CN102979531B - 加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法和结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加固施工方法，尤其是一种加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法，包括以下步骤：A、沿岩质边坡的深部软弱结构面走向开挖主隧洞，并进行临时支护，然后在主隧洞拱顶钻设排水孔；B、从主隧洞两侧边墙向深部软弱结构面上、下盘方向开挖支隧洞，并进行临时支护，然后在支隧洞拱顶钻设排水孔；C、向主隧洞和支隧洞回填混凝土，回填混凝土配备钢筋加强，回填混凝土至少分成两个工期：一期回填混凝土沿主隧洞和支隧洞的四周内壁覆盖回填，一期回填混凝土后在主隧洞和支隧洞的洞壁形成一期回填层，剩余主隧洞和支隧洞的空间则为灌浆廊道；在一期回填混凝土固结完成后，利用剩余工期回填混凝土以灌满整个灌浆廊道。

Description

加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法和结构

技术领域

本发明涉及一种加固施工方法，尤其是一种加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法。此外，本发明还涉及一种加固施工结构，尤其是一种加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构。

背景技术

我国许多水利水电、铁路、公路和矿山等基础设施工程位于高山峡谷地区，这些工程的建设过程中常涉及大型的岩质边坡工程。在地质构造作用下，边坡内部的岩体常发育有断层、岩脉及节理裂隙等软弱结构面，构成边坡的潜在滑动破坏面。自然营力和人类活动的进一步作用可能会使这些软弱的潜在滑动面发生进一步的变形、松动、滑移及开裂，诱发滑坡灾害，造成人员的伤亡和财产的损失。

对于边坡内埋深较小的软弱结构面，如埋深小于60～80m的软弱结构面，目前主要采用锚杆、抗滑桩、预应力锚索等浅层加固的方式进行，而当软弱结构面的埋深大于80～100m时，由于开挖和钻孔等施工技术方面的限制，上述浅表层加固方式已很难实现对深部软弱结构面的加固。目前，对于埋深较大的边坡软弱结构面的加固仍无较好的加固方法，而且深部软弱结构面加固的施工难度大，加固结构体的整体性和加固效果难以保证，深部软弱结构面回填置换大体积混凝土时由于温度应力而产生的裂缝及收缩缝等难以控制。综上所述，目前的边坡加固施工方法存在以下缺陷和不足：

（1）目前，受施工技术和经济方面的限制，锚杆、抗滑桩、预应力锚索等浅表层加固施工方法主要适用于软弱结构面埋深小于60～80m的情况，难以对埋深更大的深层软弱结构面进行加固。

（2）采用回填置换的方法对边坡进行加固时，常规施工方法形成的加固结构与边坡岩体结合不紧密，不能形成整体加固结构体，加固效果难以保证。

（3）边坡深部软弱结构面的回填置换施工，施工控制难度高、工期长、投资大。

（4）进行边坡深部软弱结构面回填置换施工时，大体积回填混凝土的水化热不宜散失，影响施工进度和混凝土的施工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利于散失水化热的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法，包括以下步骤：

A、沿岩质边坡的深部软弱结构面走向开挖主隧洞，并进行临时支护，然后在主隧洞拱顶钻设排水孔；

B、从主隧洞两侧边墙向深部软弱结构面上、下盘方向开挖支隧洞，并进行临时支护，然后在支隧洞拱顶钻设排水孔；

C、向主隧洞和支隧洞回填混凝土，回填混凝土配备钢筋加强，回填混凝土至少分成两个工期：

一期回填混凝土沿主隧洞和支隧洞的四周内壁覆盖回填，一期回填混凝土后在主隧洞和支隧洞的洞壁形成一期回填层，剩余主隧洞和支隧洞的空间则为灌浆廊道；

在一期回填混凝土固结完成后，利用剩余工期回填混凝土以灌满整个灌浆廊道。

进一步的是，在C步骤中，在一期回填混凝土时，在混凝土内预埋灌浆管，灌浆管至少穿透一期回填层的厚度；在一期回填混凝土完成后，其余工期开始前，对混凝土内预埋的灌浆管重新扫孔，并向主隧洞和支隧洞的洞壁钻设固结灌浆孔，然后对固结灌浆孔进行固结灌浆。

进一步的是，在C步骤中，每期回填混凝土均沿主隧洞和支隧洞的轴线分段浇筑回填，两段之间形成的分段线呈阶梯状，且各期的分段线在竖直方向上错位分布。

进一步的是，在C步骤中，每期回填混凝土中均埋设有形成回路的冷却水管；在相应期混凝土固结时，向对应的冷却水管中通入冷却水以控制该期混凝土的温度。

进一步的是，在C步骤中，对相邻两期的结合面进行接缝灌浆。

本发明另一个要解决的问题是提供一种利于散失水化热的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构。

本发明还提供了一种加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构，包括主隧洞和支隧洞，所述主隧洞沿岩质边坡的深部软弱结构面走向设置；所述支隧洞沿主隧洞两侧边墙向软弱结构面上、下盘方向设置；所述主隧洞和支隧洞内均回填有钢筋加强的混凝土结构，在主隧洞和支隧洞的四周壁向中心的方向，所述混凝土结构至少由两层回填层组成。

进一步的是，还包括固结灌浆孔，所述固结灌浆孔钻设在主隧洞和支隧洞的洞壁并沿洞壁的周向均匀分布，所述固结灌浆孔内填设置有混凝土。

进一步的是，在主隧洞和支隧洞的轴向方向，每层回填层至少分成两段，两段之间形成的分段线呈阶梯状，且各回填层的分段线在竖直方向上错位分布。

进一步的是，每层回填层中均埋设有形成回路的冷却水管。

进一步的是，所述主隧洞和支隧洞的断面呈城门洞形或马蹄形。要求主隧洞断面能基本对称均布于深部软弱结构面上下盘两侧。

本发明的有益效果是：由于在回填主隧洞和支隧洞时是采用的分期分层回填，因此每一期的回填层都能获得足够的散热面积，从而快速的散失混凝土水化热，从而减少了整个混凝土的散热时间，提高了效率；同时混凝土得到足够的散热，其固化质量较好。支隧洞的加入可以有效的提高整个加固结构的强度。本发明主要在边坡深部软弱结构面区域对边坡岩体进行加固施工，施工深度不受边坡形态和软弱结构面埋深的限制，对受深部软弱结构面控制的岩质边坡具有良好的适用性。在施工布置上对边坡开挖与表面支护不形成直接的干扰，施工通道多采用临时交通洞的方式，对边坡施工安全及施工期稳定均不会产生不利影响。本发明采用的分期回填、错位分层浇筑、并结合冷却水管的温控措施，可有效解决大体积混凝土浇注施工的温控难题。

附图说明

图1为本发明的平面示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明的主隧洞横断面图；

图4为本发明的主隧洞灌浆结构图；

图5为本发明的支隧洞典型断面图；

图6为本发明的支隧洞灌浆结构图；

图7为本发明的隧洞分期回填、错位分层浇筑示意图；

图8为本发明的回填混凝土冷却水管布置图；

图中零部件、部位及编号：深部软弱结构面1、主隧洞2、支隧洞3、伴生裂隙4、喷射混凝土5、锚杆6、一期回填层7、二期回填层8、排水孔9、纵向受力主筋10、环向箍筋11、灌浆廊道12、灌浆管13、固结灌浆孔14、分段线15、冷却水管16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括主隧洞2和支隧洞3，所述主隧洞2沿岩质边坡的深部软弱结构面1走向设置；所述支隧洞3沿主隧洞2两侧边墙向深部软弱结构面1上、下盘方向设置；所述主隧洞2和支隧洞3内均回填有钢筋加强的混凝土结构，在主隧洞2和支隧洞3的四周壁向中心的方向，所述混凝土结构至少由两层回填层组成。

上述结构采用以下的步骤施工而成：

A、沿岩质边坡的深部软弱结构面1走向开挖主隧洞2，并进行临时支护，然后在主隧洞2拱顶钻设排水孔9；主隧洞2采用挂网、喷射混凝土5、锚杆6方式进行初期支护。上述主隧洞2轴线跟踪深部软弱结构面1的走向布置，主隧洞2采用城门洞形或马蹄形等断面形式，要求主隧洞2断面能基本对称均布于深部软弱结构面1上下盘两侧。主隧洞2的结构可参见图3所示。

B、从主隧洞2两侧边墙向软弱结构面1上、下盘方向开挖支隧洞3，并进行临时支护，然后在支隧洞3拱顶钻设排水孔9；上述支隧洞3从主隧洞2横断面两侧分别向深部软弱结构面1上盘和下盘的岩体内延伸，且呈水平布置，其轴线垂直于主隧洞3。支隧洞3的长度不小于其洞径的2倍，且尽量穿过深部软弱结构面1附近的次级结构面；支隧洞3采用城门洞形或马蹄形等断面形式，且断面尺寸不大于主隧洞2。其临时支护方式同主隧洞2相同即可。支隧洞3的结构可参见图5所示。

C、向主隧洞2和支隧洞3回填混凝土，回填混凝土配备钢筋加强，回填混凝土至少分成两个工期：

一期回填混凝土沿主隧洞2和支隧洞3的四周内壁覆盖回填，一期回填混凝土后在主隧洞2和支隧洞3的洞壁形成一期回填层7，剩余主隧洞2和支隧洞3的空间则为灌浆廊道12；一期回填层7沿洞壁浇筑，从而缩小了主隧洞2和支隧洞3的空间尺寸，一期回填层7的厚度应该均匀。灌浆廊道12正好可以形成散热空间和操作空间。一期回填后的主隧洞2参见图4所示，一期回填后的支隧洞3参见图6所示。

在一期回填混凝土固结完成后，利用剩余工期回填混凝土以灌满整个灌浆廊道12。剩余工期的期数根据主隧洞2和支隧洞3的尺寸而定，由于主隧洞2和支隧洞3的尺寸不一样，因此两者的工期数并不一定相等。对于尺寸较大的主隧洞2和支隧洞3，可多分几个后续工期，从而更利于散热。

为了增强加固效果，如图4和图6所示，还包括固结灌浆孔14，所述固结灌浆孔14钻设在主隧洞2和支隧洞3的洞壁并沿洞壁的周向均匀分布，所述固结灌浆孔14内填设有混凝土。在一期回填混凝土时，在混凝土内预埋灌浆管13，灌浆管13至少穿透一期回填层的厚度；在一期回填混凝土完成后，其余工期开始前，对混凝土内预埋的灌浆管13重新扫孔，并向主隧洞2和支隧洞3的洞壁钻设固结灌浆孔14，然后对固结灌浆孔14进行固结灌浆。固结灌浆孔14内的灌浆使得整个一期回填层7延伸至了沿岩质边坡内，从而使得一期回填层7与沿岩质边坡结合的更加紧密，其加强效果得到极大的提高。固结灌浆孔14一般深15m左右，使得主隧洞2和支隧洞3周约15m范围内的岩体得以固结灌浆。固结灌浆孔14呈放射状均匀分布在主隧洞2和支隧洞3的周向。

为了加强本施工结构的抗剪切能力，如图7所示，在主隧洞2和支隧洞3的轴向方向，每层回填层至少分成两段，两段之间形成的分段线15呈阶梯状，且各回填层的分段线15在竖直方向上错位分布。在C步骤中，每期回填混凝土均沿主隧洞和支隧洞的轴线分段浇筑回填，两段之间形成的分段线15呈阶梯状，且各期的分段线15在竖直方向上错位分布。以二期回填层8为例，其在主隧洞2的轴向分成若干段，每段之间的分段线呈阶梯状，并且与一期回填层7的分段线错开，这样就能提高整个施工结构的抗剪切能力。

为了的更好的散失水化热，如图7和图8所示，每层回填层中均埋设有形成回路的冷却水管16。在C步骤中，每期回填混凝土中均埋设有形成回路的冷却水管16；在相应期混凝土固结时，向对应的冷却水管16中通入冷却水以控制该期混凝土的温度。冷却水管16采用蛇形布置，例如图8的布置方法，尽量布满混凝土面积，在同一期的回填层中可以布置多层，以快速均匀的散热。冷却水管16的进水口和出水口预留在外，在混凝土固结时通入冷却水进行冷却。通过冷却水管16的布置，能够快速的散失水化热，提高了施工效率，提高了混凝土的质量。

具体的，在C步骤中，对相邻两期的结合面进行接缝灌浆。这样可以增强相邻两期的回填层之间的连接强度。

实施例

如图1和图2所示，某一大型岩质边坡中发育有顺坡向的深部软弱结构面1，控制边坡的整体稳定性，深部软弱结构面1的坡内和坡外侧发育多条伴生裂隙4。对深部软弱结构面1进行加固的步骤如下所述：

1、沿深部软弱结构面1的走向开挖长条形水平布置的主隧洞2。主隧洞2断面采用城门洞形，尺寸为8m宽×9m高。结合实际地质条件，如图3所示，主隧洞2采用挂网、喷射混凝土5、锚杆6方式进行初期支护。顶拱范围内钻设排水孔9，孔深4m。

2、开挖支隧洞3，一般的操作是在临时支护主隧洞2后即可以开挖支隧洞3，且开挖掌子面不需要进行衬砌；也可在主隧洞2一期回填混凝土后开挖支隧洞3。自主隧洞2两侧边墙开挖支隧洞3，分别向主控软弱结构面1上盘和下盘的岩体中延伸，并穿过深部软弱结构面1的伴生裂隙4。主隧洞2共计开挖4条。支隧洞3轴线与主控软弱结构面1走向垂直，其长度均为15m。支隧洞3断面采用城门洞形，尺寸为6m宽×7.5m高。结合实际地质条件，采用挂网、喷射混凝土5、锚杆6等措施进行初期支护。顶拱范围内钻设排水孔9，孔深4m。

3、主隧洞2在开挖支护完成后，先进行一期回填混凝土7施工，在一期混凝土7内形成灌浆廊道12，灌浆廊道12尺寸为5m宽×6m高。一期回填混凝土配双层纵向受力主筋10和环向箍筋11。在一期回填层7内预埋Φ76mmPVC灌浆管13，进行顶拱范围的回填灌浆。灌浆管13按照图4布置，灌浆管13贯穿整个一期回填层7。回填灌浆完成后，对混凝土内预埋的Φ76mm灌浆管13重新扫孔，钻设固结灌浆孔14，对洞周约15m范围内的岩体进行固结灌浆。固结灌浆孔14沿主隧洞2的内壁放射状分布。

4、支隧洞3在开挖支护完成后，进行一期回填混凝土7施工，倘若支隧道洞径较小，一次回填整个支隧洞3即可。在一期回填混凝土7内形成灌浆廊道12，灌浆廊道12尺寸为4m宽×4m高。一期回填混凝土配双层纵向受力主筋10和环向箍筋11。在一期回填层7内预埋Φ76mmPVC灌浆管13，进行回填灌浆。回填灌浆完成后，对混凝土内预埋的Φ76mm灌浆管13重新扫孔，钻设固结灌浆孔14，对洞周约10m范围内的岩体进行固结灌浆。本步骤可以与步骤3一起进行，因此其采用的部件均可相同。

5、主隧洞2和支隧洞3的一期混凝土7回填灌浆及固结灌浆完成后，对灌浆廊道12回填二期混凝土8。回填浇筑时，沿隧洞的轴向分为若干浇注段，每个浇筑段的长度为15m，浇筑段之间的分缝为分段线15，且一期回填混凝土分段线15不与二期回填混凝土分段线15重合，避免结构缝贯穿破坏。横断面方向上，每一浇筑段分4层进行浇筑，且在立面上浇筑层形成阶梯型错位分缝，即分段线15为阶梯状。每层混凝土内分别设置蛇形的冷却水管16，在浇筑层端头设置水管接头，混凝土浇筑后冷却水管16内通水进行混凝土冷却。各层冷却水管16形成回路连接。冷却水管16采用Φ32mm聚乙烯硬管。此外还在顶拱范围预埋Φ32mm灌浆管道，对一期、二期混凝土结合面进行接缝灌浆。回填混凝土均采用低热微膨胀C25混凝土。最终，混凝土施工完成后，一条主隧洞2和4条支隧洞3形成了整体式的钢筋混凝土结构，与周围岩体共同作用对深部软弱结构面进行加固。

Claims (8)

1.加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、沿岩质边坡的深部软弱结构面走向开挖主隧洞，并进行临时支护，然后在主隧洞拱顶钻设排水孔；

B、从主隧洞两侧边墙向深部软弱结构面上、下盘方向开挖支隧洞，并进行临时支护，然后在支隧洞拱顶钻设排水孔；

C、向主隧洞和支隧洞回填混凝土，回填混凝土配备钢筋加强，回填混凝土至少分成两个工期：

一期回填混凝土沿主隧洞和支隧洞的四周内壁覆盖回填，一期回填混凝土后在主隧洞和支隧洞的洞壁形成一期回填层，剩余主隧洞和支隧洞的空间则为灌浆廊道；

在一期回填混凝土固结完成后，利用剩余工期回填混凝土以灌满整个灌浆廊道；

每期回填混凝土均沿主隧洞和支隧洞的轴线分段浇筑回填，两段之间形成的分段线呈阶梯状，且各期的分段线在竖直方向上错位分布。

2.如权利要求1所述的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法，其特征在于：在C步骤中，在一期回填混凝土时，在混凝土内预埋灌浆管，灌浆管至少穿透一期回填层的厚度；在一期回填混凝土完成后，其余工期开始前，对混凝土内预埋的灌浆管重新扫孔，并向主隧洞和支隧洞的洞壁钻设固结灌浆孔，然后对固结灌浆孔进行固结灌浆。

3.如权利要求1所述的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法，其特征在于：在C步骤中，每期回填混凝土中均埋设有形成回路的冷却水管；在相应期混凝土固结时，向对应的冷却水管中通入冷却水以控制该期混凝土的温度。

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工方法，其特征在于：在C步骤中，对相邻两期的结合面进行接缝灌浆。

5.加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构，其特征在于：包括主隧洞和支隧洞，所述主隧洞沿岩质边坡的深部软弱结构面走向设置；所述支隧洞沿主隧洞两侧边墙向深部软弱结构面上、下盘方向设置；所述主隧洞和支隧洞内均回填有钢筋加强的混凝土结构，在主隧洞和支隧洞的四周壁向中心的方向，所述混凝土结构至少由两层回填层组成；在主隧洞和支隧洞的轴向方向，每层回填层至少分成两段，两段之间形成的分段线呈阶梯状，且各回填层的分段线在竖直方向上错位分布。

6.如权利要求5所述的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构，其特征在于：还包括固结灌浆孔，所述固结灌浆孔钻设在主隧洞和支隧洞的洞壁并沿洞壁的周向均匀分布，所述固结灌浆孔内填设有混凝土。

7.如权利要求5所述的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构，其特征在于：每层回填层中均埋设有形成回路的冷却水管。

8.如权利要求5至7任一权利要求所述的加固大型岩质边坡深部软弱结构面的施工结构，其特征在于：所述主隧洞和支隧洞的断面呈城门洞形或马蹄形。