CN104389628A - 滑坡地段隧道加固装置及加固施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有滑坡地段隧道加固技术中存在的问题，公开了一种滑坡地段隧道加固装置及加固施工方法，该滑坡地段隧道加固装置包括预加固桩、冠梁、初期支护钢拱架以及预应力拉紧装置；预加固桩设置在滑坡地段隧道两侧的拱脚部位；预加固桩是多根；冠梁设置在滑坡地段隧道同一侧的所有预加固桩的顶部；初期支护钢拱架设置在滑坡地段隧道两侧的冠梁之上；预应力拉紧装置的一端设置在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端与初期支护钢拱架相连；预应力锚索与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。本发明提供一种结构设计合理、力学性能好、步骤简单、可操作性强以及工程造价低的滑坡地段隧道加固装置及施工方法。

Description

滑坡地段隧道加固装置及加固施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程地质灾害防治技术领域，涉及一种滑坡地段隧道加固装置及加固施工方法。

背景技术

近年来，随着我国交通建设事业的不断发展，高速公路隧道越来越多，由于受地形条件的限制，其不可避免要穿越滑坡体、软弱破碎带等特殊地层。滑坡作为最主要的地质灾害之一，其具有多样性、复杂性、危害大等特点，一直是工程界研究的热点问题。

滑坡地段隧道施工对滑坡体自身影响较大，具体体现在：首先，在开挖过程中极易引起滑坡体内应力场和位移场发生调整，岩体内节理、裂隙逐步扩展，从而引起滑坡体的长期蠕变；其次，当原坡体为老滑坡体时，隧道的开挖将削弱滑坡体的支撑力，同时改变了滑坡体的应力场及渗流场，极易引起老滑坡体复活。对于在役滑坡地段隧道，由于降雨、地下水位升降等因素的影响，滑坡体自重和下滑力增大，抗滑力减小。滑坡体的失稳将直接导致隧道发生不同程度的病害，如衬砌开裂、变形、片帮、坍塌、整体移动等，从而严重影响隧道的行车安全及正常运营。

目前，滑坡地段隧道常用的加固措施主要有减重反压、支挡措施、隧道围岩预加固等。其中最常用的支挡措施主要采用抗滑桩支挡，其利用抗滑桩在滑坡中形成一个安全岛，使隧道位于隔离区域中，不受滑坡的影响；但该方案仅对隧道外部滑坡体进行加固处理，是一种被动方法，对于深层大型滑坡，尤其是地质条件恶劣、滑坡推力较大的滑坡，其加固效果并不理想，力学性能不稳定，且施工成本较高。隧道围岩预加固主要采用注浆、锚杆等方法改善围岩力学参数，减小隧道支护结构的受力，但由于其成本较高、治理效果差，仅可作为一种辅助措施。总之，从力学性能、经济效益等方面综合考虑，现有滑坡地段隧道加固技术已不能适应隧道工程建设的发展。

发明内容

本发明针对现有滑坡地段隧道加固技术中存在的问题，提供一种结构设计合理、力学性能好、步骤简单、可操作性强以及工程造价低的滑坡地段隧道加固装置及加固施工方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述滑坡地段隧道加固装置包括预加固桩、冠梁、初期支护钢拱架以及预应力拉紧装置；所述预加固桩设置在滑坡地段隧道两侧的拱脚部位；所述预加固桩是多根；所述冠梁设置在滑坡地段隧道同一侧的所有预加固桩的顶部；所述初期支护钢拱架设置在滑坡地段隧道两侧的冠梁之上；所述预应力拉紧装置的一端设置在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端与初期支护钢拱架相连；所述预应力拉紧装置与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。

作为优选，本发明所采用的预应力拉紧装置包括注浆体、预应力锚索、角度板、工字钢、钢垫板以及锚头；所述预应力锚索的一端通过注浆体固定在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端依次安装角度板、工字钢、钢垫板以及锚头；所述锚头与初期支护钢拱架相连；所述预应力锚索与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。

作为优选，本发明所采用的预应力锚索是7根直径为15.2mm的钢绞线；所述钢绞线是由5根钢丝绞合而成的低松弛高强度钢绞线；所述预应力锚索的竖向间距不大于1.0m，其水平间距与滑坡地段隧道同一侧的相邻两个预加固桩的间距相同。

作为优选，本发明所采用的注浆体是采用M35水泥砂浆所形成的水泥砂浆注浆体；所述注浆体在滑坡地段隧道所在岩体中的长度不小于2.0m。

作为优选，本发明所采用的预加固桩是钻孔灌注桩；所述预加固桩的桩径为0.5m，所述滑坡地段隧道同一侧相邻两个预加固桩的间距与初期支护钢拱架间距一致；所述预加固桩嵌入滑坡地段隧道两侧的拱脚部位的深度不小于1.5m。

作为优选，本发明所采用的预加固桩的顶部设置有预埋套管，所述冠梁通过连接钢筋与预加固桩桩顶的预埋套管相连；所述冠梁的顶部设置有预埋套管，所述初期支护钢拱架通过连接钢筋与冠梁顶部的预埋套管相连。

作为优选，本发明所采用的连接钢筋规格选用直径范围是22mm～40mm，所述连接钢筋的剥肋直径范围是20.8±0.2mm～38.1±0.2mm；所述预埋套管的内径是22mm～40mm，对应外径是33mm～59mm。

作为优选，本发明所采用的冠梁的横截面尺寸不低于0.75m×0.5m。

一种基于如上所述的滑坡地段隧道加固装置的滑坡地段隧道加固施工方法，其特征在于：所述滑坡地段隧道加固施工方法包括以下步骤：

A)在滑坡地段隧道两侧的拱脚部位分别安装钻孔机，埋设护筒，制备泥浆，利用正循环或反循环的方法进行钻孔，对孔底岩屑、泥渣进行清理，灌注混凝土；

B)为保证预加固桩与冠梁的砼连接性能，将预加固桩的桩顶清理干净后涂刷2～3遍素水泥浆；将连接钢筋插入预先埋设在预加固桩桩顶的套管中，将连接钢筋与冠梁主筋进行绑扎；在冠梁顶部埋设套管；安装浇注模板，其中浇注模板的侧模高于冠梁截面；在浇注模板中浇注混凝土；

C)在滑坡地段隧道所在岩体的边墙以及拱肩部位打设钻孔，所述钻孔伸入滑坡地段隧道所在岩体的深度不低于2m；对钻孔进行清孔后，将预应力拉紧装置的一端插入钻孔内并与滑坡地段隧道所在岩体固定；

D)待钻孔内的固定强度不低于设计强度的80％时，对预应力拉紧装置的另一端进行张拉；所述张拉分为钢绞线单股预紧和预应力锚索整束张拉两个阶段，其中整束张拉采用五级张拉法，其张拉力分别对应设计预应力值的25％、50％、70％、100％以及110％；

E)待张拉完成后，切除预留张拉段，锚头涂刷防腐剂；

F)以冠梁为基底架设初期支护钢拱架，所述初期支护钢拱架底部设置连接钢筋，所述连接钢筋与步骤B)中在冠梁顶部预埋套管进行连接；将锚头与初期支护钢拱架焊接。

作为优选，本发明所提供的滑坡地段隧道加固施工方法在步骤F)之后还包括：

G)在距滑坡地段隧道所在岩体的滑坡体坡顶外缘5m以外的位置开挖截水沟，所述截水沟采用坐浆法分段砌筑，所述截水沟所用的砂浆宜采用M7.5砂浆；片石抗压强度应不小于30MPa，所述片石厚度不得小于150mm；所述截水沟的横断面是梯形；所述截水沟的深度以及底宽不小于0.5m。

本发明的优点是：

本发明所提供的加固装置利用预加固桩对隧道基底进行了加固，一方面将隧道基底荷载直接传递到底部基岩，极大的提高了隧道基底的承载力；另一方面预加固桩对整个滑坡体起到了“抗滑桩”的作用，提高了滑坡体的稳定性。冠梁使得所有预加固桩连接在一起，形成一个整体，共同承担上部荷载，其力学性能较好，整体稳定性较强。预应力锚索对滑坡体进行主动加固，增加了滑坡体的抗滑力，提高了岩体的自身强度和自稳能力；同时，通过预应力锚索锚头与初期支护钢拱架的焊接，不仅使隧道初期支护成为滑坡体支挡结构的一部分，保证了滑坡体的稳定性，而且使整个隧道作为抗滑结构而发挥其抗滑作用。综上所述，该装置应用于滑坡地段隧道加固时，有效提高了滑坡体的自身强度，增加了滑坡体的抗滑力，有效防止滑坡体失稳而引起隧道病害的产生，极大提高了滑坡地段隧道施工及运营的安全性。

同时，本发明针对滑坡地段隧道在施工过程中极易引起滑坡体局部复活、地面塌陷、偏压、软弱地基、碎裂围岩变形及塌方等工程地质问题，由于其对隧道施工及运营安全造成严重威胁，需对其进行加固处理，进而提供了一种滑坡地段隧道加固施工方法，该方法包括隧道两侧拱脚部位分别打设预加固桩、在隧道边墙、拱肩部位钻孔并安装预应力锚索、利用锚具进行张拉、在冠梁上连接初期支护钢拱架以及在距滑坡体坡顶外缘5m以外的位置开挖截水沟等步骤，较大幅度的提高了隧道基底的承载力，增加了滑坡体的抗滑力，提高了岩体的自身强度和自稳能力，有效改善滑坡地段隧道支护结构的力学性能，提高其整体稳定性，有效防止滑坡体失稳而引起隧道病害的产生，提高了滑坡地段隧道施工及运营的安全性，减小了滑坡地段隧道病害防治成本，提高了其经济效益。

附图说明

图1为本发明所提供的滑坡地段隧道加固装置的使用状态参考图；

图2为本发明所采用的预应力拉紧装置的结构示意图；

图3为本发明所采用的预应力拉紧装置中锚头的结构示意图；

图4为本发明所采用的预加固桩、冠梁以及初期支护钢拱架的横截面图；

图5为本发明所采用的预加固桩、冠梁、预应力锚索以及初期支护钢拱架的侧视图；

图6为本发明所采用的套管与连接钢筋连接的结构示意图；

附图标记说明如下：

1-岩体；2-滑坡体；3-截水沟；4-预加固桩；5-冠梁；6-初期支护；7-二次衬砌；8-预应力锚索；9-注浆体；10-角度板；11-工字钢；12-钢垫板；13-锚头；14-连接钢筋；15-套管；16-初期支护钢拱架。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明的结构及其施工方法做进一步的详细说明：

参见图1、图2、图3、图4以及图5，一种滑坡地段隧道加固装置主要由预加固桩4、冠梁5、预应力锚索8、截水沟3、注浆体9、角度板10、工字钢11、钢垫板12、锚头13、连接钢筋14、套管15、初期支护钢拱架16等组成。其中，预应力锚索8、注浆体9、角度板10、工字钢11、钢垫板12以及锚头13共同形成预应力拉紧装置。

预加固桩设置在滑坡地段隧道两侧的拱脚部位；预加固桩是多根；冠梁设置在滑坡地段隧道同一侧的所有预加固桩的顶部；初期支护钢拱架设置在滑坡地段隧道两侧的冠梁之上；预应力拉紧装置的一端设置在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端与初期支护钢拱架相连；预应力拉紧装置与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。

预应力拉紧装置包括注浆体、预应力锚索、角度板、工字钢、钢垫板以及锚头；预应力锚索的一端通过注浆体固定在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端依次安装角度板、工字钢、钢垫板以及锚头；锚头与初期支护钢拱架相连；预应力锚索与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。

预应力锚索8为7根Φ15.2mm钢绞线；预应力锚索8竖向间距为1.0m，水平间距为0.65m，其设置角度宜与岩体1倾向平行。

预应力锚索8一端通过注浆体9固定在岩体内，另一端依次安装角度板10、工字钢11、钢垫板12、锚头13，并利用锚具进行张拉。

注浆体9的注浆材料宜采用M35水泥砂浆，注浆长度为2.0m。

预加固桩的顶部设置有预埋套管，冠梁通过连接钢筋与预加固桩桩顶的预埋套管相连(参见图6)；冠梁顶部设置有预埋套管，初期支护钢拱架通过连接钢筋与冠梁顶部的预埋套管相连。

连接钢筋14规格为Φ22mm，其剥肋直径为20.8±0.2mm；套管15内径为Φ22mm，对应外径为33mm。

预加固桩4设置在隧道两侧的拱脚部位，采用钻孔灌注桩，桩径为0.5m，纵向间距为0.65m，其嵌入隧道底部基岩的深度为1.5m。

冠梁5设置于预加固桩4的顶部，其横截面尺寸宜为0.75m×0.5m，其底部通过设置连接钢筋14与预加固桩4桩顶的预埋套管15进行连接。

截水沟3设置在滑坡体坡顶外缘5m处的位置，其横断面形式为梯形，深度、底宽均为0.5m。

本发明还提供了一种基于滑坡地段隧道加固装置的施工方法，其步骤是：

A.在隧道两侧拱脚部位分别安装小型钻孔机，埋设护筒，制备泥浆，利用正循环或反循环方法进行钻孔，对孔底岩屑、泥渣进行清理，灌注混凝土。

B.为保证预加固桩与冠梁的砼连接性能，将预加固桩的桩顶清理干净后涂刷2～3遍素水泥浆；将连接钢筋插入预先埋设在预加固桩桩顶的套管中，并将连接钢筋与冠梁主筋进行绑扎；在冠梁顶部埋设套管；安装浇注模板，其中浇注模板的侧模高于冠梁截面；在浇注模板中浇注混凝土；

C.在隧道边墙、拱肩部位打设Φ130mm的钻孔，其应进入隧道侧方基岩2m；清孔后，将锚索一段插入钻孔内；选用M35水泥砂浆从孔底开始注浆，注浆长度为2.5m。

D.在锚索另一端依次安装角度板、工字钢、钢垫板、锚头，待孔内砂浆强度达到设计强度80％以上即可进行张拉，张拉分为钢绞线单股预紧和预应力锚索整束张拉两个阶段，其中整束张拉采用五级张拉法，其张拉力分别为75kN、150kN、210kN、300kN、330kN。

E.张拉完成后，切除预留张拉段，锚头涂刷防腐剂。

F.以冠梁为基底架设初期支护钢拱架16，初期支护钢拱架16底部设置连接钢筋，与冠梁顶部预埋套管进行连接；将锚头与钢拱架进行焊接。

G.在距滑坡体坡顶外缘5m处的位置开挖截水沟，采用坐浆法分段砌筑，砂浆采用M7.5砂浆，片石抗压强度为30MPa，片石厚度不小于150mm。

由图1可知，预加固桩4将隧道基底荷载直接传递到底部基岩，极大的提高了隧道基底的承载能力，对隧道基底进行了加固；同时，预加固桩4对整个滑坡体2起到了“抗滑桩”的作用，提高了滑坡体2的稳定性。预应力锚索8对滑坡体2进行主动加固，增加了滑坡体2的抗滑力，提高了岩体的自身强度和自稳能力；同时，通过预应力锚索锚头13与初期支护钢拱架16的焊接，不仅使隧道初期支护6(初期支护6内部有二次衬砌7)成为滑坡体2支挡结构的一部分，保证了滑坡体2的稳定性，而且使整个隧道作为抗滑结构而发挥其抗滑作用。由图4可知，预加固桩4、冠梁5和初期支护钢拱架16之间利用连接钢筋和套管进行连接，形成一个整体，共同承担上部荷载，其力学性能较好，整体稳定性较强。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述滑坡地段隧道加固装置包括预加固桩、冠梁、初期支护钢拱架以及预应力拉紧装置；所述预加固桩设置在滑坡地段隧道两侧的拱脚部位；所述预加固桩是多根；所述冠梁设置在滑坡地段隧道同一侧的所有预加固桩的顶部；所述初期支护钢拱架设置在滑坡地段隧道两侧的冠梁之上；所述预应力拉紧装置的一端设置在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端与初期支护钢拱架相连；所述预应力拉紧装置与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。

2.根据权利要求1所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述预应力拉紧装置包括注浆体、预应力锚索、角度板、工字钢、钢垫板以及锚头；所述预应力锚索的一端通过注浆体固定在滑坡地段隧道所在岩体中，另一端依次安装角度板、工字钢、钢垫板以及锚头；所述锚头与初期支护钢拱架相连；所述预应力锚索与滑坡地段隧道所在岩体的倾向平行。

3.根据权利要求2所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述预应力锚索是7根直径为15.2 mm的钢绞线，所述钢绞线是由5根钢丝绞合而成的低松弛高强度钢绞线；所述预应力锚索设置的竖向间距不大于1.0m，其水平间距与滑坡地段隧道同一侧的相邻两个预加固桩的间距相同。

4.根据权利要求3所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述注浆体是采用M35水泥砂浆所形成的水泥砂浆注浆体；所述注浆体在滑坡地段隧道所在岩体中的长度不小于2.0 m。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述预加固桩是钻孔灌注桩；所述预加固桩的桩径为0.5 m，所述滑坡地段隧道同一侧相邻两个预加固桩的间距与初期支护钢拱架间距一致；所述预加固桩嵌入滑坡地段隧道两侧的拱脚部位的嵌入深度不小于1.5 m。

6.根据权利要求5所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述预加固桩的顶部设置有预埋套管，所述冠梁通过连接钢筋与预加固桩桩顶的预埋套管相连；所述冠梁的顶部设置有预埋套管，所述初期支护钢拱架通过连接钢筋与冠梁顶部的预埋套管相连。

7.根据权利要求6所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述连接钢筋规格选用直径范围是22 mm～40 mm，所述连接钢筋的剥肋直径范围是20.8±0.2  mm～38.1±0.2 mm；所述预埋套管的内径是22 mm～40 mm，对应外径是33 mm～59 mm。

8.根据权利要求7所述的滑坡地段隧道加固装置，其特征在于：所述冠梁的横截面尺寸不低于0.75 m×0.5 m。

9.一种基于如权利要求1-8任一权利要求所述的滑坡地段隧道加固装置的滑坡地段隧道加固施工方法，其特征在于：所述滑坡地段隧道加固施工方法包括以下步骤：

A）在滑坡地段隧道两侧的拱脚部位分别安装钻孔机，埋设护筒，制备泥浆，利用正循环或反循环的方法进行钻孔，对孔底岩屑、泥渣进行清理，灌注混凝土，在桩顶位置埋设套管；

B）将预加固桩的桩顶清理干净后涂刷2～3遍素水泥浆；将连接钢筋插入预先埋设在预加固桩桩顶的套管中，将连接钢筋与冠梁主筋进行绑扎；在冠梁顶部埋设套管；安装浇注模板，其中浇注模板的侧模高于冠梁截面；在浇注模板中浇注混凝土；

C）在滑坡地段隧道的边墙以及拱肩部位打设钻孔，所述钻孔伸入滑坡地段隧道所在岩体的深度不低于2 m；对钻孔进行清孔后，将预应力拉紧装置的一端插入钻孔内并与滑坡地段隧道所在岩体固定；

D）待钻孔内的固定强度不低于设计强度的80%时，对预应力拉紧装置的另一端进行张拉；所述张拉分为钢绞线单股预紧和预应力锚索整束张拉两个阶段，其中整束张拉采用五级张拉法，其张拉力分别对应设计预应力值的25%、50%、70%、100%以及110%； 

E）待张拉完成后，切除预留张拉段，锚头涂刷防腐剂；

F）以冠梁为基底架设初期支护钢拱架，所述初期支护钢拱架底部设置连接钢筋，所述连接钢筋与步骤B）中在冠梁顶部预埋套管进行连接；将锚头与初期支护钢拱架焊接。

10.根据权利要求9所述的滑坡地段隧道加固施工方法，其特征在于：所述滑坡地段隧道加固施工方法在步骤F）之后还包括：

G）在距滑坡地段隧道所在岩体的滑坡体坡顶外缘5 m以外的位置开挖截水沟，所述截水沟采用坐浆法分段砌筑，所述截水沟所用的砂浆宜采用M7.5砂浆；片石抗压强度应不小于30 MPa，所述片石厚度不得小于150 mm；所述截水沟的横断面是梯形；所述截水沟的深度以及底宽不小于0.5 m。