特长深埋公路隧道的施工工法

摘要

本发明公开了一种特长深埋公路隧道的施工工法，包括以下步骤：首先在该公路隧道进口端端面的中间位置，利用小直径隧道掘进机先行掘进一平行导洞，并使其与隧道主洞平行布置；在两隧道主洞的进口端、出口端以及平行导洞的出口端同时采用钻爆法进行掘进，并控制平行导洞的掘进速度快于隧道主洞；在平行导洞掘进端的两侧开挖横向通风道，并开辟新的掌子面，并保证每隔一定间距重复开挖横向通风道及掌子面，直至中间平行导洞贯通；在各掌子面处使用钻爆法开挖剩余的隧道主洞；在隧道主洞掘进过程中适时开辟人行及车行横通道；直至隧道主洞全部贯通，施工完成。本发明的施工工法结合了掘进机法和钻爆法的优点，使修建跨区域大型公路通道成为可能。

权利要求

1.一种特长深埋公路隧道的施工工法，包括以下步骤：

（1）施工平行导洞：根据已拟定的所述特长深埋公路隧道的隧址，在该公路隧道进口端端面的中间位置，利用小直径隧道掘进机先行掘进一平行导洞；所述平行导洞位于所述公路隧道的两隧道主洞之间的中间位置的拱顶，且与隧道主洞平行布置；

（2）钻爆掘进：上述利用小直径隧道掘进机掘进平行导洞的过程中，在所述两隧道主洞的进口端、出口端以及所述平行导洞的出口端同时采用钻爆法进行掘进；施工过程中，控制所述平行导洞的掘进速度快于所述两隧道主洞的掘进速度；

（3）开辟掌子面：在所述平行导洞掘进端的左侧和右侧分别开挖横向通风道，使其到达两侧隧道主洞所在区域，然后在该区域开辟新的掌子面，随着平行导洞的不断深入，每隔一定间距便在其掘进端的左右两侧重复开挖横向通风道及掌子面；在各个掌子面处使用钻爆法开挖剩余的隧道主洞；

（4）开辟人行及车行横通道：在两隧道主洞掘进过程中，适时开辟连通两隧道主洞的人行横通道和车行横通道；

（5）开挖隧道主洞：在已经开辟的各掌子面前、后两端分别采用钻爆法持续掘进，直至两侧的隧道主洞全部贯通，施工完成；

所述施工工法是通过一施工通风通道进行通风，该施工通风通道包括由所述平行导洞充当的送风道以及由所述已开挖隧道主洞充当的排风道，所述送风道和排风道通过所述的人行横通道、车行横通道和/或横向通风道连通，并通过射流风机和轴流风机引导风向；

所述施工工法是通过一渣土运输通道进行出渣，该渣土运输通道包括由所述平行导洞充当的空载车进洞通道以及由所述已施工隧道主洞充当的渣土满载车出洞通道，所述空载车进洞通道与渣土满载车出洞通道通过所述的人行横通道、车行横通道和/或横向通风道连通，施工过程中控制空载车进洞路线与所述施工通风通道中的新鲜空气流向一致，控制渣土满载车出洞路线与所述施工通风通道中污浊空气流向一致。

2.根据权利要求1所述的特长深埋公路隧道的施工工法，其特征在于：通过所述先行掘进的平行导洞进行前方的超前地质勘探和地质预报。

3.根据权利要求1或2所述的特长深埋公路隧道的施工工法，其特征在于：所述小直径隧道掘进机的掘进半径为3.5m～5m。

说明书

特长深埋公路隧道的施工工法

技术领域

[0001] 本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种特长深埋公路隧道的施工方法。

背景技术

[0002] 在公路交通快速发展的今天，对修建跨区域的大型公路通道提出了强烈的需求，但由于一些自然条件的影响，如大型山脉的天然阻隔，给这些通道的修建带来了很大的困难。比如，新疆受天山山脉的阻隔，南北疆之间的公路通道就一直没有实施。制约这些大型公路通道实施的关键就是穿越大型山脉的越岭隧道的修建。大型山脉海拔较高，穿越这些大型山脉的隧道往往具有特长、深埋（埋深达1000m以上）的特征。特长、深埋的隧道（以下简称长深隧道）有三个需要解决的问题：一是隧道的地质勘查问题；二是隧道的快速施工问题；三是运营阶段的通风防灾问题。

[0003] 当隧道埋深达1000m以上时，一般不能打竖向探孔，因而对隧址范围内的围岩、地下水等地质情况不能做有效地探明。同理，由于埋深太大，长深隧道修建竖斜井几乎也不可能（目前世界上最深的竖斜井为661m），施工过程中就无法开拓多掌子面，实现“长隧短打”；同样，长深隧道的运营通风防灾问题也无法得到有效解决。为了解决长深隧道在施工中面临的上述三个问题，我们有必要对现有隧道的施工结构及施工工法进行改进。

[0004] 现有隧道的施工方法主要有两种：钻爆法和大型TBM法（隧道掘进机法）。钻爆法独头月掘进速度仅150m/月，施工效率较低。大型TBM国内的掘进速度可达400m/月，但双车道高速公路隧道直径达11.4m左右，设备采购费高达3～4亿元人民币，且施工中耗电量大，使用成本高，隧道断面空间浪费大，经济性较差。而且，单独采用上述任一种施工方法都很难满足大型公路通道中对长深隧道的修建要求。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种施工简单、方便、施工成本低、施工工期短、且能有效实现特长深埋公路隧道施工的施工方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种特长深埋公路隧道的施工工法，包括以下步骤：

[0007] （1）施工平行导洞：根据已拟定的所述特长深埋公路隧道的隧址，在该公路隧道进口端端面的中间位置，利用小直径隧道掘进机先行掘进一平行导洞；所述平行导洞位于所述公路隧道的两隧道主洞之间，且与隧道主洞平行布置；

[0008] （2）钻爆掘进：上述利用小直径隧道掘进机掘进平行导洞的过程中，在所述两隧道主洞的进口端、出口端以及所述平行导洞的出口端同时采用钻爆法进行掘进；

[0009] （3）开辟掌子面：施工过程中，控制所述平行导洞的掘进速度快于所述两隧道主洞的掘进速度，然后在所述平行导洞掘进端的左侧和右侧分别开挖横向通风道，使其到达两侧隧道主洞所在区域，然后在该区域开辟新的掌子面，并在该掌子面处使用钻爆法施工；随着平行导洞的不断深入，每隔一定间距便在其掘进端的左右两侧重复开挖横向通风道和掌子面；

[0010] （4）开挖隧道主洞：在已经开辟的各掌子面前、后两端分别采用钻爆法持续掘进，直至两侧的隧道主洞全部贯通，施工完成。

[0011] 作为对上述技术方案的进一步改进，上述施工工法中，通过所述先行掘进的平行导洞进行前方的超前地质勘探和地质预报。通过地质勘探和地质预报可探明前方隧址范围内的围岩情况及地下水富存情况，根据探明的情况可更好地指导所述两个隧道主洞的掘进施工。具体的地质勘探手段本领域技术人员可根据公知常识、地质条件及长中短程预报的需要自行选择和组合。

[0012] 上述的特长深埋公路隧道的施工工法中，所述小直径隧道掘进机的掘进半径优选为3.5m～5m。

[0013] 上述的特长深埋公路隧道的施工工法中，所述施工工法优选是通过一施工通风通道进行通风，该施工通风通道包括由所述平行导洞充当的送风道以及由所述已开挖隧道主洞充当的排风道，所述送风道和排风道通过所述的人行横通道、车行横通道和/或横向通风道连通，并通过射流风机和轴流风机引导风向。

[0014] 上述的特长深埋公路隧道的施工工法中，所述施工工法优选是通过一渣土运输通道进行出渣，该渣土运输通道包括由所述平行导洞充当的空载车进洞通道以及由所述已施工隧道主洞充当的渣土满载车出洞通道，所述空载车进洞通道与渣土满载车出洞通道通过所述的人行横通道、车行横通道和/或横向通风道连通，施工过程中控制空载车进洞路线与所述施工通风通道中的新鲜空气流向一致，控制渣土满载车出洞路线与所述施工通风通道中污浊空气流向一致。

[0015] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的施工方法是采用TBM法加钻爆法进行联合施工，利用小直径TBM快速掘进，在左右两个隧道主洞中间开辟一个平行导洞，利用平行导洞解决了因不能打竖向探孔而导致的无法进行地质勘探的问题，而平行导洞形成后结合钻爆法开辟多个掌子面解决了快速施工的技术难题，最后利用平行导洞、横向通风道以及左右隧道主洞组成的通道网络，解决了施工运营阶段由于不能打竖斜井导致的通风防灾难题。综上，采用本发明的施工方法解决了特长、深埋公路隧道的快速施工、地质勘探及施工运营阶段的通风防灾等关键性技术问题，为今后特长、深埋公路隧道的施工建造开辟了广阔的应用前景。

附图说明

[0016] 图1为本发明具体实施方式中施工步骤1和步骤2阶段的施工状态示意图。

[0017] 图2为本发明具体实施方式中施工步骤3阶段的施工状态示意图。

[0018] 图3为本发明具体实施方式中施工步骤4和步骤5阶段的施工状态示意图。

[0019] 图4为本发明具体实施方式中施工完成后的施工状态示意图。

[0020] 图5为本发明具体实施方式中公路隧道的横断面图。

[0021] 图6为本发明具体实施方式中施工通风通道的通风流向示意图。

[0022] 图7为本发明具体实施方式中渣土运输通道的渣土运输流向示意图（图7中实箭头线表示空载车进洞路线，图7中虚箭头线表示渣土满载车出洞路线）。

[0023] （以上图1～图7中，尾端带方块箭头表示新鲜空气进洞流向，尾端带圆圈箭头表示污浊空气出洞流向）。

[0024] 图例说明

[0025] 1、隧道主洞； 11、人行及车行横通道； 2、平行导洞； 3、小直径隧道掘进机； 4、横向通风道； 5、掌子面； 6、射流风机； 7、轴流风机。

具体实施方式

[0026] 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

[0027] 实施例：

[0028] 某拟设计施工的特长、深埋公路隧道，长14km，其穿越天山主脉，属高山与冰川侵蚀堆积地貌，隧道沿线崇山峻岭，山顶冰川发育，山体岩性主要为白云质大理岩、结晶灰岩夹绿泥绢云石英片岩等。隧道路线拟采用高速公路方案，按照展线需要并为了避开山顶常年冻土及冰川，隧道进出口标高分别为2840m和2760m，最小埋深达1700m，最大埋深达2400m。该隧道由于路线长、埋深大，且山顶覆盖冰川，竖斜井施工风险很大，因此采用本发明的施工工法对该公路隧道进行施工。

[0029] 一种如图1～图5所示的本发明的特长深埋公路隧道的施工工法，具体包括以下的施工步骤。

[0030] （1）施工平行导洞：首先，根据已经确定的该公路隧道的设计方案，该隧道采用带平行导洞的双洞单向的断面结构形式（参见图5），其隧址及基本施工方案也相应确立；如图1和图5所示，在本实施例公路隧道的两个隧道主洞1进口端（即图1中的A端）的中间位置的拱顶，先利用4m～5m的敞开式小直径隧道掘进机3（TBM）从隧址进口端快速掘进，以形成一与隧道主洞1平行布置的平行导洞2。

[0031] （2）钻爆掘进：如图1所示，在两个隧道主洞1的进口端（即图1中的A端）、出口端（即图1中的B端）以及平行导洞2的出口端（即图1中的B端），同时采用钻爆法进行掘进并开挖至设计断面；小直径隧道掘进机3在平行导洞2中的掘进速度（小直径隧道掘进机的掘进速度可根据施工要求进行调整，一般月掘进速度控制在800m/月）快于两个隧道主洞1的掘进速度（左右两个隧道隧道主洞1的掘进速度可按400m/月施工），并通过超前的平行导洞2进行前方的超前地质勘探和地质预报，超前地质勘探和地质预报的主要手段有隧道地质超前预报系统（TST测试、TSP测试等）、地质雷达、瞬变电磁法、红外探测技术等（这些技术手段均为本领域常规技术），地应力测试将综合使用Kaiser效应测试、硐壁应力测试及有限元数值模拟等技术，这些技术手段可由本领域技术人员根据地质条件及长中短程预报的需要组合使用。

[0032] 在上述步骤（1）和步骤（2）的施工中，施工通风相对简单，新鲜空气的进洞流向和污浊空气的出洞流向如图1中的箭头所示。

[0033] （3）开辟掌子面：如图2所示，当平行导洞2掘进到一定长度后（具体长度可根据实践中的施工要求确定，例如可选择1km左右），在平行导洞2掘进端的左侧和右侧分别开挖横向通风道4，使左、右两侧的横向通风道4的达到两侧隧道主洞1所在区域，然后在横向通风道4的末端使用钻爆法开辟掌子面5；随着平行导洞2的不断掘进，每隔4km（3km～5km均可）便在其掘进端的左右两侧重复开挖横向通风道4和掌子面5，直至掌子面5的数量满足两个隧道主洞1设计施工的要求；在本步骤（3）的施工中，新鲜空气的进洞流向和污浊空气的出洞流向如图2中的箭头所示。

[0034] （4）开辟人行及车行横通道：如图2、图3所示，在两隧道主洞1的掘进过程中，适时开辟连通两隧道主洞1的人行及车行横通道11；各个人行及车行横通道11的间隔距离控制在250m～500m（也可以分别单独设置人行横通道和车行横通道）；人行及车行横通道11不仅可用作施工通风通道，更重要的是还可作为渣土运输通道。

[0035] （5）开挖隧道主洞：如图3所示，待中间的平行导洞2贯通后，利用其与左右隧道主洞1已开挖部分组成施工通风通道和渣土运输通道；继续采用钻爆法在已经开挖好的掌子面5前、后两端进行双向掘进，在两个隧道主洞1的进出口端及平行导洞2的出口端已开挖部分同样继续用钻爆法掘进，直至如图4所示两侧的隧道主洞1全部贯通，隧道主洞1全部贯通后，对平行导洞2进行扩挖形成设计断面，施工完成。

[0036] 如图6所示，上述的施工通风通道包括由平行导洞2充当的送风道送入新鲜空气以及由已施工隧道主洞1充当的排风道排出污浊空气，送风道和排风道通过人行及车行横通道11和横向通风道4连通，并通过射流风机6和轴流风机7引导风向。

[0037] 如图7所示，上述的渣土运输通道包括由平行导洞2充当的空载车进洞通道以及由已施工隧道主洞1充当的渣土满载货车出洞通道，施工过程中控制空载车进洞路线与施工通风通道中的新鲜空气流向一致，控制渣土满载车出洞路线与施工通风通道中污浊空气流向一致。

[0038] 以本具体实施方式中确定的长14km的公路隧道为例，该公路隧道可在15个月左右完成第一阶段的施工，在第26个月左右能够使平行导洞2完全贯通，在第36个月左右能够基本完成该公路隧道的施工。如果采用现有钻爆法施工，掘进速度按250m/月，则掘进时间为32个月，施工准备期3个月，设备安装12个月计，共计工期47个月；大型掘进机掘进速度取400m/月，因为是独头掘进，则掘进时间为40个月，施工准备5个月，设备安装12个月计，共计工期57个月。

[0039] 上述具体实施方式中采用了小直径TBM结合钻爆法的施工方法，即先用小直径掘进机先行快速掘进形成平行导洞，同时结合钻爆法拓展掌子面进行隧道主洞的快速施工。该施工方法灵活高效地结合了小直径TBM施工快速、安全的特点以及钻爆法灵活、技术成熟的优势，具有相当大的技术优势。更重要的是，上述的施工方法能利用小直径TBM（月掘进隧道达800～1000 m/月）快速形成平行导洞，解决特长、深埋公路隧道修建过程中的技术难题，使得穿越大型山脉修建跨区域大型公路通道成为了可能。

[0040] 以上应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，该实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。本领域的一般技术人员在应用本发明的过程中在具体实施方式及细节上均会有改变之处。例如可以经过经济技术对比采用两台小直径掘进机从两个隧道主洞掘进（以等同替换隧道主洞的钻爆法施工）而平行导洞的掘进则可用钻爆法替代；在横向通风道之间也可设置临时横向通道连接先行平行导洞和主洞；主洞施工过程中以上台阶法快速掘进等。因此，上述实施例的内容不应理解为对本发明的限制。