CN109404012A - Ⅳ～ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，涉及土木工程领域，解决现有超挖隧道初期支护方法存在脱空及脱壳的现象，存在安全隐患的问题。本发明采用的技术方案是：Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，包括：S1.对存在超挖的隧道开挖面进行喷混凝土支护；S2.在隧道内安装并固定拱架，拱架内侧安装钢筋网；S3.在隧道的***锚杆位置分别径向安装钢花管；S4.在钢花管的外侧固定连接排气管；S5.安装钢板或钢带；S6.对喷混凝土填密区用混凝土喷填密实；S7.对直接喷混凝土支护区喷混凝土，以钢板/带为外模板喷混凝土；S8.对拱架背后的脱空区进行注浆和/或回填混凝土；S9.施工***锚杆。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体是一种适用于在Ⅳ～Ⅵ级破碎围岩或松散碎石土中，隧道开挖后，出现大量超挖情况的隧道的初期支护方法。
背景技术
新建铁路、公路隧道及地下洞室工程时，在Ⅳ～Ⅵ级破碎围岩或松散碎石土中开挖隧道及洞室，由于围岩工程性质变差，或开挖方式不当，或超前支护不及时等情况都容易出现大量超挖的情况。超挖是指实际开挖轮廓线超出设计开挖轮廓线，即实际开挖量大于设计开挖量。而且，Ⅳ～Ⅵ级围岩地段的隧道拱部超挖是一种普遍现象。
目前，Ⅳ～Ⅵ级围岩地段的隧道初期支护，一般都采用格栅拱架或型钢拱架进行支护。拱架是提前按照设计尺寸制作好的，隧道超挖后，超挖面不规则，超挖大小也不一样，实际隧道开挖轮廓线与拱架的外轮廓不一致，因此，按照设计尺寸安装拱架后，会出现拱架与实际开挖轮廓线不密贴、拱架与隧道开挖轮廓线之间出现脱空的问题，导致无法施工***锚杆等安全技术问题。现有技术没有充分考虑现场可操作性的问题，在隧道设计规范及施工技术规范层面上没有解决实际问题。
现有技术中，隧道初期支护拱架后，超挖部分要求采用同标号混凝土喷填密实。实际工程中，隧道超挖主要位于隧道拱部，如果隧道拱部的超挖厚度超过30cm，就难以采用混凝土喷填密实，最终在拱架与开挖岩面之间形成脱空及脱壳问题。另外，喷混凝土后，隧道拱部***锚杆无法施工，也无法注浆。此外，隧道拱部不能用诸如片石、木材、石棉瓦等杂物进行回填，否则形成一种人为的安全隐患。
现有采用拱架支护的隧道拱部均存在安全隐患，安全隐患大小随隧道超挖脱空情况及初期支护情况存在差异，可能导致初期支护及二次衬砌变形，甚至隧道塌方。现有超挖隧道初期支护技术在没有与现场实际结合，施工可操作性差；没有彻底解决隧道超挖脱空处理的问题，施工安全风险高，施工进度缓慢，工程造价高，工程耐久性差。
发明内容
本发明提供一种Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，解决现有超挖隧道初期支护方法存在脱空及脱壳的现象，导致存在安全隐患的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，包括以下步骤：
S1.对存在超挖的隧道开挖面进行喷混凝土支护。
具体的：所述S1步骤中，喷混凝土支护为沿隧道开挖面喷4cm厚的C20混凝土。
S2.在隧道内安装拱架，并将拱架固定于隧道开挖轮廓线外的岩土体内；拱架之间通过纵向连接钢筋连接，并在拱架内侧安装钢筋网。
具体的：所述S2步骤中，拱架为格栅拱架和/或型钢拱架，拱架通过定位钢筋和锁脚锚杆固定于隧道开挖轮廓线外的岩土体。
具体的：所述S2步骤中，纵向连接钢筋为C22材质，纵向连接钢筋设置于拱架内侧，即纵向连接钢筋设置于远离隧道开挖轮廓线一侧。
S3.在隧道的***锚杆位置分别安装钢花管，钢花管径向布置，钢花管的管底紧顶岩面、外露端与拱架固定连接，并且钢花管位于超挖部分的管壁设置注浆孔，钢花管的管底设置回填混凝土预留孔。
具体的：所述S3步骤中，钢花管为外径Ф70mm、壁厚5mm的无缝钢管，钢花管的长度＝对应位置的超挖量+设计喷混凝土厚度+10cm；钢花管位于超挖部分的管壁设置三排直径为Ф8mm的梅花形的注浆孔；钢花管的管底切割形成长5cm、宽2cm的两个对称布置的切口，切口为回填混凝土预留孔。
S4.在钢花管的外侧固定连接排气管。
具体的：所述S4步骤中，钢花管外侧通过铁丝绑扎连接排气管，排气管的长度与钢花管的长度一致，并且排气管为Ф20mmPVC管。
S5.根据超挖的厚度，将隧道拱部及隧道边墙分为直接喷混凝土支护区和非直接喷混凝土支护区；在非直接喷混凝土支护区的拱架外侧安装钢板或钢带，钢板/带与拱架固定连接，钢板/带与钢花管冲突部位采用避开或在钢板/带割用于钢花管穿过的孔的方式，钢板/带之间通过钢条或钢筋焊接连接。钢板/带表示的是钢板或钢带。
S6.根据钢板/带与岩面之间的间隙厚度，将非直接喷混凝土支护区分为喷混凝土填密区和注浆回填区，并对喷混凝土填密区采用混凝土喷填密实。
具体的：所述S6步骤中，钢板/带与岩面之间的间隙少于30cm的为喷混凝土填密区，间隙大于或等于30cm的为注浆回填区。
S7.对直接喷混凝土支护区进行喷混凝土，以钢板/带为外模板进行喷混凝土。
S8.在注浆回填区，通过钢花管对拱架背后的脱空区进行注浆和/或回填混凝土，钢花管的排气管返浆后终止注浆或回填混凝土。
具体的：所述S8步骤中，在注浆回填区，根据钢板/带与岩面之间脱空位置及脱空大小进行注浆或回填细石混凝土。
S9.利用钢花管施工***锚杆。
具体的：所述S9步骤中，施工***锚杆利用钢花管钻孔并施工***锚杆；***锚杆注浆施工后，在***锚杆端部安装锚垫板，割除外露多余的钢花管及钢筋，然后采用水泥浆勾抹、封堵保护***锚杆端头以及锚垫板。
本发明的有益效果是：利用钢花管作为隧道临时及永久支撑、注浆、回填混凝土，以及***锚杆的导向管。钢花管在保证施工过程安全方面、解决隧道超挖脱空处理、解决松散破碎围岩中钻孔施工过程中可能出现塌方的安全问题，以及隧道超挖脱空后无法施工***锚杆方面起到了多重有效作用。
利用钢板/带作为外模，提高了喷混凝土、注浆和回填混凝土的可操作性，减少了开挖轮廓线与外模之间喷混凝土的回弹量，降低了喷混凝土不密实带来隧道变形及塌方的安全风险，减少了喷混凝土的时间，节约了施工成本。同时，利用钢板/带及喷混凝土作为底模，提高了注浆的可注性和和回填细石混凝土的可灌性，有效预防了跑浆、漏浆问题。在前期支护的基础上，有效地约束围岩变形，防止隧道掉块伤人，显著提高隧道施工的安全性和隧道永久支护的安全性。
Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法解决了现有破碎围岩中拱架背后脱空的安全风险和无法施工***锚杆的问题，避免了在破碎围岩中施工***锚杆出现围岩掉块、塌方伤人，工人不愿意施工***锚杆的问题，提高了施工过程安全性，有效地解决了超挖脱空处理难题，提高了支护的安全性和可操作性。
附图说明
图1是本发明Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护示意图。
图2是隧道***锚杆支护示意图。
图3是图1中的钢花管的示意图。
图4是图3中钢花管的横截面图。
图中零部件、部位及编号：拱架1、隧道开挖轮廓线2、纵向连接钢筋3、钢筋网4、***锚杆5、钢板/带6、钢花管7、注浆孔7-1、切口7-2；模筑钢筋混凝土衬砌8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参考图1，本发明包括Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，包括以下步骤：
S1.对存在超挖的隧道开挖面进行喷混凝土支护。喷混凝土支护用于初步封闭开挖面，例如沿隧道开挖面喷4cm厚的C20混凝土。
S2.在隧道内安装拱架1，并将拱架1固定于隧道开挖轮廓线2外的岩土体内；拱架1之间通过纵向连接钢筋3连接，并在拱架1内侧安装钢筋网4。
安装拱架1应按照设计支护参数进行，拱架1安装于设计位置，拱架1为格栅拱架1和/或型钢拱架1，拱架1通过定位钢筋和锁脚锚杆与隧道开挖轮廓线2外的岩土体固定。拱架1之间通过C22材质的纵向连接钢筋3连接，纵向连接钢筋3设于拱架1内侧，即远离隧道开挖轮廓线2的一侧，并在拱架1内侧，紧贴纵向连接钢筋3及拱架1安装钢筋网4。图1中，纵向连接钢筋3和钢筋网4重合。
S3.在隧道的***锚杆5位置分别安装钢花管7，钢花管7径向布置，钢花管7的管底紧顶岩面、外露端与拱架1固定连接，并且钢花管7位于超挖部分的管壁设置注浆孔7-1，钢花管7的管底设置回填混凝土预留孔。
对应隧道设计***锚杆5的环向间距及纵向间距，紧靠拱架1，在***锚杆5的位置安装钢花管7，钢花管7径向布置。***锚杆5的布置如图2所示，拱架1的内侧为模筑钢筋混凝土衬砌8。
钢花管7的型号根据隧道设计***锚杆5的型号、隧道超挖量大小和设计平均喷混凝土厚度确定，推荐钢花管7采用外径Ф70mm、壁厚5mm的无缝钢管。钢花管7长度根据隧道超挖大小，现场量取尺寸后下料。钢花管7长度应大于对应位置超挖量与设计喷混凝土厚度之和，例如钢花管7长度＝超挖量+设计喷混凝土厚度+10cm。钢花管7位于超挖部分的管壁钻三排或者更多直径为Ф8mm的梅花形注浆孔(8-1)，钢花管7其余部分不钻孔。钢花管7与岩面接触的端头，即钢花管7的管底切割形成长5cm、宽2cm的两个对称布置的切口7-2，切口7-2为回填混凝土预留孔，如图3和图4所示。钢花管7安装于隧道设计***锚杆的位置，径向布置，管底紧顶岩面，外露端部与拱架1点焊或用铁丝绑扎连接牢固。钢花管7的作用为：临时及永久支护围岩、***锚杆支护导向孔及隧道脱空注浆及回填混凝土管。
S4.在钢花管7的外侧固定连接排气管。对应钢花管7长度设置Ф20mmPVC材质的排气管，排气管通过铁丝绑扎连接于钢花管7，每根钢花管7设一根排气管，排气管用于隧道脱空注浆及回填混凝土管的排气，并指示注浆及回填混凝土的程度。
S5.根据超挖的厚度，将隧道拱部及隧道边墙分为直接喷混凝土支护区和非直接喷混凝土支护区；隧道拱部及隧道边墙存在大量超挖，将可喷混凝土喷满的位置划分为直接喷混凝土支护区，将难以喷混凝土喷满的位置分为非直接喷混凝土支护区。
在非直接喷混凝土支护区的拱架1外侧安装钢板或钢带，钢板或钢带简写为钢板/带，钢板/带6与拱架1固定连接，钢板/带6的规格根据现场需要确定，钢板/带6与拱架1外缘之间采用点焊方式固定连接。钢板/带6与钢花管7冲突部位采用避开或在钢板/带6割用于钢花管7穿过的孔的方式，钢板/带6之间通过钢条或钢筋焊接连接。钢板/带6为喷混凝土的模板，同时连接拱架1，为永久支护的一部分。
S6.根据钢板/带6与岩面之间的间隙厚度，将非直接喷混凝土支护区分为喷混凝土填密区和注浆回填区，并对喷混凝土填密区采用混凝土喷填密实。
钢板/带6与岩面之间的间隙少于30cm的为喷混凝土填密区，喷混凝土填密区可采用混凝土喷填密实；间隙大于或等于30cm的为注浆回填区，注浆回填区大量超挖、脱空大，需要后续回填处理。
S7.对直接喷混凝土支护区进行喷混凝土，以钢板/带6为外模板进行喷混凝土。喷混凝土按照设计喷混凝土厚度及喷混凝土位置进行。
S8.在注浆回填区，通过钢花管7对拱架背后的脱空区进行注浆和/或回填混凝土，钢花管7的排气管返浆后终止注浆或回填混凝土。利用已经施工的钢花管7，根据钢板/带6与岩面之间脱空的位置及脱空大小，选择注浆或回填混凝土，其中注浆适用于少量脱空及注浆加固；回填混凝土，例如回填细石混凝土，适用于大量超挖。
S9.利用钢花管7施工***锚杆5。
施工***锚杆5时利用钢花管7钻孔，并按照设计支护参数施工***锚杆5。***锚杆5注浆施工后，在***锚杆5端部安装锚垫板，割除外露多余的钢花管7及钢筋，然后采用水泥浆勾抹、封堵保护***锚杆5端头以及锚垫板。
Claims (9)
1.Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.对存在超挖的隧道开挖面进行喷混凝土支护；
S2.在隧道内安装拱架(1)，并将拱架(1)固定于隧道开挖轮廓线(2)外的岩土体内；拱架(1)之间通过纵向连接钢筋(3)连接，并在拱架(1)内侧安装钢筋网(4)；
S3.在隧道的***锚杆(5)位置分别安装钢花管(7)，钢花管(7)径向布置，钢花管(7)的管底紧顶岩面、外露端与拱架(1)固定连接，并且钢花管(7)位于超挖部分的管壁设置注浆孔(7-1)，钢花管(7)的管底设置回填混凝土预留孔；
S4.在钢花管(7)的外侧固定连接排气管；
S5.根据超挖的厚度，将隧道拱部及隧道边墙分为直接喷混凝土支护区和非直接喷混凝土支护区；在非直接喷混凝土支护区的拱架(1)外侧安装钢板或钢带，钢板/带(6)与拱架(1)固定连接，钢板/带(6)与钢花管(7)冲突部位采用避开或在钢板/带(6)割用于钢花管(7)穿过的孔的方式，钢板/带(6)之间通过钢条或钢筋焊接连接；
S6.根据钢板/带(6)与岩面之间的间隙厚度，将非直接喷混凝土支护区分为喷混凝土填密区和注浆回填区，并对喷混凝土填密区采用混凝土喷填密实；
S7.对直接喷混凝土支护区进行喷混凝土，以钢板/带(6)为外模板进行喷混凝土；
S8.在注浆回填区，通过钢花管(7)对进行注浆和/或回填混凝土，钢花管(7)的排气管返浆后终止注浆或回填细石混凝土；
S9.利用钢花管(7)施工***锚杆(5)。
2.如权利要求1所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S1步骤中，喷混凝土支护为沿隧道开挖面喷4cm厚的C20混凝土。
3.如权利要求1所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S2步骤中，拱架(1)为格栅拱架(1)和/或型钢拱架(1)，拱架(1)通过定位钢筋和锁脚锚杆固定于隧道开挖轮廓线(2)外的岩土体内。
4.如权利要求1所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S2步骤中，纵向连接钢筋(3)为C22材质，纵向连接钢筋(3)设置于拱架(1)内侧。
5.如权利要求1～4任一权利要求所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S3步骤中，钢花管(7)为外径Ф70mm、壁厚5mm的无缝钢管，钢花管(7)的长度＝对应位置的超挖量+设计喷混凝土厚度+10cm；钢花管(7)位于超挖部分的管壁设置三排直径为Ф8mm的梅花形的注浆孔(7-1)；钢花管(7)与的管底切割形成长5cm、宽2cm的两个对称布置的切口(7-2)，切口(7-2)为回填细石混凝土预留孔。
6.如权利要求5所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S4步骤中，钢花管(7)外侧通过铁丝绑扎连接排气管，排气管的长度与钢花管(7)的长度一致，并且排气管为Ф20mmPVC管。
7.如权利要求1～4任一权利要求所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S6步骤中，钢板/带(6)与岩面之间的间隙少于30cm的为喷混凝土填密区，间隙大于或等于30cm的为注浆回填区。
8.如权利要求1～4任一权利要求所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S8步骤中，在注浆回填区，根据钢板/带(6)与岩面之间脱空位置及脱空大小进行注浆或回填细石混凝土。
9.如权利要求1～4任一权利要求所述的Ⅳ～Ⅵ级围岩超挖隧道初期支护方法，其特征在于：所述S9步骤中，施工***锚杆(5)利用钢花管(7)钻孔并施工***锚杆(5)；***锚杆(5)注浆施工后，在***锚杆(5)端部安装锚垫板，割除外露多余的钢花管(7)及钢筋，然后采用水泥浆勾抹、封堵保护***锚杆(5)端头以及锚垫板。
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