CN109372520A - 一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构及其施工方法，支护结构包括拦挡坝、排导槽和沿隧道径向由外向内依次布设的超前支护、初期支护和二次衬砌；拦挡坝沿泥石流沟横向布设，排导槽沿泥石流沟纵向布设；超前支护包括由地表向隧道前方泥石流堆积体中施做的超前帷幕注浆与在隧道拱部沿周向间隔布设的超前大管棚和超前小导管；初期支护包括沿隧道径向由外向内依次布设的锚杆、基底加固桩、钢拱架、钢筋网和混凝土；本发明还公开了该结构的施工方法，本发明有效解决了隧道穿越泥石流堆积区施工过程中普遍存在的围岩变形大且不均匀、渗水严重、衬砌开裂等问题，消除或降低了泥石流灾害对隧道的影响，确保隧道施工期和运营期的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道支护结构及施工方法，尤其是涉及一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构及施工方法。
背景技术
我国是一个地质灾害多发的国家，灾害类型多且分布范围广，泥石流是我国山区最主要的地质灾害类型之一。随着西部大开发的大力实施，带动了西部山区的经济和交通基础建设的快速发展，但生态环境也遭到剧烈破坏，植被数量锐减，水土流失严重，尤其是地震诱发的大量崩塌滑坡及岩土体松动，为泥石流形成提供了良好的物源条件，更有利于泥石流的爆发，不可避免的会遇到公路、铁路穿越泥石流沟的工程，给工程施工带来了极大难度。
专利《泥石流隧道CN2736424Y》申请号：200420061905.1 申请日：2004-10-27提出了一种泥石流隧道，变被动适应为主动防护，为公路穿越泥石流提供了新的思路，但是由于泥石流堆积区围岩松软破碎，普遍存在围岩变形大且不均匀、渗水严重、衬砌开裂等问题，甚至会出现坍塌、突水、突泥等事故。现有开挖支护技术主要是针对软岩隧道、黄土隧道、溶洞隧道、瓦斯隧道等不良地质隧道展开研究，取得了***成果，但针对穿越泥石流堆积区隧道的研究甚少。
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适用于穿越泥石流堆积区隧道新型支护结构及其施工方法，能够有效解决隧道穿越泥石流堆积区施工过程中普遍存在的围岩变形大且不均匀、渗水严重、衬砌开裂、隧道稳定性差等问题，从而消除或减小泥石流灾害对隧道的影响，确保隧道施工期和运营期的安全。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构，包括地表在泥石流沟上布设的拦挡坝、排导槽和地下沿隧道径向由外向内依次布设的超前支护、初期支护和二次衬砌；所述拦挡坝沿泥石流沟横向布设，所述排导槽沿泥石流沟纵向布设；所述超前支护包括由地表向隧道前方泥石流堆积体中施做的超前帷幕注浆以及在隧道拱部沿周向间隔布设的超前大管棚和超前小导管；所述初期支护包括沿隧道径向由外向内依次布设的锚杆、基底加固桩、钢拱架、钢筋网和混凝土，形成了三维立体的隧道支护结构。
进一步的，所述拦挡坝根据泥石流规模和危险程度可布设一级或多级，所述拦挡坝坝体上设有若干排水孔。
进一步的，所述排导槽沿泥石流沟纵向布设，所述排导槽槽底应设有包括防水板和混凝土保护层，所述排导槽在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段的上下游布设范围均不小于5倍隧道洞径。
进一步的，所述超前帷幕注浆沿隧道纵向逐次施做，注浆管在泥石流堆积体中呈梅花形排列，在隧道横向上注浆范围不小于隧道开挖轮廓线外5m。
进一步的，所述超前大管棚由若干根钢管丝扣连接而成，钢管前端焊制成圆锥状，沿隧道拱部开挖轮廓线周向布设，所述超前大管棚钢管内插于导向墙内。
进一步的，所述超前小导管为管身钻有梅花形孔眼、前端呈尖锥状封闭、后段焊有钢筋、管尾与球阀连接的无缝钢管，所述超前小导管沿隧道拱部开挖轮廓线周向布设于超前大管棚之间，所述超前小导管可沿隧道径向单层或多层布设。
进一步的，所述钢拱架为I20b型，所述钢拱架各单元由连接板焊接成型，各单元间由螺栓连接，所述钢拱架在纵向上由钢筋焊接定位。
进一步的，所述锚杆包括沿隧道径向分别布设在拱顶和边墙的中空锚杆和砂浆锚杆。
进一步的，所述基底加固桩为在隧道底板横向上呈扇形布设的倾斜桩。
一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构的施工方法，包括如下步骤：
A）布设拦挡坝：在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段上游无断层、滑坡、崩塌等不良地质的位置横向布设拦挡坝于基岩之上；
B）布设排导槽：在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段的上游和下游均不小于5倍隧道洞径范围的泥石流沟心铺设防水板，浇筑标号不低于C20、厚度不小于30cm的混凝土保护层，在沟心两侧构筑混凝土排导槽坝体；
C）超前预测预报：采用超前地质预报或超前地质预报、远近距离物探等方法，探明隧道前方泥石流堆积体准确位置；
D）超前帷幕注浆：在隧道开挖至泥石流堆积区前，在掌子面上挂设钢筋网，沿隧道纵向布设水平锚杆，喷射混凝土全断面封闭掌子面，在地表以1m×1m间距梅花形布设直径89mm的注浆管，采用1:1配比的水泥-水玻璃双液浆对掌子面前方泥石流堆积体逐次注浆加固，横向加固范围不小于隧道开挖轮廓线外5m；
E）大管棚超前支护结构施工：沿隧道拱部开挖轮廓线120°范围周向布设直径108mm、长度20~30m、环向间距不大于0.5m的超前大管棚，大管棚每循环水平搭接长度为2~4m；
F）小导管超前支护结构施工：沿隧道拱部开挖轮廓线120°范围超前大管棚之间周向布设外插角不大于10°、长度3~5m、直径25~50mm、环向间距不大于0.5m的超前小导管，小导管每循环水平搭接长度为1~2m；
G）隧道上台阶开挖与初期支护结构施工：开挖隧道上台阶，架设纵向间距不大于0.8m的上台阶钢拱架，挂设钢筋直径8mm、间距0.2m×0.2m、尺寸1m×1m的钢筋网，喷射标号不低于C20、厚度不小于30cm的混凝土，在拱顶沿隧道径向布设直径22mm、长度4m、间距不大于1m的锚杆；
H）隧道中、下台阶开挖与初期支护结构施工：重复步骤F完成隧道中、下台阶的开挖与初期支护，各部钢拱架单元间由螺栓连接；
I）仰拱开挖与初期支护结构施工：开挖隧道仰拱，施做直径0.15~0.3m、深度6~10m、横向布设间距不大于0.5m、纵向布设间距不大于1m的基底加固桩，安设仰拱钢拱架，并与钢拱架焊接闭合；
J）二次衬砌：在初期支护体内周设置二次衬砌，二次衬砌距离掌子面距离不大于60m；
K）依次循环步骤C~I直至通过泥石流堆积区。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明中通过地表垂向的超前注浆、隧道轴向的超前大管棚和超前小导管、隧道径向钢拱架和锚杆、隧道基底加固桩以及二次衬砌的施做，并辅以拦挡坝和排导槽等结构，形成了三维立体的隧道支护结构，能大幅提升隧道支护强度，有效控制泥石流堆积体等软弱岩土体隧道中施工变形量，有效防治隧道渗水、衬砌开裂等灾害，降低泥石流对隧道建设期及运营期的影响。
2、本发明中利用拦挡坝和排导槽可有效拦截、疏导泥石流中的泥沙，避免泥石流对沟底进一步冲刷和泥沙大量淤积在隧道上方，防止隧道垂向上荷载的继续增加，并通过槽底防水层隔绝了大量地表水渗入地层，以及二次衬砌的施做，大大减少了隧道涌水量，有效解决施工阶段及后期运营过程中的渗水等问题。
3、本发明中利用超前帷幕注浆可将松软的泥石流堆积体层胶结成一个整体，使隧道至地表范围形成强度高、压缩性低、抗渗性好的岩土体，提高其力学性能，增强了承受荷载能力，从而大幅减小了地表沉降变形量。
4、本发明中采用联合布设的超前大管棚和超前小导管，在掌子面前方岩土体中形成加固圈，起到承载拱作用，使拱内部围岩与支护***处于免压状态，可延缓开挖后塑性区出现的时间和范围，并与钢拱架、钢筋网和混凝土等联合作用，大大增强了隧道支护强度。
5、本发明中通过在隧道基底施做的加固桩，能与地基土体成为一个整体的复合地基，将上部荷载传递到基底深部，有效承担隧道基底大部分荷载，提高隧道基底承载能力。
6、本发明中结构及施工方法简单，对穿越泥石流堆积区大变形隧道支护效果尤为显著，有效解决了隧道围岩变形大且不均匀、渗水严重、衬砌开裂等问题，保障了施工安全，缩短了建设周期，降低了施工成本，经济适用。
附图说明
图1是本发明一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构横断面示意图。
图2是本发明一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构纵断面示意图。
图3为本发明一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构施工方法的流程图。
图4是本发明一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构施工方法的横断面示意图。
图5是本发明一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构施工方法的纵断面示意图。
其中1—拦挡坝，11—拦挡坝坝体，12—排水孔，2—排导槽，21—防水板，22—混凝土保护层，23—排导槽坝体，3—超前帷幕注浆管，4—超前大管棚，5—超前小导管，6—初喷混凝土层，7—锚杆，8—钢筋网，9—加固桩，10—钢拱架，11—二次衬砌。
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1~2，本发明提供的一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构，包括地表在泥石流沟上布设的拦挡坝1、排导槽2和地下沿隧道径向由外向内依次布设的超前支护、初期支护和二次衬砌11；所述拦挡坝1沿泥石流沟横向布设，所述排导槽2沿泥石流沟纵向布设；所述超前支护包括由地表向隧道掌子面前方泥石流堆积体中施做的超前帷幕注浆3以及在隧道拱部沿周向间隔布设的超前大管棚4和超前小导管5；所述初期支护包括沿隧道径向由外向内依次布设的锚杆7、基底加固桩9、钢拱架10、钢筋网8、和初喷混凝土层6。
进一步的，所述拦挡坝1根据泥石流规模和危险程度可布设一级或多级，所述拦挡坝坝体11上设有若干排水孔12。
进一步的，所述排导槽2沿泥石流沟纵向布设，所述排导槽槽底应设有包括防水板21和防水板保护层的混凝土22，所述排导槽2在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段的上下游布设范围均不小于5倍隧道洞径。
进一步的，所述超前帷幕注浆沿隧道纵向逐次施做，注浆管3在泥石流堆积体中呈梅花形排列，在隧道横向上注浆范围不小于隧道开挖轮廓线外5m。
进一步的，所述超前大管棚4由若干根钢管丝扣连接而成，钢管前端焊制成圆锥状，沿隧道拱部开挖轮廓线周向布设，所述超前大管棚钢管内插于导向墙内。
进一步的，所述超前小导管5为管身钻有梅花形孔眼、前端呈尖锥状封闭、后段焊有钢筋、管尾与球阀连接的无缝钢管，所述超前小导管5沿隧道拱部开挖轮廓线周向布设于超前大管棚4之间，所述超前小导管5可沿隧道径向单层或多层布设。
进一步的，所述钢拱架10为I20b型，所述钢拱架10各单元由连接板焊接成型，各单元间由螺栓连接，所述钢拱架10在纵向上由钢筋焊接定位。
进一步的，所述锚杆7包括沿隧道径向分别布设在拱顶和边墙的中空锚杆和砂浆锚杆。
参见图3~5，本发明还提供了一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构施工方法，包括如下步骤：
1）布设拦挡坝1：在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段上游无断层、滑坡、崩塌等不良地质的位置横向布设拦挡坝1于基岩之上；
2）布设排导槽2：在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段的上游和下游均不小于5倍隧道洞径范围的泥石流沟心铺设防水板21，浇筑标号不低于C20、厚度不小于30cm的混凝土保护层22，在沟心两侧构筑混凝土排导槽槽体23；
3）超前预测预报：采用超前地质预报或超前地质预报、远近距离物探等方法，探明隧道前方泥石流堆积体准确位置；
4）超前帷幕注浆3：在隧道开挖至泥石流堆积区前，在掌子面上挂设钢筋网，沿隧道纵向布设水平锚杆，喷射混凝土全断面封闭掌子面，在地表以1m×1m间距梅花形布设直径89mm的注浆管，采用1:1配比的水泥-水玻璃双液浆对掌子面前方泥石流堆积体逐次注浆加固，横向加固范围不小于隧道开挖轮廓线外5m；
5）大管棚超前支护4：沿隧道拱部开挖轮廓线120°范围周向布设直径108mm、长度20~30m、环向间距不大于0.5m的超前大管棚，大管棚每循环水平搭接长度为2~4m；
6）小导管超前支护5：沿隧道拱部开挖轮廓线120°范围超前大管棚之间周向布设外插角不大于10°、长度3~5m、直径25~50mm、环向间距不大于0.5m的超前小导管，小导管每循环水平搭接长度为1~2m；
7）隧道上台阶开挖与初期支护：开挖隧道上台阶Ⅰ部，架设纵向间距不大于0.8m的上台阶钢拱架10，挂设直径8mm、间距0.2m×0.2m、尺寸1m×1m的钢筋网8，喷射标号不低于C20、厚度不小于30cm的混凝土6，在拱顶沿隧道径向布设直径22mm、长度4m、间距不大于1m的锚杆7；
8）隧道中、下台阶开挖与初期支护：重复步骤F完成隧道中、下台阶Ⅱ~Ⅵ部的开挖与初期支护，各部钢拱架单元间由螺栓连接；
9）仰拱开挖与初期支护：开挖隧道仰拱Ⅶ部，施做直径0.15~0.3m、深度6~10m、横向布设间距不大于0.5m、纵向布设间距不大于1m的基底加固桩9，安设仰拱钢拱架，并与钢拱架焊接闭合；
10）二次衬砌：在初期支护体内周设置二次衬砌11，二次衬砌距离掌子面距离不大于60m；
11）依次循环步骤C~I直至通过泥石流堆积区。
Claims (10)
1.在此处一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，包括地表在泥石流沟上布设的拦挡坝、排导槽和地下沿隧道径向由外向内依次布设的超前支护、初期支护和二次衬砌；所述拦挡坝沿泥石流沟横向布设，所述排导槽沿泥石流沟纵向布设；所述超前支护包括由地表向隧道掌子面前方泥石流堆积体中施做的超前帷幕注浆结构体以及在隧道拱部沿周向间隔布设的超前大管棚和超前小导管；所述初期支护包括沿隧道径向由外向内依次布设的锚杆、基底加固桩、钢拱架、钢筋网和初喷混凝土层，形成了三维立体的隧道支护结构。
2.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述拦挡坝可布设一级以上，坝体上设有若干排水孔。
3.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述排导槽槽底设有由防水板和混凝土组成的保护层。
4.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述超前帷幕注浆结构体沿隧道纵向逐次施做。
5.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述超前大管棚由钢管丝扣连接而成，钢管前端焊制成圆锥状，沿隧道拱部开挖轮廓线周向布设。
6.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述超前小导管为管身钻有梅花形孔眼、前端呈尖锥状封闭、后段焊有钢筋、管尾与球阀连接的无缝钢管，所述超前小导管沿隧道拱部开挖轮廓线周向布设于超前大管棚之间，所述超前小导管可沿隧道径向单层或多层布设。
7.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述钢拱架各单元由连接板焊接成型，各单元之间由螺栓连接，所述钢拱架在纵向上由钢筋焊接定位。
8.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述锚杆包括沿隧道径向分别布设在拱顶的中空锚杆和边墙的砂浆锚杆。
9.根据权利要求1所述穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其特征在于，所述基底加固桩为在隧道底板横向上呈扇形布设的倾斜桩。
10.一种穿越泥石流堆积区隧道支护结构施工方法，其特征在于，包括权利要求1所述的穿越泥石流堆积区隧道支护结构，其步骤如下：
A、布设拦挡坝：在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段上游无断层、滑坡、崩塌等不良地质的位置横向布设拦挡坝于基岩之上；
B、布设排导槽：在隧道轮廓线对应的地表泥石流沟段的上游和下游均不小于5倍隧道洞径范围的泥石流沟心铺设防水板，浇筑混凝土保护层，在沟心两侧构筑混凝土排导槽坝体；
C、超前预测预报：采用超前地质预报或超前地质预报、远近距离物探的方法，探明隧道前方泥石流堆积体准确位置；
D、超前帷幕注浆：在隧道开挖至泥石流堆积区前，在掌子面上挂设钢筋网，沿隧道纵向布设水平锚杆，喷射混凝土全断面封闭掌子面，在地表以1m×1m间距梅花形布设注浆管，采用1:1配比的水泥-水玻璃双液浆对掌子面前方泥石流堆积体逐次注浆加固，横向加固范围不小于隧道开挖轮廓线外5m；
E、大管棚超前支护结构施工：沿隧道拱部开挖轮廓线120°范围周向布设直径108mm、长度20~30m、环向间距不大于0.5m的超前大管棚，大管棚每循环水平搭接长度为2~4m；
F、小导管超前支护结构施工：沿隧道拱部开挖轮廓线120°范围超前大管棚之间周向布设外插角不大于10°、长度3~5m、直径25~50mm、环向间距不大于0.5m的超前小导管，小导管每循环水平搭接长度为1~2m；
G、隧道上台阶开挖与初期支护结构施工：开挖隧道上台阶，架设纵向间距不大于0.8m的上台阶钢拱架，挂设钢筋网，喷射混凝土，在拱顶沿隧道径向布设锚杆；
H、隧道中、下台阶开挖与初期支护结构施工：重复步骤F完成隧道中、下台阶的开挖与初期支护，各部钢拱架单元间由螺栓连接；
I、仰拱开挖与初期支护结构施工：开挖隧道仰拱，施做直径0.15~0.3m、深度6~10m、横向布设间距不大于0.5m、纵向布设间距不大于1m的基底加固桩，安设仰拱钢拱架，并与钢拱架焊接闭合；
J、二次衬砌：在初期支护体内周设置二次衬砌，二次衬砌距离掌子面距离不大于60m；
K、依次循环步骤C~I直至通过泥石流堆积区。
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