CN102996148A - 一种高地应力软岩公路隧道支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高地应力软岩公路隧道支护方法，其步骤：A、上台阶开挖，锚喷支护施工；B、上台阶第二道工字钢支架架设:锚喷支护结束后，架设上台阶第二道工字钢支架;C、上台阶泡沫混凝土缓冲层碹砌；D、上台阶二次喷射混凝土施工；E、下台阶开挖及下台阶第一道工字钢支架架设，喷射混凝土；F、浇筑下台阶塑性混凝土；G、架设下台阶第二道工辽钢支架，喷射混凝土；H、下台阶二次衬砌施工；J、仰拱回填；K、上台阶二次衬砌施工:通过测量放样，确定模板的架设位置，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆,拱顶混凝土强度达到，拆除堵头模具。方法对于控制高地应力下软岩隧道大变形效果明显，简便易行，操作简单，效果明显，成本低。

Description

一种高地应力软岩公路隧道支护方法

技术领域

本发明涉及一种公路隧道施工技术领域，更具体涉及一种高地应力软岩公路隧道支护方法。

背景技术

中国西部地区地形、地质条件复杂，高等级公路建设中遇到大量的桥梁、隧道工程。由于特殊的地质和地形条件，近年来穿越高地应力地区且工程地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道不断涌现，给高速公路长大隧道的设计和施工带来了重大的挑战。高地应力软岩隧道工程的最大难题是软岩隧道的结构设计、施工和后期隧道的维护问题。这些隧道的突出特点是围岩软弱、地应力较高、压强比高、变形大且持续时间较长。目前，采用常规的支护措施很难适应软岩隧道大变形的要求，施工过程中频繁出现初次衬砌和二次衬砌的开裂与破坏，支护后隧道变形超限，需要不断的翻修，这不仅严重的影响施工进度，增加施工成本，而且给施工带来了较多安全隐患，隧道的施工质量也难以保证。因此急需发明一种安全、可靠，易于操作和施工，并适用于高地应力软岩公路隧道的支护方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种高地应力软岩公路隧道支护方法，该支护方法基于新奥法施工过程力学原理，其突出特点是可吸收围岩较大变形，该施工方法对于控制高地应力下软岩隧道大变形效果明显，该方法简便易行，操作简单，效果明显，成本相对较低。支护结构安全可靠，可免除隧道支护后不断修复和返工，保障隧道支护结构的长期安全与稳定。

为了实现上述的目的,本发明采用以下技术措施：

一种高地应力软岩公路隧道支护方法，其步骤是：

1、上台阶开挖，锚喷支护施工。

隧洞分上下台阶法开挖，下台阶高度控制在1.8～2.0m左右。首先进行上台阶开挖，采用钻爆法施工，挖掘机清除掌子面危岩，人工架设型钢支架。

锚喷支护施工必须紧跟掌子面。按照设计要求，沿洞周布设锚杆安装位置，用钻机沿隧洞洞径向钻孔，安装上台阶树脂锚杆。安装锚杆托板，拧紧螺母，使锚杆具有一定的预紧力。

在边墙和拱部锚喷支护施工同时，安装上台阶锁脚锚杆。

当上台阶树脂锚杆抗拔力达到设计要求后，铺设成片钢筋网，钢筋网与围岩间距3～4cm。随后采用干式喷浆法喷浆，喷浆按先墙后拱，先下后上的顺序，在初喷混凝土终凝以后，沿隧洞环向每隔一定距离(间距4.5m)填充塑性混凝土垫块(将塑性混凝土预告制成20×20×50cm长方形块体)，随后进行复喷，复喷2～3次，直至达到设计厚度(通常为22～28cm)。

2、上台阶第二道工字钢支架架设。锚喷支护结束后，架设上台阶第二组工字钢支架。

3、上台阶泡沫混凝土缓冲层碹砌。将泡沫混凝土预制块沿先墙后拱，自下而上的顺序碹砌，最后在拱顶部位收口。为保证施工质量，施工前，要测量开挖断面，对喷射混凝土表面凹凸显著部位分层喷射找平，将外露的锚杆头齐根切除，并用水泥砂浆抹平。

4、上台阶喷射混凝土施工。采用干喷法施工，按设计厚度喷射混凝土，喷射混凝土厚度应覆盖型钢支架，并留有2～3㎝保护层。

5、下台阶开挖及型钢支架架设，喷射混凝土。下台阶开挖应尽早进行，使初次衬砌及早成环，有利于结构受力。下台阶开挖主要采用小剂量炸药(单次爆破用量不超过10～20kg岩石乳化炸药)爆破,辅以挖掘机施工，下台阶每次施作进尺12m(根据具体施工条件，可选择12～20m)。

铺设下台阶第一道工字钢支架，通过A3钢板和螺栓与上台阶型钢支架架牢固连接。下台阶第一道工字钢支架应按照设计尺寸在平面上放出1:1大样，并把整榀钢架分成5～9个单元，在加工现场将各单元焊接完成，并焊好连接法兰，法兰的焊接要准确周正，孔眼对应。测量确定隧道中垂线，架立钢拱架，复核钢拱架倾斜度小于2^°，两侧底脚使用垫块支垫牢固。法兰之间对正，用螺栓连接牢固，钢架与纵向钢筋焊牢，钢架与钢架之间用

螺纹钢焊接连成整体，起到整体支护效果。钢架架设完成后，打下台阶树脂锚杆与下台阶锁脚锚杆(或锚索)。

上述操作完成后，对仰拱喷射混凝土达到设计厚度(通常为22～28cm)。

6、浇筑下台阶塑性混凝土。将塑性混凝土搅拌均匀，用运输车将塑性混凝土运送到指定位置，直接用输送泵将塑性混凝土泵送至模块内，浇筑后对塑性混凝土进行适当的养护，待塑性混凝土强度达到设计强度75%以上时(凝固时间2～3天)（混凝土强度具体是多少?）达到要求之后，拆除模板。

7、架设下台阶第二道工字钢支架，喷射混凝土。将钢架分成3～5个单元，在加工现场将各单元分别加工完成，焊好连接法兰，法兰的焊接要准确周正，孔眼对应。钢架各单元之间用螺栓牢固连接，钢架与纵向钢筋焊牢。按设计厚度喷射混凝土。

8、下台阶二次衬砌施工。在二次衬砌浇筑前，铺设EVA自粘防水板，铺设前应检查隧道壁面，要求平整，无尖锐物，防水板之间搭接宽度40～60cm。安装好模板，一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实。

9、仰拱回填。仰拱回填采用模筑混凝土，一次浇筑成型，浇筑过程中分层捣实。浇筑后养护2～4天，待混凝土强度达到设计强度的75%以上时(凝固时间3～4天)，拆除模块。

10、上台阶二次衬砌施工。通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置。将模板清理干净，根据放样的控制点架设堵头模板。用混凝土搅拌车将混凝土运送到指定浇注地点，进行混凝土浇筑。从顶部浇注一次成型，浇注的过程中要不断的分层振捣。每环混凝土拱顶预埋注浆钢管，当衬砌混凝土强度达到设计强度80%后，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆。当拱顶混凝土强度达到设计强度的75%以上时(凝固时间3～4天)，拆除堵头模具，拆模时，要注意保护混凝土角隅及表面的保护。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、采用锚喷+缓冲层+二次喷射混凝土+二次衬砌联合支护方法，可吸收围岩较大变形，有效控制隧洞底鼓，保证隧道二次衬砌的长期安全与稳定，特别适合于高应力软岩公路隧道。

2、采用该发明方法可一次支护即达到保证隧道二次衬砌结构的安全与稳定，避免隧道多次翻修，加快隧道施工进度，根除安全隐患。

3、该发明方法技术易行，效果明显，可有效降低工程造价成本。

附图说明

图1为一种隧道复合衬砌示意图。

图2为一种第一道工字钢支架示意图。

图3为一种第二道工字钢支架示意图。

图4A为一种钢板连接大样示意图。

图4B为一种钢板连接大样示意图。

其中：1-上台阶树脂锚杆；2-上台阶喷射混凝土；3-塑性混凝土垫块；4-预留变形空间；5-上台阶泡沫混凝土缓冲层；6-上台阶二次喷射混凝土；7-上台阶二次衬砌；8-下台阶树脂锚杆；9-下台阶喷射混凝土；10-下台阶塑性混凝土；11-下台阶二次喷射混凝土；12-下台阶二次衬砌；13-仰拱回填；14-上台阶锁脚锚杆；15-上台阶第一道工字钢支架；16-下台阶第一道工字钢支架；17-下台阶锁脚锚杆（或锚索）；18-连接件；19-连接钢板；20-连接螺栓；21－上台阶第二道工字钢支架；22-下台阶第二道工字钢支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

高地应力软岩公路隧道支护工法原理为：针对高地应力软岩公路隧道围岩应力水平高、隧洞变形大的特点，采用锚喷支护+泡沫混凝土缓冲层+二次喷射混凝土+二次衬砌的复合衬砌支护形式，充分吸引围岩较大变形，共同承担围岩压力，同时利用仰拱锚杆和锚索控制隧洞底部上抬变形，有效保护隧道永久建筑，保证隧道的安全与稳定。

一种高地应力软岩公路隧道支护方法，其具体的施工步骤如下：

1、上台阶开挖，锚喷支护施工。首先开挖隧洞上台阶，工作面开挖爆破后，挖掘机清除掌子面危岩。支架采用I18工字钢，分成7个单元分别与连接钢板19焊接，运至工作面人工架设，各单元之间用连接螺栓20牢固连接。

按照设计要求，沿洞周布设上台阶树脂锚杆1安装位置，用钻机沿隧洞洞径向钻孔，当钻孔达到预定深度（3.5m）后，用高压风将孔内水和粉尘吹干净，将锚固胶结剂和固化剂用锚杆轻轻装入钻孔，随后将锚杆边旋转边搅拌推入孔眼底部，搅拌埋单按照锚固剂型号和生产厂商规定的时间执行,搅拌完毕，卸下搅拌机具，达到凝固时间后，卸下搅拌连接头，安装锚杆托板、垫圈，拧紧螺母，使上台阶树脂锚杆1具有一定的预紧力。在边墙和拱部锚喷支护施工同时，安装上台阶锁脚锚杆14。上台阶锁脚锚杆14采用Φ42注浆小导管，安装SD-02型隧道推力止浆塞(供应商：枣庄速达机电工程公司，产地：山东省枣庄市)，用注浆机向钻孔内注浆，注浆要一次完成，当注浆完成后立即封口。

当上台阶树脂锚杆抗拔力达到设计要求后，将在洞外预先焊接绑扎成片钢筋网，运至洞内铺设，并与锚杆、钢支撑焊牢，钢筋网与围岩间距3～4cm。采用干喷法喷射混凝土，混凝土标号C25。喷浆按先墙后拱，先下后上的顺序，在初喷混凝土终凝以后，沿隧洞环向每隔一定距离(间距4.5m)填充塑性混凝土垫块3，随后进行复喷，复喷2～3次，喷层厚度厚度26cm。

2、上台阶第二道工字钢支架21架设。锚喷支护结束后，架设上台阶第二道工字钢支架21，上台阶第二道工字钢支架采用I18工字网，各支架单元之间按图3连接。

3、上台阶泡沫混凝土缓冲层5碹砌。按配方配制泡沫混凝土，预制成20×20×50cm块状，沿先墙后拱，自下而上的顺序碹砌，最后在拱顶部位收口。上台阶泡沫混凝土缓冲层4由上台阶第二道工字钢支架21支撑，空隙部分应由背板填实。为保证施工质量，施工前，要测量开挖断面，对喷射混凝土表面凹凸显著部位分层喷射找平，将外露的锚杆头齐根切除，并用水泥砂浆抹平。为保证施工进度，可采用与锚喷施工滞后一段距离，避免工作面交叉施工影响。

4、上台阶二次喷射混凝土6施工。采用干喷法施工，喷射混凝土标号C25，喷层厚度20cm，喷射完成后应保证壁面平整。

5、下台阶开挖及下台阶第一道工字钢支架16架设，下台阶喷射混凝土9施工。下台阶开挖应尽早进行，使初次衬砌及早成环，有利于结构受力。下台阶开挖主要采用小剂量炸药(单次爆破用量不超过10～20kg岩石乳化炸药)爆破，辅以挖掘机施工,仰拱每次施作12～20m。

铺设下台阶第一道工字钢支架16，通过连接钢板19和连接螺栓20与上台阶第一道工字钢支架15牢固连接。下台阶第一道工字钢支架16应按照设计尺寸在平面上放出1:1大样，并把整榀钢架分成3～5个单元，在加工现场将各单元焊接完成，并焊好连接钢板19，连接钢板19的焊接要准确周正，孔眼对应。测量确定隧道中垂线，架立钢拱架，复核钢拱架倾斜度小于2^°，两侧底脚使用垫块支垫牢固。连接钢板19之间对正，用连接螺栓20连接牢固，钢架与纵向钢筋焊牢，钢架与钢架之间用

螺纹钢焊接连成整体，起到整体支护效果。钢架架设完成后，打下台阶树脂锚杆8与下台阶锁脚锚杆(或锚索)17。上述操作完成后，喷射C25混凝土，喷层厚度26cm。

6、浇筑下台阶塑性混凝土10。将塑性混凝土搅拌均匀，用运输车将塑性混凝土运送到指定位置，直接用输送泵将塑性混凝土泵送至模块内，浇筑后对塑性混凝土进行适当的养护，待塑性混凝土强度达到设计强度75%以上时(凝固时间2～3天)（混凝土强度具体是多少?）达到要求之后，拆除模板。塑性混凝土厚度20cm。

7、架设下台阶第二道工字钢支架22，下台阶二次喷射混凝土11施工。将钢架分成3～5个单元，在加工现场将各单元分别加工完成，焊好连接钢板19，连接钢板19的焊接要准确周正，孔眼对应。下台阶第二道工字钢支架22各单元之间用连接螺栓20牢固连接，钢架与纵向钢筋焊牢。下台阶第二道工字钢支架22采用I20工字钢，喷射C25混凝土，喷层厚度20cm。

8、下台阶二次衬砌12施工。在下台阶二次衬砌12浇筑前，铺设EVA自粘防水板，铺设前应检查隧道壁面，要求平整，无尖锐物，防水板之间搭接宽度40cm。安装好模板，一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实。下台阶二次衬砌采用C30钢筋混凝土，厚度50cm。

9、仰拱回填13。仰拱回填13采用C15素混凝土，一次浇筑成型，浇筑过程中分层捣实。浇筑后养护2～4天，待混凝土强度达到设计强度的75%(凝固时间2～3天)时，拆除模块。

10、上台阶二次衬砌7施工。通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置，铺设EVA自粘防水板，将模板清理干净，根据放样的控制点架设堵头模板。用混凝土搅拌车将混凝土运送到指定浇注地点，进行混凝土浇筑。从顶部浇注一次成型，浇注的过程中要不断的分层振捣。每环混凝土拱顶预埋

注浆钢管，当衬砌混凝土强度达到设计强度80%后，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆。当拱顶混凝土强度达到设计强度的75%(凝固时间2～3天)时，拆除堵头模具，拆模时，要注意保护混凝土角隅及表面的保护。

Claims (1)

1.一种高地应力软岩公路隧道支护方法，其步骤是：

A、上台阶开挖，锚喷支护施工:隧洞分上下台阶法开挖，下台阶高度控制在1.8～2.0m,首先进行上台阶开挖，采用钻爆法施工，挖掘机清除掌子面危岩，人工架设上台阶第一道工字钢支架(15);锚喷支护施工紧跟掌子面,按照设计要求，沿洞周布设锚杆安装位置，用钻机沿隧洞洞径向钻孔，安装上台阶树脂锚杆(1),安装锚杆托板，拧紧螺母，使上台阶树脂锚杆(1)有预紧力;在边墙和拱部锚喷支护施工同时，安装上台阶锁脚锚杆(14);锚杆抗拔力达到设计要求后，铺设成片钢筋网，钢筋网与围岩间距3～4cm,随后采用干式喷浆法喷浆，喷浆按先墙后拱，先下后上的顺序，在初喷混凝土终凝以后，沿隧洞环向每隔间距4.5m填充塑性混凝土垫块，随后进行复喷，复喷2～3次，直至达到设计厚度;

B、上台阶第二道工字钢支架(21)架设:锚喷支护结束后，架设上台阶第二道工字钢支架(21);

C、上台阶泡沫混凝土缓冲层(5)碹砌:将泡沫混凝土预制块沿先墙后拱，自下而上的顺序碹砌，最后在拱顶部位收口,施工前，测量开挖断面，对喷射混凝土表面凹凸部位分层喷射找平，将外露的锚杆头齐根切除，并用水泥砂浆抹平;

D、上台阶二次喷射混凝土(6)施工:采用干喷法施工，按设计厚度喷射混凝土，喷射混凝土厚度覆盖型钢支架，并留有2～3㎝保护层;

E、下台阶开挖及下台阶第一道工字钢支架(16)架设，喷射混凝土:下台阶开挖，使初次衬砌及早成环,下台阶开挖采用炸药爆破，辅以挖掘机施工，下台阶每次施作12-20m;铺设下台阶第一道工字钢支架(16)，通过连接钢板(19)和连接螺栓(20)与上台阶第一道工字钢支架(15)连接, 下台阶第一道工字钢支架(16)按照设计尺寸在平面上放出1:1大样，并把整榀钢架分成3～5个单元，在加工现场将各单元焊接完成，并焊好连接钢板(19)，连接钢板(19)的焊接周正，孔眼对应,测量确定隧道中垂线，架立钢拱架，复核钢拱架倾斜度小于20，两侧底脚使用垫块支垫, 连接钢板(19)之间对正，用连接螺栓(20)连接，钢架与纵向钢筋焊，钢架与钢架之间用φ22螺纹钢焊接连成整体，钢架架设完成后，打下台阶树脂锚杆(8)与下台阶锁脚锚杆或锚索(17);

F、浇筑下台阶塑性混凝土:将塑性混凝土搅拌均匀，用运输车将塑性混凝土运送到指定位置，直接用输送泵将塑性混凝土泵送至模块内，浇筑后对塑性混凝土进行养护，待塑性混凝土强度达到后，拆除模板;

G、架设下台阶第二道工字钢支架(22)，喷射混凝土:将下台阶第二道工字钢支架(22)分成3～5个单元，在加工现场将各单元分别加工完成，焊好连接钢板(19)，连接钢板(19)的焊接周正，孔眼对应,钢架各单元之间用连接螺栓(20)连接，钢架与纵向钢筋焊,按设计厚度喷射混凝土;

H、下台阶二次衬砌(12)施工:在下台阶二次衬砌(12)浇筑前，铺设EVA自粘防水板，铺设前检查隧道壁面，平整，无尖锐物，防水板之间搭接宽度40～60cm,安装模板，一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实;

I、仰拱回填(13):仰拱回填(13)采用模筑混凝土，一次浇筑成型，浇筑过程中分层捣实,浇筑后养护2～4天，待混凝土强度达到设计强度的75%时，拆除模块;

J、上台阶二次衬砌(7)施工:通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置,将模板清理干净，根据放样的控制点架设堵头模板,用混凝土搅拌车将混凝土运送到指定浇注地点，进行混凝土浇筑,从顶部浇注一次成型，浇注的过程中要不断的分层振捣,每环混凝土拱顶预埋φ57×3注浆钢管，衬砌混凝土强度达到80%后，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆,拱顶混凝土强度达到75%时，拆除堵头模具。

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