CN103321653B - 地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法 - Google Patents

地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,涉及地下洞室施工领域,提供一种工作量小,成本低,防塌效果好的地下洞室顶拱塌方后的砌处理方法。地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法包括如下步骤:a、清理洞室内的坍塌渣;b、往存留坍塌渣和存留坍塌渣两侧的围岩内插入加强锚杆,各加强锚杆靠近洞室一端位于洞室同一横截面内,存留坍塌渣和存留坍塌渣两侧的围岩内均至少插入一件加强锚杆;c、将形状与洞室顶拱横截面形状匹配的拱形梁与所有加强锚杆连接并使拱形梁与洞室顶拱贴合;d、对存留坍塌渣进行系统固结灌浆处理;e、重复步骤a至d直至洞室内的坍塌渣全部清理。本发明可用于修复塌方的地下洞室。

Description

地下洞室顶拱塌方后的衬棚处理方法

技术领域

[0001] 本发明设及地下洞室施工领域,尤其设计一种地下洞室顶拱塌方后的衬搁处理结 构。

背景技术

[0002] 矿山、水电、铁路、国防等行业中经常需要布置基岩中深埋的大型地下洞室(群), 基于《岩石力学》及工程实例,该些洞室均采用弧度不一的圆拱洞顶,跨度普遍自20m〜 32m,国防工程中更甚。由于地下围岩条件复杂、未知的不利地质因素众多,采用各种计算模 型并综合工程经验所得到的开挖支护方案仍无法完全避免洞室开挖过程中出现塌方。一旦 发生塌方将必然造成重大损失,对工程的工期、投资造成重大负面影响。深埋基岩内大型洞 室的中、大规模塌方通常形成空腔,造成洞室整体受力模式改变,洞室顶拱原有拱作用失效 将带来洞室其它部位应力集中释放,造成较大的变位变形甚至整个洞室失稳,有的地下水 及裂隙岩脉丰富的洞室还有可能沿塌方空腔发生连续跨塌,对后续开挖施工W及将来的工 程运行造成巨大威胁。传统处理方法得到的结构如图2,传统处理方法通常是首先将洞室 和塌腔内巧塌的岩石和±壤全部清理,然后在塌腔中下部诱筑一定厚度(通常是塌腔高度 1/4〜1/3)的钢筋混凝±拱圈,恢复洞室顶拱的拱作用,后利用灌浆将空腔剩余空间填实, 防止二次塌方。但该种方法有如下弊端,首先塌方发生后的清渣工作量大,不仅要将塌方渣 料全部清除,还要加固塌口防止塌方继续扩大,施工难度大,安全施工难W控制;其次混凝 ±拱圈诱筑条件较差,工程量巨大,且钢筋混凝±结构与周边围岩的物理力学性质差异较 大,能否形成拱作用并与塌口围岩良好固结存在较大风险;最后对塌腔剩余部分的填实尽 管避免了"拱上拱"现象,即避免了继续塌方的风险,通常也增大了下部混凝±拱圈的荷载, 同时灌浆工程量巨大。因此,传统的"混凝±回填"处理方法在施工安全、工期及投资上存 在较大改进空间。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是;提供一种工作量小,成本低,防塌效果好的地下洞室 顶拱塌方后的搁处理方法。

[0004] 为解决上述问题采用的技术方案是;1、地下洞室顶拱塌方后的衬搁处理方法,其 特征在于包括如下步骤:

[0005] a、清理洞室内的巧塌渣,清理量W能够避免存留巧塌渣掉落为准;

[0006] b、往存留巧塌渣和存留巧塌渣两侧的围岩内插入加强错杆,各加强错杆靠近洞室 顶拱一端位于洞室同一横截面内,存留巧塌渣和存留巧塌渣两侧的围岩内均至少插入一件 加强错杆;

[0007] C、将形状与洞室顶拱横截面形状匹配的拱形梁与所有加强错杆连接并使拱形梁 与洞室顶拱贴合;

[000引 t对存留巧塌渣进行系统固结灌浆处理;

[0009] e、重复步骤a至d直至洞室内的巧塌渣全部清理。

[0010] 进一步的是;步骤b中加强错杆沿垂直于洞室顶拱方向插入;

[0011] 进一步的是;前后两次进行步骤C时,设置的拱形梁间距为50至100mm。

[0012] 进一步的是;在步骤e之后进行步骤t步骤f包括往洞室顶拱表面喷射混凝±, 混凝±形成混凝±层,混凝±层至少覆盖存留巧塌渣、存留巧塌渣附近的围岩和拱形梁。

[0013] 进一步的是;在进行步骤b之后且进行步骤C之前,往围岩内插入支护错杆;在步 骤C中将拱形梁与支护错杆连接。

[0014] 进一步的是;在步骤f之后进行步骤g,步骤g包括在存留巧塌渣内钻出有与洞室 连通的排水孔。

[0015] 进一步的是;塌腔上部没有填充存留巧塌渣的部分为空腔;进行步骤f之后且进 行步骤g之前,在形成空腔的围岩内设置空腔支护错杆;在形成空腔的围岩表面喷射混凝 ±,混凝±形成空腔混凝±层。

[0016] 进一步的是;步骤g包括在形成空腔的围岩内设置排水装置。

[0017] 进一步的是;步骤g包括在洞室和空腔内设置巧塌检测装置。

[0018] 本发明的有益效果是:相比传统塌方处理采用新诱筑钢筋混凝±拱圈结构承载的 方法,本发明就地利用塌方后堆积于塌口的巧塌渣,对渣体进行有效固结,使其在物理力学 参数上达到或接近于洞室其它部分围岩水平,配合拱形梁的刚性支撑共同作用,并与周边 围岩有效支撑连接,形成具有拱作用的支撑拱圈,W达到维护洞室围岩稳定的工程目的。根 据数个工程塌方处理实例表明,本发明相较传统方案工程投资减少20%〜40%,工期节约 30%左右,施工质量和安全控制条件大为改善,具有显著的推广和实用价值。

附图说明

[0019] 图1是本发明地下洞室顶拱塌方经修复后的横截面图;

[0020] 图2是现有技术地下洞室顶拱塌方经修复后的横截面图;

[0021] 图中标记为;洞室侧壁1、洞室顶拱2、支护错杆3、加强错杆4、拱形梁5、固结巧塌 渣6、松散巧塌渣7、空腔8、洞室9、混凝±层10、空腔混凝±层11、塌腔12、空腔支护错杆 13、排水装置14、围岩15、存留巧塌渣16、支撑钢结构17。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

[0023] 为了提供一种工作量小,成本低,防塌效果好的地下洞室顶拱塌方后衬搁处理方 法,地下洞室顶拱塌方后的衬搁处理方法,其特征在于包括如下步骤:

[0024] a、清理洞室9内的巧塌渣,清理量W能够避免存留巧塌渣16掉落为准;

[0025] b、往存留巧塌渣16和存留巧塌渣16两侧的围岩15内插入加强错杆4,各加强错 杆4靠近洞室顶拱2 -端位于洞室9同一横截面内,存留巧塌渣16和存留巧塌渣16两侧 的围岩15内均至少插入一件加强错杆4 ;

[0026] C、将形状与洞室顶拱2横截面形状匹配的拱形梁5与所有加强错杆4连接并使拱 形梁5与洞室顶拱2贴合;

[0027] t对存留巧塌渣16进行系统固结灌浆处理;

[002引 e、重复步骤a至d直至洞室9内的巧塌渣全部清理。

[0029] 巧塌渣是围岩15塌方后的岩石和±壤;存留巧塌渣16是清理掉洞室9内的巧塌 渣后剩余未清理的在塌腔12内的巧塌渣。加强错杆4类似于"喷错支护"中的错杆又类似 于膨胀螺栓,"喷错支护"指的是借高压喷射水泥混凝±和打入岩层中的金属错杆的联合作 用(根据地质情况也可分别单独采用)加固岩层的方法,"喷错支护"为现有技术洞室加固的 常用方式。加强错杆4推荐沿垂直于洞室顶拱2方向设置。拱形梁5推荐由14至2化工 字钢弯曲制成,一次实施上述C步骤时可W设置一件也可W设置两件拱形梁5。加强错杆4 与拱形梁5的连接方式推荐为焊接。

[0030] "固结灌浆处理"是现有技术为改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学 性能而进行的灌浆工程。固结灌浆处理后的存留巧塌渣16物理力学参数必须接近或达到 洞室内完好区域围岩水平,并且声波测值不低于2500m/s。可通过声波测值、钻孔取巧、孔 内摄像、压水试验等多种手段对固结灌浆处理后的存留巧塌渣16物理力学参数进行测量。 若存留巧塌渣16较多,不必固结灌浆处理全部的存留巧塌渣16,通常保证固结灌浆有效高 度应不小于塌方空腔高度的1/3,对于上小下大的葫芦形塌腔,固结灌浆高度应达到空腔高 度的1/2。固结灌浆处理后和未经固结灌浆处理的存留巧塌渣16分别为固结巧塌渣6和 松散巧塌渣7。本发明中固结灌浆的技术指标应为;(1)固结灌浆采用新鲜的娃酸盐水泥 或普通娃酸盐水泥,水泥强度等级不小于42. 5。(2)灌浆采用自上而下分段灌浆法,逐段安 装灌浆塞进行孔内循环灌浆。灌浆孔全孔分S段进行灌浆,各段长度均为3m。(3)巧塌口 即塌腔12与洞室9相交的口段灌浆压力不大于0. 5MPa,其余段灌浆压力不大于IMPa。灌 浆压力采用逐级升压方法,起始压力0. 2MPa,每级增加0. 3〜0. 5MPa。灌浆过程中,应加强 存留巧塌渣16表面变形监测。存留巧塌渣16表面冒浆、漏浆严重或变形较大时,灌浆压力 适当降低,稳定后再提高压力。(4)灌浆应采用分序加密的方式进行。(5)灌浆浆液应由稀 至浓逐级变换。浆液水灰比采用1、0.5两个比级。初始浆液水灰比1:1。(6)浆液变换原 则如下;a、当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或注入率不变而压力持续升高时,不 得改变水灰比;b、当某级浆液注入量已达30化W上,或灌浆时间已达30min,而灌浆压力和 注入率无改变或不显著时,应改用浓一级水灰比。C、当注入率大于30L/min时,可根据具体 情况越级变浓。(7)灌浆结束条件;在灌浆段设计压力下,当注入率不大于IL/min后,持续 灌浆30min,可结束灌浆。(8)灌浆孔终孔段灌浆结束后,应排除孔内的积水和污物,采用水 灰比0. 5:1的浓浆进行灌浆封孔,封孔压力0. 5MPa,封孔时间不少于30min。(9)固结灌浆 质量检查W声波检测、钻孔取巧及孔内摄像为主,压水试验为辅,进行综合分析。(10)灌浆 后存留巧塌渣16声波波速值应不小于2500m/s。(11)压水试验采用钻孔压水试验单点法。 压水试验检查时间在固结灌浆结束7天W后,检查孔数量不少于灌浆孔数的5%,且不少于3 孔。合格标准为85% W上试段透水率不大于化U,其余试段不大于7LU,且分布不集中。

[0031] 通过固结灌浆使存留巧塌渣16物理力学参数上达到或接近于围岩15水平,通过 支撑钢结构17将存留巧塌渣16与周边围岩15有效连成一体,并结合拱形梁5的刚性支 撑共同作用,使塌方处形成具有拱作用的支撑拱圈,W达到维护洞室围岩稳定的工程目的。 根据数个工程塌方处理实例表明,本发明相较传统方案工程投资减少20%〜40%,工期节约 30%左右,施工质量和安全控制条件大为改善,具有显著的推广和实用价值。

[0032] 根据巧塌口的大小不同,需设置多个支撑钢结构17各件支撑钢结构17沿洞室9 轴线间隔设置,相邻支撑钢结构17之间的距离为50至100cm。该样能够保证良好的支撑效 果和连接围岩15与存留巧塌渣16的效果。

[0033] 为了进一步加固洞室9,在步骤e之后进行步骤t步骤f包括往洞室顶拱2表面 喷射混凝±,混凝±形成混凝±层10,混凝±层10至少覆盖存留巧塌渣16、存留巧塌渣16 附近的围岩15和拱形梁5。喷射混凝±工艺与前面叙述的"喷错支护"中喷射混凝±工艺 相同。喷射混凝±是将一定比例的水泥、砂子和碎石均匀揽拌后,通过混凝±喷射机与水混 合后W较高速度(30-100m/s)喷射到围岩表面上并快速凝结硬化而形成的支护层。由于混 凝±是在一定压力下喷射的,使砂、石骨料和水泥颗粒重复碰撞冲击,相当于受到连续的冲 实和压密,而且喷射工艺又可W使用较小的水灰比,该就保证了喷射混凝上具有较高的物 理力学性能。喷射混凝±在对存留巧塌渣16进行固结灌浆处理后进行。

[0034] 同样为了进一步加固洞室9,在进行步骤b之后且进行步骤C之前,往围岩15内 插入支护错杆3 ;在步骤C中将拱形梁5与支护错杆3连接。支护错杆3与"喷错支护"中 的错杆相同,支护错杆3与加强错杆4的区别是,加强错杆4主要作用是与拱形梁5 -起作 用将存留巧塌渣16和围岩15连成一体。支护错杆3的作用是将错杆对围岩的支护主要有 W下几种作用;a、悬吊作用即在块状结构或裂隙岩体中,使用错杆可将松动的岩块固定在 稳定的岩体上,阻止松动块体的滑移和塌落,或者把由节理切割成的岩块连接在一起,错杆 本身受到松动块体的拉力作用。b、减跨作用即在隧道顶板岩层中插入错杆,相当于在顶板 中增加了支点,使隧道跨度缩短,从而使顶板的围岩15应力减小,起到维护围岩15定的作 用。C、组合作用即在层状结构,尤其是薄层状结构的围岩中打入错杆,把若干薄层岩层错固 在一,组合成一厚层的板或梁,从而提高了围岩15的整体承载能力,起到加固围岩的稳定 作用。4、挤压作用即挤压作用采用预应力系统错杆加固围岩,其两端附近岩体形成圆锥形 挤压区。按一定间距排列的错杆在预应力作用下形成一个均匀的挤压带,形成承载拱,起拱 形支架的作用。支护错杆3较加强错杆4更长。

[0035] 为了便于排水,避免水降低存留巧塌渣16的强度,;在步骤f之后进行步骤g,步 骤g包括在存留巧塌渣16内钻出有与洞室9连通的排水孔。排水孔大小为Cp 50至巧76, 排水孔应穿过固结巧塌渣6延伸至松散巧塌渣7。

[0036] 为了避免塌腔12顶部塌方,塌腔12上部没有填充存留巧塌渣16的部分为空腔8 ; 进行步骤f之前且进行步骤g之前,在形成空腔8的围岩15内设置空腔支护错杆13 ;在 形成空腔8的围岩15表面喷射混凝±,混凝±形成空腔混凝±层11。本段操作的实施方式 与"喷错支护"相同,本段操作应开挖通道进入空腔8内部进行。

[0037] 为了避免空腔8内进水降低存留巧塌渣16的强度,步骤g包括在形成空腔8的围 岩15内设置排水装置14。排水装置14主要包括均布的排水孔W及排水沟。

[003引为了能够随时监测到洞室9和空腔8内可能出现的塌方,便于及时修复洞室9 ;步 骤g包括在洞室9和空腔8内设置巧塌检测装置。监测装置主要包括塌腔内的错杆应力计 及测缝计等。

Claims (9)

1. 地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于包括如下步骤: a、 清理洞室(9)内的坍塌渣,清理量以能够避免存留坍塌渣(16)掉落为准; b、 往存留坍塌渣(16)和存留坍塌渣(16)两侧的围岩(15)内插入加强锚杆(4),各加 强锚杆(4)靠近洞室顶拱(2) -端位于洞室(9)同一横截面内,存留坍塌渣(16)和存留坍 塌渣(16)两侧的围岩(15)内均至少插入一件加强锚杆⑷; c、 将形状与洞室顶拱(2)横截面形状匹配的拱形梁(5)与所有加强锚杆(4)连接并使 拱形梁(5)与洞室顶拱(2)贴合; d、 对存留坍塌渣(16)进行系统固结灌浆处理; e、 重复步骤a至d直至洞室(9)内的坍塌渣全部清理。
2. 根据权利要求1所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:步骤b 中加强锚杆(4)沿垂直于洞室顶拱(2)方向插入。
3. 根据权利要求2所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:前后两 次进行步骤c时,设置的拱形梁(5)间距为50至100mm。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在 于:在步骤e之后进行步骤f,步骤f•包括往洞室顶拱(2)表面喷射混凝土,混凝土形成混 凝土层(10),混凝土层(10)至少覆盖存留坍塌渣(16)、存留坍塌渣(16)附近的围岩(15) 和拱形梁(5)。
5. 根据权利要求4所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:在进行 步骤b之后且进行步骤c之前,往围岩(15)内插入支护锚杆(3);在步骤c中将拱形梁(5) 与支护锚杆(3)连接。
6. 根据权利要求5所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:在步骤f 之后进行步骤g,步骤g包括在存留坍塌渣(16)内钻出有与洞室(9)连通的排水孔。
7. 根据权利要求6所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:塌腔 (12)上部没有填充存留坍塌渣(16)的部分为空腔(8);进行步骤f之后且进行步骤g之 前,在形成空腔⑶的围岩(15)内设置空腔支护锚杆(13);在形成空腔⑶的围岩(15) 表面喷射混凝土,混凝土形成空腔混凝土层(11)。
8. 根据权利要求7所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:步骤g 包括在形成空腔(8)的围岩(15)内设置排水装置(14)。
9. 根据权利要求8所述的地下洞室顶拱塌方后的衬砌处理方法,其特征在于:步骤g 包括在洞室(9)和空腔(8)内设置坍塌监测装置。
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