隧道环向变截面扩挖方法

摘要

本发明公开了一种隧道环向变截面扩挖方法，其在始发工作井中安装钢支撑架、反力架和环向扩挖盾构机构后，顶进装置即可驱动环向扩挖盾构机构环向掘进，并在管片拼装机构、控制装置、液压传动装置以及排渣机构等后配套系统的配合下，完成原隧道的首环的径向扩挖工作；接着，在初始扩挖空间的一侧与待环向扩挖区域相邻的位置搭建钢管‑拱架支撑结构，并从待环向扩挖区域位于钢拱架的一侧开始，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌，最终在待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段，完成隧道的环向变截面扩挖，整个环向变截面扩挖过程不占用地面空间、不阻碍交通以及不损伤地面建筑。

权利要求

1.一种隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在原隧道内部位于待环向扩挖区域的始发侧位置，沿纵向方向将位于最底部的至少一排原管片凿开，并进行土体开挖，形成用于环向扩挖的始发工作井，纵向的一排原管片包括至少两块环向相邻的原管片；

S2、在始发工作井内施作钢支撑架和反力架，为环向扩挖盾构机构后续的环向掘进提供初始支撑力；

S3、在始发工作井内完成环向扩挖盾构机构的拼装工作，并使环向扩挖盾构机构的顶进装置与反力架相抵；

S4、通过顶进装置对环向扩挖盾构机构的圆弧形基板施以推力，以驱动环向扩挖盾构机构环向掘进并切削土体，同时，通过排渣机构将流入土仓的渣土排出；

S5、在环向扩挖盾构机构环向掘进一块扩挖管片的距离后，停止掘进，并在将顶进装置与反力架分离后，通过管片拼装机构在刚掘进的区域纵向拼装至少一块扩挖管片；

S6、将顶进装置与刚拼装的扩挖管片相抵，并通过顶进装置驱动环向扩挖盾构机构继续环向掘进并切削土体，同时，通过排渣机构将流入土仓的渣土排出，环向扩挖盾构机构包括向前弯曲的所述圆弧形基板，基板的左右两侧设有向基板的中心线方向延伸的边隔板，边隔板为向前变曲且中心线与基板的中心线重合的圆弧形板，左右两侧的所述边隔板和基板之间围成安装区，安装区中安装有至少一组环向盾构机组，每组环向盾构机组包括位于安装区前段且部分向前伸出安装区的切削装置，装于安装区且位于切削装置后方的支承装置，以及装于安装区且位于支承装置后方的所述顶进装置，所述支承装置包括位于切削装置后方的土仓以及位于土仓后方的机械仓，工作过程中，顶进装置为基板提供环向掘进的推力，切削装置驱动其刀盘上的刀具旋转并切削土体，土仓用于容纳被切削土体产生的渣土，机械仓安装有与切削装置的转轴连接的驱动装置，用于驱动切削装置的刀具旋转，所述顶进装置包括多个千斤顶和支撑靴，支撑靴连接于相应千斤顶的一端，千斤顶的另一端连接有导向件，导向件插装于相应的边隔板或中隔板圆弧形槽中，并在千斤顶伸展时，通过与支撑靴相抵的反力架或者已拼接的扩挖管片提供支撑反力，对边隔板和/或中隔板提供环向掘进的推力，从而驱动整个环向扩挖盾构机构环向掘进；

S7、在环向扩挖盾构机构继续环向掘进一块扩挖管片的距离后，停止掘进；

S8、将刚掘进一块扩挖管片距离相对应的原管片凿开并清理相应残土后，将顶进装置与扩挖管片分离，并通过管片拼装机构纵向继续拼装至少一块扩挖管片；

S9、按步骤S6至S8重复操作至环向扩挖盾构机构环向掘进至重新进入始发工作井；

S10、将环向扩挖机构、钢支撑架和反力架拆解并移出始发工作井后，进行混凝土浇筑以填充始发工作井；

S11、拼装环向最后一块扩挖管片，从而完成一环扩挖管片的拼装工作，形成初始扩挖空间；

S12、在初始扩挖空间的一侧与待环向扩挖区域相邻的位置搭建钢拱架、以及在钢拱架外围的位置往待环向扩挖区域的土体打入多根间隔分布的钢管，钢管相对原隧道的轴线外倾延伸且钢管的始端由钢拱架支撑，以形成钢管-拱架支撑结构；

S13、从待环向扩挖区域位于钢拱架的一侧开始，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌，最终在待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段。

2.如权利要求1所述的隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：进行土体开挖，形成用于环向扩挖的始发工作井的步骤S1中，还包括绑扎钢筋，浇筑混凝土的过程。

3.如权利要求1所述的隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：在沿纵向方向将位于最底部的至少一排原管片凿开，并进行土体开挖之前，还包括沿原隧道的环向和纵向方向，经原隧道的原管片的注浆孔对待环向扩挖区域的土体进行注浆加固的过程。

4.如权利要求1所述的隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌的步骤S13中，还包括在已扩挖的区域内，纵向间隔搭建衬砌支撑钢拱架以支撑钢筋混凝土衬砌，以及在钢筋混凝土衬砌内侧位于环向相邻的两钢管之间的位置往土体打入多根开孔的超前小导管并注浆进行加固及止水的过程。

5.如权利要求1所述隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：步骤S13中，将待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段的过程中或者之后，还包括对初始扩挖空间施作过渡钢筋混凝土衬砌，以将喇叭状的变截面段和原隧道不需扩挖的区域平滑连接过渡的过程。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：当待环向扩挖区域的纵向长度大于单根钢管的长度时，纵向搭接多根钢管，以使纵向拼接后的钢管穿越待环向扩挖区域。

7.如权利要求6所述的隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：纵向相邻的两根钢管相对的两端分别固设接管状子接头和管状母接头，所述管状子接头的外径与管状母接头的内径相适并可插入管状母接头，管状母接头和管状子接头重叠的区域分别环向开设有多个相对的第一螺孔和第二螺孔，相对的第一螺孔和第二螺孔安装有螺栓，以将管状子接头和管状母接头可拆卸固紧。

8.如权利要求7所述隧道环向变截面扩挖方法，其特征在于：将管状子接头和管状母接头可拆卸固紧之后，还包括在管状母接头的外围包覆密封包边或者密封胶带的过程。

说明书

隧道环向变截面扩挖方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道扩挖技术领域，特别涉及一种隧道环向变截面扩挖方法。

背景技术

[0002] 目前大中型城市大量修建地下交通隧道(如公路或者地铁等)。其中，地下交通隧道的变截面段(车道逐渐变宽，如公路匝道出入口处或者地铁车辆段出入口处等区域)是地下交通隧道修建的难点与重点，其需在已修建(较多采用传统盾构机施工修建)的等径隧道的基础上进行扩挖修建。传统交通隧道变截面段的扩挖修建方法包括明挖法、盖挖法、矿山法等。但上述修建工法对地面交通及建筑均会产生一定影响，有的(例如明挖法)还需要占用大量的地面空间。

[0003] 随着经济发展，在某些地面交通繁忙、人口和建筑密集的区域，已经没有采取上述工法的建设空间，采用完全非开挖的工法几乎是唯一的选择，以尽可能减少隧道施工对地层扰动及地面环境的影响。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的是提出一种隧道环向变截面扩挖方法，旨在避免占用地面空间，以及防止对地面交通及建筑产生影响。

[0005] 为实现上述目的，本发明提出一种隧道环向变截面扩挖方法，包括步骤：

[0006] S1、在原隧道内部位于待环向扩挖区域的始发侧位置，沿纵向方向将位于最底部的至少一排原管片凿开，并进行土体开挖，形成用于环向扩挖的始发工作井，纵向的一排原管片包括至少两块环向相邻的原管片；

[0007] S2、在始发工作井内施作钢支撑架和反力架，为环向扩挖盾构机构后续的环向掘进提供初始支撑力；

[0008] S3、在始发工作井内完成环向扩挖盾构机构的拼装工作，并使环向扩挖盾构机构的顶进装置与反力架相抵；

[0009] S4、通过顶进装置对环向扩挖盾构机构的圆弧形基板施以推力，以驱动环向扩挖盾构机构环向掘进并切削土体，同时，通过排渣机构将流入土仓的渣土排出；

[0010] S5、在环向扩挖盾构机构环向掘进一块扩挖管片的距离后，停止掘进，并在将顶进装置与反力架分离后，通过管片拼装机构在刚掘进的区域纵向拼装至少一块扩挖管片；

[0011] S6、将顶进装置与刚拼装的扩挖管片相抵，并通过顶进装置驱动环向扩挖盾构机构继续环向掘进并切削土体，同时，通过排渣机构将流入土仓的渣土排出；

[0012] S7、在环向扩挖盾构机构继续环向掘进一块扩挖管片的距离后，停止掘进；

[0013] S8、将刚掘进一块扩挖管片距离相对应的原管片凿开并清理相应残土后，将顶进装置与扩挖管片分离，并通过管片拼装机构纵向继续拼装至少一块扩挖管片；

[0014] S9、按步骤S6至S8重复操作至环向扩挖盾构机构环向掘进至重新进入始发工作井；

[0015] S10、将环向扩挖机构、钢支撑架和反力架拆解并移出始发工作井后，进行混凝土浇筑以填充始发工作井；

[0016] S11、拼装环向最后一块扩挖管片，从而完成一环扩挖管片的拼装工作，形成初始扩挖空间；

[0017] S12、在初始扩挖空间的一侧与待环向扩挖区域相邻的位置搭建钢拱架、以及在钢拱架外围的位置往待环向扩挖区域的土体打入多根间隔分布的钢管，钢管相对原隧道的轴线外倾延伸且钢管的始端由钢拱架支撑，以形成钢管-拱架支撑结构；

[0018] S13、从待环向扩挖区域位于钢拱架的一侧开始，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌，最终在待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段。

[0019] 本发明技术方案先在原隧道的待环向扩挖区域，沿纵向方向将位于最底部的至少一排原管片(纵向的一排原管片包括至少两块环向相邻的原管片)凿开，并进行土体开挖，形成用于环向扩挖的始发工作井，并在始发工作井中安装钢支撑架、反力架和本发明环向扩挖盾构机构后，顶进装置即可驱动环向扩挖盾构机构环向掘进，并在管片拼装机构、控制装置、液压传动装置以及排渣机构等后配套系统的配合下，通过完全非开挖的环向扩挖方式，完成原隧道的初始扩挖空间的扩挖工作；接着，在初始扩挖空间的一侧与待环向扩挖区域相邻的位置搭建钢管-拱架支撑结构，并从待环向扩挖区域位于钢拱架的一侧开始，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌，最终在待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段。整个环向变截面扩挖过程不占用地面空间、不阻碍交通以及不损伤地面建筑。另外，本发明环向扩挖盾构机构可根据扩挖区域的长度进行拼装或者循环使用，灵活高效，且施工完成后，可对环向扩挖盾构机构进行回收，以节省环向扩挖成本。

附图说明

[0020] 图1为环向扩挖盾构机构的示意图；

[0021] 图2为环向扩挖盾构机构装于始发工作井且其顶进装置与反力架相抵时的示意图；

[0022] 图3为环向扩挖盾构机构环向掘进一定距离并拼装多片扩挖管片的示意图；

[0023] 图4为环向扩挖盾构机构环向掘进一环距离，并回到始发工作井的示意图；

[0024] 图5为原隧道环向扩挖并拼装一环扩挖管片后的横截面示意图；

[0025] 图6为原隧道环向扩挖并拼装一环扩挖管片后的纵截面示意图；

[0026] 图7为完成钢管-拱架支撑结构施工后的示意图；

[0027] 图8为完成喇叭状的变截面段施工后的示意图；

[0028] 图9为完成过渡钢筋混凝土衬砌施工后的示意图；

[0029] 图10为纵向相邻的两钢管的连接示意图。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0032] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0033] 本发明提出一种隧道环向变截面扩挖方法。

[0034] 在本发明实施例中，如图1至图10所示，该隧道环向变截面扩挖方法包括步骤：

[0035] S1、在原隧道100内部位于待环向扩挖区域的始发侧位置，沿纵向方向将位于最底部的至少一排原管片101凿开，并进行土体开挖，形成用于环向扩挖的始发工作井103，纵向的一排原管片101包括至少两块环向相邻的原管片101。

[0036] 具体地，沿原隧道100纵向方向凿开多少排位于最底部的原管片101视待环向扩挖区域的大小和环向扩挖盾构的纵向尺寸而定，例如可以沿原隧道100纵向方向凿开一排、两排、三排、四排或者更多，如图2、图4所示，为凿开四排的情况。

[0037] 具体地，进行土体开挖，形成用于环向扩挖的始发工作井103的步骤S1中，还包括绑扎钢筋，浇筑混凝土的过程，以防止始发工作井103出现坍塌。

[0038] 在本发明实施例中，在沿纵向方向将位于最底部的至少一排原管片101(纵向的一排原管片包括至少两块环向相邻的原管片)凿开，并进行土体开挖之前，还包括沿原隧道100的环向和纵向方向，经原隧道100的原管片101的注浆孔(未图示)对待环向扩挖区域的土体进行注浆加固的过程，应当说明的，注浆加固范围106应该大于待环向扩挖区域。

[0039] 进一步地，在步骤S1中，在进行土体开挖之前，还包括在待开挖土体两侧插入钢板桩107作为挡墙支护的步骤。

[0040] S2、在始发工作井103内施作钢支撑架104和反力架105，为环向扩挖盾构机构后续的环向掘进提供初始支撑力。

[0041] 具体地，钢支撑架104主要用于从底部支撑环向扩挖盾构机构，反力架105主要用于与环向扩挖机构的顶进装置6相抵，为环向扩挖盾构机构的掘进提供初始的支撑反力。

[0042] S3、在始发工作井103内完成环向扩挖盾构机构的拼装工作，并使环向扩挖盾构机构的顶进装置6与反力架105相抵。

[0043] 具体地，该环向扩挖盾构机构包括向前弯曲的圆弧形基板1，基板1的左右两侧设有向基板1的中心线(即基板1所有区域的圆心所连成的直线)方向延伸的边隔板2，边隔板2为向前变曲的圆弧形板，且边隔板2的中心线与基板1的中心线重合，左右两侧的所述边隔板2和基板1之间围成安装区，安装区中安装有至少一组环向盾构机组，每组环向盾构机组包括位于安装区前段且部分向前伸出安装区的切削装置3，装于安装区且位于切削装置3后方的支承装置，以及装于安装区且位于支承装置后方的顶进装置6，所述支承装置包括位于切削装置3后方的土仓4以及位于土仓4后方的机械仓5，工作过程中，顶进装置6为基板1提供环向掘进的推力，切削装置3驱动其刀盘上的刀具31旋转并切削土体，土仓4用于容纳被切削土体产生的渣土。具体地，土仓4的前壁设有入渣口41，切削装置3切削土体产生的渣土经入渣口41进入土仓4，并经与盾构机构配套的排渣机构500排出土仓4，机械仓5安装有与切削装置3的转轴连接的驱动装置(未图示，例如包括旋转电机、传动机构等，为现有技术，这里不再进行赘述)，用于驱动切削装置3的刀具31旋转并切削土体，安装区位于顶进装置6后方的区域为用于拼接扩挖管片102的区域。

[0044] 具体地，所述环向盾构机组的数量为一组或者多组，具体可根据扩挖需求而定，为多组时，多组环向盾构机组纵向(即沿原隧道100的轴向方向)分布，并通过固设于基板的中隔板7隔开，如图1所示，为安装空间内安装有四组环向盾构机组的情况。具体地，中隔板7同样为向前变曲的圆弧形板，且中隔板7的中心线与基板1的中心线重合，但中隔板7的环向长度小于基板1。

[0045] 可以理解地，土仓4、机械仓5和切削装置3的具体结构和设置方式以及土仓4和配套的排渣机构500之间的配合关系可以参照传统盾构机(例如公开号为“CN 1730907 A”的发明专利申请所公开的复合式平衡盾构机”或者公开号为CN 102287201 A的发明专利申请所公开的带中心钻系统的盾构机等)的土仓4、机械仓5和切削装置3的实施方式，这里不再进行赘述。当然，本发明所述环向扩挖盾构机构的圆弧形基板1和传统盾构机的筒状盾壳的结构有一定区别，但这并不影响本发明环向扩挖盾构机构的土仓4、机械仓5和切削装置3以及土仓4和配套的排渣机构500之间的配合关系的参照设置。

[0046] 具体地，所刀具31包括滚刀311、切刀312和中心刀313中的至少一种，可根据土体的类型选对相应的刀具类型，刀具31具体如何装于刀盘上、以及驱动装置如何驱动刀盘转动可以参照传统盾构机的切削装置的安装方式，这里不再进行赘述。

[0047] 进一步地，所述边隔板2的后端装有密封刷8，以减少掘进过程中，渣土从后方进入安装区。

[0048] S4、通过顶进装置6对环向扩挖盾构机构的圆弧形基板施推力，以驱动环向扩挖盾构机构环向掘进并切削土体，同时，通过排渣机构将流入土仓4的渣土排出。

[0049] 可以理解地，如同传统盾构机一样，本发明环向扩挖盾构机构同样有对应的后配套系统，后配套系统一般包括管片拼装机构200、控制装置300、液压传动装置400以及排渣机构500，其中，管片拼装机构200用于实现扩挖区域的管片的环向和纵向(或称轴向)的拼装，排渣机构500用于将土仓4的渣土排出，并经排渣管道501输送至运土车600，并由运土车600运出隧道。与传统的盾构机构区别的是，与本发明环向扩挖盾构机构对应的后配套系统中的管片拼装机构200位于环向扩挖盾构机构外，具体地，原隧道对应待环向扩挖区域的纵向两外侧的位置设有龙门架700，管片拼装机200安装于龙门架700的纵向传动轴701上，并可在工作过程中，在液压传动装置400的驱动下沿龙门架700移动以调整其纵向位置，排渣机构500单独位于待环向扩挖区域一侧，且与液压传动装置和控制装置等分开，可以有效避免施工相互干扰，提高排土掘进效率。

[0050] S5、在环向扩挖盾构机构环向掘进一块扩挖管片102的距离后，停止掘进，并在将顶进装置6与反力架105分离后，通过管片拼装机构200在刚掘进的区域纵向拼装至少一块扩挖管片102；

[0051] 具体地，通过管片拼装机构200在刚掘进的区域纵向拼装多少块扩挖管片102，主要视环向扩挖盾构机构的纵向尺寸而定，例如可以纵向拼装一块、两块、三块、四块或者更多，如图6所示，为纵向拼装四块扩挖管片102的情况。

[0052] S6、将顶进装置6与刚拼装的扩挖管片102相抵，并通过顶进装置6驱动环向扩挖盾构机构继续环向掘进并切削土体，同时，通过排渣机构将流入土仓4的渣土排出。

[0053] 在本发明实施例中，所述边隔板2的内侧面和/或中隔板7的侧面开设有圆弧形槽21、71，所述圆弧形槽21、71的圆心位于基板1的中心线上，所述顶进装置6包括多个千斤顶
62和支撑靴61，支撑靴61连接于相应千斤顶62的一端，千斤顶62的另一端连接有导向件63，导向件63插装于圆弧形槽21、71中，工作时，支撑靴61与反力架105或者已拼接的扩挖管片相抵，以在千斤顶62伸展时提供支撑反力，以使千斤顶62的另一端通过导向件63经圆弧形槽21、71对边隔板2和/或中隔板7提供环向掘进的推力，即千斤顶伸展时，通过与支撑靴相抵的反力架或者已拼接的扩挖管片提供支撑反力，对边隔板和/或中隔板提供环向掘进的推力，从而驱动整个环向扩挖盾构机构环向掘进。具体地，支撑靴61铰接于千斤顶62的一端，导向件63插装于圆弧形槽21、71中，并可根据需要在驱动基板1环向掘进之前或者环向掘进的过程中调整导向件63在圆弧形槽21、71的位置，以调整隔板和/或中隔板7的受力方向，并保证环向扩挖盾构机构能保环向掘进。

[0054] 在本发明一较佳实施例中，边隔板2的内侧面和中隔板7的两侧表面均分别开设有至少两条同圆心的圆弧形槽21、71(如图1所示，为分别开设两条圆弧形槽21、71的情况)，每个边隔板2的内侧面和每个中隔板7的两侧表面的圆弧形槽21、71对应至少两个千斤顶62(如图1所示，为分别对应两个千斤顶62的情况)，相应的至少两个千斤顶62的一端与支撑靴61共同连接，另一端与导向件63共同连接，导向件63插装于相应的至少两个所述圆弧形槽
21、71。此设置方式，可使环向扩挖盾构机构在掘进过程中，获得更为均匀的掘进力。

[0055] S7、在环向扩挖盾构机构继续环向掘进一块扩挖管片102的距离后，停止掘进。

[0056] S8、将刚掘进一块扩挖管片102距离相对应的原管片101凿开并清理相应残土后，将顶进装置6与扩挖管片102分离，并通过管片拼装机构200纵向继续拼装至少一块扩挖管片102；

[0057] 具体地，在步骤S8中，纵向继续拼装的扩挖管片102的数量与步骤S5中的扩挖管片102数量一致。

[0058] 可以理解地，采用每环向掘进一块扩挖管片102的距离后，再凿开相应的原管片101并清理残土的方式，可保证原隧道100管片的结构稳定性，防止原隧道100管片过大变形。

[0059] S9、按步骤S6至S8重复操作至环向扩挖盾构机构环向掘进至重新进入始发工作井103(应当说明的是，在步骤S9中，应先不拼装环向的最后一块扩挖管片)。

[0060] S10、将环向扩挖机构、钢支撑架和反力架拆解并移出始发工作井103后，进行混凝土浇筑以填充始发工作井103。

[0061] 至于具体如何进地混凝土浇筑，采用现有技术，这里不再进行赘述，但应当注意预留环向的最后一块扩挖管片的位置。

[0062] S11、拼装环向最后一块扩挖管片102，从而完成一环扩挖管片的拼装工作，形成初始扩挖空间。

[0063] S12、在初始扩挖空间1001的一侧与待环向扩挖区域相邻的位置搭建钢拱架10、以及在钢拱架10外围的位置往待环向扩挖区域的土体打入多根间隔分布的钢管9，钢管9相对原隧道100的轴线外倾延伸(即形成一定的夹角)且钢管9的始端由钢拱架10支撑，以形成钢管-拱架支撑结构(见图7)。

[0064] 具体如何搭建钢拱架以及将钢管打入土体，为现有技术，例如可采用现有的顶管法或者夯管法等方法在钢拱架10外围的位置往待环向扩挖区域的土体打入多根间隔分布的钢管9。可以理解地，钢管9相对原隧道100的轴线的外倾角度，可以根据实际需要而定，具体跟匝道路面宽度、匝道分叉角度等相关，可以选择15～30度，例如为15度、16度、17度、18度、19度、20度、21度、22度、23度、24度、25度、26度、27度、28度、29度或者30度等。

[0065] 进一步地，在钢拱架10外围的位置往待环向扩挖区域的土体打入多根间隔分布的钢管9后，还包括往钢管内注入混凝土浆的过程，以提高钢管的强度。

[0066] S13、从待环向扩挖区域位于钢拱架10的一侧开始，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌108，最终在待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段1002(见图8)，完成隧道的环向变截面扩挖。整个环向变截面扩挖过程不占用地面空间、不阻碍交通以及不损伤地面建筑。另外，本发明环向扩挖盾构机构可根据扩挖区域的长度进行拼装或者循环使用，灵活高效，且施工完成后，可对环向扩挖盾构机构进行回收，以节省环向扩挖成本。

[0067] 进一步地，步骤S13中，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌108的步骤中，还包括在已扩挖的区域内，纵向间隔搭建衬砌支撑钢拱架11以支撑钢筋混凝土衬砌108的过程，纵向的间隔大小，可根据实际需要而定。衬砌支撑钢拱架11的结构以及搭建方式可参考步骤S12中的钢拱架的搭建方式，但步骤S12中的钢拱架是直接支撑钢管和土体，而衬砌支撑钢拱架是直接支撑钢筋混凝土衬砌108。

[0068] 进一步地，步骤S13中，对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌108的步骤中，还包括在钢筋混凝土衬砌108内侧位于环向相邻的两钢管之间的位置往土体打入多根开孔(较多为梅花孔，未图示)的超前小导管12并注浆进行加固及止水的过程，所述超前小导管12为现有技术，这里不再对其他具体结构进行赘述。具体地，所述超前小导管12相对原隧道的轴线外倾延伸(即形成一定的夹角)且超前小导管12的始端与衬砌支撑钢拱架固连，并由衬砌支撑钢拱架支撑。

[0069] 具体如何对待环向扩挖区域进行横截面逐渐扩大的土体开挖工作并施作钢筋混凝土衬砌108，可以参考现有的矿山法，但应注意，现有的矿山法主要是进行等径扩挖，而本申请则要保证随着扩挖的纵向深入，截面逐渐增大。在待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段1002后，还包括将喇叭状的变截面段1002修建成匝道的汇合处的过程(见图9)。

[0070] 进一步地，步骤S13中，将待环向扩挖区域形成喇叭状的变截面段1002的过程中或者之后，还包括对初始扩挖空间1001施作过渡钢筋混凝土衬砌10011(见图9)，以将喇叭状的变截面段和原隧道100不需扩挖的区域平滑连接过渡的过程。

[0071] 在本发明实施例中，如待环向扩挖区域的纵向长度大于单根钢管9的长度时，可考虑搭接多根(如两根或者三根或者更多)钢管9，以使拼接后的钢管穿越待环向扩挖区域。具体地，可在纵向相邻的两根钢管9相对的两端分别固设(例如焊接)管状子接头92和管状母接头91，所述管状子接头92的外径与管状母接头91的内径相适并可插入管状母接头91，管状母接头91和管状子接头92重叠的区域分别环向开设有多个相对的第一螺孔和第二螺孔(未标示)，相对的第一螺孔和第二螺孔安装有螺栓93，以将管状子接头92和管状母接头91可拆卸固紧，从而将纵向相邻的钢管9搭接。当然，纵向相邻的钢管9也可以直接焊接固紧。

[0072] 进一步地，将管状子接头和管状母接头可拆卸固紧之后，还包括在管状母接头的外围包覆密封包边或者密封胶带(未图示)的步骤，起防渗防漏作用。

[0073] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。