[發明專利]一種螺旋型裝配式隧道結構及其施工方法

有效

• 申請號: 201710433148.8
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107023306B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 伍毅敏;婁霜;王飛;王勇
• 申請（專利權）人: 中南大學;安徽交通職業技術學院;安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司;長沙普氏土木工程技術有限責任公司
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 熊靖宇

一種螺旋型裝配式隧道結構及其施工方法，所述的螺旋型裝配式隧道結構，是由管片通過連接螺栓裝配而成的，管片的縱向長度和環向寬度可根據巖土體的穩定性而確定。所述螺旋型裝配式隧道結構的施工方法是：首先采用刀具破巖或人工挖掘方法，沿著隧道洞周環向螺旋形開挖一個管片空間，然后裝配一塊管片，并在管片注漿充填，重復上述步驟，使隧道結構沿螺旋線向前延伸。隧道內部的巖土體在隧道結構推進一定距離后再采用鉆爆法、靜態爆破法或挖掘機、銑挖機通用機械開挖，本發明縮小單次開挖斷面、縮短掌子面暴露臨空的時間、降低施工機械裝備體量。

技術領域

本發明涉及隧道與地下工程領域，具體是一種螺旋型裝配式隧道結構及其施工方法。

背景技術

在隧道與地下工程中，裝配式隧道結構是一種常用的結構類型，一般與機械法施工相配合，這些機械主要包括掘進機、盾構機和頂管機。這些方法的共同特點是必須在垂直于隧道軸線的掌子面上全斷面開挖后裝配隧道結構，其不足之處有以下幾方面：一是由于全斷面開挖面積很大，掌子面圍巖臨空面大、持續時間長，當巖土體穩定性很差時，為了保持掌子面穩定往往需要采取預支護、土壓或泥水平衡等措施，額外增加了工程造價，降低了工效；二是整個隧道輪廓范圍內的巖土體全部采用刀具破巖，刀具磨損問題突出，需要頻繁停機更換刀具，經濟性差；三是為了保證全斷面開挖和裝配的順利開展，配套的專用機械設備體量大、成本高，很難在中、短隧道中應用。縮小單次開挖斷面、縮短掌子面暴露臨空的時間、降低施工機械裝備的體量，是提高裝配式隧道結構適應性亟需解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種縮小單次開挖斷面、縮短掌子面暴露臨空的時間、降低施工機械裝備體量的螺旋型裝配式隧道結構及其施工方法。

一種螺旋型裝配式隧道結構，包括管片，所述管片在沿隧道環向具有與隧道內壁相匹配的弧度，所述管片的四個端面均為與相鄰管片連接的連接面，并且所述管片垂直于隧道縱向的兩個連接面為滿足螺旋升角和螺距關系的螺旋面，所述管片的弧度和螺旋面使多塊管片呈螺旋排列拼裝形成隧道結構，并且拼裝后的隧道結構能沿隧道縱向延伸。所述管片可以通過調整垂直隧道縱向的兩個端面的螺旋升角和螺距改變管片縱向長度，以控制隧道每次開挖的縱向長度；所述管片的環向寬度則可以根據巖土體穩定性進行改變，以控制隧道每次開挖的環向寬度。

所述管片在環向和/或縱向上雙側或單側設有企口。企口可以提高連接的穩定性。

所述管片在四個端面上設有用于連接的螺栓孔或所述管片在企口上設有螺栓孔，相鄰管片通過設置在螺栓孔內的連接螺栓連接。

一種螺旋型裝配式隧道結構的施工方法，將需要開挖的整個隧道斷面分為設置在斷面外圈的外圈環向螺旋開挖區和設置在外圈內側的內圈正向開挖區。施工時首先開挖外圈環向螺旋開挖區，在外圈環向螺旋開挖區上每開挖一個管片的空間，就安裝一塊管片，并在管片背后注漿充填，直到管片形成的螺旋型裝配式隧道結構向前推進至少一個整環以上，再對內圈正向開挖區進行開挖，依次循環。采用每開挖達到一塊管片寬度裝配一塊管片的方式，實現隧道沿螺旋線向前延伸，有效減小每循環巖土體開挖量，縮短圍巖暴露和臨空的時間，提高隧道施工的安全性。

進一步，開挖所述外圈環向螺旋開挖區采用刀具破巖或人工破巖方式。開挖所述內圈正向開挖區采用鉆爆法或靜態爆破法或挖掘機或銑挖機。這樣刀具切削破巖只在外圈環向螺旋形開挖區的小范圍內使用，內圈正向開挖區的大部分巖土體可根據需要采用鉆爆法、靜態爆破法或挖掘機、銑挖機等通用機械開挖，大大減少刀具破巖的工程量。

所述外圈環向螺旋開挖區的厚度與管片的厚度相匹配。

綜上所述，本發明可以在只開挖隧道結構附近的一圈巖土體的條件下進行裝配，大大減小了巖土體暴露臨空的時間，保護了隧道圍巖的穩定性，提高了隧道施工的安全性；管片的縱向長度和環向寬度可以根據圍巖穩定性調整，增強了裝配式襯砌在不同地層條件中的適用性；隧道只有外圈層極小一部分巖土體采用刀具切削破碎，大大降低了刀具破巖的工程量，相應的機械設備體量也可大大減小。

附圖說明