CN103993892A - 一种用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，包括步骤1采用钢管在底层隧道内搭接一个拱形支架；在拱形支架顶部的底层隧道上钻孔；步骤2在拱形支架的拱顶钻孔的部分施做小管棚；步骤3在施做小管棚支护的同时，利用超前小导管采用错层的方式对隧道顶拱开展超前加固处理；步骤4开挖隧道；步骤5隧道开挖后，每循环及时进行初期支护施工；步骤6隧道洞身开挖支护完成后，进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬跟进。该方法能够有效地减少隧道围岩变形、持久地提高隧道自稳与防渗能力、形成多功能围岩加固区域，保证隧道施工人员安全和设备的优点。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，尤其一种软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法。
背景技术
在软弱破碎不均匀地层中，进行隧道施工，极易造成隧道围岩变形过大，甚至落石、坍塌等地质灾害发生，从而危及施工人员生命安全和损坏生产设备。软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，主要是一种将小管棚支护与错层超前小导管预加固组合的支护方法。然而，通过小管棚支护虽然减少隧道掌子面上覆的土压力、减小拱顶和地表沉降以及提高围岩自稳能力，但是存在止水效果一般且由于纵向搭接设置第二排管棚难度大等不足；与此同时，超前小导管预加固虽然可以实现隧道围岩预加固、防渗、堵漏的目的，但是其加固范围相对较小、作用时间较短、提高隧道围岩自稳能力有限、控制地表沉降的效果一般，注浆效果不均匀，就不能有效形成加固范围，从而可靠性降低。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，该方法能够有效地减少隧道围岩变形、持久地提高隧道自稳与防渗能力、形成多功能围岩加固区域，保证隧道施工人员安全和设备的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，包括以下步骤:
步骤1采用钢管在底层隧道内搭接一个拱形支架，在拱形支架顶部的隧道围岩内钻孔；
步骤2在拱形支架的拱顶钻孔的部分施做小管棚；
步骤3在施做小管棚支护的同时，利用超前小导管采用错层的方式对隧道顶拱开展超前加固处理；且上、下两层超前小导管采用梅花桩布设。
步骤4开挖隧道；
步骤5隧道开挖后，每循环及时进行初期支护施工；
步骤6隧道洞身开挖支护完成后，进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬跟进。
所述的步骤1中所述的拱形支架采用外径70mm，长10m的无缝钢管搭建，且相连的无缝钢管的纵向间距为7m，搭接长度为3m。
所述的小管棚在拱顶150°范围布设，且环向间距(指小管棚布设时钻孔之间的间距)为30cm，外插角3°～5°。
步骤1所述的钻孔前(施做小管棚需钻孔)，由测量进行定位，采用红漆进行标识；确保孔位满足设计要求。每孔均要进行终孔检查，孔位的偏差、终孔端的偏移值不大于10cm，并不许侵入开挖周边，对于弯曲、偏移过量孔应填充后重钻；采用跳位钻孔法钻孔，并钻一孔安设一孔，以防坍孔。
在对步骤1所述的小管棚的钢管进行管内注浆时，要安设排气管，并使终压值达到1.0MPa，并稳定5min。
所述的注浆浆液采用水灰比为0.5:1～1:1的水泥浆。
所述的水灰比就是拌制水泥浆、砂浆、混凝土时所用的水和水泥的重量之比。
所述的小管棚的钢管施工误差控制在径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm；
所述的小管棚工作室长*宽为(即小管棚施工的工作空间)0.3m*1.4m。
所述的步骤3中超前小导管长7.0m，上、下两层采用梅花桩布设，环向间距(指超前小导管布设时钻孔之间的间距)0.3m；2榀1打，外插角为3°～10°，每环30根，具体步骤如下：
3-1将超前小导管前端加工成尖锥状，管壁上按照设计要求设有出浆孔；
3-2按照梅花形设计要求在开挖面上准确设定本循环需设的小导管的位置；
3-3采用风钻进行钻孔，超前小导管外插角严格按照设计要求施作，尾部与钢架焊接在一起，超前小导管与线路中线(线路中线是指隧道内路面板的中心线)方向平行；
3-4小导管由顶头顶进，顶进钻孔长度不小于管长的90％，钢管顶进时，保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接；
3-5检查小导管孔口是否达到密闭标准，以防漏浆；
3-6小导管尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起。
3-7采用注浆机注浆，浆液按照设计要求进行配制，注浆压力为0.5～1.0MPa，按单管达到要求注浆量作为结束标准，注浆结束后，将管口封堵。
步骤4所述的的隧道开挖采用台阶法开挖，围岩爆破采用光面爆破，开挖进尺按0.5m控制。开挖过程中，做到“挖一榀、支一榀、喷一榀”。
所述的步骤5中隧道开挖后，断面初期支护采用I18或I22工字钢拱架，纵向间距0.5m；全断面设置Ф820cmX20cm(工程中代表相等中心距或钢筋之间的间距)双层钢筋网；喷C25，P6混凝土(喷射混凝土强度等级为C25，混凝土抗渗等级为P6)，厚30cm。
本发明的工作原理为：
通过小管棚支护，持久地提高隧道自稳，有效地减少隧道围岩变形；与此同时，错层小导管预加固可以形成锯齿状防渗加固体，提高防渗与堵漏能力，形成多功能围岩防渗加固区域。
本发明的有益效果为：
该方法是将超前小导管按照梅花桩型式错层布设，并且与小管棚支护相结合，对于降低施工难度和成本，提高隧道自稳能力都起到重要作用。(1)隧道围岩稳定性方面：不仅可以减少了软弱破碎不均匀地层隧道围岩变形，提高了隧道围岩自稳能力，而且通过错层超前小导管预加固使其隧道顶部形成锯齿形防渗加固连续体，对于隧道围岩预加固、防渗、堵漏起到重要作用，最终形成多功能围岩防渗加固区域。(2)施工方面：采用小管棚支护，相比大管棚支护节省成本，降低了施工难度，且施工进度易于掌握；而采用错层超前小导管预加固，是在已有超前小导管预加固技术上的创新布设型式，其施工过程简单。
综上所述，将超前小导管按照梅花桩型式错层布设与小管棚支护相结合的隧道围岩支护方法，在隧道围岩稳定加固方面，不仅可以减少隧道掌子面上覆的土压力、减小拱顶和地表沉降以及提高围岩自稳能力，而且可以实现隧道围岩预加固、防渗、堵漏的目的，最终形成多功能围岩防渗加固区域，减少隧道地质灾害的发生，保证施工人员和生产设备的安全；与此同时，该方法不仅降低了施工成本和难度，而且施工工艺简单易于施工人员操作，提高了工作效率，支护效果优异。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的纵断面图。
其中，1、隧道衬砌；2、钢管；3、超前小导管；4、钢拱架。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，一种用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，包括在隧道衬砌1设置的钢拱架4、钢管2、超前小导管3，隧道围岩支护步骤如下：
(1)小管棚支护
采用外径70mm，长10m的无缝钢管，纵向间距7m，搭接长度3m，小管棚在拱顶150°范围打设，环向间距为30cm，外插角3°～5°；钢管施工误差控制在径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm；小管棚工作室尺寸0.3m*1.4m。
钻孔前，由测量进行定位，采用红漆进行标识。确保孔位满足设计要求。每孔均要进行终孔检查，孔位的偏差、终孔端的偏移值不大于10cm，并不许侵入开挖周边，对于弯曲、偏移过量孔应填充后重钻。采用跳位钻孔法钻孔，并钻一孔安设一孔，以防坍孔。
管内注浆(对小管棚支护所用的钢管内进行注浆加固)，一定要安设排气管，并使终压值达到1.0MPa，并稳定5min。浆液配制一定要严格计量，注浆浆液采用水灰比0.5:1～1:1的水泥浆。
(2)错层超前小导管预加固
在施做小管棚支护的同时，采用Ф42超前小导管对隧道顶拱开展超前加固处理，超前小导管长7.0m，上下两层采用梅花桩布设，环向间距0.3m，立两2榀1打(钢拱架按榀单位计算，树立两榀之后，在小管棚上施做超前小导管)1个孔，外插角(就是超前小导管与小管棚之间的夹角)3°～10°，每环30根，注浆压力为0.5～1MPa。
小导管前端加工成尖锥状，管壁上出浆孔位置及大小按设计要求进行加工。按照设计要求在开挖面上准确画出本循环需设的小导管的位置。采用风钻进行钻孔，超前小导管外插角严格按照设计要求施作，尾部与钢架焊接在一起，超前小导管与线路中线方向大致平行。钢管由专用顶头顶进，顶进钻孔长度不小于管长的90％，钢管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接；注浆前导管孔口先检查是否达到密闭标准，以防漏浆；钢管尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起。采用注浆机压注浆，浆液根据设计要求进行配制，注浆压力为0.5～1.0MPa，按单管达到设计要求注浆量作为结束标准，注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。
(3)隧道开挖
隧道开挖采用台阶法开挖，围岩爆破采用光面爆破，开挖进尺按0.5m控制。开挖过程中，做到“挖一榀、支一榀、喷一榀”。
(4)初期支护
隧道开挖后，每循环及时进行初期支护施工。断面初期支护采用I18或I22工字钢拱架，纵向间距0.5m；全断面设置Ф820cmX20cm双层钢筋网；喷C25，P6混凝土，厚30cm。
(5)仰拱开挖及二衬施工
隧道洞身开挖支护完成后，及时进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬及时跟进，衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1采用钢管在底层隧道内搭接一个拱形支架；在拱形支架顶部的底层隧道上钻孔；
步骤2在拱形支架的拱顶钻孔的部分施做小管棚；
步骤3在施做小管棚支护的同时，利用超前小导管采用错层的方式对隧道顶拱开展超前加固处理；
步骤4开挖隧道；
步骤5隧道开挖后，每循环及时进行初期支护施工；
步骤6隧道洞身开挖支护完成后，进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬跟进。
2.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，所述的步骤1中所述的拱形支架采用外径70mm，长10m的无缝钢管搭建，且相邻的无缝钢管的纵向间距为7m，搭接长度为3m。
3.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，在步骤1所述的钻孔前，由测量进行定位，并标识；确保孔位满足设计要求；每孔均要进行终孔检查，孔位的偏差、终孔端的偏移值不大于10cm，并不许侵入开挖周边，对于弯曲、偏移过量孔应填充后重钻；采用跳位钻孔法钻孔，并钻一孔安设一孔，以防坍孔。
4.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，所述的小管棚在拱顶150°范围打设，且环向间距为30cm，外插角3°～5°。
5.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，在对步骤2所述的小管棚的钢管进行管内注浆时，要安设排气管，并使终压值达到1.0MPa，并稳定5min。
6.如权利要求5所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，所述的注浆浆液采用水灰比0.5:1～1:1的水泥浆。
7.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，所述的小管棚的钢管施工误差控制在径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm；所述的小管棚工作室尺寸0.3m*1.4m。
8.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，步骤3所述的超前小导管长7.0m，上、下两层采用梅花桩布设，环向间距0.3m；2榀1打，外插角为3°～10°，每环30根，注浆压力为0.5～1MPa，具体步骤如下：
3-1将超前小导管前端加工成尖锥状，管壁上按照设计要求设有出浆孔；
3-2按照梅花形设计要求在开挖面上准确设定本循环需设的小导管的位置；
3-3采用风钻进行钻孔，超前小导管外插角严格按照设计要求施作，尾部与钢架焊接在一起，超前小导管与线路中线方向平行；
3-4小导管由专用顶头顶进，顶进钻孔长度不小于管长的90％，钢管顶进时，保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接；
3-5检查小导管孔口是否达到密闭标准，以防漏浆；
3-6小导管尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起；
3-7采用注浆机注浆，浆液按照设计要求进行配制，注浆压力为0.5～1.0MPa，按单管达到要求注浆量作为结束标准，注浆结束后，将管口封堵。
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10.如权利要求1所述的用于软弱破碎不均匀地层隧道施工的支护方法，其特征在于，所述的步骤5中隧道开挖后，断面初期支护采用I18或I22工字钢拱架，纵向间距0.5m；全断面设置Ф820cmX20cm双层钢筋网；喷C25，P6混凝土，混凝土的厚度30cm。
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