CN105134247A - 水平层状ⅲ类围岩中的隧道支护结构和施工方法 - Google Patents

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吴学智
傅支黔
聂大丰
青华彬
马建新
陈炜韬
王建
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Abstract

本发明涉及一种水平层状Ⅲ类围岩中的隧道支护结构和施工方法,特别是一种应用于新建隧道工程中水平层状Ⅲ类围岩的隧道初期支护结构和施工方法。本发明提供一种可以有效控制隧道超挖,提高隧道的安全施工保障,加快施工进度,具有较强的可操作性的水平层状Ⅲ类围岩中的隧道支护结构和施工方法。其中的支护结构包括隧道主体、系统支护和超前支护,超前锚杆与系统锚杆对应匹配设置。其中的施工方法包括以下几个步骤:a、隧道开挖;b、系统锚杆施工;c、超前锚杆施工;d、系统锚杆与超前锚杆端部连接。本发明的超前支护约束隧道超前变形,系统支护控制开挖围岩变形,两者连接形成组合梁,使得隧道更加牢固。

Description

水平层状III类围岩中的隧道支护结构和施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水平层状III类围岩中的隧道支护结构和施工方法,特别是一种应用于新建隧道工程中水平层状III类围岩的隧道初期支护结构和施工方法。
背景技术
[0002] 在水平层状岩石中,隧道开挖后使隧道拱部层状岩石被挖断及悬空,隧道拱部岩石易沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓,形成隧道拱部大量超挖及塌方。这不但造成安全施工的风险,而且约束施工进度,增加工程投资。
[0003] 现有支护技术:
[0004] 以《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)对现有支护技术介绍如下:
[0005]( 一 )两车道隧道复合式衬砌的设计参数
[0006] III类围岩隧道支护参数:在隧道拱、墙挂网锚喷支护。锚杆间距1.0〜1.5m,锚杆长度2.0〜3.0m,钢筋网间距25cm,喷砼厚度8〜12cm。二次衬砌厚度35cm。
[0007] (二)三车道隧道复合式衬砌的设计参数
[0008] III类围岩隧道支护参数:在隧道拱、墙设钢架,并挂网锚喷支护。锚杆间距1.0〜1.5m,销杆长度3.0〜3.5m,钢筋网间距25cm,喷ίί全厚度10〜15cm。二次衬砌厚度45cm。
[0009] 1、现有技术的缺点:
[0010] (I)现有支护技术没有控制隧道超前变形。没有超前支护,隧道开挖后,出现岩石沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓,并造成大量的超挖问题。
[0011] (2)现有技术没有根据围岩的自稳能力进行有针对性的设计,支护参数不合理。因为在水平层状岩石中,隧道拱部围岩的自稳能力比隧道两侧边墙部位差,隧道拱部的支护参数与隧道边墙的支护参数一样是不合理的。隧道拱部的支护效果不理想,隧道边墙支护过强。
[0012] 综上,现有技术中还没有一种可以有效控制隧道超挖,提高隧道的安全施工保障,优化节约工程投资,加快施工进度,具有较强的可操作性的水平层状III类围岩中的隧道支护结构和施工方法。
发明内容
[0013] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效控制隧道超挖,提高隧道的安全施工保障,优化节约工程投资,加快施工进度,具有较强的可操作性的水平层状III类围岩中的隧道支护结构。
[0014] 为解决上述技术问题,本发明采用的水平层状III类围岩中的隧道支护结构,包括隧道主体、系统支护和超前支护,所述隧道主体包括隧道拱部和位于隧道拱部下方两侧的边墙,所述系统支护由设置在隧道拱部中的系统锚杆组成,所述超前支护由设置在隧道拱部中的超前支护锚杆组成,所述超前支护锚杆的一端与系统锚杆的一端连接。
[0015] 进一步的是,所述超前支护锚杆的外插角范围为14.5度至15.5度。
[0016] 进一步的是,所述系统锚杆为两根以上,并等间距设置,所述超前支护锚杆为两根以上,并等间距设置,所述超前支护锚杆的间距与系统锚杆的间距相同。
[0017] 进一步的是,所述系统锚杆的环相间距范围为80厘米至120厘米,在隧道拱部90度至150度范围内系统锚杆的纵向间距范围为249厘米至251厘米。
[0018] 进一步的是,所述系统锚杆与超前支护锚杆为焊接连接。
[0019] 本发明要解决的另一个技术问题是提供一种可以有效控制隧道超挖,提高隧道的安全施工保障,优化节约工程投资,加快施工进度,具有较强的可操作性的水平层状III类围岩中的隧道支护结构和施工方法。
[0020] 为解决上述技术问题,本发明采用水平层状III类围岩中隧道支护结构的施工方法,包括以下几个步骤:
[0021] a、进行隧道开挖施工;
[0022] b、对已开挖隧道部分进行系统锚杆施工;
[0023] C、对已开挖隧道部分进行超前锚杆施工;
[0024] d、将系统锚杆的一端与超前锚杆的一端连接在一起。
[0025] 进一步的是,在所述c步骤中,向掌子面未开挖岩体中设置超前锚杆,且该超前锚杆单根长度由隧道单循环开挖长度和单循环开挖后超前锚杆在隧道掌子面未开挖岩体中的搭接长度大于100厘米的要求确定单根超前锚杆的长度。
[0026] 进一步的是,所述a步骤中每次开挖的长度范围为249厘米至251厘米。
[0027] 本发明的有益效果是:本发明的超前支护约束隧道的超前变形,系统支护控制开挖围岩的过大变形,合理的开挖方式约束隧道掌子面的挤出变形,并利用超前锚杆把未开挖的层状岩石及不利切割块体采用系统支护和超前支护串联起来,在隧道变形前人为超前约束隧道变形,并用系统锚杆的悬吊作用,通过超前锚杆与系统锚杆之间的有效连接在隧道拱部形成有效的组合梁,使得隧道更加牢固、稳定,并适当减少边墙部分是支护量,降低成本,节约工期。
附图说明
[0028] 图1是本发明的主视图;
[0029] 图2是本发明的纵向剖视图;
[0030] 图中零部件、部位及编号:隧道主体1、边墙2、拱部3、系统锚杆4、超前支护锚杆5、外插角A、环相间距D、圆心角B。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0032] 如图1所示,为解决上述技术问题,本发明采用的水平层状III类围岩中的隧道支护结构,包括隧道主体1、系统支护和超前支护,所述隧道主体I包括隧道拱部3和位于隧道拱部3下方两侧的边墙2,所述系统支护由设置在隧道拱部3中的系统锚杆4组成,所述超前支护由设置在隧道拱部3中的超前支护锚杆5组成,所述超前支护锚杆5的一端与系统锚杆4的一端连接。前述结构充分利用了水平层状III类围岩抗压能力是岩石抗弯折能10倍左右的力学性能和隧道拱部3层状岩石的特点及围岩失稳破坏模式,在隧道拱部3 —定范围内设置超前支护锚杆5,利用超前支护锚杆5把未开挖的层状岩石及不利切割块体采用系统支护和超前支护串联起来,在隧道变形前人为超前约束隧道变形后,再用系统锚杆4的悬吊作用,通过超前锚杆与系统锚杆4之间的有效连接在隧道拱部3形成有效的组合梁,使得隧道更加牢固、稳定。
[0033] 所述超前支护锚杆5的外插角A范围为14.5度至15.5度。超前支护的外插角A选用前述范围,可以增强其对周围岩石的加固作用。
[0034] 所述系统锚杆4为两个以上,并等间距设置,所述超前支护锚杆5为两个以上,并等间距设置,所述超前支护锚杆5的间距与系统锚杆4的间距相同。使系统锚杆4的间距与超前锚杆的间距相同,增大了系统锚杆4的间距,节约了系统锚杆4的支护量,并做到开挖后及时支护的目的,并可以减弱两侧边墙2部位的支护量。
[0035] 所述系统锚杆4的环向间距D范围为80厘米至120厘米,在隧道拱部90度至150度范围内系统锚杆的纵向间距范围为249厘米至251厘米。其中隧道拱部90度至150度范围是指隧道拱部所对的圆心角B的范围,采用前述间距范围,利用了水平层状岩石在隧道拱部易沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓的特点,并考虑隧道支护与开挖循环进尺相匹配的要求,可以在保证支护效果的同时减少锚杆用量,节省成本和工期。
[0036] 所述系统锚杆4与超前支护锚杆5为焊接连接。采用焊接的方式可以将系统锚杆4和超前锚杆5可靠连接。
[0037] 为解决上述技术问题,本发明采用水平层状III类围岩中隧道支护结构的施工方法,包括以下几个步骤:
[0038] a、进行隧道开挖施工;
[0039] b、对已开挖隧道部分进行系统锚杆4施工;
[0040] C、对已开挖隧道部分进行超前锚杆5施工;
[0041] d、将系统锚杆4的一端与超前锚杆5的一端连接在一起。
[0042] 水平层状III级岩体中,在隧道拱部3范围内,根据岩石层厚、节理裂隙发育程度及岩石风化程度等影响围岩自稳能力的工程地质条件和隧道洞径大小等因素按250cm的单循环开挖施工进尺,利用围岩的构造性质及力学性能,对隧道超前支护锚杆5及系统锚杆4进行适应性设计。
[0043] 在所述c步骤中,向掌子面未开挖岩体中设置超前支护锚杆5,且该超前支护锚杆5在掌子面未开挖岩体中的长度大于100厘米。每循环开挖后,在开挖作业面,利用开挖空间,只施工一环系统锚杆4和一排超前锚杆5。超前锚杆5有效搭接长度不小于100cm,且每循环开挖后保留不小于10cm长的超前支护锚杆5位于掌子面未开挖岩体内。使系统锚杆4与超前锚杆端部交叉搭接,并利用短钢筋使系统锚杆4端部与超前锚杆端部焊接连接。
[0044] 所述a步骤中每次开挖的长度范围为249厘米至251厘米。超前支护约束隧道的超前变形,系统支护控制开挖围岩的过大变形,合理的开挖方式约束隧道掌子面的挤出变形,并使超前支护、系统支护与挂网喷砼等初期支护在隧道拱部3形成一个有效的支护体系,隧道两侧边墙2部位根据围岩稳定情况进行适当锚喷支护或不支护,最后利用加固后的岩体拱圈作为隧道的受力体系达到隧道初期支护的目的。

Claims (8)

1.水平层状III类围岩中的隧道支护结构,其特征在于:包括隧道主体(I)、系统支护和超前支护,所述隧道主体(I)包括隧道拱部(3)和位于隧道拱部(3)下方两侧的边墙(2),所述系统支护由设置在隧道拱部(3)中的系统锚杆(4)组成,所述超前支护由设置在隧道拱部(3)中的超前支护锚杆(5)组成,所述超前支护锚杆(5)的一端与系统锚杆(4)的一端连接。
2.如权利要求1所述的水平层状III类围岩中的隧道支护结构,其特征在于:所述超前支护锚杆(5)的外插角(A)范围为14.5度至15.5度。
3.如权利要求1所述的水平层状III类围岩中的隧道支护结构,其特征在于:所述系统锚杆⑷为两个以上,并等间距设置,所述超前支护锚杆(5)为两根以上,并等间距设置,所述超前支护锚杆(5)的间距与系统锚杆(4)的间距相同。
4.如权利要求3所述的水平层状III类围岩中的隧道支护结构,其特征在于:所述系统锚杆⑷的环向间距⑶范围为80厘米至120厘米,在隧道拱部90度至150度范围内系统锚杆的纵向间距范围为249厘米至251厘米。
5.如权利要求1所述的水平层状III类围岩中的隧道支护结构,其特征在于:所述系统锚杆(4)与超前支护锚杆(5)为焊接连接。
6.水平层状III类围岩中隧道支护结构的施工方法,其特征在于,包括以下几个步骤: a、进行隧道开挖施工; b、对已开挖隧道部分进行系统锚杆(4)施工; C、对已开挖隧道部分进行超前支护锚杆(5)施工; d、将系统锚杆(4)的一端与超前支护锚杆(5)的一端连接在一起。
7.如权利要求6所述的水平层状III类围岩中隧道支护结构的施工方法,其特征在于:在所述c步骤中,向掌子面未开挖岩体中设置超前锚杆(5),且该超前锚杆(5)在掌子面未开挖岩体中的长度大于100厘米。
8.如权利要求6所述的水平层状III类围岩中隧道支护结构的施工方法,其特征在于:所述a步骤中每次开挖的长度范围为249厘米至251厘米。
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