1.本发明涉及隧道施工领域，具体涉及整环预筑后挖暗挖隧道施工方法。
背景技术：2.随着我国城市化进程的不断发展，其中下穿铁路、道路、地铁车站等施工由于受地面交通、管线分布、周边建筑环境、工程地质及水文地质等因素的限制，往往采用暗挖隧道预筑后挖的施工方法，可较好的解决大跨、小施工沉降等隧道建设难题，但在实际施工中也存在方方面面的问题。
3.现有技术中，为解决暗挖法施工时分块多，工序复杂，支护结构变形大、地面沉降大的问题，提出了管幕结构法、日本的mmst(多微小盾构隧道法)等方法。其中，管幕结构法是隧道开挖前，通常是先通过顶管机等装置将大口径钢管顶进隧道周边，然后工人进入钢管内切开钢管，再浇筑环形钢筋混凝土结构，但是，在施工中存在以下问题：其一，需要施工人员进入较小的钢管空间内施工预支护结构，造成施工难度大，工作强度高，衬砌质量难以保证；其二，因需要将诸多单个钢管切开并连接为整体支护结构，造成环向衬砌结构间接头数量多从而使预支护结构整体刚度小的问题。
4.另外，日本的mmst法是针对软土矩形隧道，采用横向和竖向两种多刀盘矩形盾构机开挖，衬砌为矩形的钢箱结构，且钢箱结构高度需满足人工施工要求，在隧道开挖前先环向浇筑钢筋混凝土结构，再开挖隧道，但是，从其施工方法、衬砌结构存在以下问题：其一，在跨度大、覆土大等条件下矩形支护结构会出现跨中弯矩大，支护结构不稳；其二，由于需要分段施工将各个钢箱衬砌结构连成整体预支护结构，使得各钢箱衬砌间存在施工误差，导致整体预支护结构刚度不大。
技术实现要素：5.鉴于此，本技术实施例提供一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，能解决隧道施工风险大，施工困难以及管幕结构的应用范围小、隧道环向接头数量多等问题。
6.为达到上述目的，本技术实施例提供一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法该方法包括：在隧道开挖之前整环的开挖隧道周边衬砌范围土体，并顶进整环预筑衬砌；在整环预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。具体地，在隧道开挖之前，先整环的开挖隧道周边衬砌范围的土体，形成整环的预支护空间，另外，在整环的开挖隧道衬砌范围的同时，顶进整环预筑衬砌结构，用于支撑整环的预支护空间；待隧道整环的预支护结构达到强度后，开挖隧道内土体。如此方法，一次开挖就能形成整环的开挖空间，一次施工顶进整环预筑衬砌，取消了隧道断面的预支护接头数量，避免了分段施工时存在的结构接头衔接困难、相互分段间施工误差累计导致最后封口处施工困难等问题。
7.在本技术的一种可能的实现方式中，整环的开挖隧道衬砌范围土体包括：整环的开挖隧道周边衬砌范围土体采用多台相互咬合的顶管机开挖，且多台顶管机沿隧道轮廓形状进行排列成整环形状。其中，相对于单个顶管机而言，多台相互咬合的顶管机沿隧道轮廓
形状排列成整环形状的设计，使得其在沿挖掘方向掘进时，一次就能形成整环的开挖轮廓，极大的提高了开挖效率。
8.在本技术的一种可能的实现方式中，多台顶管机采用圆形旋转的刀盘。这里，圆形旋转的刀盘相对于矩形等其它形状的刀盘，不易存在刀盘无法到达的盲区。
9.在本技术的一种可能的实现方式中，相邻顶管机之间的刀盘前后错开布置，刀盘开挖轮廓搭接。如此设计，可实现相邻两个刀盘的开挖轮廓有交叉部分，即相邻开挖孔洞间会有重合空间，当多台相互咬合的顶管机开挖掘进时，多个开挖孔洞之间形成了连通的预支护空间。
10.在本技术的一种可能的实现方式中，整环预筑衬砌布置在多台顶管机的开挖范围内。这里，整环预筑衬砌设置在整环形状的开挖空间内，用于支撑整环形状的开挖空间。
11.在本技术的一种可能的实现方式中，整环的开挖隧道周边衬砌范围土体，并顶进整环预筑衬砌之后；该方法还包括：在整环预筑衬砌与刀盘的开挖轮廓之间的空隙填充建筑填充物。其中，建筑填充物的存在，可避免围岩变形对整环预筑衬砌产生较大的直接作用力。
12.在本技术的一种可能的实现方式中，建筑填充物为泥浆和砂浆中的一种或多种的混合物。
13.在本技术的一种可能的实现方式中，整环预筑衬砌包括箱式外壳，建筑填充物填充在箱式外壳与刀盘的开挖轮廓之间的空隙内。如此，建筑填充物的存在可以较好地传递围岩传来的挤压应力至箱式外壳上，使得箱式外壳受力近似均匀，避免了围岩变形对箱式外壳产生较大的直接作用力。
14.在本技术的一种可能的实现方式中，多台顶管机的刀盘的开挖直径相同。这样，一方面可减少机械种类，降低成本；另一方面可使得开挖轮廓成规则的形状，进而降低施工预支护难度。
15.在本技术的一种可能的实现方式中，多台顶管机的刀盘的开挖直径不同。此种结构，使得开挖轮廓更灵活，应用范围更广。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法流程图之一；
17.图2为本技术实施例提供的一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法流程图之二；
18.图3为本技术实施例提供的一种整环的多台相互咬合的顶管机的结构示意图；
19.图4为本技术实施例提供的一种整环预筑衬砌的结构示意图；
20.图5为本技术实施例提供的一种刀盘直径相同的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法的隧道断面结构示意图；
21.图6为本技术实施例提供的一种刀盘直径不同的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法的隧道断面结构示意图；
22.图7为本技术实施例提供的沿图5和图6中a-a线的剖面示意图；
23.图8为本技术实施例提供的一种多个等直径刀盘下的整环咬合顶管机的隧道环形开挖大样图；
24.图9为本技术实施例提供的一种多个非等直径刀盘下的整环咬合顶管机的隧道环
形开挖大样图。
25.附图标记：
26.1-整环咬合顶管机；11-第一刀盘；12-第二刀盘；2-开挖轮廓；3-整环预筑衬砌；31-箱式外壳；311-环向肋板；4-建筑填充物。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
28.在本技术实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
30.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
31.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
32.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
33.本技术实施例提供一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，先整环的施工隧道的预支护结构，在隧道预支护结构的保护下开挖隧道内的土体。具体地，在隧道开挖之前，先整环的开挖隧道周边衬砌范围的土体，同时顶进整环预筑衬砌，将其置于整环的隧道衬砌开挖空间内；待隧道预支护结构达到强度后，开挖隧道内土体。采用此种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法可取消隧道环向的接头数量，提高预支护结构整体刚度，施工效率高，并能适用各种地质条件，因此，能广泛应用于施工困难的大跨、浅覆土、下穿既有建筑物等隧道及地下工程的施工中。
34.为实现上述技术特征，本技术实施例提供了一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，参照图1，主要包括以下步骤：
35.步骤s1，在隧道开挖之前整环的开挖隧道周边衬砌范围土体，并顶进整环预筑衬砌；
36.步骤s2，在整环预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。
37.其中，在步骤s1中，在隧道开挖之前整环的开挖隧道衬砌范围土体，先形成整环的预支护空间；另外，在整环开挖隧道衬砌范围的同时，沿隧道断面顶入整环预筑衬砌结构，用于支撑整环的开挖隧道衬砌范围土体所形成的开挖孔洞，即预支护衬砌空间。此种方法，降低了施工难度，提高了施工效率，并能取消隧道环向预支护结构的接头数量，进而提高预支护结构整体刚度。
38.在步骤s2中，待隧道预支护结构达到强度后，开可挖隧道内土体，形成隧道框架，并根据结构设计方案施工结构防水层、二次衬砌及内部结构等，可完成隧道施工。其中，也可根据结构耐久性、安全性等方面的需求在预支护结构内再施工混凝土衬砌结构。
39.上述方法，一次开挖就能形成整环的隧道预支护空间，极大地提高了开挖效率；另外，由于衬砌结构为整环预筑衬砌结构，直接取消了隧道断面环向衬砌结构的接头数量，大大提高了预支护结构的整体刚度。
40.在一些实施例中，参照图1、图3、图4和图5，整环的开挖隧道衬砌范围土体包括：整环的开挖隧道周边衬砌范围土体采用多台相互咬合的顶管机开挖，且多台顶管机沿隧道轮廓形状进行排列成整环形状，即整环咬合顶管机1。其中，整环咬合顶管机1可由多台可拆卸连接的圆形顶管机组成，圆形顶管机侧壁上设置有连接组件，其连接组件可为螺纹连接组件和卡扣连接组件中的一种。如此，可将多台顶管机连接成一个整环形状，使其一次开挖就形成整环的隧道断面；另外，可拆卸连接的形式又增加了整环咬合顶管机1的使用范围，使其可以根据待挖掘隧道预支护空间的尺寸进行调整，将多台圆形顶管机连接到一起，相互配合获得所需尺寸的挖掘面，解决了因单台顶管机挖掘面与待挖掘隧道预支护空间的尺寸不匹配而无法高效施工的问题。这里，组成整环咬合顶管机1的每台顶管机里均设置有圆形旋转的刀盘装置及驱动装置，驱动装置与刀盘装置连接，用于驱动刀盘装置运行，其中，刀盘装置包括中央大刀盘，其圆心设置在顶管机沿挖掘方向的中轴线上且其圆周与顶管机侧壁所在的平面相切，又或根据工程需要再增加设置若干小刀盘或滚刀等刀具，使其达到良好的切削效果，以满足各种地层掘进要求。
41.具体的，在开挖隧道预支护结构空间前，设置始发工作进，作为整环咬合顶管机1的拼装、掘进始发的工作井。在步骤s1中，利用整环咬合顶管机1开挖隧道整环预筑衬砌3空间，整环咬合顶管机1的掘进推力由始发千斤顶提供，经整环预筑衬砌3传导到整环咬合顶管机1的多个掘进刀盘，同时，整环预筑衬砌3紧跟咬合顶管机1沿掘进方向顶入，用于支撑开挖空间。其中，当隧道掘进长度较长时，整环咬合顶管机1周边摩擦力太大时，可在隧道中设置中继接力，以保证咬整环咬合顶管机1向前顺利掘进。如此方法，相对于单个顶管机而言，多台相互咬合的顶管机沿隧道轮廓形状排列成整环形状的设计，使得其在沿挖掘方向掘进时，一次开挖就能形成整环的开挖轮廓2，极大的提高了开挖效率，降低了施工风险。
42.需要说明的是，可通过改变整环咬合顶管机1的整环长度来适应不同的施工预支护结构需求。比如，当施工隧道整环预支护空间的环向长度较长时，可适当增加整环咬合顶管机1的环向长度，这时整环咬合顶管机1环向开挖轮廓2长度会增加；另外，也可以通过改变整环咬合顶管机1的环向排列方式及环向长度来调整整环咬合顶管机1开挖轮廓2，以适应不同的隧道开挖轮廓2需求。如此，可增加其工程应用范围。
43.进一步需要说明的是，整环咬合顶管机1的环向长度是指组成其多台顶管机沿隧
道轮廓形状进行排列的环向结构长度。其环向长度由工程条件、预支护空间大小等综合确定。
44.参照图3、图6和图7，多台顶管机采用圆形旋转的刀盘。具体的，在整环咬合顶管机1沿隧道方向掘进过程中，圆形旋转的刀盘用来破碎岩石、切削泥土等，进而形成开挖孔洞空间。其中，也可在刀盘上配置滚刀等刀具，满足各种地层掘进的要求。另外，在整环咬合顶管机1沿隧道方向掘进过程中，圆形旋转的刀盘相对于矩形等其它形状的刀盘，不易存在刀盘无法到达的盲区。
45.在一些实施例中，参照图3、图5、图7和图8，相邻顶管机之间的刀盘前后错开布置，刀盘开挖轮廓2搭接。由此，当整环咬合顶管机1向前掘进时，刀盘开挖轮廓2会有交叉，进而使得开挖孔洞之间形成连通空间，即形成连通的预支护衬砌空间。
46.需要说明是，刀盘开挖轮廓2的交叉区高度h由整环咬合顶管机1紧跟的整环预筑衬砌3结构的高度h确定，可大于或等于分段预筑衬砌3的高度h。这样，整环预筑衬砌2能置于开挖孔洞内。
47.进一步地，参照图4、图5和图6，整环预筑衬砌3均布置在整环咬合顶管机1的开挖范围内。具体的，隧道整环的预修筑的衬砌结构在工作井内拼装成整环预筑衬砌3并紧跟刀盘开挖设备，顶入隧道周边开挖轮廓2空间，形成整环的隧道衬砌结构。这里，整环预筑衬砌3设置在开挖空间内，用于支撑开挖空间。
48.需要说明的是，整环预筑衬砌3的环向长度应小于或等于整环咬合顶管机1的环向长度，以便整环预筑衬砌3能置于开挖空间内。
49.在一些实例中，参照图2和图4，在步骤s1之后，包括：在整环预筑衬砌3与刀盘的开挖轮廓2之间的空隙填充建筑填充物4。其中，建筑填充物4的存在，可避免围岩变形对整环预筑衬砌3产生较大的直接作用力。
50.进一步地，参照图2和图4，建筑填充物4为泥浆和砂浆中的一种或多种的混合物。
51.在一些实施例中，参照图4，图5和图7，整环预筑衬砌3包括箱式外壳31，建筑填充物4填充在箱式外壳31与刀盘的开挖轮廓2之间的空隙内。其中，箱式外壳31内壁设有朝向轴线延伸的环向肋板311，环向肋板311的设置可以提高整环预筑衬砌3结构的刚度；建筑填充物4的存在，可以较好地传递围岩传来的挤压应力至箱式外壳31上，使得箱式外壳31受力近似均匀，避免了围岩变形对箱式外壳31产生较大的直接作用力。
52.在一些实施例中，参照图5和图8，多台顶管机的刀盘开挖直径相同。这样，一方面可减少机械种类，降低其制作成本；另一方面可使得整个开挖轮廓2成规则的形状，进而降低施工预支护难度。
53.在一些实施例中，参照图3、图6和图9，多台顶管机的刀盘开挖直径不同。其中，示例的，参照图3、图6和图9，整环咬合顶管机1的刀盘中，包括第一刀盘11和第二刀盘12，第二刀盘12的直径大于第一刀盘11的直径。另外，沿整环咬合顶管机1并排的方向，每隔n个第一刀盘11后，设置一个第二刀盘12，其中n为正整数。这样，直径大的第二刀盘12对应的开挖孔洞空间应能容纳施工人员方便进行预支护空间内的施工作业，比如，在预支护结构内再施工混凝土衬砌结构等作业。此种结构，使得开挖轮廓2更灵活，施工容易，应用范围更广。
54.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的
等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
技术特征：1.一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，在隧道开挖之前整环的开挖隧道周边衬砌范围土体，并顶进整环预筑衬砌；步骤2，在所述整环预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。2.根据权利要求1所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述整环的开挖隧道衬砌范围土体包括：所述整环的开挖隧道周边衬砌范围土体采用多台相互咬合的顶管机开挖，且多台所述顶管机沿隧道轮廓形状进行排列成整环形状。3.根据权利要求2所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，多台所述顶管机采用圆形旋转的刀盘。4.根据权利要求3所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，相邻的所述顶管机之间的所述刀盘前后错开布置，所述刀盘开挖轮廓搭接。5.根据权利要求2所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，所述整环预筑衬砌布置在整环形状的多台所述顶管机的开挖范围内。6.根据权利要求5所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，在所述步骤1之后，所述方法包括：在所述整环预筑衬砌与所述刀盘的开挖轮廓之间的空隙填充建筑填充物。7.根据权利要求6所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，所述建筑填充物为泥浆和砂浆中的一种或多种的混合物。8.根据权利要求6所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，所述整环预筑衬砌包括箱式外壳，所述建筑填充物填充在所述箱式外壳与所述刀盘的开挖轮廓之间的空隙内。9.根据权利要求3所述的的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，多台所述顶管机的所述刀盘的开挖直径相同。10.根据权利要求3所述的整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，其特征在于，多台所述顶管机的所述刀盘的开挖直径不同。
技术总结本申请实施例公开了一种整环预筑后挖暗挖隧道施工方法，能解决暗挖隧道施工风险大，施工困难以及管幕结构的应用范围小、隧道环向接头数量多等问题。该方法包括：在隧道开挖之前先整环的开挖隧道周边衬砌范围土体，并顶进整环预筑衬砌；而后在整环预筑衬砌的保护下开挖隧道内土体。其中，隧道衬砌范围的土体开挖采用沿隧道轮廓依次排列布置的圆形刀盘开挖，相邻刀盘之间前后错开，开挖轮廓搭接，以形成沿隧道轮廓整环的空间；隧道整环预筑衬砌结构紧跟刀盘开挖设备，顶入隧道周边轮廓空间，形成整环的预支护结构。本申请的施工方法用于用于大跨、复杂条件的暗挖施工。复杂条件的暗挖施工。复杂条件的暗挖施工。
技术研发人员：肖明清 邓朝辉 李策 资谊 刘浩
受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/7/5
