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专利号: 2019104548412
申请人: 东华理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-08-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,采用小型空间逐段开挖,分段依次顶举抬高的方式形成大型隧洞,同时对每段隧洞的顶端及两侧端根据依次顶举抬高进行不断加固支撑,加固支撑结束后形成各段隧洞钢体;泄流时,水流不断冲刷土体底面,隧洞底面被掏空,各段隧洞钢体随着土体底面不断下降,进一步降低了堰塞湖泄流高度;小型空间开挖的启始位置设定在堰塞体的单边方向或双边方向或中间沉井内,沉井施工时采用单向或双向方式进行,在泄流隧洞钢体或沉井中设有流量控制装置;

堰塞湖泄流隧洞开挖方法,包括以下步骤:

S1沿河流纵向选定沉井位置及泄流隧洞开挖线路;以长度短和开挖深度方向孤石较少较小为标准确定开挖线路,以堰塞体大小和初始堰塞湖水面位置确定沉井深度和隧洞底面深度,标定沉井位置和泄流隧洞开挖线路,再进行沉井施工;

S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业;先在地下指定深度同一沉井中按开挖线路双向进行管棚支护,在管棚下方进行土方开挖作业形成初始顶举空间,退出管棚,同时用顶举装置和支护板对初始顶举空间进行第一阶段顶举和同步局部加固;第一阶段顶举抬高后,前方又成为一个新的初始顶举空间的挖掘作业面,再进行管棚支护逐段开挖和顶举抬高,这种阶梯分段的作业方式在挖通最后一段之前,阶梯分段需保证前方有进行管棚支护的阶梯作业面,局部加固随着顶举抬高进行;

S3第二阶段顶举作业;在进行过第一阶段顶举的基础上,再进行后续顶举作业,增加隧洞高度,阶梯状往前推进,使整个隧洞高度达到设计要求;

S4加固支撑体系,局部加固随着顶举抬高不断进行至形成隧洞钢体;

S5沉井内安装流量控制闸,控制下泄流量,避免过大下泄流量引起洪灾。

2.根据权利要求1所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,步骤S1包括以下步骤:

S101开挖深度按湖水上升速度和施工时间确定;即泄流隧洞开挖完成前,湖水应未超过泄流隧洞底面高度;

S102标记沉井位置;为增加作业面,用沉井将待挖掘堰塞体分为若干作业段,每个沉井底部有两个背向起始工作端面,每个开挖方向独立作业,上下游两个末端以挖通为止;

S103沉井施工;组装沉井,先安装刃脚和活动壁板,活动壁板与开挖线路纵向垂直,挖掘沉井内土体吊运到堰塞体顶面,随着土体不断被挖掘,沉井在自重作用下不断下沉,直到下降到设计深度,再拆卸活动壁板,活动壁板拆卸后就是隧洞开挖作业的起始工作洞口。

3.根据权利要求2所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,所述沉井的水平截面包括矩形、圆形或椭圆形,底部有刃脚,与泄流隧洞纵向垂直方向底端为活动壁板,活动壁板长度等于泄流隧洞设计宽度L,活动壁板宽度或组合宽度等于起始工作洞口初始开挖高度;沉井采用分段装配式结构,由若干预制混凝土板装配而成,每段构件之间固定连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,步骤S2顶举空间挖掘和第一阶段顶举作业包括以下步骤:S201开始作业时,先拆去若干块沉井活动壁板,露出作业洞口,随着顶举作业进行,隧洞高度增加,拆下更多活动壁板,洞口高度始终等于隧洞高度,直到洞口达到设计高度为止;

S202泄流隧洞采取分段阶梯的作业方式向前开挖和顶举;先在洞口上边缘下方高为h的位置沿开挖前进方向水平打入一排棚管形成管棚,其宽度等于隧洞设计宽度L,也等于支护板长度b,棚管前端打入土中,后端固定在钢架上,入土深度不小于开挖进深的1.5~2.5倍,开挖进深等于支护板宽度a,下方土体被挖除后,管棚形成水平梁支撑上方土体;

S203向前挖除管棚下方一定深度和一定宽度范围内的土体,其中挖掘深度等于支护板宽度a,挖掘宽度等于支护板长度b,也等于隧洞设计宽度L;

S204在底面铺上轨道,顶举装置安放在钢轨上,方便顶举装置前后移动;其中四个角上单独铺设小型垫块,作为支护板两侧支撑架的垫块;

S205将顶举装置平稳放置在轨道上,第一块支护板置于顶举板上,顺轨道向前移至管棚下,上升紧靠管棚,逐根拔去所有棚管,移走管棚支撑架,启动电动油泵,向上平稳顶举支护板升高一个距离e,距离e等于或小于顶举装置行程,支护板托举上覆土层向上隆起,隧洞高度亦增加了距离e,总高度为初始洞口高h+距离e,然后在两侧放置支撑架,支护板上所有荷载由支撑架承担,两侧支撑架在竖直方向上连接侧支护板,顶举装置收缩复位,顺轨道退出;

S206第一次顶举第二块支护板;第一块支护板顶举抬高后,前方成为第二段初始顶举空间的挖掘作业面,重复步骤S202、S203、S204、S205,完成第二块支护板顶举,第二块支护板上升一个距离e,此时第一、第二块支护板高度相同,均为h+e;

S207第二块支护板顶举抬高后,前方成为第三段初始顶举空间的挖掘作业面,重复步骤S202、S203、S204、S205,完成第三块支护板顶举;这样直到完成最后一块支护板顶举,同时各块支护板顶举至设计尺寸,各块支护板顶举时,支护板之间采用过渡板连接,防止支护板之间的碎石进入隧洞。

5.根据权利要求4所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,所述管棚由棚管和管架组成,所述棚管前端实心呈锥尖状,所述管架为倒U形钢架,棚管成水平平行向前打入土中一定深度,管与管之间并排排列或有一定间距,后端固定在U形钢架,当管棚下方土体被挖除后,上方土体因管棚支撑保持稳定不掉落。

6.根据权利要求4所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,所述支护板由主板和翼板组成,主板长度b等于隧洞宽度,宽度a等于管棚下挖土进深;翼板为L型截面,一个翼边固定在主板长边下方一侧,另一个翼边与主板长边边缘齐平且为支护板之间的过渡板,翼板宽度等于每一次的顶举高度,翼板长度小于主板长度b,两端留出放置支撑空间。

7.根据权利要求1所述的一种堰塞湖泄流隧洞开挖方法,其特征在于,所述流量控制闸,包括框架和格栅闸门,所述框架为矩形钢架,固定在沉井壁隧洞洞口四周;

所述格栅闸门可沿框架上下移动,包括格栅板和板架,格栅板为长条形带孔钢板,板长大于板架高度,每块格栅板能单独上下移动,能根据需要调节高度,板上有格栅孔,下部孔径稍小,上部稍大。