CN106194204A - 一种漂卵石隧道超前支护结构及支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道超前支护技术领域，具体涉及一种漂卵石隧道超前支护结构及支护方法，包括设置在隧道洞口处的混凝土套拱，隧道拱顶沿隧道纵向设置有自进式中空注浆管棚；相邻自进式中空注浆管棚之间嵌有沿隧道纵向布置的双层自进式中空注浆锚杆，包括：上层自进式中空注浆锚杆和下层自进式中空注浆锚杆；隧道内设置有型钢拱架，所述上层自进式中空注浆锚杆和下层自进式中空注浆锚杆尾部与型钢拱架焊接固定；本发明能够有效解决当前漂卵石隧道施工中普遍存在的超前支护成孔困难、易卡钻且对围岩扰动大等问题；本发明的方法管棚加固范围准确、可靠，对围岩扰动较小可充分发挥围岩自承能力，隧道拱部形成厚壳棚架保证隧道施工安全。
Description
技术领域
本发明属于隧道超前支护技术领域，具体涉及一种漂卵石隧道超前支护结构及支护方法。
背景技术
近年来，随着公路向河谷、漫滩、山麓、海岸、阶地等处不断延伸，隧道建设越来越多的面临着地质情况复杂多变的问题，特别是在河谷阶地普遍存在的漂卵石层中修建隧道时，不但施工困难、进度慢、工程安全风险大，而且地质灾害的发生也更为普遍且灾害性强烈。漂卵石隧道开挖一触即塌，必须采取适当的超前预加固措施改善围岩和加固围岩。然而，传统的超前大管棚、超前小导管在该地层存在成孔困难、易卡钻且对围岩扰动大等问题；地表钻孔注浆，同样存在成孔困难，并且由于漂卵石围岩松散、孔隙率大、浆液流动范围难以控制、加固效果很不确定。因此，急需结合漂卵石特殊的工程特性研究必要的新型超前支护方法及支护结构来保证该特殊地层隧道施工安全。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种漂卵石隧道超前支护结构及支护方法，能够有效解决当前该地层隧道施工中普遍存在的超前支护成孔困难、易卡钻且对围岩扰动大等问题，减少施工对围岩造成的扰动，有效改善隧道围岩，充分发挥围岩自承能力，从而确保隧道施工安全。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种漂卵石层隧道超前支护结构，包括设置在隧道洞口处的混凝土套拱，隧道拱顶沿隧道纵向设置有自进式中空注浆管棚；相邻自进式中空注浆管棚之间嵌有沿隧道纵向布置的双层自进式中空注浆锚杆，包括：上层自进式中空注浆锚杆和下层自进式中空注浆锚杆；隧道内设置有型钢拱架，所述上层自进式中空注浆锚杆和下层自进式中空注浆锚杆尾部与型钢拱架焊接固定。
进一步的，所述自进式中空注浆管棚排列在隧道开挖轮廓线外侧，并在隧道拱顶120°范围内设置。
进一步的，所述上层自进式中空注浆锚杆长度为3～3.5m，以40～45°外插角打入围岩，锚杆环向间距为35～40cm，纵向排距为100～110cm；所述下层自进式中空注浆锚杆长度为2.5～3.0m，以10～15°外插角打入围岩，锚杆环向间距为35～40cm，纵向排距为100～110cm。
进一步的，所述混凝土套拱上预设有用于施作自进式中空注浆管棚的导向管，所述导向管环向间距为35～40cm，仰角1～3°。
进一步的，所述自进式中空注浆管棚包括冲击器，所述冲击器前端设置有合金钻头，后端通过连接套连接设置有注浆孔的钻杆，所述钻杆为空心结构并在尾部设置有止浆段。
进一步的，所述上层自进式中空注浆锚杆和下层自进式中空注浆锚杆均包括设置有注浆孔的杆体，杆体前端设置有锚杆合金钻头，所述杆体后端设置有止浆塞，并通过带有球形螺母和拱形垫板固定；所述杆体上设置有用于延长杆体长度的连接套。
进一步的，所述注浆孔为梅花形注浆孔，孔间距为30～35cm。
一种漂卵石层隧道超前支护方法，包括以下步骤：
1)开挖前在隧道明暗交界处施作钢筋混凝土套拱，所述钢筋混凝土套拱内沿隧道环向均匀分布有若干导向管；
2)通过导向管施作自进式中空注浆管棚，施作完毕后由套拱末端向管棚内注浆扩散加固周边围岩，填充管棚体；
3)隧道开挖后立即架设型钢拱架，隔榀施作上层自进式中空注浆锚杆和下层自进式中空注浆锚杆，并将锚杆尾部与钢拱架焊接固定；
4)待开挖到自进式中空注浆管棚加固末端时，重复步骤2)、3)进行持续开挖。
进一步的，所述注浆的顺序采用隔孔注浆；注浆浆液采用混合有水玻璃的水泥浆液，水玻璃含量为水泥浆液体积的5％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：通过采用自进式中空注浆管棚，保证管棚长度满足要求，解决了漂卵石层管棚施工成孔难、易卡钻、施工效率低的问题；通过布置双层的超前锚杆并注浆使掌子面前方围岩形成厚度较大的拱式棚架，保证在上部厚壳棚架的保护下进行下部隧道的开挖；通过采用小管径的中空注浆管棚和锚杆可减少对围岩的扰动，充分发挥围岩自承能力；自进式中空注浆管棚和双层超前锚杆组合加固确保洞口段进洞施工安全，进洞后根据洞内围岩情况，双层锚杆可方便调整为单层或长度加长。本发明在有效提高漂卵石层隧道超前支护施工效率的前提下，可保证隧道工程安全可靠。
进一步的，通过在混凝土套拱上设置导向管，确保自进式中空注浆管棚位置和孔口方向准确就位，使管棚加固范围准确、可靠。
进一步的，通过钻杆和杆体上设置梅花形注浆孔，注浆使浆液扩散固结，提高围岩的粘聚力。
本发明提供的方法，通过利用导向管施作自进式中空注浆管棚，可以确保管棚位置和孔口方向准确就位，使管棚加固范围明确、可靠，双层自进式超前锚杆并注浆使掌子面前方围岩形成厚度较大的拱式棚架，保证在上部厚壳棚架的保护下进行下部隧道的开挖；通过采用小管径的中空注浆管棚和锚杆减少对围岩的扰动，充分发挥围岩自承能力；自进式中空注浆管棚和双层超前锚杆组合加固确保洞口段进洞施工安全。
附图说明
图1为本发明的隧道超前支护横断面示意图。
图2是本发明的隧道超前支护纵断面示意图。
图3是本发明的自进式中空注浆管棚构造示意图。
图4是本发明的自进式中空注浆锚杆构造示意图。
其中：1-钢筋混凝土套拱，2-自进式中空注浆管棚，201-合金钻头，202-冲击器，203-连接套，204-钻杆，205-注浆孔，206-止浆段；3-下层自进式中空注浆锚杆，301-锚杆合金钻头，302-杆体，303-锚杆连接套，304-止浆塞，305-拱形垫板，306-球形螺母；4-上层自进式中空注浆锚杆，5-导向管，6-型钢拱架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
参见图1、图2，本发明提供的漂卵石隧道超前支护结构，包括设置在隧道洞口处的混凝土套拱1，混凝土套拱1上预设有用于施作自进式中空注浆管棚2的导向管5，隧道拱顶沿隧道纵向设置有自进式中空注浆管棚2，自进式中空注浆管棚2排列在隧道开挖轮廓线外侧，并在隧道拱顶120°范围内设置。相邻自进式中空注浆管棚2之间嵌有沿隧道纵向布置的双层自进式中空注浆锚杆，包括：上层自进式中空注浆锚杆3和下层自进式中空注浆锚杆4；隧道内设置有型钢拱架6，型钢拱架6纵向间距为50cm。所述上层自进式中空注浆锚杆3和下层自进式中空注浆锚杆4尾部与型钢拱架6焊接固定。
混凝土套拱1采用C35钢筋混凝土施作，并将导向管5固定在混凝土套拱1内，导向管5安装时应严格控制钢管环向间距40cm，仰角在1～3°，确保孔口位置和方向准确。
参见图3，自进式中空注浆管棚2包括冲击器202，所述冲击器前端设置有合金钻头201，后端通过连接套203连接设置有注浆孔205的钻杆204，所述钻杆204为空心结构并在尾部设置有止浆段206。后续钻杆204之间采用连接套203接长。
上层自进式中空注浆锚杆4长度为3m，以40～45°外插角打入围岩，锚杆环向间距为35～40cm，纵向排距为100cm；所述下层自进式中空注浆锚杆3长度为2.5m，以10～15°外插角打入围岩，锚杆环向间距为35～40cm，纵向排距为100cm。参见图4，所述上层自进式中空注浆锚杆3和下层自进式中空注浆锚杆4均包括设置有注浆孔的杆体302，杆体302前端设置有锚杆合金钻头301，所述杆体302后端设置有止浆塞304，并通过带有球形螺母306和拱形垫板305固定；所述杆体302上设置有用于延长杆体302长度的连接套303。
注浆孔为梅花形注浆孔，孔间距为30～35cm。
本发明提供的漂卵石层隧道的超前支护方法，包括以下步骤：
1)开挖前在隧道明暗交界处施作钢筋混凝土套拱1，钢筋混凝土套拱1内沿隧道纵向均匀分布有若干导向管5；
2)通过导向管5施作自进式中空注浆管棚2，采用潜孔钻机通过套拱上的导向管施作管棚的第一节钻杆，第一节钻杆前端带有合金钻头和冲击器，后续钻杆之间采用连接套接长。多根自进式中空注浆管棚的施工方法均相同，施作完毕后由套拱末端向管棚内注浆扩散加固周边围岩，填充管棚体；所述注浆的顺序采用隔孔注浆；注浆浆液采用混合有水玻璃的水泥浆液，水玻璃含量为水泥浆液体积的5％。
3)隧道开挖后立即架设型钢拱架6，型钢拱架沿隧道围岩的横截面周向安装；隔榀施作上层自进式中空注浆锚杆3和下层自进式中空注浆锚杆4，并将锚杆尾部与钢拱架焊接固定；进洞后可根据洞内围岩情况，双层锚杆可方便调整为单层或长度加长，施工灵活、方便调整。
4)待开挖到自进式中空注浆管棚2加固末端时，重复步骤2)、3)进行持续开挖。
施工时，在隧道开挖前首先施作钢筋混凝土套拱1，钢筋混凝土套拱1上预设有导向管5，通过导向管5施作自进式中空注浆管棚2，待所有自进式中空注浆管棚2施作完成后开挖进洞；开挖进洞后在洞内立即架设型钢拱架6，并施作双层超前锚杆，将超前锚杆3和4的尾部与型钢拱架焊接固定在一起；在管棚2和双层超前锚杆的保护下进行隧道的持续开挖。
通过上述发明的漂卵石层隧道洞口段超前支护结构，可以确保管棚位置和孔口方向准确就位，使管棚加固范围明确、可靠，通过采用合金钻头和冲击器保证管棚长度满足要求，并且可大幅度提高管棚施工效率，双层自进式超前锚杆并注浆使掌子面前方围岩形成厚度较大的拱式棚架，保证在上部厚壳棚架的保护下进行下部隧道的开挖；通过采用小管径的中空注浆管棚和锚杆减少对围岩的扰动，充分发挥围岩自承能力；自进式中空注浆管棚和双层超前锚杆组合加固确保洞口段进洞施工安全；进洞后根据洞内围岩情况，双层锚杆可方便调整为单层或长度加长，施工灵活、方便调整。
Claims (9)
1.一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，包括设置在隧道洞口处的混凝土套拱(1)，隧道拱顶沿隧道纵向设置有自进式中空注浆管棚(2)；相邻自进式中空注浆管棚(2)之间嵌有沿隧道纵向布置的双层自进式中空注浆锚杆，包括：上层自进式中空注浆锚杆(3)和下层自进式中空注浆锚杆(4)；隧道内设置有型钢拱架(6)，所述上层自进式中空注浆锚杆(3)和下层自进式中空注浆锚杆(4)尾部与型钢拱架(6)焊接固定。
2.根据权利要求1所述的一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，所述自进式中空注浆管棚(2)排列在隧道开挖轮廓线外侧，并在隧道拱顶120°范围内设置。
3.根据权利要求1所述的一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，所述上层自进式中空注浆锚杆(4)长度为3～3.5m，以40～45°外插角打入围岩，锚杆环向间距为35～40cm，纵向排距为100～110cm；所述下层自进式中空注浆锚杆(3)长度为2.5～3.0m，以10～15°外插角打入围岩，锚杆环向间距为35～40cm，纵向排距为100～110cm。
4.根据权利要求1所述的一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，所述混凝土套拱(1)上预设有用于施作自进式中空注浆管棚(2)的导向管(5)，所述导向管(5)环向间距为35～40cm，仰角1～3°。
5.根据权利要求1所述的一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，所述自进式中空注浆管棚(2)包括冲击器(202)，所述冲击器前端设置有合金钻头(201)，后端通过连接套(203)连接设置有注浆孔(205)的钻杆(204)，所述钻杆(204)为空心结构并在尾部设置有止浆段(206)。
6.根据权利要求1所述的一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，所述上层自进式中空注浆锚杆(3)和下层自进式中空注浆锚杆(4)均包括设置有注浆孔的杆体(302)，杆体(302)前端设置有锚杆合金钻头(301)，所述杆体(302)后端设置有止浆塞(304)，并通过带有球形螺母(306)和拱形垫板(305)固定；所述杆体(302)上设置有用于延长杆体(302)长度的连接套(303)。
7.根据权利要求5或6所述的一种漂卵石层隧道超前支护结构，其特征在于，所述注浆孔为梅花形注浆孔，孔间距为30～35cm。
8.根据权利要求1-7任一项所述漂卵石层隧道的超前支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)开挖前在隧道明暗交界处施作钢筋混凝土套拱(1)，所述钢筋混凝土套拱(1)内沿隧道环向均匀分布有若干导向管(5)；
2)通过导向管(5)施作自进式中空注浆管棚(2)，施作完毕后由套拱末端向管棚内注浆扩散加固周边围岩，填充管棚体；
3)隧道开挖后立即架设型钢拱架(6)，隔榀施作上层自进式中空注浆锚杆(3)和下层自进式中空注浆锚杆(4)，并将锚杆尾部与钢拱架焊接固定；
4)待开挖到自进式中空注浆管棚(2)加固末端时，重复步骤2)、3)进行持续开挖。
9.根据权利要求8所述的一种漂卵石隧道超前支护方法，其特征在于，所述注浆的顺序采用隔孔注浆；注浆浆液采用混合有水玻璃的水泥浆液，水玻璃含量为水泥浆液体积的5％。
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