CN104989434A - 一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，包括在隧道安全区（1）逐个安设套环拱架（2），套环拱架（2）外侧焊接一定数量套环（3）；钢管（4）依次穿过套环拱架（2）的套环（3）最终延伸至工作面（5）；在塌方区（6）的钢管（4）上安设分段支护拱架（7）；相邻拱架间均由横拉杆（8）连接；分段支护拱架（7）上铺设金属网（9）；同时在塌方最深的位置预留混凝土泵送管（10）和排气管（11）。本发明公开了处理隧道掘进工作面塌方过程中穿管组合拱架的具体组合方法和使用方法。本发明有效解决了处理隧道塌方施工方法中存在的周期过长、工序较多、成本较高、风险过大等问题。

Description

一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法

技术领域

本发明属于隧道工程施工领域，涉及一种利用穿管组合拱架对隧道塌方的处理方法，特别涉及一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法。

背景技术

近年来，在隧道施工方面，塌方事故时有发生。目前，虽然处理塌方事故的方法很多，但仍然缺少安全有效的处理方法。在隧道塌方抢险救灾领域的目前使用的技术是：对邻近塌方区初期支护采用临时套拱；塌穴坍塌面稳定后，对坍塌面进行喷射混凝土封闭；在塌穴范围内用洞碴堆造作业平台，平台上堆码砂袋，形成弧形实体胎膜；通过预留混凝土固结圈，再在混凝土固结圈上面灌注砂和粉煤灰拌合料，形成缓冲层；混凝土固结圈强度达到后，开挖施做洞身支护体系。该技术较好的解决了在处理隧道塌穴施工方法中存在的施工难度大、施工质量难以保证等问题，但在处理掘进工作面塌方时，该技术显得周期过长、工序较多、成本较高、安全性较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有处理隧道掘进工作面塌方施工装备和施工方法中存在工序较多、成本较高、周期过长、风险过大等问题，提供了一种利用穿管组合拱架处理隧道掘进工作面塌方的方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种处理隧道掘进工作面塌方的穿管组合拱架，包括在隧道安全区逐个安设套环拱架，套环拱架外侧焊接一定数量套环；钢管依次穿过套环拱架的套环最终延伸至工作面；在塌方区的钢管上安设分段支护拱架；所有相邻拱架间均由横拉杆连接；分段支护拱架上铺设金属网；同时在塌方最深的位置预留混凝土泵送管和排气管。

上述的一种处理隧道掘进工作面塌方的穿管组合拱架，其特征在于，套环拱架采用工字钢或槽钢制成；套环拱架（含套环）的外轮廓尺寸小于隧道的初支轮廓线的尺寸；套环拱架由一个上拱段和两个下脚段组成，上拱段与下脚段间采用焊接或螺栓连接。

上述的一种处理隧道掘进工作面塌方的穿管组合拱架，其特征在于，分段支护拱架采用工字钢或槽钢制成；分段支护拱架的内轮廓尺寸等于隧道初支轮廓线的尺寸；分段支护拱架由一个拱顶段和两个拱脚段组成；拱顶段和拱脚段间采用焊接或螺栓连接。

上述的一种处理隧道掘进工作面塌方的套环组合拱架，其特征在于，相邻金属网采用焊接或铁丝连接。

一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于它包括以下步骤。

步骤一、在安全区搭设带套环的套环拱架，相邻套环拱架采用横拉杆连接，在所述套环拱架的套环中穿入钢管。

步骤二、在塌方区，将分段支护拱架的拱顶段抬起至高于隧道初支轮廓线，将钢管向塌方区推进至钢管支撑住拱顶段，安设分段支护拱架的拱脚段。

步骤三、在已安设的分段支护拱架靠近工作面一侧，重复步骤二，在所述分段支护拱架靠近工作面一侧再安设榀分段支护拱架，用横拉杆连接已安设的两榀分段支护拱架；在所述两榀分段支护拱架上铺设金属网。

步骤四、重复步骤三，直至将分段支护拱架和金属网依次安设至工作面；同时，在塌方最深的位置预留混凝土泵送管和排气管。

步骤五、对金属网和分段支护拱架喷射用于封闭金属网和分段支护拱架的喷射混凝土。

步骤六、通过预留的混凝土泵送管向塌方处灌注混凝土，通过排气管排出塌方处的气体；混凝土灌注完成后，撤去混凝土泵送管和排气管。

步骤七、待混凝土达到预定强度后，撤去所有钢管、套环拱架及连接套环拱架的横拉杆，保留分段支护拱架、金属网及连接分段支护拱架的横拉杆作为塌方区的初期支护。

    上述的一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤二中拱顶段与拱脚段之间采用焊接或螺栓连接。

    上述的一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤三至步骤四中用横拉杆将相邻的分段支护拱架连接。

    上述的一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤三至步骤四中金属网与分段支护拱架采用铁丝连接或焊接。

    上述的一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤四中通过焊接或铁丝连接把混凝土泵送管和排气管固定在金属网或分段支护拱架上。

    上述的一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤四中用金属网封闭分段支护拱架与工作面的空隙。

    上述的一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤五中喷射混凝土的厚度为40mm~100mm之间。

本发明的优点和技术效果是：

（1）本发明采用的套管组合拱架制作简单，现场操作容易，前期准备工作量少，可迅速投入到隧道掘进工作面塌方的抢险救灾中；

（2）本发明实施过程中，抢险救灾人员可在钢管及分段支护拱架的保护下进行抢险工作，提供了抢险救灾工作的安全性；

（3）本发明实施阶段耗时少，大大缩短了处理隧道掘进工作面塌方的周期；

（4）抢险救灾完成后，分段支护拱架无需拆除，可直接作为隧道的初期支护使用，减少了工序，节约了时间和成本。

附图说明

图1是本发明的套环拱架示意图；

图2 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图一；

图3 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图二；

图4 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图三；

图5 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图四；

图6 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图五；

图7 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图六；

图8 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图七；

图9 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图八；

图10 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图九；

图11 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图十；

图12 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图十一；

图13 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图十二；

图14 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图十三；

图15 是本发明穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方处理的实施过程示意图十四；

图中，1、安全区；2、套环拱架；2-a、上拱段；2-b、下脚段；3、套环；4、钢管；5、工作面；6、塌方区；7、分段支护拱架；7-a、拱顶段；7-b、拱脚段；8、横拉杆；9、金属网；10、混凝土泵送管；11、排气管；12、初支轮廓线；13、格栅拱架；14、喷射混凝土；15、混凝土；16、套环拱架连接处；17、分段支护拱架连接处。

具体实施例

以下是本发明的一个具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述。

首先对本发明中涉及的概念解释如下。

安全区1：隧道初支轮廓线完整且紧邻塌方区的区域。

塌方区6：隧道开挖时，因土压等作用和地层出现临空面后的应力调整，在软弱围岩内产生裂缝或破坏，或因围岩内已有的层理和节理等松弛、剥离，岩石和泥沙等发生大量坍落后的区域。

横拉杆8：同专利号201520037229.2专利名“一种可调式横向支架拉杆”所述的拉杆装置。作用是使相邻支架间距保持不变的连接装置。

上拱段2-a及下脚段2-b：为方便套环拱架进入隧道，将套环拱架2分为一个上拱段2-a和两个下脚段2-b，其中上拱段2-a约为套环拱架2整个弧长的1/3~1/2，下脚段2-b约为套环拱架2整个弧长的1/4~1/3。采用焊接或螺栓连接上拱段2-a与下脚段2-b即套环拱架连接处16。

拱顶段7-a及拱脚段7-b：为方便搭设分段支护拱架7，每个分段支护拱架7分为一个拱顶段7-a和两个拱脚段7-b，其中拱顶段7-a约为分段支护拱架7整个弧长的1/3~1/2，拱脚段7-b约为分段支护拱架7整个弧长的1/4~1/3。拱顶段7-a和拱脚段7-b间即分段支护拱架连接处17采用焊接或螺栓连接。

初支轮廓线12：隧道完成初期支护后隧道内部形成的轮廓线。

格栅拱架13：隧道初期支护所采用的一种支护拱架。

实施例1

本发明所述利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，包括以下步骤。

步骤一、在安全区1搭设带套环3的套环拱架2二到八榀，相邻套环拱架2采用横拉杆8连接；钢管4依次穿入套环拱架2上的套环3，并超出最靠近工作面的套环拱架2。

步骤二、在距离套环拱架2约200mm~500mm的塌方区6处，将分段支护拱架7的拱顶段7-a抬起至高于格栅拱架13的150~200mm，随后将套环拱架2的上拱段2-a顶部的钢管4向塌方区6推进1000mm以上，使已推进的钢管4支撑住拱顶段7-a。将套环拱架2的上拱段2-a上的其它钢管4，向塌方区6推进1000mm以上，拱顶段7-a安放在已推进的钢管4上。同时向前推进的钢管4形成超前支护，防止大块碎石下落到施工人员的工作区域，提高施工安全系数。随后将套环拱架2的下脚段2-b上的钢管4向塌方区5推进1000mm以上，然后安设分段支护拱架7的拱脚段7-b，对阻碍安设拱脚段7-b的冒落岩石进行简单处理，向隧道不妨碍抢险工作的地方，如隧道中线部分，进行堆放即可。拱顶段7-a与拱脚段7-b之间即分段支护拱架连接处17采用焊接。用横拉杆8将最靠近工作面的套环拱架2和安设完毕的分段支护拱架7紧固连接。将所有钢管4向安全区1回撤1000mm或更大的距离，使钢管4不影响安设下一榀分段支护拱架7。

步骤三、在距离已安设的分段支护拱架7靠近工作面5一侧约200mm~400mm处，重复步骤二，再安设1榀分段支护拱架7。用横拉杆8紧固连接已安设的两榀分段支护拱架7。在已安设的两榀分段支护拱架7上铺设金属网9：相邻金属网9采用焊接；金属网9与分段支护拱架7采用焊接，使金属网9紧固在分段支护拱架7上。

步骤四、重复步骤三，直至将若干榀分段支护拱架7和若干片金属网9依次安设至工作面5，并用金属网9封闭工作面5与分段支护拱架7的空隙。同时在塌方最深的位置预留混凝土泵送管10和排气管11：通过焊接把混凝土泵送管10和排气管11固定在金属网9或分段支护拱架7的拱顶段7-a上。

步骤五、对金属网9和分段支护拱架7喷射40mm~100mm厚的喷射混凝土14，使喷射混凝土14封闭金属网9和分段支护拱架7：喷射标号C20以上的混凝土浆液，喷射的喷射混凝土14浆液中添加适量速凝剂，缩短凝固时间。

步骤六、待喷射混凝土14终凝后，通过预留的混凝土泵送管10向塌方处灌注混凝土15：混凝土15浆液中添加适量速凝剂，缩短凝固时间。通过排气管11漏浆量来判断灌注效果，以确定停止灌注的时间。当排气管11连续漏浆时且注浆压力表显示的压力增大到原来的注浆压力1.2倍时，停止注浆。当混凝土15灌注完成后，撤去混凝土泵送管10和排气管11：直接将混凝土泵送管10和排气管11露出部分截去。

步骤七、待混凝土15达到预定强度后，撤去所有钢管4、套环拱架2及连接套环拱架2的横拉杆8，保留分段支护拱架7、金属网9及连接分段支护拱架7的横拉杆8作为塌方区6的初期支护。

本实施例中，隧道初期支护为格栅拱架13，相邻格栅拱架13间距500mm。

本实施例中钢管4采用外径108mm、壁厚4mm的无缝钢管DN100制成。

本实施例中套环拱架2采用18号工字钢制成；套环拱架2（含套环3）的外轮廓尺寸小于隧道的初支轮廓线12的尺寸100mm，方便在安全区1安设；套环拱架2由一个上拱段2-a和两个下脚段2-b组成，其中上拱段2-a约为套环拱架2整个弧长的1/2，下脚段2-b约为套环拱架2整个弧长的1/4。上拱段2-a与下脚段2-b之间即套环拱架连接处16用螺栓连接，方便组合和拆卸。每个套环拱架2外侧均匀的焊接九个套环3。套环拱架2安设个数为六榀，套环拱架2间距为400mm；所有套环拱架2上对应位置的套环3前后保持一条直线，方便钢管4穿入。

本实施例中套环3的内径为120mm，采用10#的圆钢材料弯制而成，焊接在套环拱架2外侧，沿套环拱架2外侧均匀布置。套环3个数为九个。所有套环拱架2上的套环3前后保持一条直线。

本实施例中分段支护拱架7采用20a工字钢制成，分段支护拱架7的尺寸等于隧道格栅拱架13的尺寸。分段支护拱架7由一个拱顶段7-a和两个拱脚段7-b组成，其中拱顶段7-a约为分段支护拱架7整个弧长的1/2，拱脚段7-b约为分段支护拱架7整个弧长的1/4。拱顶段7-a和拱脚段7-b间即分段支护拱架连接处17采用焊接。分段支护拱架7的安设间距为400mm。

本实施例中横拉杆8由一个横杆、两个锁头和四个螺母组成。横杆采用直径20mm、长度500mm的20号圆钢制成，且两端带有螺纹，每端螺纹长度200mm。螺母为M20*2.5的GB6170六角螺母。锁头由锁头由两块形状大小材质相同的C型钢板相扣组成圆形封闭圈。C型钢板一端与横杆间隙配合，一端留有螺栓连接孔。横拉杆8安设在所有相邻拱架的中上部和中下部，分三排安设。

本实施例中金属网9的网格为40mm×40mm，采用直径为5.5mm的热轧圆钢制成。相邻金属网9采用铁丝连接。

本实施例中混凝土泵送管10出口与排气管11上口应插入塌方最深的位置且距塌方岩面的距离在100~200mm之间。排气管11上口水平高度略低于混凝土泵送管10出口高度。排气管11采用直径为20mm钢管，混凝土泵送管10采用直径为30mm钢管。通过焊接把混凝土泵送管10和排气管11固定在分段支护拱架7的拱顶段7-a上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一、在安全区（1）搭设带套环（3）的套环拱架（2），相邻套环拱架（2）采用横拉杆（8）连接，在所述套环拱架（2）的套环（3）中穿入钢管（4）；

步骤二、在塌方区（6），将分段支护拱架（7）的拱顶段（7-a）抬起至高于隧道初支轮廓线（12），将钢管（4）向塌方区（6）推进至钢管（4）支撑住拱顶段（7-a），安设分段支护拱架（7）的拱脚段（7-b）；

步骤三、在已安设的分段支护拱架（7）靠近工作面（5）一侧，重复步骤二，在所述分段支护拱架（7）靠近工作面（5）一侧再安设1榀分段支护拱架（7），用横拉杆（8）连接已安设的两榀分段支护拱架（7），在所述两榀分段支护拱架（7）上铺设金属网（9）；

步骤四、重复步骤三，直至将分段支护拱架（7）和金属网（9）依次安设至工作面（5）；同时，在塌方最深的位置预留混凝土泵送管（10）和排气管（11）；

步骤五、对金属网（9）和分段支护拱架（7）喷射用于封闭金属网（9）和分段支护拱架（7）的喷射混凝土（14）；

步骤六、通过预留的混凝土泵送管（10）向塌方处灌注混凝土（15），通过排气管（11）排出塌方处的气体，混凝土（15）灌注完成后，撤去混凝土泵送管（10）和排气管（11）；

步骤七、待混凝土（15）达到预定强度后，撤去所有钢管（4）、套环拱架（2）及连接套环拱架（2）的横拉杆（8），保留分段支护拱架（7）、金属网（9）及连接分段支护拱架（7）的横拉杆（8）作为塌方区（6）的初期支护。

2.根据权利要求1所述的利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤二中拱顶段（7-a）与拱脚段（7-b）之间采用焊接或螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤三至步骤四中用横拉杆（8）将相邻的分段支护拱架（7）连接。

4.根据权利要求1所述的利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤三至步骤四中金属网（9）与分段支护拱架（7）采用铁丝连接或焊接。

5.根据权利要求1所述的利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤四中通过焊接或铁丝连接把混凝土泵送管（10）和排气管（11）固定在金属网（9）或分段支护拱架（7）上。

6.根据权利要求1所述的利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤四中用金属网（9）封闭分段支护拱架（7）与工作面（5）的空隙。

7.根据权利要求1所述的利用穿管组合拱架对隧道掘进工作面塌方的处理方法，其特征在于：所述步骤五中喷射混凝土（14）的厚度为40mm~100mm之间。