專利名稱：先成結構大跨度隧洞建造方法
技術領域：
本發明涉及隧洞施工領域，特別涉及一種先成結構大跨度隧洞建造方法。
背景技術：
通常隧洞掘進時，是直接掘進隧洞而后設置隧洞支護結構，因此必須防止支護設置之前剛完成的掘進段發生崩落，或者松動的石塊從隧洞壁上掉到隧洞中，尤其對于大跨度的隧洞，支護設置前的穩定是更大的問題。對于大跨度的隧洞，由于開挖荷載較大，往往需要設置很強、很厚的支護結構，支護結構的工程量大、造價高，而且必須在滿足隧洞使用功能要求的空間之外再開挖出必要的支護結構設置空間，這樣支護結構設置空間內的巖土體必須全部挖出，造成隧洞開挖面積的增大。現有技術中采用噴混凝土施工法、有掩護支架和無掩護支架的機械式三種直接掘進隧洞方法。此三種方法分別存在如下的缺陷和不足在用噴混凝土施工法的情況下，用挖土機或部分斷面掘進機進行掘進。在掘進后，隧洞襯筒容許變形，所以引起托環形式的變形阻力。這種托環包圍空腔并阻止巖石繼續移入空腔中。但這種變形不容許變得太大，以免由于超載而引起松動。薄的噴混凝土支護限制這種變形，即這種支護像變形的彈簧那樣隨不斷增加的變形而反方向作用一個變大的阻力。
在有掩護支架的機械式隧洞掘進的情況下，用機械的工具開挖系統進行施工。其中，工具可以是具有切割輪或掘進機刀盤的整體斷面掘進機，用以同時加工整個開挖面。在采用部分斷面掘進機的情況下，開挖面前壁須進行多次開挖。掩護支架是一種隨著隧洞掘進機不斷移動的支護，在它的保護下設置圍巖支護結構。由于隧洞掘進機是根據相應的隧洞幾何形狀和地質情況單獨制造的，這種隧洞掘進機常常只適用于一種任務，所以造成高昂的設備費用。在隧洞縱向內改變的隧洞橫斷面(例如道路施工的停車場或地下鐵道的火車站)不可能用機器開挖。
在無掩護支架的機械式隧洞掘進情況下，工作面的開挖與有掩護支架的機械式隧洞掘進是相同的。在使用過程中，掘進機錨緊在圍巖上，支護工程與掘進分開在稍后的時間進行。噴混凝土施工法工作安全性差，在隧洞掘進開挖一個循環后，工人處于不安全的范圍并特別危險；由于噴射混凝土時大的反彈和產生塵土，工人健康受到嚴重損害；由于在噴射混凝土時出現反彈，這時噴射的混凝土沒有被完全利用，造成很高的材料費用，另外這種支護沒有考慮噴射混凝土殼層以后的承載能力，還可能因需要超前的支護引起附加的費用；施工需要良好培訓的專業人員；因為掘進和噴混凝土支護必須相繼更替進行，施工過程不能連續，因此施工速度慢；難于進行工程狀況的靜力核算，在短的停留時間情況下，橫斷面需要多次部分開挖，從而增加沉陷。無掩護支架的掘進機由于支護的設置在時間上遲于掘進井單獨進行，所以難于反應變化的巖石情況。如果在掘進機范圍內必須進行支護工程，則會妨礙掘進。此外，還存在掘進機被掩埋的危險。
此外，近年來，還出現了一些在如超前管棚、超前混凝土支護等超前支護結構保護下的隧洞的建造方法，參見圖6所提供的超前混凝土支護隧洞建造方法，此方法通過在已開挖的隧洞段14內，向開挖面16前方待開挖段17施作超前混凝土支護15，而后在超前混凝土支護15的保護下開挖待開挖段17。此類方法一定程度上克服了支護設置之前剛完成的掘進段發生石塊崩落或松動的問題，但是依然存在如下問題例如，由于超前支護是在隧洞的已開挖段內部向前方的未開挖段施作的，受施作空間和機具設備條件的限制，不可能形成縱向長度較長的連續的、整體的超前支護結構帶，且所形成的超前承載結構帶強度低、整體性差。此外，還需為開挖的隧洞設置必要支護結構，該工作量依然很大，效率低，成本相對較高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種先成結構大跨度隧洞建造方法。
為實現上述目的，本發明是這樣實現的一種先成結構大跨度隧洞建造方法，包括以下步驟在待掘進隧洞的兩個側上方沿掘進方向開挖兩個先行導洞；通過所述先行導洞在待掘進隧洞上方施作承載結構帶；在所述承載結構帶的保護下開挖隧洞。
較佳的，采用注漿和施加預應力的方法施作承載結構帶。
本發明的有益效果是本發明通過改善預期承載結構帶范圍內巖土體的整體性和受力狀態，在待開挖隧洞上方以圍巖土體為主要材料形成連續的高強度、高承載力的承載結構帶，極大地提高了隧洞開挖時圍巖的穩定性和安全性，而且避免了傳統隧洞施工方法中隧洞掘進和初期支護施作之間頻繁交替作業的情況，極大的提高了隧洞建設速度；通過利用注漿、預應力等措施改善巖土體的整體性和受力狀態獲得承載結構，減少了開挖工程量，而且可以一定程度上減弱甚至完全取消隧洞開挖后設置支護結構的要求，具有極高的經濟性。
圖1為本發明整體示意2為本發明整體示意圖的A-A剖面3-圖5為本發明各步驟示意6為現有技術中超前混凝土支護隧洞建造方法示意圖標號說明10隧洞 12承載結構帶11先行導洞 13支護結構14已開挖的隧洞段 15超前混凝土支護16開挖面 17待開挖段具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
(1)如圖3所示，施工時沿隧洞10的掘進方向在待開挖的隧洞10的上方先施作兩個尺寸較小的先行導洞11。
(2)自兩側的先行導洞11內相對打入注漿管，通過注漿管對待開挖的隧洞10上方的圍巖土體進行注漿加固提高其整體性和強度，并自兩側的先行導洞11內相對鉆進預應力錨索孔，在貫通后的錨索孔內設置預應力錨索，并張拉和錨固錨索對待開挖的隧洞10上方的圍巖土體進行預應力加固，改善其整體性和應力狀態，從而在待開挖的隧洞10的上方以圍巖土體為基礎形成如圖4所示的高整體性、高強度、高承載力的承載結構帶12。
(3)如圖5所示，在先期形成的承載結構帶12的保護下開挖隧洞10。
(4)在隧洞10中設置永久性支護結構13，結果如圖1所示，整個大跨度隧洞的開挖工作即告完成。
權利要求
1.一種先成結構大跨度隧洞建造方法，其特征在于包括以下步驟1)在待掘進的隧洞的兩個側上方沿掘進方向開挖兩個先行導洞，2)通過所述先行導洞在待掘進隧洞上方施作承載結構帶，3)在步驟2)中形成的所述承載結構帶的保護下開挖隧洞，4)在開挖的所述隧洞中設置支護結構。
2.根據權利要求1所述的先成結構大跨度隧洞建造方法，其特征在于在所述建造方法步驟2)中，采用注漿和施加預應力的方法施作承載結構帶。
全文摘要
一種先成結構大跨度隧洞建造方法，包括以下步驟在待掘進大跨度隧洞的兩個側上方沿掘進方向開挖兩個先行導洞；通過所述先行導洞在待掘進隧洞上方施作承載結構帶；在所述承載結構帶的保護下開挖隧洞并設置支護結構。本發明通過注漿、施加預應力等措施改善預期承載帶范圍內巖土體的整體性和受力狀態，在待開挖隧洞上方以圍巖土體為主要材料形成連續的高強度、高承載力的承載結構帶，提高了大跨度隧洞開挖時的圍巖穩定性和安全性，節約了大跨度隧洞建設的成本，加快了隧洞建設的速度。
文檔編號E21D9/00GK1707067SQ20041002513
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月11日 優先權日2004年6月11日
發明者袁勇, 王勝輝 申請人:同濟大學