專利名稱：特長深埋公路隧道的施工工法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種特長深埋公路隧道的施工方法。
背景技術(shù)：
在公路交通快速發(fā)展的今天，對修建跨區(qū)域的大型公路通道提出了強烈的需求， 但由于一些自然條件的影響，如大型山脈的天然阻隔，給這些通道的修建帶來了很大的困難。比如，新疆受天山山脈的阻隔，南北疆之間的公路通道就一直沒有實施。制約這些大型公路通道實施的關(guān)鍵就是穿越大型山脈的越嶺隧道的修建。大型山脈海拔較高，穿越這些大型山脈的隧道往往具有特長、深埋(埋深達(dá)IOOOm以上)的特征。特長、深埋的隧道(以下簡稱長深隧道)有三個需要解決的問題一是隧道的地質(zhì)勘查問題；二是隧道的快速施工問題；三是運營階段的通風(fēng)防災(zāi)問題。當(dāng)隧道埋深達(dá)IOOOm以上時，一般不能打豎向探孔，因而對隧址范圍內(nèi)的圍巖、地下水等地質(zhì)情況不能做有效地探明。同理，由于埋深太大，長深隧道修建豎斜井幾乎也不可能(目前世界上最深的豎斜井為661m)，施工過程中就無法開拓多掌子面，實現(xiàn)“長隧短打”; 同樣，長深隧道的運營通風(fēng)防災(zāi)問題也無法得到有效解決。為了解決長深隧道在施工中面臨的上述三個問題，我們有必要對現(xiàn)有隧道的施工結(jié)構(gòu)及施工工法進(jìn)行改進(jìn)?，F(xiàn)有隧道的施工方法主要有兩種鉆爆法和大型TBM法(隧道掘進(jìn)機(jī)法)。鉆爆法獨頭月掘進(jìn)速度僅150m/月，施工效率較低。大型TBM國內(nèi)的掘進(jìn)速度可達(dá)400m/月，但雙車道高速公路隧道直徑達(dá)11.細(xì)左右，設(shè)備采購費高達(dá)3 4億元人民幣，且施工中耗電量大，使用成本高，隧道斷面空間浪費大，經(jīng)濟(jì)性較差。而且，單獨采用上述任一種施工方法都很難滿足大型公路通道中對長深隧道的修建要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種施工簡單、方便、施工成本低、施工工期短、且能有效實現(xiàn)特長深埋公路隧道施工的施工方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種特長深埋公路隧道的施工工法，包括以下步驟
(1)施工平行導(dǎo)洞根據(jù)已擬定的所述特長深埋公路隧道的隧址，在該公路隧道進(jìn)口端端面的中間位置，利用小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)先行掘進(jìn)一平行導(dǎo)洞；所述平行導(dǎo)洞位于所述公路隧道的兩隧道主洞之間，且與隧道主洞平行布置；
(2)鉆爆掘進(jìn)上述利用小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)平行導(dǎo)洞的過程中，在所述兩隧道主洞的進(jìn)口端、出口端以及所述平行導(dǎo)洞的出口端同時采用鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)；
(3)開辟掌子面施工過程中，控制所述平行導(dǎo)洞的掘進(jìn)速度快于所述兩隧道主洞的掘進(jìn)速度，然后在所述平行導(dǎo)洞掘進(jìn)端的左側(cè)和右側(cè)分別開挖橫向通風(fēng)道，使其到達(dá)兩側(cè)隧道主洞所在區(qū)域，然后在該區(qū)域開辟新的掌子面，并在該掌子面處使用鉆爆法施工；隨著平行導(dǎo)洞的不斷深入，每隔一定間距便在其掘進(jìn)端的左右兩側(cè)重復(fù)開挖橫向通風(fēng)道和掌子(4)開挖隧道主洞在已經(jīng)開辟的各掌子面前、后兩端分別采用鉆爆法持續(xù)掘進(jìn)，直至兩側(cè)的隧道主洞全部貫通，施工完成。作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，上述施工工法中，通過所述先行掘進(jìn)的平行導(dǎo)洞進(jìn)行前方的超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)預(yù)報。通過地質(zhì)勘探和地質(zhì)預(yù)報可探明前方隧址范圍內(nèi)的圍巖情況及地下水富存情況，根據(jù)探明的情況可更好地指導(dǎo)所述兩個隧道主洞的掘進(jìn)施工。具體的地質(zhì)勘探手段本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知常識、地質(zhì)條件及長中短程預(yù)報的需要自行選擇和組合。上述的特長深埋公路隧道的施工工法中，所述小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)半徑優(yōu)選為 3. 5m 5m。上述的特長深埋公路隧道的施工工法中，所述施工工法優(yōu)選是通過一施工通風(fēng)通道進(jìn)行通風(fēng)，該施工通風(fēng)通道包括由所述平行導(dǎo)洞充當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)道以及由所述已開挖隧道主洞充當(dāng)?shù)呐棚L(fēng)道，所述送風(fēng)道和排風(fēng)道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風(fēng)道連通，并通過射流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)弓I導(dǎo)風(fēng)向。上述的特長深埋公路隧道的施工工法中，所述施工工法優(yōu)選是通過一渣土運輸通道進(jìn)行出渣，該渣土運輸通道包括由所述平行導(dǎo)洞充當(dāng)?shù)目蛰d車進(jìn)洞通道以及由所述已施工隧道主洞充當(dāng)?shù)脑翝M載車出洞通道，所述空載車進(jìn)洞通道與渣土滿載車出洞通道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風(fēng)道連通，施工過程中控制空載車進(jìn)洞路線與所述施工通風(fēng)通道中的新鮮空氣流向一致，控制渣土滿載車出洞路線與所述施工通風(fēng)通道中污濁空氣流向一致。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的施工方法是采用TBM法加鉆爆法進(jìn)行聯(lián)合施工，利用小直徑TBM快速掘進(jìn)，在左右兩個隧道主洞中間開辟一個平行導(dǎo)洞，利用平行導(dǎo)洞解決了因不能打豎向探孔而導(dǎo)致的無法進(jìn)行地質(zhì)勘探的問題，而平行導(dǎo)洞形成后結(jié)合鉆爆法開辟多個掌子面解決了快速施工的技術(shù)難題，最后利用平行導(dǎo)洞、橫向通風(fēng)道以及左右隧道主洞組成的通道網(wǎng)絡(luò)，解決了施工運營階段由于不能打豎斜井導(dǎo)致的通風(fēng)防災(zāi)難題。綜上，采用本發(fā)明的施工方法解決了特長、深埋公路隧道的快速施工、地質(zhì)勘探及施工運營階段的通風(fēng)防災(zāi)等關(guān)鍵性技術(shù)問題，為今后特長、深埋公路隧道的施工建造開辟了廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明具體實施方式
中施工步驟1和步驟2階段的施工狀態(tài)示意圖。圖2為本發(fā)明具體實施方式
中施工步驟3階段的施工狀態(tài)示意圖。圖3為本發(fā)明具體實施方式
中施工步驟4和步驟5階段的施工狀態(tài)示意圖。圖4為本發(fā)明具體實施方式
中施工完成后的施工狀態(tài)示意圖。圖5為本發(fā)明具體實施方式
中公路隧道的橫斷面圖。圖6為本發(fā)明具體實施方式
中施工通風(fēng)通道的通風(fēng)流向示意圖。圖7為本發(fā)明具體實施方式
中渣土運輸通道的渣土運輸流向示意圖(圖7中實箭頭線表示空載車進(jìn)洞路線，圖7中虛箭頭線表示渣土滿載車出洞路線)。(以上圖1 圖7中，尾端帶方塊箭頭表示新鮮空氣進(jìn)洞流向，尾端帶圓圈箭頭表示污濁空氣出洞流向)。圖例說明
1、隧道主洞；11、人行及車行橫通道；2、平行導(dǎo)洞；3、小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)；4、橫向通風(fēng)道；5、掌子面；6、射流風(fēng)機(jī)；7、軸流風(fēng)機(jī)。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實施例
某擬設(shè)計施工的特長、深埋公路隧道，長14km，其穿越天山主脈，屬高山與冰川侵蝕堆積地貌，隧道沿線崇山峻嶺，山頂冰川發(fā)育，山體巖性主要為白云質(zhì)大理巖、結(jié)晶灰?guī)r夾綠泥絹云石英片巖等。隧道路線擬采用高速公路方案，按照展線需要并為了避開山頂常年凍土及冰川，隧道進(jìn)出口標(biāo)高分別為和2760m，最小埋深達(dá)1700m，最大埋深達(dá)MOOm。 該隧道由于路線長、埋深大，且山頂覆蓋冰川，豎斜井施工風(fēng)險很大，因此采用本發(fā)明的施工工法對該公路隧道進(jìn)行施工。一種如圖1 圖5所示的本發(fā)明的特長深埋公路隧道的施工工法，具體包括以下的施工步驟。(1)施工平行導(dǎo)洞首先，根據(jù)已經(jīng)確定的該公路隧道的設(shè)計方案，該隧道采用帶平行導(dǎo)洞的雙洞單向的斷面結(jié)構(gòu)形式(參見圖5)，其隧址及基本施工方案也相應(yīng)確立；如圖1和圖5所示，在本實施例公路隧道的兩個隧道主洞1進(jìn)口端(即圖1中的A端)的中間位置的拱頂，先利用細(xì) 5m的敞開式小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)3 (TBM)從隧址進(jìn)口端快速掘進(jìn)， 以形成一與隧道主洞1平行布置的平行導(dǎo)洞2。(2)鉆爆掘進(jìn)如圖1所示，在兩個隧道主洞1的進(jìn)口端(即圖1中的A端)、出口端 (即圖1中的B端)以及平行導(dǎo)洞2的出口端(即圖1中的B端)，同時采用鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)并開挖至設(shè)計斷面；小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)3在平行導(dǎo)洞2中的掘進(jìn)速度(小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度可根據(jù)施工要求進(jìn)行調(diào)整，一般月掘進(jìn)速度控制在800m/月)快于兩個隧道主洞1 的掘進(jìn)速度(左右兩個隧道隧道主洞1的掘進(jìn)速度可按400m/月施工)，并通過超前的平行導(dǎo)洞2進(jìn)行前方的超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)預(yù)報，超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)預(yù)報的主要手段有隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)(TST測試、TSP測試等)、地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁法、紅外探測技術(shù)等(這些技術(shù)手段均為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù))，地應(yīng)力測試將綜合使用Kaiser效應(yīng)測試、硐壁應(yīng)力測試及有限元數(shù)值模擬等技術(shù)，這些技術(shù)手段可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)條件及長中短程預(yù)報的需要組合使用。在上述步驟(1)和步驟(2 )的施工中，施工通風(fēng)相對簡單，新鮮空氣的進(jìn)洞流向和污濁空氣的出洞流向如圖1中的箭頭所示。(3)開辟掌子面如圖2所示，當(dāng)平行導(dǎo)洞2掘進(jìn)到一定長度后(具體長度可根據(jù)實踐中的施工要求確定，例如可選擇Ikm左右)，在平行導(dǎo)洞2掘進(jìn)端的左側(cè)和右側(cè)分別開挖橫向通風(fēng)道4，使左、右兩側(cè)的橫向通風(fēng)道4的達(dá)到兩側(cè)隧道主洞1所在區(qū)域，然后在橫向通風(fēng)道4的末端使用鉆爆法開辟掌子面5 ；隨著平行導(dǎo)洞2的不斷掘進(jìn)，每隔4km (3km 5km均可)便在其掘進(jìn)端的左右兩側(cè)重復(fù)開挖橫向通風(fēng)道4和掌子面5，直至掌子面5的數(shù)量滿足兩個隧道主洞1設(shè)計施工的要求；在本步驟(3)的施工中，新鮮空氣的進(jìn)洞流向和污濁空氣的出洞流向如圖2中的箭頭所示。(4)開辟人行及車行橫通道如圖2、圖3所示，在兩隧道主洞1的掘進(jìn)過程中，適時開辟連通兩隧道主洞1的人行及車行橫通道11 ；各個人行及車行橫通道11的間隔距離控制在250m 500m (也可以分別單獨設(shè)置人行橫通道和車行橫通道)；人行及車行橫通道 11不僅可用作施工通風(fēng)通道，更重要的是還可作為渣土運輸通道。(5)開挖隧道主洞如圖3所示，待中間的平行導(dǎo)洞2貫通后，利用其與左右隧道主洞1已開挖部分組成施工通風(fēng)通道和渣土運輸通道；繼續(xù)采用鉆爆法在已經(jīng)開挖好的掌子面5前、后兩端進(jìn)行雙向掘進(jìn)，在兩個隧道主洞1的進(jìn)出口端及平行導(dǎo)洞2的出口端已開挖部分同樣繼續(xù)用鉆爆法掘進(jìn)，直至如圖4所示兩側(cè)的隧道主洞1全部貫通，隧道主洞1全部貫通后，對平行導(dǎo)洞2進(jìn)行擴(kuò)挖形成設(shè)計斷面，施工完成。如圖6所示，上述的施工通風(fēng)通道包括由平行導(dǎo)洞2充當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)道送入新鮮空氣以及由已施工隧道主洞1充當(dāng)?shù)呐棚L(fēng)道排出污濁空氣，送風(fēng)道和排風(fēng)道通過人行及車行橫通道11和橫向通風(fēng)道4連通，并通過射流風(fēng)機(jī)6和軸流風(fēng)機(jī)7引導(dǎo)風(fēng)向。如圖7所示，上述的渣土運輸通道包括由平行導(dǎo)洞2充當(dāng)?shù)目蛰d車進(jìn)洞通道以及由已施工隧道主洞1充當(dāng)?shù)脑翝M載貨車出洞通道，施工過程中控制空載車進(jìn)洞路線與施工通風(fēng)通道中的新鮮空氣流向一致，控制渣土滿載車出洞路線與施工通風(fēng)通道中污濁空氣流向一致。以本具體實施方式
中確定的長14km的公路隧道為例，該公路隧道可在15個月左右完成第一階段的施工，在第26個月左右能夠使平行導(dǎo)洞2完全貫通，在第36個月左右能夠基本完成該公路隧道的施工。如果采用現(xiàn)有鉆爆法施工，掘進(jìn)速度按250m/月，則掘進(jìn)時間為32個月，施工準(zhǔn)備期3個月，設(shè)備安裝12個月計，共計工期47個月；大型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度取400m/月，因為是獨頭掘進(jìn)，則掘進(jìn)時間為40個月，施工準(zhǔn)備5個月，設(shè)備安裝12個月計，共計工期57個月。上述具體實施方式
中采用了小直徑TBM結(jié)合鉆爆法的施工方法，即先用小直徑掘進(jìn)機(jī)先行快速掘進(jìn)形成平行導(dǎo)洞，同時結(jié)合鉆爆法拓展掌子面進(jìn)行隧道主洞的快速施工。 該施工方法靈活高效地結(jié)合了小直徑TBM施工快速、安全的特點以及鉆爆法靈活、技術(shù)成熟的優(yōu)勢，具有相當(dāng)大的技術(shù)優(yōu)勢。更重要的是，上述的施工方法能利用小直徑TBM (月掘進(jìn)隧道達(dá)800 1000 m/月)快速形成平行導(dǎo)洞，解決特長、深埋公路隧道修建過程中的技術(shù)難題，使得穿越大型山脈修建跨區(qū)域大型公路通道成為了可能。以上應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，該實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及核心思想。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在應(yīng)用本發(fā)明的過程中在具體實施方式
及細(xì)節(jié)上均會有改變之處。例如可以經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比采用兩臺小直徑掘進(jìn)機(jī)從兩個隧道主洞掘進(jìn)(以等同替換隧道主洞的鉆爆法施工)而平行導(dǎo)洞的掘進(jìn)則可用鉆爆法替代；在橫向通風(fēng)道之間也可設(shè)置臨時橫向通道連接先行平行導(dǎo)洞和主洞；主洞施工過程中以上臺階法快速掘進(jìn)等。因此，上述實施例的內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種特長深埋公路隧道的施工工法，包括以下步驟(1)施工平行導(dǎo)洞根據(jù)已擬定的所述特長深埋公路隧道的隧址，在該公路隧道進(jìn)口端端面的中間位置，利用小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)先行掘進(jìn)一平行導(dǎo)洞；所述平行導(dǎo)洞位于所述公路隧道的兩隧道主洞之間，且與隧道主洞平行布置；(2)鉆爆掘進(jìn)上述利用小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)平行導(dǎo)洞的過程中，在所述兩隧道主洞的進(jìn)口端、出口端以及所述平行導(dǎo)洞的出口端同時采用鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)；施工過程中，控制所述平行導(dǎo)洞的掘進(jìn)速度快于所述兩隧道主洞的掘進(jìn)速度；(3)開辟掌子面在所述平行導(dǎo)洞掘進(jìn)端的左側(cè)和右側(cè)分別開挖橫向通風(fēng)道，使其到達(dá)兩側(cè)隧道主洞所在區(qū)域，然后在該區(qū)域開辟新的掌子面，隨著平行導(dǎo)洞的不斷深入，每隔一定間距便在其掘進(jìn)端的左右兩側(cè)重復(fù)開挖橫向通風(fēng)道及掌子面；在各個掌子面處使用鉆爆法開挖剩余的隧道主洞；(4)開辟人行及車行橫通道在兩隧道主洞掘進(jìn)過程中，適時開辟連通兩隧道主洞的人行橫通道和車行橫通道；(5)開挖隧道主洞在已經(jīng)開辟的各掌子面前、后兩端分別采用鉆爆法持續(xù)掘進(jìn)，直至兩側(cè)的隧道主洞全部貫通，施工完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特征在于通過所述先行掘進(jìn)的平行導(dǎo)洞進(jìn)行前方的超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)預(yù)報。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特征在于所述小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)半徑為3. 5m 5m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特征在于所述施工工法是通過一施工通風(fēng)通道進(jìn)行通風(fēng)，該施工通風(fēng)通道包括由所述平行導(dǎo)洞充當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)道以及由所述已開挖隧道主洞充當(dāng)?shù)呐棚L(fēng)道，所述送風(fēng)道和排風(fēng)道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風(fēng)道連通，并通過射流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)風(fēng)向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的特長深埋公路隧道的施工工法，其特征在于所述施工工法是通過一渣土運輸通道進(jìn)行出渣，該渣土運輸通道包括由所述平行導(dǎo)洞充當(dāng)?shù)目蛰d車進(jìn)洞通道以及由所述已施工隧道主洞充當(dāng)?shù)脑翝M載車出洞通道，所述空載車進(jìn)洞通道與渣土滿載車出洞通道通過所述的人行橫通道、車行橫通道和/或橫向通風(fēng)道連通，施工過程中控制空載車進(jìn)洞路線與所述施工通風(fēng)通道中的新鮮空氣流向一致，控制渣土滿載車出洞路線與所述施工通風(fēng)通道中污濁空氣流向一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特長深埋公路隧道的施工工法，包括以下步驟在該公路隧道進(jìn)口端端面的中間位置，利用小直徑隧道掘進(jìn)機(jī)先行掘進(jìn)一平行導(dǎo)洞，并使其與隧道主洞平行布置；在兩隧道主洞的進(jìn)口端、出口端以及平行導(dǎo)洞的出口端同時采用鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)，并控制平行導(dǎo)洞的掘進(jìn)速度快于隧道主洞；在平行導(dǎo)洞掘進(jìn)端的兩側(cè)開挖橫向通風(fēng)道，并開辟新的掌子面，并保證每隔一定間距重復(fù)開挖橫向通風(fēng)道及掌子面，直至中間平行導(dǎo)洞貫通；在各掌子面處使用鉆爆法開挖剩余的隧道主洞；在隧道主洞掘進(jìn)過程中適時開辟人行及車行橫通道；直至隧道主洞全部貫通，施工完成。本發(fā)明的施工工法結(jié)合了掘進(jìn)機(jī)法和鉆爆法的優(yōu)點，使修建跨區(qū)域大型公路通道成為可能。
文檔編號E21F1/00GK102296963SQ20111021813
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者傅立新, 劉永勝, 易震宇, 柏署, 王建華, 王明明, 蔣正華, 蔣勝波, 陳驊偉 申請人:湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院