CN114412509A - 一种适用于泥岩隧道大变形的支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，具体步骤如下：步骤一、根据隧道勘察资料及初期支护后的变形情况选用相应的加固支护结构；步骤二、采用台阶法开挖隧道，后依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、架立拱架并设锁脚锚杆、钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；分别对上台阶部分、下台阶左侧部分、下台阶右侧部分依次进行以上施工；步骤三、根据围岩变形情况的不同，在初期支护结构的拱架内部设置不同的拱架支护结构；步骤四、开挖仰拱部分；步骤五、隧道根据侵限程度的不同进行不同的预处理后，再完成二衬浇筑。本方案使初期支护抵抗围岩变形的能力得到提升，能够安全、快速处理该问题以确保衬砌厚度。
Description
技术领域
本发明属于炭质泥岩隧道中围岩变形发生侵限的防治技术领域，具体涉及一种适用于泥岩隧道大变形的支护方法。
背景技术
随着交通运输体系日益完善，新建铁路与既有道路相交的情况越来越多，隧道因对于改善交通线型、节省占地、节省工程投资而被广泛使用。但是，在施工过程中，如何解决泥岩隧道围岩变形发生侵限问题，保证隧道施工的安全性，确保衬砌厚度，成为整个建筑行业的难题。尤其是在炭质泥岩区域，自稳能力较差，遇水易软化，极易发生坍塌。如何防治该问题、确保施工安全性、减少工程损失成为工程中的一大难点。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种适用于泥岩隧道大变形的支护方法，本方案在处理炭质泥岩隧道中围岩变形发生侵限问题过程中，加固支护结构，使初期支护抵抗围岩变形的能力得到提升，若出现侵限问题，能够安全、快速处理该问题以确保衬砌厚度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，具体步骤如下：
步骤一、根据隧道勘察资料及初期支护后的变形情况选用相应的加固支护结构；
步骤二、采用台阶法开挖隧道，后依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、架立拱架并设锁脚锚杆、钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；分别对上台阶部分、下台阶左侧部分、下台阶右侧部分依次进行以上施工；首先，机械开挖上台阶部分，建立上台阶的初期支护结构，其次，机械开挖下台阶左侧部分，建立下台阶左侧的初期支护结构，并复喷混凝土至设计厚度，再次，机械开挖下台阶右侧部分，建立下台阶右侧处的初期支护结构，并复喷混凝土至设计厚度；
步骤三、根据围岩变形情况的不同，在初期支护结构的拱架内部设置不同的拱架支护结构；
步骤四、进行该段隧道仰拱开挖及仰拱初期支护结构施工，完成仰拱喷射混凝土及施作仰拱钢筋，随后完成该段隧道的仰拱浇筑及填充；
步骤五、隧道根据侵限程度的不同进行不同的预处理后，再完成二衬浇筑。
作为优选方案，所述步骤二具体步骤如下：
步骤21:首先机械开挖上台阶部分，建立上台阶处的初期支护结构，在安设初期支护结构的拱架过程中，两排第一拱架沿其周向每间隔1m用纵向钢筋连接；在第一拱架两侧拱脚上方30cm处设双排锁脚锚管，打设角度取30°，注浆加固，最后钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；
步骤22：机械开挖下台阶左侧部分，建立下台阶左侧处的初期支护结构，在安设拱墙钢架时，用纵向32#槽钢进行支垫以增加所述拱墙钢架底脚的承力面积，在拱墙钢架两侧拱脚上方30cm处设双排下台阶锁脚锚管，打设角度取30°，待拱墙钢架稳定后采用注浆小导管进行注浆，并复喷混凝土至设计厚度；
步骤23：机械开挖下台阶右侧部分，建立下台阶右侧处的初期支护结构，在安设拱墙钢架时，用纵向32#槽钢进行支垫以增加所述拱墙钢架底脚的承力面积，在拱墙钢架两侧拱脚上方30cm处设双排下台阶锁脚锚管，打设角度取30°，待拱墙钢架稳定后采用注浆小导管进行注浆，并复喷混凝土至设计厚度。
作为优选方案，所述步骤五中，对发生在0-8cm的侵限部分，采用风镐清除表层喷护混凝土以确保二衬厚度满足要求，然后进行钢筋安装及混凝土浇筑，最后完成二衬浇筑；对发生8-25cm的侵限部分，进行换拱处理，通过破碎头将侵限部位的混凝土凿除，割除侵限的工字钢和连接钢筋，并安装I20B工字钢并喷混凝土，最终完成二衬浇筑。
作为优选方案，所述换拱处理方法具体如下：采用2组φ42注浆小导管对不侵限的第一拱架和/或第二拱架的工字钢架进行锁锚加固，然后采用逐榀拆除侵限工字钢架的方式处理。
作为优选方案，所述步骤21中，所述注浆加固φ42注浆小导管周边径向注浆加固，注浆小导管单根长4.5m ，环向间距1m，纵向间距1.2m，管壁交错钻眼呈梅花形布置，并与第一、二拱架的工字钢架焊接牢固，对所述工字钢架起到锁锚作用。
作为优选方案，注浆加固施工钻孔的钻孔孔位偏差不大于10mm，孔深偏差≤50mm，使岩面与钻孔方向垂直。
作为优选方案，所述步骤三中，当围岩法向变形在5cm以内时，在所述第一拱架内部设一第一横撑和两第一斜撑，两个第一斜撑对称安装，所述第一横撑的两端与第一拱架两侧中段位置固定连接，第一斜撑一端与第一横撑连接，另一端斜向上与第一工字钢架连接，且所述第一斜撑与第一横撑的连接位置不越过第一横撑的中点。
作为优选方案，所述第一斜撑与第一横撑呈45°夹角。
作为优选方案，所述步骤三中，当围岩法向变形5-10cm时，在隧道内放置第二拱架，所述第二拱架外环面与隧道内壁之间设置有与第二拱架外缘同形状的PVC板，所述PVC板上沿其长度方向形成有通孔，所述第二拱架与PVC板通过铁丝连接在通孔处，多个第二拱架之间设置有纵向连接筋并固定连接为一体。
作为优选方案，第一、二拱架的工字钢架的断面尺寸允许偏差为±20mm，扭曲度为20mm。
有益效果
本发明通过对支护方法的改进，不仅提高了泥岩隧道施工的安全稳定性，而且加快了施工进度，有效地解决了围岩变形突发的失稳状况。通过加固支护结构，使初期支护抵抗围岩变形的能力得到提升，若出现侵限问题，能够安全、快速处理该问题以确保衬砌厚度。提高了支护结构稳定性及泥岩隧道施工安全性，有效地阻止围岩变形过大挤压拱架，减少拱架的二次消耗，第二拱架及pvc塑料板可供重复使用，有效降低施工成本。该施工方法能够安全、快速、高效完成泥岩隧道工程的施工，不仅提高了泥岩隧道施工的安全稳定性，而且加快了施工进度，有效地解决了围岩变形突发的失稳状况。避免二次返工，具有较好的社会效益和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明泥岩大变形隧道支护结构示意图；
图2为第一拱架的结构图；
图3为第二拱架的结构图；
图中标记：11、上台阶锁脚锚管，12、上台阶外喷混凝土层，31、下台阶锁脚锚管，32、下台阶外喷混凝土层，40、仰拱初期支护结构，50、径向锚杆，60、注浆小导管，100、第一拱架，101、第一横撑，102、第一斜撑，103、第一工字钢架，200、第二拱架，201、PVC板，202、第二工字钢架，203、第二横撑，204、第二斜撑，205、第三斜撑；
Ⅰ、上台阶部分，Ⅱ-1、下台阶左侧部分，Ⅱ-2、下台阶右侧部分，Ⅲ、仰拱Ⅲ部，Ⅳ、仰拱Ⅳ部，Ⅴ、仰拱Ⅴ部。
具体实施方式
以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。
需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。
本实施例提供一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，具体步骤如下：
步骤一、根据隧道勘察资料及初期支护后的变形情况选用相应的加固支护结构；具体地，通过超前地质预报***把握隧道掌子面前方地质状况，根据变形情况，初期支护后采取相应加固支护结构。
步骤二、采用台阶法开挖隧道，后依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、架立拱架并设锁脚锚杆、钻设径向锚杆50后复喷混凝土至设计厚度；底部架设临时横撑，分别对上台阶部分、下台阶左侧部分、下台阶右侧部分依次进行以上施工；首先，机械开挖上台阶部分，建立上台阶的初期支护结构，其次，机械开挖下台阶左侧部分，建立下台阶左侧的初期支护结构，并复喷混凝土至设计厚度，再次，机械开挖下台阶右侧部分，建立下台阶右侧处的初期支护结构，并复喷混凝土至设计厚度。隧道施工应坚持“弱***、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，下一台阶在上一台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。
更具体地，以上具体步骤如下：步骤21:首先机械开挖上台阶部分，建立上台阶处的初期支护结构，在安设第一拱架100过程中，两排第一拱架100沿其周向每间隔1m用纵向钢筋连接；在第一拱架100的两侧拱脚上方30cm处设双排锁脚锚管，打设角度取30°，注浆加固，最后钻设径向锚杆50后复喷混凝土至设计厚度。待第一拱架100的工字钢架稳定后，注浆加固φ42注浆小导管60周边径向注浆加固，注浆小导管60单根长4.5m ，环向间距1m，纵向间距1.2m，管壁交错钻眼呈梅花形布置，并与第一拱架100的工字钢架焊接牢固，对该工字钢架起到锁锚作用。最后钻设径向锚杆50后复喷混凝土至设计厚度，架设底部临时横撑（也即第一横撑101），注浆加固施工钻孔的钻孔孔位偏差不大于10mm，孔深偏差≤50mm，使岩面与钻孔方向垂直。
步骤22：机械开挖下台阶左侧部分，建立下台阶左侧处的初期支护结构，在安设拱墙钢架时，用纵向32#槽钢进行支垫以增加拱墙钢架底脚的承力面积，在拱墙钢架两侧拱脚上方30cm处设双排下台阶锁脚锚管31，打设角度取30°，待拱墙钢架稳定后采用注浆小导管60注浆，并复喷混凝土至设计厚度，图中32所指出为下台阶外喷混凝土层。
步骤23：机械开挖下台阶右侧部分，建立下台阶右侧处的初期支护结构，在安设拱墙钢架时，用纵向32#槽钢进行支垫以增加拱墙钢架底脚的承力面积，在拱墙钢架两侧拱脚上方30cm处设双排下台阶锁脚锚管31，打设角度取30°，待拱墙钢架稳定后采用注浆小导管60注浆，并复喷混凝土至设计厚度，图中32所指出为下台阶混凝土层。
如图1所示，图1中的100即指的的上台阶部分中上台阶第一支架，101为第一横撑，11为上台阶锁脚锚管，12为上台阶外喷混凝土层，图中Ⅰ部为上台阶部分，Ⅱ-1部为下台阶左侧部分，Ⅱ-2部为下台阶右侧部分。
步骤三、根据围岩变形情况的不同，在拱架内部设置不同的支护结构；若围岩变形较小，也即围岩法向变形在5cm以内，拱架内部设临时横撑、斜撑即可；具体地，当围岩法向变形在5cm以内时，在第一拱架100包括第一工字钢架103，在第一工字钢架103内部设一第一横撑101和两第一斜撑102，两个第一斜撑102对称安装，第一横撑101的两端与第一拱架100两侧中段位置固定连接，第一斜撑102一端与第一横撑101连接，另一端斜向上与第一工字钢架103连接，且第一斜撑102与第一横撑101的焊接位置不越过第一横撑101的中点，第一斜撑102与第一横撑101焊接牢固，呈45°夹角。
当围岩变形较大，也即围岩法向变形5-10cm时，在隧道内部放入副拱架（也即第二拱架200），第二拱架200内部设临时横撑、斜撑，第二拱架200间设纵向连接筋，与隧道内壁预留一定距离，第二拱架200安装好后外侧放上同形状pvc塑料板，二衬前拆除第二拱架200，在隧道内放置第二拱架200，第二拱架200外环面与隧道内壁之间设置有与第二拱架200外缘同形状的PVC板201，PVC板201上沿其长度方向形成有通孔，第二拱架200与PVC板201通过铁丝连接在通孔处，多个第二拱架200之间设置有纵向连接筋固定连接为一体。第二拱200架及pvc塑料板可供重复使用，减少拱架的二次消耗，有效降低施工成本。
本方案中，第二拱架200可以采用如下结构：第二拱架200包括一第二工字钢架202、一第二横撑203、两第二斜撑204和两第三斜撑205，两第二斜撑204对称设置，第二斜撑204的一端与第二横撑203的中点固定连接，另一端斜向上延伸与第二工字钢架202连接，第三横撑205的一端连接第二横撑203与第二工字钢架202的连接处，另一端连接第二横撑203与第二工字钢架202的连接处，第二横撑203、第二斜撑204和第三斜撑205围成锐角三角形。
焊接制作过程中，第二拱架200内部斜撑上端与第二拱架200焊接点根据勘测的变形较大点确定，确保第二、三斜撑204、205与第二横撑203构成的是锐角三角形即可；第二拱架200安装好后外侧放上同形状pvc塑料板，pvc塑料板边缘设置有孔洞，采用铁丝与钢架进行绑接。多排第二拱架200间设纵向连接筋，与隧道内壁预留一定距离，二衬前拆除第二拱架200。采取φ42注浆小导管60周边径向注浆加固，注浆小导管60单根长4.5m ，环向间距1m，纵向间距1.2m，管壁交错钻眼（后加工），梅花形布置，并与钢架焊接牢固，对该处工字钢架起到锁锚作用。
需要说明的是，两排拱架间纵向按设计要求用钢筋联接，竖直度及间距符合设计要求，形成纵向连接体系；拱架加工后要试拼，无扭曲翘曲现象，接头连接要求每榀之间可以互换；断面尺寸允许偏差为±20mm，扭曲度为20mm。
当围岩变形达到收敛的范围之内,并在严格考证拆除的安全性之后，方可拆除，同时要注意后续作业的及时跟进；如围岩稳定条件满足设计要求,临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除,一次拆除长度依据仰拱浇筑长确定(一般为2～3m)。
步骤四、开挖仰拱Ⅲ部，施做仰拱初期支护结构40；在滞后所开挖仰拱Ⅲ部一段距离，浇筑仰拱Ⅳ部及边墙基础，待仰拱混凝土初凝后，浇筑仰拱Ⅴ部填充混凝土至设计高度；后敷设防水板。
各步台阶开挖长度不宜过长，可根据围岩条件适当调整，但必须满足规范要求，台阶法上台阶长度为3-10m，下台阶长度为15-25m为宜；仰拱开挖后，应及时施做仰拱，封闭成环；Ⅴ级围岩初期支护封闭位置，仰拱距离掌子面不得大于35m。
步骤五、隧道根据侵限程度的不同进行不同的预处理后，再完成二衬浇筑。具体地，对发生在0-8cm的侵限部分，采用风镐清除表层喷护混凝土以确保二衬厚度满足要求，然后进行钢筋安装及混凝土浇筑，最后完成二衬浇筑；对发生8-25cm的侵限部分，进行换拱处理，换拱处理方法采用2组φ42注浆小导管60对不侵限的第一、二拱架100、200的工字钢架进行锁锚加固，然后采用逐榀拆除侵限工字钢架的方式处理。通过破碎头将侵限部位的混凝土凿除，人工割除侵限的工字钢架和连接钢筋，局部还有欠挖的人工用风镐清理到结构断面，及时安装I20B工字钢并喷混凝土，再完成二衬浇筑。
本方案，拱部钢架在安设过程中，两排钢架间沿周边每隔1m须用Φ22的纵向钢筋连接，使其成为一体与封闭混凝土之间尽量紧贴。钢架之间纵向连接钢筋应及时施做并连接牢固，锁脚管与钢架必须焊接牢固，临时横撑应与钢架连接，以便及时封闭成环。
本方案中，第一拱架100和第二拱架200的工字钢架的断面尺寸允许偏差为±20mm，扭曲度为20mm。
本实施例，Ⅴ级围岩地段采用台阶法施工时，上台阶每循环开挖支护进尺不得大于1榀钢架间距，边墙每循环开挖支护进尺不得大于2榀钢架间距，仰拱开挖前必须完成钢架锁脚，仰拱开挖每循环进尺不得大于3m。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、根据隧道勘察资料及初期支护后的变形情况选用相应的加固支护结构；
步骤二、采用台阶法开挖隧道，后依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、架立拱架并设锁脚锚杆、钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；分别对上台阶部分、下台阶左侧部分、下台阶右侧部分依次进行以上施工；首先，机械开挖上台阶部分，建立上台阶的初期支护结构，其次，机械开挖下台阶左侧部分，建立下台阶左侧的初期支护结构，并复喷混凝土至设计厚度，再次，机械开挖下台阶右侧部分，建立下台阶右侧处的初期支护结构，并复喷混凝土至设计厚度；
步骤三、根据围岩变形情况的不同，在初期支护结构的拱架内部设置不同的拱架支护结构；
步骤四、进行该段隧道仰拱开挖及仰拱初期支护结构施工，完成仰拱喷射混凝土及施作仰拱钢筋，随后完成该段隧道的仰拱浇筑及填充；
步骤五、隧道根据侵限程度的不同进行不同的预处理后，再完成二衬浇筑。
2.如权利要求1所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述步骤二具体步骤如下：
步骤21：首先机械开挖上台阶部分，建立上台阶处的初期支护结构，在安设初期支护结构的拱架过程中，两排第一拱架沿其周向每间隔1m用纵向钢筋连接；在第一拱架两侧拱脚上方30cm处设双排锁脚锚管，打设角度取30°，注浆加固，最后钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；
步骤22：机械开挖下台阶左侧部分，建立下台阶左侧处的初期支护结构，在安设拱墙钢架时，用纵向32#槽钢进行支垫以增加所述拱墙钢架底脚的承力面积，在拱墙钢架两侧拱脚上方30cm处设双排下台阶锁脚锚管，打设角度取30°，待拱墙钢架稳定后采用注浆小导管进行注浆，并复喷混凝土至设计厚度；
步骤23：机械开挖下台阶右侧部分，建立下台阶右侧处的初期支护结构，在安设拱墙钢架时，用纵向32#槽钢进行支垫以增加所述拱墙钢架底脚的承力面积，在拱墙钢架两侧拱脚上方30cm处设双排下台阶锁脚锚管，打设角度取30°，待拱墙钢架稳定后采用注浆小导管进行注浆，并复喷混凝土至设计厚度。
3.如权利要求2所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述步骤五中，对发生在0-8cm的侵限部分，采用风镐清除表层喷护混凝土以确保二衬厚度满足要求，然后进行钢筋安装及混凝土浇筑，最后完成二衬浇筑；对发生8-25cm的侵限部分，进行换拱处理，通过破碎头将侵限部位的混凝土凿除，割除侵限的工字钢和连接钢筋，并安装I20B工字钢并喷混凝土，最终完成二衬浇筑。
4.如权利要求3所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述换拱处理方法具体如下：采用2组φ42注浆小导管对不侵限的第一拱架和/或第二拱架的工字钢架进行锁锚加固，然后采用逐榀拆除侵限工字钢架的方式处理。
5.如权利要求2所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述步骤21中，所述注浆加固φ42注浆小导管周边径向注浆加固，注浆小导管单根长4.5m ，环向间距1m，纵向间距1.2m，管壁交错钻眼呈梅花形布置，并与第一、二拱架的工字钢架焊接牢固，对所述工字钢架起到锁锚作用。
6.如权利要求5所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：注浆加固施工钻孔的钻孔孔位偏差不大于10mm，孔深偏差≤50mm，使岩面与钻孔方向垂直。
7.如权利要求1所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述步骤三中，当围岩法向变形在5cm以内时，在所述第一拱架包括第一工字钢架，在第一工字钢架内部设一第一横撑和两第一斜撑，两个第一斜撑对称安装，所述第一横撑的两端与第一拱架两侧中段位置固定连接，第一斜撑一端与第一横撑连接，另一端斜向上与第一工字钢架连接，且所述第一斜撑与第一横撑的连接位置不越过第一横撑的中点。
8.如权利要求7所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述第一斜撑与第一横撑呈45°夹角。
9.如权利要求7或8所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：所述步骤三中，当围岩法向变形5-10cm时，在隧道内放置第二拱架，所述第二拱架外环面与隧道内壁之间设置有与第二拱架外缘同形状的PVC板，所述PVC板上沿其长度方向形成有通孔，所述第二拱架与PVC板通过铁丝连接在通孔处，多个第二拱架之间设置有纵向连接筋并固定连接为一体。
10.如权利要求9所述的一种适用于泥岩隧道大变形的施工支护方法，其特征在于：第一、二拱架的工字钢架的断面尺寸允许偏差为±20mm，扭曲度为20mm。
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| CN115012997A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-09-06 | 中铁十二局集团有限公司 | 快速化低扰动交叉中隔壁法隧道二衬施工方法 |
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