CN103410529A

CN103410529A - 一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构及施工方法

Info

Publication number: CN103410529A
Application number: CN2013103829318A
Authority: CN
Inventors: 邹金锋; 李亮; 赵炼恒; 但汉成; 许渊; 谢荣福; 李帅帅; 程肖
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: CN103410529B

Abstract

本发明公开了一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构及施工方法。为了解决在软弱围岩内开挖隧道时，增大拱脚或增设锚杆影响原有地质结构的问题，所述隧道支撑拱脚加固结构包括位于隧道内的支撑拱，所述支撑拱的拱脚通过多根连接管固定在围岩底壁上，相邻两根连接管之间的角度为5°~60°；所述支撑拱的上部通过多根连接管固定在围岩侧壁上。本发明易于实施、效果良好、工省料、造价低、适应范围广，该施工方法工艺简单、操作方便、人工成本小。

Description

一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构及施工方法，尤其涉及一种对于围岩自稳能力较弱隧道的加固结构及施工方法。

背景技术

一般来说，软弱围岩主要有两种：一类是大型断层和风化强烈地带的岩体，其地质结构面发育良好，但其岩体近似破碎。另一类属于块体强度较低，泥岩，黄土等属于此类。在这种地段开挖隧道的话，由于围岩相对软弱，对于施工来说，必须采用相对应的支护和衬砌，尤其在容易发生应力集中的拱脚处，更应该采取适当的措施，保证其安全性和稳定性。

目前常常为此采用的拱脚加固方法主要有：在对隧道完成支护之后，对两侧拱脚底施喷一定数量的混凝土挡脚，增设大拱脚，增加上断面支护结构支撑面积，增设锁脚锚杆等，但是这些方法均存在着各式各样的不足，如对围岩的扰动较大等。因此，迫切需要一种在不影响原有结构的基础上，对拱脚进行增强，保证其安全稳定性的新型技术和施工方法。

发明内容

为了克服在软弱围岩内开挖隧道时，增大拱脚或增设锚杆影响原有地质结构的不足，本发明旨在提供一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构及其施工方法，该支撑拱脚加固结构易于实施、效果良好、工省料、造价低、适应范围广，该施工方法工艺简单、操作方便、人工成本小。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，包括位于隧道内的支撑拱，其结构特点是，所述支撑拱的拱脚通过多根连接管固定在围岩底壁上，相邻两根连接管之间的角度为5°~60°；所述支撑拱的上部通过多根连接管固定在围岩侧壁上。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

进一步地，每根连接管置于围岩内的一端呈锥形。

为了实现连接管与围岩体稳固地连接，拱脚处的连接管置于围岩内的部分的管壁上开有压浆孔。更进一步地，所述压浆孔的孔径为4mm-20mm。

所述支撑拱包括上拱和分别通过连接板与上拱两端相连的仰拱；位于拱脚处的多根连接管均固定在所述连接板上，位于支撑拱上部的连接管则与支撑拱焊接在一起。

所述连接管中，部分连接管垂直于地面围岩，另一部分连接管与围岩侧壁呈一定角度。

进一步地，本发明还提供了一种如上所述用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构的施工方法，其包括如下步骤：

1）在围岩内开挖放置支撑拱的空间；

2）将支撑拱安装在围岩内，

3）在围岩的底壁和侧壁上钻直径和长度均小于连接管的孔；

4）将多根连接管对应打入所述钻孔内；

5）将部分连接管焊接在支撑拱的上部，将部分连接管通过连接板焊接在所述支撑拱的拱脚处；

6）对拱脚处的连接管、支撑拱的上部的连接管及支撑拱进行灌浆处理。

进一步地，对于围岩强度较差的区域，在多根连接管装入所述钻孔前，对连接管置于钻孔内的部分的周向钻多个压浆孔，孔径为4mm-20mm；然后将多根连接管装入所述钻孔内，并向连接管内灌浆。

进一步地，向连接管内灌浆的浆料为水泥浆液。

藉由上述结构，本发明采用钢支撑拱脚加固处理结构，该结构由数根热轧无缝钢管和钢桁架连接矩形钢板构成。无缝钢管采用热轧无缝钢管，钢管前段采取类尖锥状，尾部固定在钢板或者钢架上，打入的钢管有注浆和不注浆两种模式，对于围岩状况好一些的情况，可以选择直接打入钢管，省略注浆这一环。对于围岩状况较次的情况，则需要对钢管进行注浆。钢管的注浆采用水泥浆液（具体由现场状况确定），管壁四周钻半径4mm-20mm的压浆孔。但保证尾部有一定长度不设压浆孔。在钢花管的布置中，采取对称布置，各钢管之间成5-60°的夹角，保证其能保证安全和稳定性能。

本发明上述的注入围岩的钢管和连接矩形钢板的特点是：钢管的尖端部分互成一定角度注入围岩深处，另一端固定在矩形钢板上，并且注入围岩深处的部分一定长度内钻有均匀的小孔，因此注浆可以通过小孔与周边的围岩进行粘结，使整个钢花管的强度提高，加固拱脚围岩的强度。对于围岩强度较高的环境，可以选择直接找好位置直接打入钢管而不注浆，利用其本身的强度对围岩进行加固。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的支撑拱脚加固结构易于实施、效果良好、工省料、造价低、适应范围广，经过下面实例的实施可以得到其拱脚支撑强度提高了将近20-40%，且打入围岩内部的连接钢管并没有对围岩本身产生较大扰动，其稳定性较无连接钢管时几乎没有变化。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图；

图2是所述连接管的局部布置图。

在图中

1,2,3,4,6-连接管； 5-支撑拱；7-连接板； 8-压浆孔。

具体实施方式

一种钢支撑拱脚加固结构及施工方法，如图1和图2所示，隧道洞口的设计埋深为左洞8.79m，右洞10.46m，边仰坡左洞约17m，右洞约18m。隧道洞口段约100m为亚粘土覆盖层和强风化花岗岩破积层，围岩自稳能力差，成洞困难。因此采用在完成基本的支护后，对拱脚位置处进行钢支撑加固处理，将8根作为连接管1,2,3,4的无缝钢管（4根垂直打入地下围岩，4根呈一定角度打入围岩）的尖端部分分别打入两侧，另一端焊接在作为连接板7的钢拱架连接矩形钢板上，再将水泥浆液灌入钢管内，使水泥浆液通过预先在钢管上打好的小孔与围岩粘结在一起，增强围岩的稳定性。

具体操作如下：

（1）按照《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）的规定摆放提醒标志、交通锥、标志标牌等，进行施工做业区的施工安全。

（2）在预定位置钻孔。具体方法为：钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，先确定垂直于2个钢管（1号和2号）钻孔的位置，确保其相距为0.2m且与隧道轴向平行，再在距离其水平0.358m处的围岩上分别确定另外2个钢管的钻孔位置（3号和4号），确保1号和3号、2号和4号在轴向上分别成15°角。确保桩位准确无误。然后用钻机钻孔，钻孔至设计标高后，对孔底岩样、孔径、孔深进行自检，合格后进行清孔。另一侧操作同此步骤。

（3）取4根外径为42mm，壁厚为3.5mm的热轧无缝钢管（1号、2号、3号、4号），将钢管从尖锥部分开始四周钻出半径为8mm的压浆孔，但靠近尾部1m的部分不设压浆孔。钻好检查后将其对应钻孔打入围岩内。另一侧操作同此步骤。

（4）灌入添加水玻璃的水泥浆液。具体方法为：浆液应搅拌均匀，过筛，随搅随用，用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止注浆，另一侧操作同此步骤。

（5）待灌浆结束后，采用长为0.5m，宽为0.2m的作为连接板的钢桁架连接矩形钢板7将1、2、3、4号钢管与整体的钢管花焊接在一起。待整体桁架完成后进行喷浆作业。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims

1. 一种用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，包括位于隧道内的支撑拱（5），其特征是，所述支撑拱（5）的拱脚通过多根连接管（1,2,3,4）固定在围岩底壁上，相邻两根连接管（1,2,3,4）之间的角度为5°~60°；所述支撑拱（5）的上部通过多根连接管（6）固定在围岩侧壁上。

2. 根据权利要求1所述的用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，其特征是，每根连接管（1,2,3,4,6）置于围岩内的一端呈锥形。

3. 根据权利要求1所述的用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，其特征是，拱脚处的连接管（1,2,3,4）置于围岩内的部分的管壁上开有压浆孔（8）。

4. 根据权利要求3所述的用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，其特征是，所述压浆孔（8）的孔径为4mm-20mm。

5. 根据权利要求1~4之一所述的用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，其特征是，所述支撑拱（5）包括上拱和与上拱两端焊接相连的仰拱；位于拱脚处的多根连接管（1,2,3,4）均固定在所述连接板（7）上，位于支撑拱上部的连接管（6）则与支撑拱焊接在一起。

6. 根据权利要求1~4之一所述的用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构，其特征是，所述连接管（1,2,3,4）中，部分连接管垂直于地面围岩，另一部分连接管（6）与围岩底壁呈一定角度垂直打入围岩侧壁。

7. 一种如权利要求1-6之一所述用于软弱围岩的隧道支撑拱脚加固结构的施工方法，其特征是，包括如下步骤：

1）在围岩内开挖放置支撑拱（5）的空间；

2）将支撑拱（5）安装在围岩内，

3）在围岩的底壁和侧壁上钻直径和长度均小于连接管（1,2,3,4,6）的孔；

4）将多根连接管（1,2,3,4,6）对应打入所述钻孔内；

5）将部分连接管（6）焊接在支撑拱的上部，将部分连接管（1,2,3,4）通过连接板（7）焊接在所述支撑拱（5）拱脚处；

6）对拱脚处的连接管（1,2,3,4）、支撑拱的上部的连接管（6）及支撑拱（5）进行灌浆处理。

8. 根据权利要求7所述的施工方法，其特征是，在多根连接管（1,2,3,4）装入所述钻孔前，对连接管（1,2,3,4）置于钻孔内的部分的周向钻多个压浆孔（8），孔径为4mm-20mm；然后将多根连接管（1,2,3,4）装入所述钻孔内，并向连接管（1,2,3,4）内灌浆。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征是，向连接管（1,2,3,4）内灌浆的浆料为水泥浆液。