一种隧道洞口开挖建造的施工方法与流程

所属技术领域

本发明涉及一种关于隧道洞口开挖建造施工方法，尤其是把单一的拱形隧道(也可包括大截面拱形随道)、双拱形隧道或者邻近并列隧道等，以开挖(露天开采，opencut)形式建造的隧道洞口部开挖建造施工方法。

当前

背景技术：

要想把隧道入口道路增加宽度，最大限度的防止隧道入口自然斜坡的损坏，通常使用大截面一拱形隧道、双拱形隧道或者邻近并列隧道。此时隧道洞口部一般为沙土地基。因此使用钢管多级等隧道挖掘辅助施工方法，很难实现土层保护。所以像图1a乃至图1d所示，为隧道洞口产生大规模斜坡是不可避免的。导致工程费用增加，隧道洞口部周围的斜坡不稳定，为保证大规模截取斜坡的稳定，附加消耗相当面积的用地，从而花费过多斜坡建造工程费用。而且，因大规模自然环境的破坏和由此引发的ngo及地方组织的反对投诉，隧道建设遇到较大困难。同时，为确保两隧道的安全性，要相距施工双方向隧道，由此造成隧道入口的道路宽度会扩大，预防道路用地最小化和自然斜坡破坏方面的是目前遇到的困难。传统技术，建造正隧道之前，需要先建造假隧道后建造正隧道的双重施工，因此消耗很多施工时间，还增加施工费。而且，为建造假隧道挖掘基础地基时，基础地基外周形状要铲成与隧道顶部截面外周相同形状，因此针对铲土作业的要求高，施工苛刻困难。而且因为建造假隧道，在左右两侧要确保安装连接梁作业空间、安装假隧道内外部模板需填充、还需要假隧道建造后清除填充体的等多余的工作，施工变得非常繁琐复杂。为施工假隧道，在作业现场安装内外部模板来浇注混凝土，需要内外部模板的安装、混凝土的养生、混凝土养生后内外部模板的清除等作业，工程变得复杂、消时间，是非经济性的。还有，为建造假隧道而安装的h-桩和假隧道与正随道是毫无相关，结构上也没有效率。而且，正隧道施工在假隧道下方，正隧道上部是不能防水。因此在隧道的外部防水工作变得不可能或非常难，隧道不完全防水的可能性较高。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了利用h桩和预制钢复合拱，建造单拱形隧道(也可包括大截面单拱形随道)、双拱形隧道或邻近并列隧道等的隧道结构，能够把隧道迅速、经济、有效施工的隧道洞口部开挖建造施工方法。

具体的为，根据欲建造的隧道，打桩安装两列多个上述h桩，或者造成多个桩插入孔，在此桩插入孔中插入上述h桩，然后其底部用水泥灌浆固定的桩安装阶段；把上述两列h桩之间用支撑梁支撑，或者上述h桩用板桩固定在其外侧地基上，或把上述h桩用锚栓固定在其外侧地基上，或把上述h桩用连接构件固定在其外侧支撑构件上，然后由上述h桩之间开始挖掘(第一挖掘阶段)；根据上述第一挖掘阶段的挖掘，为保证上述预制钢复合拱安装空间而补充挖掘(第二挖掘阶段)；使底座在上述h桩内侧凸出固定的底座固定阶段；以上述俩底座为支撑点，连续安装上述预制钢复合拱的拱形安装阶段；及根据上述第二挖掘阶段，把挖掘部补充挖掘的第三挖掘阶段。并可以把上述h桩下部和上述预制钢复合拱，以隧道结构来利用。

以及根据本发明一例的隧道洞口部开挖建造施工方法，是利用h桩和预制钢复合拱来建造双拱形隧道的隧道洞口部开挖建造施工方法。此施工方法包括：根据欲建造的隧道，打桩安装三列多个上述h桩，或者造成多个桩插入孔，在此桩插入孔中插入上述h桩，然后把其底部用水泥灌浆固定的桩安装阶段；一边把上述h桩之间用支撑梁支撑，或把俩外侧列上述h桩用板桩固定在其外侧地基上，或者把俩外侧列的上述h桩用锚栓固定在其外侧地基上，一边开始挖掘上述h桩之间的第一挖掘阶段；根据上述第一挖掘阶段的挖掘底部，为确保上述预制钢复合拱安装空间而补充挖掘的第二挖掘阶段；使底座在上述h桩内侧用凸出固定的底座固定阶段；以上述俩底座为支撑点，连续安装上述预制钢复合拱的拱形安装阶段；及根据上述第二挖掘阶段的把挖掘部底部补充挖掘的第三挖掘阶段。并且可以把上述h桩底部和上述预制钢复合拱，以隧道结构来利用。

进一步的，上述第二挖掘阶段，可以把根据第一挖掘阶段的挖掘底部，以图14，图15，图16，或图17形状来挖掘。

进一步的，上述第二挖掘阶段，可以包括上述h桩和内侧地基之间向倾斜方向安装支持杆的过程。

进一步的，上述底座固定阶段和上述拱形安装阶段之间，可以包括把上述底座用防浮力锚固定在外侧地基的防浮力锚安装阶段。

进一步的，上述第三挖掘阶段之后，还可以包括，为使上述底座、上述h桩底部及上述预制钢复合拱底部，成一体埋设而浇注混凝土来安装上述隧道底部的防火墙安装阶段。

进一步的，上述防火墙安装阶段之后，还可以包括，边切割上述防火墙上面的h桩，并回填上述预制钢复合拱上面，边拔掉切割h桩的回填阶段。

进一步的，上述预制钢复合拱，是向隧道方向多数被安装的拱形h钢材和每个此h钢材之间插入预制混凝土板而合成的结构。同时，上述h钢材底部翼缘端部具备防漏水构件。而此防漏水构件，可以由邻接上述底部翼缘上边的第一翼缘、上述底部翼缘下边邻接的第二翼缘、连接第一翼缘和第二翼缘，并向下方再延长的第一腹板、从上述第一腹板向水平方向折曲的第三翼缘、此第三翼缘向上折曲的第二腹板组成。

进一步的，在由上述第一腹板、第三翼缘及第二腹板构成的型空间里，还可以包括多数透水孔形成的软管。上述拱形安装阶段还包括，在上述h桩和上述预制钢复合拱接触地插入固定钢材的过程，此固定钢材，可能是一侧为邻接上述h桩的平面，另一侧为邻接上述预制钢复合拱曲面的楔子。

进一步的，上述固定钢材还可以包括，包裹上述h桩翼缘的第一板和包裹上述预制钢复合拱h钢材翼缘的第二板和连接上述第一板、第二板与上述楔子的连接板。

通过本发明，利用h桩和预制钢复合拱来建造单拱形隧道、双拱形隧道、邻近并列隧道等隧道结构，可获得迅速、经济、有效施工隧道的效果。

本发明包括桩安装阶段、第一挖掘阶段、第二挖掘阶段、底座固定阶段、拱形安装阶段及第三挖掘阶段，可以建造单拱形隧道、双拱形隧道、邻近并列隧道等，即使在沙土地基等地基也能最小化隧道洞口部的建造面积，并且不形成大规模斜坡也能节省工程量。这样可以稳定隧道洞口周围的斜坡，防止自然斜坡的破坏，几乎不扩张道路宽度，不仅是斜坡用地，道路用地也大幅减少，由此可获得既节省工程费用，又缩短工程期的经济效果。预制钢复合拱由拱形状h钢材和此h钢材之间插入的预制混凝土板组成，可以在现场组装设置，由此可实现迅速、经济、有效施工隧道的效果。在预制钢复合拱h钢材底部翼缘端部上，配备防漏水构件，即使在工程使用中安装在其上面的防水层被损坏，也能够有效排除隧道内漏水效果。在h桩和预制钢复合拱接触地点插入固定钢材，由此实现强化h桩和预制钢复合拱接触地点结合效果。

附图的说明

图1a及图1b是利用传统技术建造的隧道洞口部平面图及侧剖视图。

图1c及图1d是图1a在a-a，b-b线上的剖视图。

图1e是利用其它传统技术建造的隧道剖视图。

图2a及图2b是根据本发明一例，利用隧道洞口部开挖建造施工方法建造的隧道洞口部平面图及侧剖视图。

图2c及图2d是图2a在a-a，b-b线上的剖视图。

图3是根据本发明一例，对拱形隧道之隧道洞口部开挖建造施工方法整体剖视图。

图4是图3在a-a，b-b线上的剖视图。

图5a至图5g是图3的施工顺序图纸。

图6是图5b之h桩被安装形态的平面详细图。

图7是图5d之预制钢复合拱斜视图。

图8a是在图7之预制钢复合拱上备齐防漏水构件形状的斜视图。

图8b是图5d之h桩和预制钢复合拱接触地之间固定钢材备齐的主视图及剖视图。

图9是根据本发明一例，对双拱形隧道之隧道洞口部开挖建造施工方法整体剖视图。

图10是图9的平面图。

图11是图9之支柱厚度被增加形状的剖视图。

图12是图9之支柱厚度分成两个后，即邻近并列隧道形状的剖面图。

图13a至图13e是图12的施工顺序图。

图14至图17为第二阶段的挖掘形状示意图。

具体的实施方式

参照图2a至图2b，根据本发明一例的隧道洞口部开挖建造施工方法，按照欲建造的隧道，安装多个h桩(11)，然后在上述h桩(11)之间安装挡板(15)，以此来防止挖掘引起的地基坍塌，再把预先制作的预制钢复合拱(61)，组装在上述h桩(11)上，使之成为一体，以此来迅速、经济、有效建造隧道。与传统技术(参照图1a至图1d)相比，本发明即使在沙土地基等地基上也不形成大规模斜坡，隧道洞口部建造面积最小化，可以节省土工程量，并稳定隧道洞口部周围的斜坡，防止自然斜坡的破坏。而且几乎未扩张道路宽度，不仅大幅度减少斜坡用地及道路用地，既节省工程费用，又缩短工程期间。本发明可适用于单拱形隧道(包括大截面一拱形隧道)的建造，以支柱为中心从两侧相接的双拱形隧道的建造，或隔离间隔接近的邻近并列隧道的建造。在隧道洞口部先建造双拱形隧道，再沿着隧道长度方向渐增支柱厚度后，经过邻近并列隧道，完全被分离的并列隧道的建造上也可适用。

首先参照图3至图8b，是本发明的隧道洞口部开挖建造施工方法适用到单拱形隧道的实施说明。隧道完全分离的并列随道建造，施工方法与完全分离的单拱形隧道是一样的。因此省略对此的说明。邻近并列隧道的施工与单拱形隧道非常接近，在本实施例中会简单提及。对本发明一例的单拱形隧道的隧道洞口部开挖建造施工方法，是利用h桩(11)和预制钢复合拱(61)，建造拱形隧道的施工方法，可包括桩安装阶段、第一挖掘阶段、第二挖掘阶段、底座固定阶段、拱形安装阶段、第三挖掘阶段。以下内侧指隧道的内部，外侧指隧道的外部。

如图5a所示，桩安装阶段是沿着欲建造的隧道把h桩(11)按安装两列阶段。h桩(11)的安装可以打桩来安装h桩(11)，或可以钻孔等手段先形成桩插入孔，然后在此桩插入孔里插入h桩(11)来安装，并且把上述h桩(11)底部，也可以灌浆(13)来固定。

h桩(11)底部的灌浆(13)，可以先把h桩(11)的前端上捆扎灌浆(13)软管并插入h桩(11)后，加压注入水泥浆来灌浆。也可先灌浆(13)桩插入孔，然后插入h桩(11)来灌浆。

形成桩插入孔插入h桩(11)时，向桩插入孔里填充沙子为佳。此时，填充沙子后一定程度锤击h桩(11)，就会增加h桩(11)的支持强度。同时，沙子会在桩插入孔和h桩(11)之间密集填充，增加h桩(11)横向的支持力。隧道施工结束后，填充的沙子会使外部的雨水或地下水由隧道底部排水口排出，增进隧道的排水性。

如图5a及图5b所示，第一挖掘阶段是边固定上述两列h桩(11)，边从其之间开始挖掘(21)的阶段。此阶段，在h桩(11)之间安装挡板(15)形成墙体。

挖掘(21)两列h桩(11)之间时，可在两列h桩(11)之间安装支撑梁(23)来支撑；或可在h桩(11)外侧安装板桩(25)，把上述h桩(11)固定在其外侧地基上；或者可利用锚状物把h桩(11)固定在其外侧地基上；或者可利用连接构件把h桩(11)固定在安装其外侧的支持构件(27)上。上述h桩(11)的固定方法，可选一种方法适用，也可选多个方法并用。

安装支撑梁(23)时，在h桩(11)和支撑梁(23)之间支腰梁(横挡)或千斤顶的安装，可使用传统方法。即支腰梁和支撑梁(23)是为支持土压作用。

固定h桩(11)而利用板桩(25)时，先把板桩(25)安装在h桩(11)外侧，以此预先加强挖掘面和其周围地基，从两列h桩(11)之间开始进行挖掘(21)。此时最小化两h桩(11)之间支撑梁(23)等构件的安装，因此挖掘(21)及后面将叙述的预制钢复合拱(61)的安装时，施工效率会增大。此时h桩(11)和板桩(25)、或板桩(25)和板桩(25)连接的部分，以凹凸槽等构件相互连接(参照图6)。

利用支撑梁(23)、锚状物或连接构件固定h桩(11)时，同时进行挖掘(21)和加强。即以两列h桩(11)之间进行挖掘(21)的同时安装支撑梁(23)、锚状物或连接构件来防止挖掘(21)时的地基坍塌。利用支撑梁(23)固定h桩(11)时，h装(11)内侧面先安装支腰梁和千斤顶(jack)后安装支撑梁(23)，利用连接构件固定h桩(11)时，可以另外安装支持构件(27)，但也可以把邻近拱形隧道的h桩(11)当做支持构件(27)。此时的连接构件可以使用钢材、钢丝等。

如上述h桩(11)和挡板(15)维持挖掘面，让支撑梁(23)、板桩(25)、锚状物或连接构件等来支撑土压，在第一挖掘阶段里开始两列h桩(11)之间的上面一部分的挖掘(21)，一步一步实施后面将要叙述的第二挖掘阶段和第三挖掘阶段，直至挖掘到隧道的下方。

如图5c所示，第二挖掘阶段是上述第一阶段阶段所形成的挖掘部底部补充挖掘(31)的阶段。此第二挖掘阶段，可把由第一挖掘阶段所形成的挖掘底部，按图14，图15，图16，或图17形状挖掘(31)。在挖掘部安装下述的支持杆(33)，能够确保下述底座(41)的固定空间和预制钢复合拱(61)的安装空间。但是，第二挖掘阶段的挖掘面形状，并非只限于上述的形状，只要满足上述要求均可。即考虑地基特性或h桩(11)的固定状态等时，无需支持杆(33)补充安装的情况下，也可能是无中间凸起部分的挖掘(31)。而且，两侧凹陷形状时也不局限于上述形状。

上述第二挖掘阶段，还包括h桩(11)和内侧地基之间以倾斜方向安装支持杆(33)的过程。倾斜方向的支持杆(33)是为了确保对h桩(11)的支持力，同时也是为了无需用支撑梁(23)、板桩(25)、锚状物等过分固定h桩(11)。即最有效地固定h桩(11)，必要时补充安装支持杆(33)，由此最小化挖掘面的加强，又有效支持土压，能够确保结构的安全性。

如图5d所示，底座固定阶段是在h桩(11)内侧向隧道长方向固定底座(41)的阶段。底座(41)根据欲建造隧道的高度、挖掘深度等，安装在h桩(11)内侧底部合适的高度上。上述底座(41)在h桩(11)的内侧用焊接、螺栓、铆钉等结合，可形成角钢或槽钢等多种形状。

上述底座固定阶段后，还可实施防浮力锚安装阶段。防浮力锚安装阶段是把在上述底座固定阶段固定安装的底座(41)，用防浮力锚(51)固定在外侧地基上的阶段。当地下水等水压引起对h桩(11)过多浮力作用时，可防止其漂浮、位移等。

如图5d所示，拱形安装阶段是在上述底座固定阶段安装的两个底座(41)为支持点，连续安装预制钢复合拱(61)的阶段。即把安装在两列各h桩(11)内侧的两列底座(41)当做两个支持点来安装预制钢复合拱(61)。此时，h桩(11)和预制钢复合拱(61)，用焊接、螺栓、铆钉等结合。另外，在上述第二挖掘阶段，安装倾斜方向的支持杆(33)时是一边清除此底座，一边安装预制钢复合拱(61)。

上述预制钢复合拱(61)，是向隧道方向多个安装的拱形h钢材(62)和每个此h钢材(62)之间插入的预制混凝土板(63)的复合结构(参照图7)。往隧道方向，在h钢材(62)之间插入预制混凝土板(63)来组合，把相邻h钢材(62)的预制混凝土板(63)有结构地连接在一起，无需考虑混凝土浇注的模板、混凝土的养生等，安装作业非常迅速，又因最大限度的被抑制预制特性龟裂的发生，比传统技术更加安全。因此在现场装配安装h钢材(62)和预制混凝土板(63)，可以更容易、更有效施工隧道的衬套。

上述预制钢复合拱(61)，可把拱形的截面向圆弧方向划分多个截面组成，而h钢材(62)和预制混凝土板(63)是形成1/2圆弧、1/4圆弧或更小单位的圆弧来组装。由上述多个截面组成的预制钢复合拱(61)，在拱形头部拱冠上面附加预制梁(65)，然后把这个用预制钢复合拱(61)和螺栓等连结，以此增加紧凑性和刚性，可确保结构安全性。

而且，上述预制钢复合拱(61)h钢材(62)底部翼缘端，可具备防漏水构件(67)(参照图8a)。工程使用中，损坏安装在预制钢复合拱(61)上面的防水层，从上面渗透雨水或地下水时，这些雨水或地下水会沿着h钢材(62)和预制混凝土板(63)接触面流淌，最终向h钢材(62)底部翼缘方向漏出。因此，在h钢材(62)端部安装防漏水构件(67)，形成水流淌通道，使被渗透的雨水或地下水沿着此通道排出，能够有效防止雨水、地下水等渗漏到隧道内部的问题。

上述防漏水构件(67)，可包括h钢材(62)底部翼缘上面相接的第一翼缘(671)、h钢材(62)底部翼缘下面相接的第二翼缘(672)、连接上述第一翼缘(671)和第二翼缘(672)，同时向下延长的第一腹板(673)、从上述第一腹板(673)向水平方向折曲的第三翼缘(674)、从上述第三翼缘(674)向上折曲的第二腹板(675)来组成。

由上述第一翼缘(671)和第二翼缘(672)及连接它们的第一腹板(673)，形成型凹槽，可在h钢材(62)底部翼缘进行插入连接，能够把防漏水构件(67)方便容易地安装在h钢材(62)上。也可在上述凹槽上涂抹粘胶剂，使防漏水构件(67)和h钢材(62)更牢固，有效防止漏水。

而且，由上述第一翼缘(671)和第二翼缘(672)及连接它们俩的第三翼缘(674)，形成了型空间水通道，能够排除雨水或地下水等。上述型空间其本身具有排水渠作用。但为了防止渗漏土或混凝土碎片等，不能够正常进行排水，可在上述型空间里，配齐形成多个透水孔软管(677)。此软管(677)可使用在橡胶或塑料软管(677)上形成多个孔。此时，也可把第二腹板(675)向上延长，与预制混凝土板相接。

上述拱形安装阶段，可包括h桩(11)和预制钢复合拱(61)接触地点，插入固定钢材(69)的过程(参照图8b)。而此固定钢材(69)，有可能是一侧为与h桩(11)相接形成平面，而另一侧则为与预制钢复合拱(61)相接形成曲面的楔子。上述固定钢材(69)插入至h桩(11)和预制钢复合拱(61)的接触地点，使预制钢复合拱(61)固定在两列h桩(11)之间，由此强化h桩(11)和预制钢复合拱(61)接触点的结合。插入此固定钢材(69)之后，可在h桩(11)或预制钢复合拱(61)上以焊接或螺栓等方式补充结合。

上述固定钢材(69)还可包括包裹h桩(11)翼缘的第一板、包裹预制钢复合拱(61)h钢材(62)翼缘的第二板、连接上述第一板、楔子及第二板的连接板(参照图8b)。由于此固定钢材(69)结构防止h桩(11)和预制钢复合拱(61)相互摆开或相互接近，因此会完美无缺地结合上述结合点。此时的固定钢材(69)，应组成一双，从h桩(11)和预制钢复合拱(61)接触地点两侧塞。

如图5e所示，第三挖掘阶段是根据上述第二挖掘阶段的挖掘底部补充挖掘(71)阶段，由第三挖掘阶段，挖掘作业到隧道的下方为完成。经过此挖掘(71)后，在隧道地面进行用于排水的排水层施工，进行排水管安装等工程，进行混凝土地板、人行道等施工。

如图5f所示，上述第三挖掘阶段以后，可再实施防火墙安装阶段。防火墙安装阶段是把上述h桩(11)底部、底座(41)及预制钢复合拱(61)底部一同埋设并浇注混凝土，以此方法安装隧道底部防火墙(81)的阶段。因此h桩(11)的底部和预制钢复合拱(61)成一体化，使之利用于隧道结构中。

如图5g所示，上述防火墙安装阶段以后，还可实施回填阶段。回填阶段是先切割上述防火墙(81)上面的h桩(11)，并在预制钢复合拱(61)上部形成防水层后，用沙土回填(91)并拔掉被切割h桩(11)的阶段。上述拔掉的h桩(11)可重新利用，因此是比较经济的。

如上述建造隧道的洞口部后，剩下的隧道建造工程可通过通常方法进行。

本发明一个实施例的邻近并列隧道，是上述单拱形隧道十分接近，可以并列施工。即此邻近并列隧道，总体上与上述单拱形隧道相同。只是，如图2d所见，两个拱形隧道十分接近。因此中间的两个h装(11)相邻。此时，为固定这两个h装(11)，可用连接构件相互固定。中间的两个h装(11)之间，根据其向隔可以进行挖掘或不挖掘，这是考虑施工的方便性进行。对此邻近并列隧道的施工顺序，如图13a至图13e所示。

下面，说明本发明的隧道洞口部开挖建造施工方法适用在双拱形隧道的实施案例。

参照图9及图10，本发的双拱形隧道隧道洞口部开挖建造施工方法，是利用h桩(11)和预制钢复合拱(61)建造双拱形隧道的施工方法，可包括桩安装阶段、第一挖掘阶段、第二挖掘阶段、底座固定阶段、拱形安装阶段及第三挖掘阶段。本实施例中的内侧也指隧道的内部，外侧也指代隧道的外部。

本实施例在隧道的建造顺序及方法上，与前述实施例相同。但安装三列h桩(11)这点上，与前述实施例有差异。因此在桩安装阶段上，沿着欲建造的隧道，安装三列h桩(11)。在第一挖掘阶段，在上述三列各h桩(11)之间，即两个外侧列和其中间列各h桩(11)之间，安装支撑梁(23)，或者把两个外侧列的h桩(11)，用板桩(25)固定在其外侧地基上，或者把两个外侧列的h桩(11)，用锚状物固定在其外侧地基上，然后各h桩(11)开挖进行挖掘(21)。此外的说明与前述实施例相同，因此省略详细记录。

因此，本实施例能够使用最少斜坡和道路用地，有效建造双拱形隧道，在软弱地基或四车道以上宽幅隧道上也能够稳定、经济、有效地建造隧道洞口部。而且，即使不在隧道中间另设支柱，也随着挖掘形成支柱，施工方面比传统双拱形隧道迅速且容易。

如上述，在隧道洞口部建造双拱形隧道后，沿着隧道方向，能够建造邻近并列隧道和并列隧道。即先把隧道洞口部建造成双拱形隧道，然后，如图11及图12所示，把上述双拱形隧道支柱的厚度逐渐增加，经过隧道分离成邻近并列隧道，建造隧道完全被分离。

总之，以上就是本发明的各个技术要点，尽管以上结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以得出多种相似的启示和变通，并作出相应的简单变化与修改，类似于这样的变换均落入本发明的保护范围之内。