CN102518451A - 一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下构筑物施工方法，具体是用于黄土含水地质硐室的喷射混凝土支护施工方法，包括硐体结构、管棚施工步骤、超前小导管施工步骤、锁脚锚管施工步骤、系统锚杆施工步骤，施工时将硐体分为上部拱体、中部核心土、下部仰拱体，局部降低黄土含水量、在硐室内建设初期支护受力体系、预留锚杆孔，本发明管棚注浆改为预填充吸水剂，吸收含水黄土的部分潜水，提高了黄土的自稳能力，提高围岩稳定性；预留锚杆孔可以精准安装锚杆，使得硐室开挖喷锚混凝土初期支护的受力体系更趋近合理，扩大了黄土成拱效应，初期支护喷射混凝土背后沿钢拱架压注水泥浆，提高结构与围岩间密实度，钢筋混凝土初期支护结构体系受力趋向均匀合理，整体稳定性提高。

Description

一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法

[技术领域]

本发明涉及地下构筑物施工方法，具体是用于黄土含水地质硐室的喷射混凝土支护施工方法。

[背景技术]

目前，含水软弱破碎围岩地质硐室施工，一般采用管棚预注浆、锚杆、钢拱架联合初期支护施工技术的施工方法。然而，就具体在含水黄土地质中开挖隧道，缺点是，采用管棚预注浆及先施工锚杆，两道施工工序均会破坏原含水黄土结构，开挖面长时间暴露松弛，多次扰动切割具有垂直节理的黄土，严重降低了黄土隧道开挖面上黄土的自稳能力。加之，锚杆施工需要占用一定时间，封闭围岩周期较长。往往造成围岩掉块形成局部空腔，轻则增加初期喷射混凝土数量，工程成本增加；重则隧道拱顶下沉垮塌，或隧道整体落拱，造成工程事故。由于该地质施工时需开挖弧形导坑，预留核心土，造成锚杆施工困难；钢拱架侧向喷射混凝土不密实，有时有小的局部空腔。

一般有垂直构造节理黄土含水地质中，管棚施设会切割柱状黄土，同时黄土中的潜水会沿管棚管外壁聚集，局部含水量增大，黄土强度降低，粘结力下降，该粘结力小于土块自重时，黄土硐室凌空面将坍塌。

[发明内容]

本发明的目的是解决，控制初期支护拱顶下沉、防止安装锚杆时扰动黄土造成黄土垮塌、减少喷射混凝土量及提高钢拱架周围混凝土密实度保证结构耐久性问题，提供一种能使支护施工更加安全稳定的施工方法。

为实现上述目的设计一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，包括硐体结构、管棚施工步骤、超前小导管施工步骤、锁脚锚管施工步骤、系统锚杆施工步骤、压注水泥浆施工步骤，其特征在于施工时将硐体分为上部拱体、中部核心土、腰部拱墙体和底部仰拱体，局部降低黄土含水量，在硐室内建设上部拱体开挖临时支护受力体系、预留锚杆孔，所述的方法主要包括如下步骤，

步骤一：对所述硐体进行管棚施工步骤，在建设后的管棚位置下方安装1榀钢拱架，管棚位置处钻若干管棚管孔，将预先在管棚管壁上打有若干小孔，并在管棚管内填充有吸水剂的管棚管插入所述管孔中，管棚管末端与钢拱架焊接，每施工5～9榀钢拱架，施工1组管棚管，形成上部拱体开挖临时支护受力体系；

步骤二：对所述硐体进行超前小导管施工步骤，在小导管上开设若干小孔，用吸水剂替换小导管中的注浆，每施工3～5榀钢拱架，施工1组小导管，小导管末端与钢拱架焊接，形成上部拱体开挖临时支护受力体系；

步骤三：对所述硐体上拱部进行弧形开挖，预留拱部核心土支撑掌子面；

步骤四：立设钢拱架5～9榀或3～5榀；

步骤五：初次喷射混凝土并安装预留锚杆孔芯棒，然后挂设钢筋网；

步骤六：对所述的钢拱架进行锁脚锚管安装施工，先钻孔，然后将预先在锚管壁上开设有若干小孔，并在管内填充吸水剂的锁脚锚管安装入孔内，与钢拱架焊接固定；

步骤七：二次复喷混凝土，预留锚杆孔成型；

步骤八：对硐室进行系统锚杆安装施工，然后再次喷混凝土至覆盖钢拱架3～5cm；

步骤九：密实压注水泥浆。

步骤十：对腰部开挖2～3米，腰部拱墙体上挂设钢筋网、立设钢拱架，锚喷混凝土；然后对底部仰拱进行开挖2～3米，挂设钢筋网、立设钢拱架，喷射混凝土，二次模筑混凝土填充仰拱，然后对整个拱墙进行二次钢筋混凝土衬砌。

所述的安设钢筋网的具体步骤为，在混凝土上挂设200×200mm网格的钢筋网，将钢筋网点焊接在钢拱架的背后。

所述的预留锚杆孔施工的具体步骤是，在喷射混凝土前预设锚杆孔芯棒，然后在混凝土成型以后拔出所述的芯棒。

所述的系统锚杆施工具体步骤是，以预留的锚杆孔作为导向钻锚杆孔，然后安装锚杆、锚杆尾部与钢拱架焊接。沿钢拱架在隧道开挖前进方向侧预埋注浆管并临时封堵，完成喷射混凝土找平后，当混凝土强度在90％及以上时，压注水泥浆。

所述的吸水剂是生石灰等吸水材料。

本发明同现有技术相比具有以下优点：

管棚注浆改为预填充吸水剂，吸收含水黄土的部分潜水，防止黄土中潜水沿管外壁聚集。减少因施工扰动含水黄土泌水，可适当提高管棚周边黄土的强度和粘结力，提高黄土的自稳能力，提高围岩稳定性；

预留锚杆孔除了可以方便施工、精准安装锚杆，减少黄土掉块、垮塌外，还可以使硐室开挖喷锚混凝土初期支护的受力体系更趋近合理，保证了黄土成拱效应。

初期支护喷射混凝土背后沿钢拱架压注水泥浆，提高结构与围岩间密实度。钢筋混凝土初期支护结构体系受力趋向均匀合理，整体稳定性提高，混凝土结构耐久性有保证。防止初期支护喷射混凝土拱部整体沉落。

[附图说明]

图1是本发明的施工横断面图；

图2是本发明的钢拱架节点详图；

图3是本发明的施工纵断面图；

图4是本发明的施工平面图；

图中：1.系统锚杆 2.小导管(管棚管) 3.钢筋网 4.注浆管 5.钢拱架 6.预留锚杆孔芯棒 7.黄土 8.混凝土 9.锁脚锚管 10.上部拱体二次衬砌混凝土 11.隧底填充混凝土。

[具体实施方式]

结合附图对本发明做进一步说明，这种装置的制造技术对本专业的人来说是非常清楚的。

实施例：

A、对所述硐体进行管棚施工步骤，在建设后的管棚位置下方安装1榀钢拱架，管棚位置处钻若干管棚管孔，将预先在管棚管壁上打有若干小孔，并在管棚管内填充有吸水剂的管棚管插入所述管孔中，管棚管末端与钢拱架焊接，每施工5～9榀钢拱架，施工1组管棚管，形成上部拱体开挖临时支护受力体系；

管棚法或称伞拱法，是地下结构工程浅埋暗挖时的超强支护结构。其实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上，预先钻孔并安设惯性矩较大的厚壁钢管，起临时超前支护作用，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进与后续支护工艺安全运作。

管棚钻机是管棚法施工技术中最关键的设备，它的作用是沿着隧道断面外轮廓超前钻进并安设管棚管。

B、对所述硐体进行超前小导管施工步骤，在小导管上开设若干小孔，用吸水剂替换小导管中的注浆，在建设后的小导管位置下方安装1榀钢拱架，小导管位置处，钻若干小导管管孔，将所述的小导管插入所述管孔中，每施工3～5榀钢拱架，施工1组小导管，小导管末端与钢拱架焊接，形成上部拱体开挖临时支护受力体系；

超前小导管的制作一般采用直径38～50mm的无缝钢管制作，满足承受上部土体荷载为宜。在小导管的前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6～8mm钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20～30cm梅花形布设直径6mm的溢浆孔。

小导管注浆是浅埋暗挖隧道支护的一种措施。在软弱、破碎地层中凿空后极易坍塌，且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，应采取超前小导管支护。超前小导管支护必须配合钢拱架使用。小导管注浆支护的一般原则如下：钢管直径30-50mm钢管长3-5m，钢管钻设孔其间距为100-150mm，钢管沿拱的环向布置间距为300-500mm.钢管沿拱的环向外插角为5°-15°，小导管是受力杆件，因此两排小导管在纵向应有一定搭接长度，钢管沿隧道纵向的搭接长度一般不小于1m。导管安装前应将工作面封闭严密、牢固，清理干净，并测放出钻设位置后方可施工.

采用小导管加固时，为保证工作面稳定和掘进安全，应确保小导管安装位置正确和足够的有效长度，严格控制好小导管的钻设角度。用作小导管的钢管钻有注浆孔，以便向土体进行注浆加固，也有利于提高小导管自身刚度和强度。

小导管在隧道开挖时承受地层的压力，为保证灌浆质量防止漏浆，小导管的尾部需设置封堵孔。

C、硐体拱部弧形导坑开挖0.5米左右，预留核心土支撑掌子面；

D、立设钢拱架5～9榀或3～5榀，安装预留锚杆孔芯棒，初喷混凝土；

E、挂钢筋网(200*200mm网格)，钢筋网点焊在钢拱架背后；

F、安装锁脚锚管，将管壁打孔，管内充填吸水剂锁脚锚管打入土中，并与钢拱架拱脚连接固定；

G、复喷混凝土，厚度以接近覆盖钢拱架为宜；

H、以预留锚杆孔作为导向钻锚杆孔、安装系统锚杆、尾部与钢拱架焊接固定；采用可拔芯棒预留锚杆孔，锚杆安装速度快、位置精准，与钢拱架连接可靠。

通俗地解释，系统锚杆就是为保证地下洞室围岩、地面边坡、地基的稳定安全而采用的一种锚固措施，一般是全开挖面网格布设，系统锚杆有多种类型，锚杆纵、横间距一般为1.5～2m，直径一般多在20mm以上，单根锚杆的抗拔力一般大于5t以上。系统锚杆一般与开挖面上的喷混凝土层同时采用，联合受力。有时也可采用D25的中空注浆锚杆代替。

I、沿钢拱架隧道开挖前进方向侧预埋注浆管并临时封堵；

J、复喷混凝土找平；

K、初期支护喷射混凝土强度达到90％及以上时，压注水泥浆

L、对腰部开挖(左右侧跳马口开挖，长度2-3m)，腰部拱体上挂设钢筋网、立设钢拱架，锚喷混凝土；然后对底部仰拱进行开挖(左右侧跳马口开挖，长度2-3m)，混凝土喷射，二次衬砌混凝土模筑填充仰拱、然后对腰部及以上的拱体进行二次混凝土衬砌。

锁脚锚管内预充填了生石灰(或其它)吸水剂，施工时段局部降低黄土的含水量，提高黄土强度，增加其自稳能力；硐室开挖后先喷射一定厚度混凝土，显著缩短了开挖面黄土暴露时间，硐室开挖凌空面得到有效支护后再施工锚杆，减少对围岩的扰动，有效防止洞顶拱部黄土松弛掉块，减少初期支护喷射混凝土量，提高钢筋混凝土初期支护工程质量。

实施例二，如图1～4所示：

I、上弧形导坑开挖，一般为0.5m，及时施工拱部初期支护；

II、拱部挂钢筋网，立设钢拱架，初喷混凝土；

III、开挖核心土，安装系统锚杆，二次喷混凝土至标准；

IV、腰部开挖(左右侧跳马口开挖，长度2-3m)；

V、腰部拱墙挂钢筋网，立设钢拱架，锚喷混凝土；

VI、仰拱开挖(左右侧跳马口开挖，长度2-3m)；

VII、仰拱挂钢筋网，立设钢拱架，喷混凝土；

VIII、仰拱填充，混凝土模筑；

IX、拱墙部分二次混凝土模筑衬砌。

Claims (6)

1.一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，包括硐体结构、管棚施工步骤、超前小导管施工步骤、锁脚锚管施工步骤、系统锚杆施工步骤、压注水泥浆施工步骤，其特征在于施工时将硐体分为上部拱体、中部核心土、腰部拱墙体和底部仰拱体，局部降低黄土含水量，在硐室内建设上部拱体开挖临时支护受力体系、预留锚杆孔，所述的方法主要包括如下步骤，

步骤一：对所述硐体进行管棚施工步骤，在建设后的管棚位置下方安装1榀钢拱架，管棚位置处钻若干管棚管孔，将预先在管棚管壁上打有若干小孔，并在管棚管内填充有吸水剂的管棚管插入所述管孔中，管棚管末端与钢拱架焊接，每施工5～9榀钢拱架，施工1组管棚管，形成上部拱体开挖临时支护受力体系；

步骤二：对所述硐体进行超前小导管施工步骤，在小导管上开设若干小孔，用吸水剂替换小导管中的注浆，在建设后的小导管位置下方安装1榀钢拱架，小导管位置处，钻若干小导管管孔，将所述的小导管插入所述管孔中，每施工3～5榀钢拱架，施工1组小导管，小导管末端与钢拱架焊接，形成上部拱体开挖临时支护受力体系；

步骤三：对所述硐体上拱部进行弧形开挖，预留拱部核心土支撑掌子面；

步骤四：立设钢拱架5～9榀或3～5榀；

步骤五：初次喷射混凝土并安装预留锚杆孔芯棒，然后挂设钢筋网；

步骤六：对所述的钢拱架进行锁脚锚管安装施工，先钻孔，然后将预先在锚管壁上开设有若干小孔，并在管内填充吸水剂的锁脚锚管安装入孔内，与钢拱架焊接固定；

步骤七：二次复喷混凝土，预留锚杆孔成型；

步骤八：对硐室进行系统锚杆安装施工，然后再次喷混凝土至覆盖钢拱架3～5cm；

步骤九：密实压注水泥浆。

2.如权利要求1所述的一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，其特征在所述的方法还包括如下步骤，步骤十：对腰部开挖2～3米，腰部拱墙体上挂设钢筋网、立设钢拱架，锚喷混凝土；然后对底部仰拱进行开挖2～3米，挂设钢筋网、立设钢拱架，喷射混凝土，二次模筑混凝土填充仰拱，然后对整个拱墙进行二次钢筋混凝土衬砌。

3.如权利要求1或2所述的一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，其特征在于所述的安设钢筋网的具体步骤为，在混凝土上挂设200×200mm网格的钢筋网，将钢筋网点焊接在钢拱架的背后。

4.如权利要求1或2所述的一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，其特征在于所述的预留锚杆孔施工的具体步骤是，在喷射混凝土前预设锚杆孔芯棒，然后在混凝土成型以后拔出所述的芯棒。

5.如权利要求1或2所述的一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，其特征在于所述的系统锚杆施工具体步骤是，以预留的锚杆孔作为导向钻锚杆孔，然后安装锚杆、锚杆尾部与钢拱架焊接。沿钢拱架在隧道开挖前进方向侧预埋注浆管并临时封堵，完成喷射混凝土找平后，当混凝土强度在90％及以上时，压注水泥浆。

6.如权利要求1或2所述的一种黄土含水地质硐室喷射混凝土支护施工方法，其特征在于所述的吸水剂是生石灰。

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