一种特大断面既有隧道扩挖方法与流程

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种特大断面既有隧道扩挖方法。

背景技术：

1、随着经济社会的快速发展，我国部分高速公路、尤其是近城区的车流量日益增加。为缓解国省主干道的交通压力、优化路网结构，对原有高速公路实施扩容改造势在必行，早期修建的既有双向四车道乃至双向六车道公路隧道已不能适应交通量日益增长的需求。在对既有道路进行改扩建建设中，受线路整体规划及既有地形、既有建筑物等因素的影响，在既有公路隧道基础上原位扩建的公路隧道的工程项目越来越多。

2、目前国内外隧道改扩建研究主要以小断面隧道扩挖为两车道或三车道为主，小断面隧道改扩建技术相对成熟，相关工程案例较多。但对于特大断面既有隧道扩挖的难题（例如双向六车道扩挖为双向十车道隧道），国内外尚无相关工程案例。

3、特大断面既有隧道的跨度大，并且其周边围岩由于原隧道开挖已多次扰动，国内现有原位扩建项目大多先拆除衬砌再开挖既有隧道与新建隧道之间围岩，但特大跨隧道结构稳定性差，且围岩受再次扰动，若继续采用先拆除衬砌再开挖围岩，不仅存在结构受力复杂、施工转换工序多、施工组织难度大、施工风险高等难点，并且易产生拱顶坍塌和结构破坏等问题。

4、cn105804760a公开了一种特大断面隧道钻爆法原位扩建施工结构及施工方法，该施工结构包括既有隧道和设在既有隧道内的支护结构和既有隧道填充，所述既有隧道的周侧部挖掘围岩后形成特大断面隧道，所述特大断面隧道的左、右侧部设有多根锁脚锚杆；该施工方法包括包括以下七个步骤，其中前五步骤为特大断面隧道的围岩分部开挖与初期支护施作，后两步骤为特大断面隧道的二次衬砌浇筑，七个步骤依次为1）利用洞渣回填既有隧道至拱腰，然后开挖右上导洞并施作相应的初期支护，2）开挖左上导洞并施作相应的初期支护，3）开挖右下导洞并施作相应的初期支护，4）开挖左下导洞并施作相应的初期支护，5）待洞室收敛稳定后，开挖仰拱并施作相应的初期支护，6）浇筑特大断面隧道的仰拱二次衬砌，7）浇筑特大断面隧道的边墙、拱腰和拱顶二次衬砌。该发明简化了施工步序，而且大大提高了中隔墙的竖向刚度和竖向承载力，有助于减小洞室收敛，提高施工安全性。毋庸置疑，上述专利文献公开的技术方案是所属技术领域的一种有益的尝试，但是该发明在开挖右上以及左上导洞并施作相应的初期支护时，若是在软弱围岩地层施工，可能存在既有衬砌或岩体失稳掉或者围岩变形的施工风险。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种特大断面既有隧道扩挖方法，能够防止隧道扩建过程中既有衬砌因开挖松动岩体而失稳掉落，有效消除了既有大跨隧道扩建为超大跨隧道施工过程中既有隧道衬砌拆除的失稳风险。

2、本发明中的一种特大断面既有隧道扩挖方法，包括以下步骤：

3、s1、既有隧道内施作临时支撑，所述临时支撑至少包括竖向支撑以及横向支撑，所述竖向支撑的上下两端分别与既有隧道的衬砌拱部以及底部连接，所述横向支撑的左右两端分别与既有隧道的衬砌左右两部连接；

4、s2、按新建隧道轮廓施作超前支护；

5、s3、采用机械预切槽法，在掌子面沿着新建隧道的拱背轮廓线切割出切口，并用纤维加强混凝土填充形成护壳，作为初期支护；

6、s4、施作既有隧道的拱顶之上的左上方小导洞以及右上方小导洞，在既有隧道上对应所述竖向支撑的上端的位置开孔，并延长所述竖向支撑至其上端与所述初期支护连接；

7、s5、按新建隧道轮廓开挖左侧上导洞，在既有隧道上对应所述横向支撑的左端的位置开孔，并延长所述横向支撑至其左端与所述初期支护连接；按新建隧道轮廓开挖左侧下导洞；

8、s6、按新建隧道轮廓开挖右侧上导洞，在既有隧道上对应所述横向支撑的右端的位置开孔，并延长所述横向支撑至其右端与所述初期支护连接；按新建隧道轮廓开挖右侧下导洞；

9、s7、按新建隧道轮廓开挖中部上导洞；

10、s8、拆除步骤s4-s6中的所述竖向支撑以及横向支撑的延长至既有隧道外的部分，施作新建隧道的边墙及拱部二次衬砌，其中新建隧道的边墙的脚部与既有隧道的衬砌之间通过支撑装置连接；

11、s9、拆除既有隧道的拱墙衬砌、仰拱回填混凝土以及仰拱衬砌；

12、s10、拆除步骤s8中的所述支撑装置，按新建隧道轮廓进行拱底扩挖，并施作仰拱初支以及仰拱衬彻。

13、进一步，在步骤s1中，所述竖向支撑至少包括第一支撑组件以及第二支撑组件，所述第一支撑组件的上端与既有隧道的衬砌拱部的左上部连接，所述第一支撑组件的下端与既有隧道的底部连接，所述第二支撑组件的上端与既有隧道的衬砌拱部的右上部连接，所述第二支撑组件的下端与既有隧道的底部连接。

14、进一步，所述竖向支撑或横向支撑均包括工字钢架以及设置与所述工字钢架的端部的第一锚板，所述第一锚板通过第一锚筋与既有隧道连接。

15、进一步，在步骤s3中，填充纤维加强混凝土之前在切口内预埋纵向工字钢，所述纵向工字钢从所述护壳的内壁露出；在步骤s4-s6中，延长所述竖向支撑以及延长所述横向支撑通过：将延长钢架的一端与所述竖向支撑或横向支撑的第一锚板连接，将延长钢架的另一端、第一钢板、环向托梁、第二钢板以及纵向工字梁依次连接。

16、进一步，

17、在步骤s1中，所述临时支撑设置有多个，多个所述临时支撑沿既有隧道的贯通方向间隔设置；

18、在步骤s9中，包括以下步骤：

19、s901、沿贯通方向间隔对所述既有隧道进行环向切割，从而将所述既有隧道沿贯通方向分为多段分隧道；相邻两次所述环向切割的切割位置之间至少具有一个所述临时支撑，以使每个所述分隧道均具有一个所述临时支撑；

20、s902、依次对各个分隧道进行纵向切割；在对每个分隧道进行纵向切割时，首先根据所述竖向支撑以及横向支撑的端部的第一锚板的位置，将各个所述分隧道分区，然后分别对各个分区进行纵向切割。

21、进一步，在步骤s902中，所述第一支撑组件的上端与第二支撑组件的上端之间的分隧道为第一分区，所述第一支撑组件的上端与横向支撑的左端之间的分隧道以及所述第二支撑组件的上端与横向支撑的右端之间的分隧道为第二分区，所述横向支撑的左端与第一支撑组件的下端之间的分隧道以及所述横向支撑的右端与第二支撑组件的下端之间的分隧道为第三分区，所述第一支撑组件的下端与第二支撑组件的下端之间的分隧道为第四分区；在对每个分隧道进行纵向切割时，依次对所述第一分区、第二分区、第三分区以及第四分区进行纵向切割。

22、进一步，在步骤s8中，所述支撑装置包括支撑钢梁，所述支撑钢梁的一端通过第二锚板以及第二锚筋与所述新建隧道的边墙的脚部连接，所述支撑钢梁的另一端通过第三锚板以及第三锚筋与所述既有隧道的衬砌连接。

23、本发明的有益效果是：

24、（1）本发明采用先开挖既有隧道与新建隧道之间松动围岩，再拆除既有隧道二衬的方式，可防止隧道扩建过程中既有衬砌因开挖松动岩体而失稳掉落，有效消除了既有大跨隧道扩建为超大跨隧道施工过程中既有隧道衬砌拆除的失稳风险。

25、（2）本发明采用机械预切槽法形成纤维加强混凝土的护壳，小导洞法预先施作的延长的竖向支撑在新建隧道开挖前形成完整的支撑体系，简称“环+竖临时支撑”，可有效控制围岩变形，显著降低施工风险。特别是对复杂地质条件及软弱围岩地层中，可保证隧道施工安全，具有良好的社会效益和应用前景。

26、（3）本发明为解决新建隧道跨度较大（跨度均超过25m），拆除临时支撑后再施作二衬，初支承载力可能不足的情况，新建隧道的二次衬砌采用预制混凝土管片，可快速成形，显著降低了超大跨隧道施工的安全风险。

27、（4）本发明相对于国内类似工程，在既有隧道衬砌拆除前，施作了新建隧道二次衬砌与初期支护，可以直接形成用于保证拆除安全施工的工作空间，提供了有效的安全储备。