的整体稳定性。