CN105178979A - 偏压溶腔环境下的隧道支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了偏压溶腔环境下的隧道支护结构及施工方法，其支护结构由门型框架，门型钢架通过支撑件支撑的隧道壁面的钢丝网，隧道外围设置的与钢丝网连成一体的锚杆，以及隧道两侧、相邻门型框架间的多个由隧道壁面深入到稳定岩基内部的锚索，锚索两端张拉在稳定岩基和隧道壁面锚索入口处设置的锚具上。所述结构对施工中的隧道形成的多重支护，两侧张拉的预应力锚索可适应隧道两侧受压不同的情况，较好地适应此情况下对隧道的支护，避免隧道偏压导致的支护的变形及隧道的坍塌。

Description

偏压溶腔环境下的隧道支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工中使用的支护结构，以及隧道施工方法。

背景技术

公路、铁路穿越山体时需要建设隧道，在隧道施工过程受抵制环境的影响较大。当隧道施工遇岩溶及断裂构造发育地带时，施工难度非常大，施工时，隧道或隧道外围会遇到多个大、中型溶腔，由于隧道位于溶腔的位置，以及溶腔内填充情况不同等原因，会导致隧道两侧受力不均，产生偏压，形成偏压溶腔。在偏压溶腔环境下施工时，因偏压的存在，隧道支护结构容易出现倾斜、变形，甚至坍塌的问题，带来安全风险。

发明内容

本发明旨在给出一种能够很好适应偏压溶腔环境的隧道支护结构，以及所述支护结构的施工方法。

本发明所述的偏压溶腔环境下的隧道支护结构，包括：隧道内纵向布置的一列门型框架和隧道壁面设置的钢丝网，门型框架通过支撑件与隧道壁面设置的钢丝网连接，对钢丝网进行支撑；在隧道的外围设置径向打入外围土体内的锚杆，钢丝网同样与这些锚杆固连为一体；在隧道的两侧，相邻门型框架之间位置，分别设置有多个由隧道壁面深入到稳定岩基内部的锚索，锚索水平或略微向上倾斜设置；锚索的两端则被拉紧产生预应力，锚索的一端锚固于稳定岩基内部，另一端则锚固在隧道壁面的锚索入口处设置的锚具上，所述锚具则安装在设置与锚索入口处的锚下承台上，而锚下承台则同时与前后两侧相邻的门型钢架相固连。

本发明所述的偏压溶腔环境下隧道支护结构的施工方法，包括如下步骤：

采用三台阶预留核心土法开挖隧道，保留中心泥土暂时不挖去；

由隧道壁面向外围打入多根径向布置的锚杆，并通过锚杆上的注浆孔注浆；注浆终注压力控制在0.2Mpa；锚杆呈梅花型布置，各注浆孔扩散半径相邻两两部分重叠，使相邻锚杆在浆液凝固后可连成一体；

在隧道壁面内侧安装钢丝网，钢丝网与各锚杆均相固联；

在隧道内纵向安装门形钢架，门形钢架通过支撑件与壁面内侧的钢丝网连接，通过支撑件支撑钢丝网；

钻孔：在隧道两侧、纵向布置的各门型钢架之间，采用钻机由壁面向外侧钻孔直至钻孔深度达到进入稳定岩体一定距离；钻孔方向与水平面平行或略向上倾斜；钻进达到要求深度之后，不立即停钻，在停止进尺的情况下，稳钻1-2分钟，以防止孔底端部尖灭，达不到锚固直径；

制作锚索：截取多根所需长度的钢绞线并在编索平台上拉直，使各钢绞线呈圆周方向均匀布置，将注浆管设置在各钢绞线的中部，牢靠捆扎在各钢绞线的中间，注浆管的管端距离锚索末端不得超过20cm，管底出口处用胶布封住，以防止沉放时土或沉渣进入管口；在锚索与注浆管之间安装多个隔离架，隔离架在与钢绞线和注浆管对应的位置设置相应的通孔，可同时套在钢绞线和注浆管外，将注浆管与钢绞线相固定，相邻隔离架间的间距控制在1.0～1.5m；在锚索末端牢固安装导向帽；

清洗：对锚孔用风、水冲洗锚孔，并排尽残渣和污水，使钻孔孔壁无粘土或粉砂滞留；

下锚：将制作好的锚索，平顺、缓缓推送至孔底；保证下锚深度误差控制在±10cm；

锚索注浆：从注浆管注入拌合好和水泥浆，一次从孔底进行有压注浆，注浆完后静置待凝；水泥浆强度控制为M35，注浆压力控制在0.8MPa；注浆管的插入深度控制在注浆管头部距孔底50～100mm，注浆结束时，稳压5～10分钟，以使注浆充分；

在隧道壁面的摸索入口处安装锚下承台，将锚下承台同时与两侧的门型钢架固连；并在锚下承台上安装锚具，将锚索通过锚具固定在锚下承台上；

对锚索进行预应力张拉，采用分级张拉的方式进行；张拉完成后再次将锚索紧固在锚具上；

而后挖除中心泥土；施工隧道仰拱；施工二次衬砌，从而完成偏压溶腔环境下的隧道施工。

本发明所述的偏压溶腔环境下的隧道支护结构，其通过沿隧道方向（纵向）布置的门型钢架，由门型钢架通过支撑件支撑的位于隧道壁面的钢丝网，隧道周围径向设置的锚杆，以及隧道两侧相邻门型框架之间设置的、同时锚固于稳定岩基和与两相邻门型框架固连的锚下平台的锚具上的锚索，共同构成了对偏压溶腔环境下隧道的支护。其实现了对隧道施工过程的多重支护，可较为可靠的保证隧道的支护效果。两侧设置的预应力锚索，可适应隧道两侧受压不同的情况，当一侧压力较大时，可通过增加该侧的预应力锚索数量，或者通过增加该侧锚索预应力的大小，即可较好地适应及承受两侧的偏压，避免隧道支护的变形及隧道的坍塌。特别是，其可根据测量的隧道偏压情况，针对性的调整两侧锚索预应力，以适应具体偏压需要，其整个施工过程简单、操作方便；且可动态使用偏压的变化，如填充的变化及雨水汇流等情况发生变化时，可很好地动态适应其需求。

附图说明

图1为本发明所述偏压溶腔环境下的隧道支护结构的示意图。

图2为锚索结构示意图。

图3为锚索结构横断面示意图。

图4为锚索结构位于隧道壁面附近结构示意图。

具体实施方式

一种偏压溶腔环境下的隧道支护结构，如图1-4，在隧道1内，隧道开挖施工过程中，逐步纵向布置的一列门型框架2和隧道壁面设置的钢丝网3，门型框架通过支撑件4与隧道壁面设置的钢丝网连接，对钢丝网进行支撑；在隧道的外围设置径向打入外围土体内的锚杆5，钢丝网同样与这些锚杆固连为一体；在隧道的两侧，相邻门型框架2之间位置，分别设置有多个由隧道壁面深入到稳定岩基6内部的锚索7，锚索水平或略微向上倾斜设置；锚索的两端则被拉紧产生预应力，锚索7的一端锚固于稳定岩基6内部，另一端则锚固在隧道壁面的锚索入口处设置的锚具8上，所述锚具则安装在设置与锚索入口处的锚下承台9上，而锚下承台9则同时与前后两侧相邻的门型钢架2相固连。

锚下承台9与锚具之间可设置钢垫板10。

锚索伸入稳定岩基的深度宜不小于6m。

所述锚索7，如图2，图3，包括多根钢绞线71，使各钢绞线呈圆周方向均匀布置，注浆管72位于在各钢绞线的中部，牢靠捆扎在各钢绞线的中间；在锚索与注浆管之间安装多个隔离架73，隔离架在与钢绞线和注浆管对应的位置设置相应的通孔，可同时套在钢绞线和注浆管外，将注浆管与钢绞线相固定，相邻隔离架间的间距控制在1.0～1.5m；在锚索末端牢固安装导向帽74，钢绞线的中部还需设置排气管75。

一种偏压溶腔环境下隧道支护结构的施工方法，包括如下步骤：采用三台阶预留核心土法开挖隧道，保留中心泥土暂时不挖去；由隧道壁面向外围打入多根径向布置的锚杆，并通过锚杆上的注浆孔注浆；注浆终注压力控制在0.2Mpa；锚杆呈梅花型布置，各注浆孔扩散半径相邻两两部分重叠，使相邻锚杆在浆液凝固后可连成一体。在隧道壁面内侧安装钢丝网，钢丝网与各锚杆均相固联。在隧道内纵向安装门形钢架，门形钢架通过支撑件与壁面内侧的钢丝网连接，通过支撑件支撑钢丝网。在隧道两侧、纵向布置的各门型钢架之间，采用钻机由壁面向外侧钻孔直至钻孔深度达到进入稳定岩体一定距离。钻入稳定岩体的深度以大于6m为宜；钻孔方向与水平面平行或略向上倾斜；钻进达到要求深度之后，不立即停钻，在停止进尺的情况下，稳钻1-2分钟，以防止孔底端部尖灭，达不到锚固直径。而后制作锚索，截取多根所需长度的钢绞线并在编索平台上拉直，使各钢绞线呈圆周方向均匀布置，将注浆管设置在各钢绞线的中部，牢靠捆扎在各钢绞线的中间，注浆管的管端距离锚索末端不得超过20cm，管底出口处用胶布封住，以防止沉放时土或沉渣进入管口；在锚索与注浆管之间安装多个隔离架，隔离架在与钢绞线和注浆管对应的位置设置相应的通孔，可同时套在钢绞线和注浆管外，将注浆管与钢绞线相固定，相邻隔离架间的间距控制在1.0～1.5m；在锚索末端牢固安装导向帽。锚索制作完毕后，先清洗锚孔，对锚孔用风、水冲洗锚孔，并排尽残渣和污水，使钻孔孔壁无粘土或粉砂滞留；而后将制作好的锚索，平顺、缓缓推送至孔底；保证下锚深度误差控制在±10cm。之后，从注浆管注入拌合好和水泥浆，一次从孔底进行有压注浆，注浆完后静置待凝；水泥浆强度控制为M35，注浆压力控制在0.8MPa；注浆管的插入深度控制在注浆管头部距孔底50～100mm，注浆结束时，稳压5～10分钟，以使注浆充分。注浆完毕后，在隧道壁面的摸索入口处安装锚下承台，将锚下承台同时与两侧的门型钢架固连；并在锚下承台上安装锚具，将锚索通过锚具固定在锚下承台上。对锚索进行预应力张拉，采用分级张拉的方式进行；张拉完成后再次将锚索紧固在锚具上。而后挖除中心泥土；施工隧道仰拱；施工二次衬砌，完成偏压溶腔环境下的隧道施工。

在上述方法中，当钻进遇到无充填的空溶洞或充填流塑性粘土的溶洞无法成孔时，采用如下方法钻孔：钻机就位，安装第一节钻杆和第一节套管，第一节钻杆和第一节套管的前端安装偏心钻头，后端设置丝扣；将钻杆插入套管中，置于钻臂架上，前端对准坑壁；开动钻机，动力头正转，当第一节钻杆和套管钻到位后，将钻杆与动力头旋松脱开，安装第二节钻杆和第二节套管，钻进清碴；重复上述过程，直至穿过溶洞。穿过溶洞后，取出偏心钻具，换装直锤钻具继续钻进，钻至设计孔深后取出孔内钻头和全部钻杆；将锚索体从套管中下入孔底；然后使用液压拔管器进行拔管作业，拔出孔内全部套管。

锚索的张拉步骤，在锚孔注浆体的强度达到70%以上后进行，张拉采用分级张拉的方式进行。单根锚索的张拉依次取基准值的0.2、0.25、0.5、1.0、1.25倍进行逐级张拉5次。分级张拉各级完成后的稳压时间为2分钟，如后力没有明显衰减现象，方可进行下一级张拉，不得进行连续张拉。张拉时应各部位紧密接触，索体完全平直，然后再张拉至要求值，误差不得超过±0.1KN，并保持张拉时间10～15分钟，如拉力没有明显衰减现象，方可进行锁定。张拉时，加载速率要平缓，速率应控制在设计预应力值的0.1/分钟左右，卸荷速率应控制在设计预应力值的0.2/分钟。

锚索张拉过程中，应按邻近的顺序依次张拉，以避免相邻对邻近锚索的影响；锚索张拉荷载以分段逐步施加为佳。

Claims (5)

1.一种偏压溶腔环境下的隧道支护结构，其特征在于：包括：隧道内纵向布置的一列门型框架和隧道壁面设置的钢丝网，门型框架通过支撑件与隧道壁面设置的钢丝网连接，对钢丝网进行支撑；在隧道的外围设置径向打入外围土体内的锚杆，钢丝网同样与这些锚杆固连为一体；在隧道的两侧，相邻门型框架之间位置，分别设置有多个由隧道壁面深入到稳定岩基内部的锚索，锚索水平或略微向上倾斜设置；锚索的两端则被拉紧产生预应力，锚索的一端锚固于稳定岩基内部，另一端则锚固在隧道壁面的锚索入口处设置的锚具上，所述锚具则安装在设置与锚索入口处的锚下承台上，而锚下承台则同时与前后两侧相邻的门型钢架相固连。

2.一种偏压溶腔环境下隧道支护结构的施工方法，包括如下步骤：

采用三台阶预留核心土法开挖隧道，保留中心泥土暂时不挖去；

由隧道壁面向外围打入多根径向布置的锚杆，并通过锚杆上的注浆孔注浆；注浆终注压力控制在0.2Mpa；锚杆呈梅花型布置，各注浆孔扩散半径相邻两两部分重叠，使相邻锚杆在浆液凝固后可连成一体；

在隧道壁面内侧安装钢丝网，钢丝网与各锚杆均相固联；

在隧道内纵向安装门形钢架，门形钢架通过支撑件与壁面内侧的钢丝网连接，通过支撑件支撑钢丝网；

钻孔：在隧道两侧、纵向布置的各门型钢架之间，采用钻机由壁面向外侧钻孔直至钻孔深度达到进入稳定岩体一定距离；钻孔方向与水平面平行或略向上倾斜；钻进达到要求深度之后，不立即停钻，在停止进尺的情况下，稳钻1-2分钟，以防止孔底端部尖灭，达不到锚固直径；

制作锚索：截取多根所需长度的钢绞线并在编索平台上拉直，使各钢绞线呈圆周方向均匀布置，将注浆管设置在各钢绞线的中部，牢靠捆扎在各钢绞线的中间，注浆管的管端距离锚索末端不得超过20cm，管底出口处用胶布封住，以防止沉放时土或沉渣进入管口；在锚索与注浆管之间安装多个隔离架，隔离架在与钢绞线和注浆管对应的位置设置相应的通孔，可同时套在钢绞线和注浆管外，将注浆管与钢绞线相固定，相邻隔离架间的间距控制在1.0～1.5m；在锚索末端牢固安装导向帽；

清洗：对锚孔用风、水冲洗锚孔，并排尽残渣和污水，使钻孔孔壁无粘土或粉砂滞留；

下锚：将制作好的锚索，平顺、缓缓推送至孔底；保证下锚深度误差控制在±10cm；

锚索注浆：从注浆管注入拌合好和水泥浆，一次从孔底进行有压注浆，注浆完后静置待凝；水泥浆强度控制为M35，注浆压力控制在0.8MPa；注浆管的插入深度控制在注浆管头部距孔底50～100mm，注浆结束时，稳压5～10分钟，以使注浆充分；

在隧道壁面的摸索入口处安装锚下承台，将锚下承台同时与两侧的门型钢架固连；并在锚下承台上安装锚具，将锚索通过锚具固定在锚下承台上；

对锚索进行预应力张拉，采用分级张拉的方式进行；张拉完成后再次将锚索紧固在锚具上；

而后挖除中心泥土；施工隧道仰拱；施工二次衬砌，从而完成偏压溶腔环境下的隧道施工。

3.根据权利要求2所述的偏压溶腔环境下隧道支护结构的施工方法，其特征在于：钻孔步骤中采用如下方法钻孔：首先将钻机就位，安装第一节钻杆和第一节套管，并在第一节钻杆和第一节套管的前端安装偏心钻头，后端设置丝扣；将钻杆插入套管中，置于钻臂架上，前端对准坑壁；开动钻机，动力头正转，当第一节钻杆和套管钻到位后，将钻杆与动力头旋松脱开，安装第二节钻杆和第二节套管，钻进清碴；重复上述过程，直至穿过溶洞；穿过溶洞后，取出偏心钻具，换装直锤钻具继续钻进，钻至设计孔深后取出孔内钻头和全部钻杆；将锚索体从套管中下入孔底；然后使用液压拔管器进行拔管作业，拔出孔内全部套管。

4.根据权利要求2所述的偏压溶腔环境下隧道支护结构的施工方法，其特征在于：锚孔注浆体的强度达到70%以上后，对锚索进行预应力张拉，单根锚索进行逐级多次张拉，各级张拉完成后的保持一定的稳压时间，在后力没有明显衰减情况下，进行下一级张拉。

5.根据权利要求4所述的偏压溶腔环境下隧道支护结构的施工方法，其特征在于：张拉时，加载速率要平缓，速率应控制在设计预应力值的0.1/分钟，卸荷速率应控制在设计预应力值的0.2/分钟。