一种既有公路隧道原位扩建的施工方法及隧道结构与流程

本发明涉及隧道设计施工，尤其涉及一种既有公路隧道原位扩建的施工方法及隧道结构。

背景技术：

1、随着我国经济持续增长，基础设施建设已位于世界前列，汽车保有量也越来越多，导致许多运营高速公路无法满足交通量增长的需求。

2、为了满足交通量增长的需要，对既有高速公路的改扩建已是势在必行，而高速公路的改扩建势必涉及到公路隧道的改扩建。

3、现有的公路隧道改扩建方案主要有以下几种形式：第一，舍弃既有隧道，完全重新扩挖新隧道；第二，从既有隧道的底部开始起拱，对既有隧道利用率低。

4、上述公路隧道改扩建方案对既有隧道的利用率低，造成较大的资源浪费，改扩建成本高，周期长。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种既有公路隧道原位扩建的施工方法及隧道结构，用以解决现有施工方法浪费资源、投入大，改扩建成本高的问题。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供了一种既有公路隧道原位扩建的施工方法，包括以下步骤：

4、步骤1：对扩挖侧进行超前地质预报；

5、步骤2：拆除扩挖侧既有隧道拱部二次衬砌；

6、步骤3：施作扩挖侧新建隧道拱部超前支护与新建隧道拱部初期支护；

7、步骤4：安装临时钢支撑；

8、步骤5：拆除扩挖侧既有隧道拱墙二次衬砌；

9、步骤6：施作扩挖侧新建隧道拱墙超前支护与新建隧道拱墙初期支护；

10、步骤7：填充新建隧道拱部初期支护和新建隧道拱墙初期支护背后围岩的空隙；

11、步骤8：拆除临时钢支撑；

12、步骤9：施作新建隧道仰拱；

13、步骤10：施作新建隧道二次衬砌；

14、步骤11：在既有隧道的纵向上重复步骤1-10，完成隧道的扩建。

15、可选地，所述步骤3包括如下步骤：

16、步骤31：施作扩挖侧新建隧道拱部超前支护，以确保扩挖施工时围岩稳定；

17、步骤32：开挖扩挖侧既有隧道拱部与新建隧道拱部之间的拱部围岩；

18、步骤33：施作新建隧道拱部初期支护；

19、步骤34：将新建隧道拱部初期支护与既有隧道二次衬砌连接。

20、可选地，所述步骤34包括如下步骤：

21、步骤341：在新建隧道拱部初期支护和既有隧道二次衬砌的连接处设置槽钢，在槽钢内布置垫板；

22、步骤342：将新建隧道拱部初期支护采用的工字钢的端部与垫板接触；

23、步骤343：将槽钢、垫板和工字钢进行焊接。

24、可选地，所述步骤7包括如下步骤：

25、步骤71：施作既有隧道二次衬砌和新建隧道拱部初期支护结合部的注浆孔；

26、步骤72：向注浆孔内注浆。

27、可选地，所述步骤9包括如下步骤：

28、步骤91：拆除扩挖侧既有隧道仰拱；

29、步骤92：开挖既有隧道仰拱与新建隧道仰拱之间的围岩；

30、步骤93：施作新建隧道仰拱，并回填，使保留侧既有隧道初期支护、新建隧道拱部初期支护和新建隧道拱墙初期支护封闭成环。

31、可选地，所述步骤5采用爆破方式实现。

32、可选地，所述步骤5采用机械剪切钢筋方式实现。

33、可选地，所述步骤343包括如下步骤：先将工字钢的端部与垫板焊接，再将垫板与槽钢的底壁连接。

34、可选地，所述步骤343包括如下步骤：先将工字钢的端部与垫板焊接，再将垫板与槽钢的侧壁连接。

35、可选地，所述步骤1之前包括确定进行隧道原位扩建的位置，包括如下步骤：

36、步骤1：确定新建隧道建筑界限；

37、步骤2：比较既有隧道和新建隧道内轮廓，确定既有隧道与新建隧道交界位置。

38、另一方面，本发明还提供了一种在既有隧道基础上改扩建后的隧道结构，采用上述的施工方法施作得到。

39、在既有隧道基础上改扩建后的隧道结构包括既有隧道段和扩建隧道段，所述既有隧道段为所述扩建隧道段提供初期支护；所述既有隧道段和所述扩建隧道段通过连接件连接。

40、可选地，所述连接件包括槽钢和垫板，所述槽钢沿隧道的纵向设置，所述垫板置于所述槽钢的凹槽内。

41、可选地，所述槽钢的开口朝向所述扩建隧道段，所述扩建隧道段初期支护采用的工字钢的端部与所述垫板接触，所述槽钢、所述垫板和所述工字钢的端部固定连接。

42、可选地，所述垫板的材质为钢。

43、可选地，所述槽钢的数量为多个，多个所述槽钢沿隧道的纵向依次连接。

44、可选地，所述槽钢的底壁、所述垫板和所述工字钢的端部焊接。

45、可选地，所述槽钢的侧壁、所述垫板和所述工字钢的端部焊接。

46、可选地，所述垫板的宽度大于所述工字钢的宽度。

47、可选地，所述垫板的宽度小于所述槽钢的宽度。

48、可选地，所述槽钢的长度为60cm。

49、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

50、(1)本发明的施工方法不是舍弃既有隧道，完全重新扩挖新隧道，也不是从既有隧道的底部开始起拱，而是保留了一部分既有隧道，通过将既有隧道单侧部分二次衬砌作为扩建隧道的初期支护，一方面，维持未扩挖侧围岩稳定性，提高建设安全性；另一方面，可充分利用既有隧道资源，贯彻绿色发展理念，节约扩建投资，并且缩短了现场施工时间，提高扩建效率。

51、(2)本发明通过在施工前进行超前地质探测，查明既有隧道衬砌背后空洞情况，根据探测情况再决定是否进行预加固。该步骤可有效节约建设资源、提高建设安全性。

52、(3)本发明采用分部开挖方法，施工工序确保了隧道在软弱地层中的安全。

53、(4)本发明通过合理选择既有隧道和新建隧道的连接点，一方面，能够最大限度地利用一部分原有衬砌，降低扩建成本，缩短扩建周期；另一方面，能够维持未扩挖侧围岩稳定性，提高建设安全性。

54、(5)本发明的隧道结构不是完全重新开挖，而是利用了一部分既有隧道。具体而言，本发明的隧道结构包括既有隧道段和扩建隧道段，既有隧道段为扩建隧道段提供初期支护，一方面，维持未扩挖侧围岩稳定性，提高建设安全性；另一方面，可充分利用既有隧道资源，贯彻绿色发展理念，降低改扩建成本，并且缩短了现场施工时间，提高扩建效率。

55、(6)本发明通过在新建隧道拱部初期支护和既有隧道二次衬砌的连接处设置垫板，增大了新建隧道拱部初期支护和既有隧道二次衬砌的接触面积，从而降低压强，防止应力集中将既有隧道二次衬砌局部压坏。

56、(7)本发明通过设置槽钢，一方面，防止垫板移位；另一方面，增加了焊接形式，提高了焊接灵活性。例如，可以选择将槽钢的底壁与垫板和工字钢焊接，也可以选择将槽钢的侧壁与垫板和工字钢焊接，从而实现新建隧道拱部初期支护和既有隧道二次衬砌的连接。

57、(8)本发明通过将垫板的宽度设置为大于工字钢的宽度，并且小于槽钢的宽度，能够在垫板和槽钢的侧壁之间形成间隙，一方面，便于焊接；另一方面，提高了槽钢、垫板和工字钢的焊接牢固度。

58、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。