CN104632249A - 在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术 - Google Patents

在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术 Download PDF

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马建新
聂大丰
付支黔
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    • E21EARTH DRILLING; MINING
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明涉及一种在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,特别是一种应用于隧道施工领域的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术。本发明提供一种可以有效提高隧道的结构安全性能及隧道使用的耐久性,节约工程投资的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术。包括以下几个步骤:a、制作注浆小导管;b、向岩土体内插入注浆小导管;c、通过注浆小导管对隧道开挖轮廓线外周边岩土体进行径向注浆;由于省去了造孔的工序,解决了水泥砂浆锚杆施工成孔难的问题。通过径向注浆小导管注浆后,主动改善及提高松散破碎岩土体的力学性质后,变被动支护为主动支护,节约了工程投资,节约了施工时间,提高了隧道施工的安全性。

Description

在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术
技术领域
[0001] 本发明涉及一种在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,特别是一种应用于隧道施工领域的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术。
背景技术
[0002] 按照围岩划分:软弱破碎围岩及散体碎石土属于V〜VI级围岩。现有V〜V!级围岩隧道的支护方式为先施工超前小导管或超前大管棚等超前预支护后,然后采用适当的开挖方式对隧道开挖后及时进行其他初期支护工作。
[0003] 在软弱破碎围岩及散体碎石土中,现有的隧道系统支护方式为水泥砂浆锚杆支护。现有技术中水泥砂楽销杆用Φ22、Φ25、Φ 28的螺纹钢筋制作成销杆杆体,销杆杆体根据设计锚杆的长度在加工场截成需要的长度,一般长度为2.0至9.0m之间,然后在隧道内需要进行系统支护的地方用钻机钻好锚杆孔眼,再把提前制作好的锚杆杆体插入锚杆孔眼内,最后向孔内注浆,完成系统锚杆施工。
[0004] 现有技术中的不足之处:现有技术中隧道的系统支护采用水泥砂浆锚杆支护,存在问题是不好成孔,成孔时间长,费用高,且水泥砂浆锚杆的支护效果差。水泥砂浆锚杆的施工顺序为:①钻孔一②吹空一③向孔内插入钢筋(锚杆杆体)及注浆管和回浆管一④注浆一⑤堵塞孔口。水泥砂浆锚杆施工的第一步工作为钻孔。在软弱破碎围岩及散体碎石土中最不好施工的工序为“钻孔”,主要的问题为卡钻、塌孔,不好成孔。一般现场钻孔施工采用的钻具为风抢、钻杆、钻头。在钻头及钻杆钻进的过程中被石块卡住,钻不进去,也拔不出来,钻杆及钻头卡在某一个地方无法施工,成不了孔,无法进行后续其他工序的施工。这浪费了大量的施工时间,浪费了大量物力和财力。在钻孔的过程中易出现塌孔。“塌孔”是指钻好孔,拔出钻杆后,在向钻孔内插入锚杆杆体前或在插入的过程中,钻好的锚杆孔壁出现坍塌,堵住了孔眼。“塌孔”的后果是锚杆杆体不能顺利的插入,需要进行处理后再插入。“卡钻”和“塌孔”的通常解决办法:卡钻后,如果拔不出钻杆及钻头,则废弃之,然后在旁边重新使用新的钻杆及钻头重新钻孔,如果被卡住,则想办法拔出来,清孔后重新施钻,如果拔不出来,再废弃之,如此反复。或采用套管钻进。塌孔后,先用现场制作成端头带弯钩的Φ 12钢筋从孔内掏出塌落的石渣,然后吹空,疏通孔眼,如果此法不能解决问题,则换另外一种繁琐的方法解决。繁琐的方法为:向孔内反复注楽,使孔壁加固后,再反复钻进。即,钻进一段距离,拔出钻杆和钻头,向钻好的孔内注浆,并等注浆达到一定强度后,再重新对注浆孔进行钻孔,如此反复循环多次才能完成一个钻孔。很显然,现有的施工技术存在以下几个问题:
[0005] 水泥砂浆锚杆的作用是锚固岩体,对岩体锚固后,锚杆的主要力学性能为抗拉和抗剪。水泥砂浆锚杆的注浆量及注浆半径都是很小的。通常对水泥砂浆锚杆的注浆及受力要求是这样的:所注浆液充填钢筋与孔壁之间的空隙,通过水泥砂浆使钢筋与孔壁之间形成有效的连接,利用水泥砂浆与钢筋的握裹力及水泥砂浆与孔壁之间的摩擦力来达到对围岩的锚固作用。目前,对水泥砂浆锚杆施工质量的检测方法是抽样检测锚杆的拉拔力是不是满足设计要求值。在散体结构中,决定锚杆的拉拔力的是水泥砂浆与周边碎石土之间的摩擦力。在水泥砂浆锚杆施工中,通常不需要浆液大半径的扩散,因此,水泥砂浆锚杆的注浆没有达到对其周边破碎岩土的注浆加固作用。显然,在软弱破碎围岩及散体碎石土中水泥砂浆锚杆的支护没有充分利用岩土体的自身力学性能,为了达到水泥砂浆对软弱破碎围岩的加固效果,通常采用加长、加密锚杆,这是不经济的。另外,水泥砂浆锚杆的耐久性差。锚杆杆体不能全部被水泥砂浆包裹,钢材锈蚀后,水泥砂浆的锚固作用就失效,这使隧道的使用寿命减短,增加了运营期间工程病害处理的投入,同时危及交通安全。综上所述,现有技术中存在以下几个问题:一、施工时间长;二、不经济;三、可操作性差。四、水泥砂浆锚杆在散体结构中的力学性能较差,且不经济。因此现有技术中还没有一种可以有效提高隧道的结构安全性能及隧道使用的耐久性,节约工程投资的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效提高隧道的结构安全性能及隧道使用的耐久性,节约工程投资的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明采用的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,包括以下几个步骤:
[0008] a、制作注浆小导管;
[0009] b、向岩土体内插入注楽小导管;
[0010] C、通过注浆小导管对隧道开挖轮廓线外周边岩土体进行径向注浆;
[0011] 进一步的是,所述注浆小导管的长度范围为2.0m至4.5m。
[0012] 进一步的是,所述注浆小导管的尾部为锥形。
[0013] 进一步的是,在c步骤中,采用限量注浆的方法进行注浆。
[0014] 进一步的是,在c步骤中,注浆后使可注浆小导管下部到开挖轮廓线之间的松散破碎岩土体的浆液充填率达到70%以上。
[0015] 本发明的有益效果是:本发明的技术不需要钻孔,采用机械直接顶入或人工打入方式向松软破碎岩土体中安装注浆杆体,然后直接注浆加固岩体。小导管插入松散岩土后不再拔出,省去了造孔的工序,解决了水泥砂浆锚杆施工成孔难的问题。通过径向注浆小导管注浆后,使隧道开挖轮廓线外一定范围内的软弱破碎围岩或松散破碎岩土体通过浆液充填或基本充填破碎岩土体之间的裂隙及空隙后,使松散破碎岩土体颗粒及块体之间从无胶结变为有胶结,主动改善及提高松散破碎岩土体的力学性质后,再通过初期支护体系与隧道开挖轮廓线外注浆加固后的岩土体形成一个连续的受力体系,充分调动岩土体应有的力学性能来承受加固圈外的松弛压力及松散压力。本技术充分利用了岩土体的自身力学性能,变被动支护为主动支护,节约了工程投资,节约了施工时间,提高了隧道施工的安全性。
附图说明
[0016] 图1是注浆小管的布置示意图;
[0017] 图2是注浆小管沿隧道纵向的分布示意图;
[0018] 图3是注浆小管的结构示意图;
[0019] 图中零部件、部位及编号:注浆小导管1、隧道注浆加固圈内边线2、隧道注浆加固圈外边线3、钢拱架4、注浆孔5、尾部6。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0021] 如图1所示,为解决上述技术问题,本发明采用的为解决上述技术问题,本发明采用的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,包括以下几个步骤:
[0022] a、制作注浆小导管;
[0023] b、向岩土体内插入注楽小导管;
[0024] C、通过注浆小导管对隧道开挖轮廓线外周边岩土体进行径向注浆;
[0025] 如图1、图2及图3所示,插入到位的注浆小导管位于隧道注浆加固圈内边线、隧道注浆加固圈外边线之间,紧贴隧道注浆加固圈内边线的地方设置了钢拱架。径向注浆是指注浆小导管沿着待施工隧道的径向方向插入岩土体后进行注浆。由于采用了注浆小导管直接插入软弱破碎岩土体后注浆的施工方法,因此在施工过程中不需要钻孔,而是采用机械直接顶入或人工打入方式向松软破碎岩土体中安装注浆杆体,然后直接注浆加固岩体。小导管插入松散岩土后不再拔出,省去了造孔的工序,解决了水泥砂浆锚杆施工成孔难的问题。另一方面,通过径向注浆小导管注浆后,使隧道开挖轮廓线外一定范围内的软弱破碎围岩或松散破碎岩土体通过浆液充填或基本充填破碎岩土体之间的裂隙及空隙后,使松散破碎岩土体颗粒及块体之间从无胶结变为有胶结,主动改善及提高松散破碎岩土体的力学性质后,再通过初期支护体系与隧道开挖轮廓线外注浆加固后的岩土体形成一个连续的受力体系,充分调动岩土体应有的力学性能来承受加固圈外的松弛压力及松散压力。本技术充分利用了岩土体的自身力学性能,变被动支护为主动支护,节约了工程投资,节约了施工时间,提高了隧道施工的安全性。
[0026] 所述注浆小导管的长度范围为2.0m至4.5m。采用2.0至4.5m长的注浆小导管代替2.0至9.0m长的锚杆,系统支护长度变短,提高了施工的可操作性,也节约了投资。
[0027] 所述注浆小导管的尾部为锥形。尾部设置为锥形便于将注浆小导管插入松软破碎岩土体中。
[0028] 在c步骤中,采用限量注浆的方法进行注浆。采用限量注浆方式向松散破碎岩土体及破碎围岩中注入能固化的浆液,可以控制浆液充填或基本充填破碎岩土体之间的裂隙及空隙,使松散破碎岩土体颗粒及块体之间从无胶结变为有胶结,既能够主动改善及提高松散破碎岩土体的力学性能,又能够控制注浆量,避免了不必要的浪费,节约了投资
[0029] 在c步骤中,注浆后使可注浆小导管下部到开挖轮廓线之间的松散破碎岩土体的浆液充填率达到70%以上。选用前述的填充率,可以使浆液较好的填充破碎岩土体之间的裂隙及孔隙,使松散破碎岩土体颗粒及块体之间从无胶结变为有胶结,主动改善及提高松散破碎岩土体的力学性能。
[0030] 由于系统锚杆是对围岩锚固,而本发明是对围岩注浆加固。两种支护作用的机理有一定的区别。原技术是通过锚杆的抗拉、剪力学性能锚固岩土体,而本技术不但可以起到水泥砂浆锚杆抗拉及抗剪的力学性能,还可以起到对围岩的注浆加固作用,注浆加固改善及提高围岩的力学性能后,充分利用了原有围岩自身的强度来抵抗其周边的应力。
[0031] 本发明结构的耐久性远远超过原有技术的耐久性。在容易腐蚀的环境中,加固后岩石的耐久性远远超过钢材的耐久性。本技术提高了结构的安全性能。
[0032] 通过本发明对围岩加固后,可以减少二次衬砌厚度,可以优化节约工程投资。
[0033] 实施例:
[0034] 一、实施环境条件:浅埋及偏压或深埋条件下,开挖断面积为150m2以内各种断面的软弱破碎围岩及散体碎石土地质条件的隧道工程。根据开挖断面大小选择2.0m〜4.0m区间对应的注浆厚度。当隧道断面小时取小值,当断面大时取大值。
[0035] 二、在松散软弱破碎围岩隧道施工中,先对隧道进行超前预支护,然后开挖,开挖后及时进行初期支护。系统支护是隧道初期支护的一个重要组成部分。
[0036] 本技术小导管的施工工序为:制作注浆小导管一定位一向岩土体内插入注浆小导管一注浆一封堵注浆小导管后端部一完成注浆小导管施工。
[0037] 三、径向注浆小导管的制作要求:
[0038] 按照设计要求规格的钢管现场制作注浆小导管。小导管下料长度根据单根小导管的设计长度下料。如设计单根注浆小导管的长度为2.0m,则按照2.0m长小导管的要求下料。
[0039] 注浆小导管也叫“花管”。小导管的后端部大于等于30cm长不需要钻注浆孔,在导管的端部采用Φ8〜Φ 12圆钢与钢管焊接连接成铁箍,加固小导管端部。小导管前端制作成1cm〜15cm长度的锥形,此段不需要钻注浆孔。除两端部分外,中间部分管壁钻梅花孔。梅花孔沿钢管周壁设3排,每排孔间距15〜20cm,两排孔之间注浆孔梅花形布置。注浆孔大小为Φ6πιπι〜Φ8πιπι。注浆孔成孔采用现场气割成孔或采用机床钻孔成孔。
[0040] 四、径向注浆小导管的支护参数:
[0041] 小导管的支护参数根据实际工程地质条件及钢架间距设计。
[0042] 小导管的材料根据现场实际需要选择,通常采用Φ42Χ4的无缝钢管制作。
[0043] 小导管单根长度为2.0m〜4.5m。单根长度选择根据隧道洞径大小、需要的加固圈厚度、围岩破碎程度、钢管可插入岩土体中的深度及孔隙率等实际情况选取。
[0044] 小导管设置间距:环向间距10cm〜120cm ;纵向间距根据钢架间距设计,纵向间距为钢架间距或钢架间距土钢架翼板宽度。小导管沿隧道开挖轮廓线径向设置,梅花形布置。
[0045] 本发明的系统支护可以对没有开挖的隧道岩土体进行注浆加固,也可以处理运营过程中的工程病害,如注浆加固隧道变形及渗水堵漏等。
[0046] 五、径向注浆小导管的支护时机:
[0047] 新建隧道及隧道塌方处理:完成隧道一个循环的开挖后,及时对开挖后的轮廓面初喷砼封闭;然后立钢架,施工纵向连接筋,并铺设钢筋网片,然后分层分次喷初期支护砼到设计厚度,然后施工注浆小导管系统支护。
[0048] 六、径向注浆小导管的施工技术要求
[0049] 径向注浆小导管的施工顺序根据现场情况确定。一般选择从下向上,从无水处到有水处,两侧对称,分序跳孔施工。分序跳孔:同一个断面上的小导管逐个编号,先施工单序号再施工双序号,或先施工双序号再施工单序号的方式。径向注浆小导管设置方向根据现场实际情况及现场需要设置,可以径向设置,可以带一定角度大角度设置。
[0050] 注浆要求:注浆浆液为能固化的浆液,现场通常采用水泥浆。限量注浆(每根小导管注一定的量就终止注浆),浆液可以一次注入,也可以分几次注入。浆液浓度根据现场试验确定。水泥浆参考配比,水:水泥=0.5〜1.0。每根小导管的注浆量由现场试验确定,通过3〜5个循环的现场试验,开挖后观察开挖轮廓线周壁岩土体空隙的充填率情况,当空隙充填率达到70%以上则认为达到了注浆加固的目的。
[0051 ] 要求小导管端部与钢架焊接连接牢固。
[0052] 在小导管端部安装能止浆的止浆阀。
[0053] 在注浆前检查注浆小导管后端部有无渗漏的问题,如果有则要提前封堵。注浆过程中的渗漏根据现场情况及时采取相应的堵漏处理措施。

Claims (5)

1.在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,其特征在于:包括以下几个步骤: a、制作注浆小导管(I); b、向岩土体内插入注楽小导管(I); C、通过注浆小导管(I)对隧道开挖轮廓线外周边岩土体进行径向注浆。
2.如权利要求1所述的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,其特征在于:所述注浆小导管(I)的长度范围为2.0m至4.5m。
3.如权利要求1所述的在松散软弱破碎围岩中的隧道系统支护技术,其特征在于:所述注浆小导管(I)的尾部(6)为锥形。
4.如权利要求1所述的在散体碎石土及破碎围岩中的隧道超前预支护技术,其特征在于:在c步骤中,采用限量注浆的方法进行注浆。
5.如权利要求4所述的在散体碎石土及破碎围岩中的隧道超前预支护技术,其特征在于:在c步骤中,注浆后使可注浆小导管(I)下部到开挖轮廓线之间的松散破碎岩土体的浆液充填率达到70%以上。
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