CN105697033B - 一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，包括以下步骤：步骤一，设置内、外防护层；步骤二，施工护拱，在内防护层和外防护层之间浇筑混凝土，形成护拱；步骤三，洞室开挖及施做初期支护，在护拱的保护下，进行隧道工程洞室开挖及初期支护施工；初期支护预留和护拱相通的泄水孔和吹填孔，孔内分别预埋泄水管、吹填管；步骤四，吹填级配碎石缓冲层，吹填级配碎石应由下至上依次吹填，逐步完成整个吹填工作；步骤五，浇筑二次衬砌。本发明可有效降低隧道岩体空腔段塌方、落石等灾害带来的施工风险，加快处治速度，降低工程费用，并确保隧道岩体空腔的处治质量，提高隧道运营期间的安全和降低养护费用。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及了一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的飞速发展，高等级公路不断向西部山区延伸，带动隧道工程的建设迅猛发展，同时，隧道工程的设计与施工也遇到了各种各样的难题亟待解决。例如，隧道施工开挖过程中遇到软弱夹层等不良地质地段，处治措施稍有不当就会引起塌方，大型的塌方会伴生大型的空腔出现；另外，在岩溶地区的隧道工程施工，经常会遇到大型岩溶空腔。这些空腔在隧道开挖扰动下，难免会有坍塌、落石等灾害发生，这样在岩体空腔段的隧道施工就完全暴露在危险之中，稍有不慎就会有机毁人亡的事故发生。如果这些岩体空腔处治不当，不但会在隧道施工期间带来各种威胁，还会对运营期的隧道安全带来威胁，并会造成隧道运营成本的升高。塌方、落石等塌落物直接作用在衬砌上，会给衬砌带来损伤；塌落物中的泥沙容易堵塞隧道排水管道，造成隧道衬砌背后水压力的升高，高水压会造成隧道衬砌裂缝和渗漏水等病害的发生。如何在保证隧道施工安全及运营安全的情况下，快速、经济的处治隧道工程施工中遇到的大型岩体空腔一直是隧道工程界亟待解决的难题。
隧道施工开挖过程中遇到大型岩体空腔，采用回填的常规方法具有工程量大、时间长、费用高等缺点；采用注浆的方法处治，在没有模板约束注浆范围的情况下，很难掌控注浆数量和施工质量，并会堵塞空腔排水通道；特别是，具有落石、崩塌，甚至塌方的大型岩体空腔，施工人员和器械长时间暴露在危险之下，容易发生危险。那么就需要寻求一种减少甚至避免施工人员直接暴露在空腔塌落物危险下施工作业的时间，并且具有施工风险低，处治速度快，工程费用少，处治质量好，可提高隧道运营期间的安全性及降低维护成本等优点的施工技术方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题与缺陷,本发明公开了一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法。本发明适用于隧道衬砌结构侧墙和拱部位置的各种类型的空腔处治。本发明可不用架设组装成品模板，减少甚至避免施工人员和施工器械直接暴露在空腔危险环境中作业的时间，并具有施工风险低、成本小、速度快，可确保隧道岩体空腔处治质量，提高隧道运营期间的安全性及降低维护成本等诸多优点。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，包括以下步骤：
步骤一，设置内、外防护层；
采用PVC防水板、钢筋网配合由钢架制成的支撑钢架，布设于岩体空腔与隧道洞室相交处，然后在PVC防水板、钢筋网及支撑钢架上喷射混凝土，混凝土凝固后，检查喷射混凝土层，对缺空处及偏薄处进行补充喷射混凝土，组成外防护层；采用同样的施工步骤，在外防护层的下方，施作好内防护层（内、外防护层的间距，由设计所需的护拱厚度确定）；外防护层和内防护层均设有泄水孔、吹填孔，并分别预埋有泄水管、吹填管；内防护层还预留有灌注孔，预留灌注孔应同时兼顾灌注和振捣功能；
步骤二，施工护拱；
在外防护层和内防护层喷射混凝土强度达到设计要求后，由内防护层预留的灌注孔在内、外防护层之间浇筑混凝土，形成隧道衬砌护拱；隧道衬砌护拱的结构一般为钢筋混凝土结构，在布设内防护层之前，应设置好护拱钢筋，并连接在支撑钢架上；
步骤三，洞室开挖及施做初期支护；
当隧道衬砌护拱的强度达到要求后，在隧道衬砌护拱和内、外防护层共同保护下，进行隧道工程的洞室开挖及初期支护结构施工；初期支护和隧道衬砌护拱预留有与内、外防护层相通的泄水孔和吹填孔，在泄水孔、吹填孔内分别埋设有泄水管、吹填管；预埋管道的长度根据护拱厚度及所需吹填层的厚度共同确定；
步骤四，吹填级配碎石缓冲层；
当初期支护强度达到要求后，采用吹填机械通过吹填孔内的吹填管向护拱背后吹填级配碎石，以形成碎石缓冲层，吹填工作顺序为由下往上依次吹填，直到临近吹填管有碎石掉落时，方可换下一个吹填管进行吹填，逐步完成整个吹填工作；吹填碎石厚度由塌落物大小和高度计算得出的冲击力进行设定；
步骤五，浇筑二次衬砌；
当碎石缓冲层吹填作业完成后，封闭填充孔道，并用隧道专用排水管连接泄水管，把岩体空腔水流接引至隧道排水系统，排出洞外；加密岩体空洞段的隧道二次衬砌背后排水管，铺设隧道防水层及排水管，浇筑二次衬砌。
对本发明的进一步说明，所述的内防护层和外防护层使用的钢筋网的网格大小为（10cm×10cm）～（20cm×20cm）。
对本发明的进一步说明，所述的吹填管采用梅花型布置。
对本发明的进一步说明，在施工完成后形成的防护结构为：包括在隧道衬砌背后由内向外依次设置的内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层和碎石缓冲层；所述的内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层和碎石缓冲层设有吹填管和泄水管；所述的吹填管贯穿内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层和碎石缓冲层；所述的泄水管设置在岩体空腔的底部，并且泄水管的一端延伸出内防护层，另一端穿过内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层延伸至碎石缓冲层内部。
对本发明的进一步说明，所述的泄水管伸入碎石缓冲层内部的管身做成花管，并且用土工布包裹。
在本发明中，所述内、外防护层均由PVC防水板+钢筋网、钢架、锁脚锚杆、喷射混凝土组成；PVC防水板的主要作用是为了让喷射混凝土易于成型，降低喷射混凝土的损失率，节省制作防护层的时间，防水板可用铁丝绑扎在钢筋网上；钢筋网所用钢筋直径通常为8mm，网格大小通常为@15cm，根据需要可适当调整钢筋直径及网格大小，布设时可用铁丝绑扎在钢架上；钢架可以是钢拱架，也可以用格栅钢架，主要起架立作用；锁脚锚杆主要起固定钢架的作用；在钢架及防水板+钢筋网布设完毕后，就可以起到一定的防护作用，可大大提高喷射混凝土施工时的安全系数；喷射混凝土的主要作用为提高防护层的强度及将钢筋网和钢架粘结成层状，以便在起到防护作用的同时，还能充当模板的作用，喷射厚度一般10cm-20cm厚；内、外防护层在代替成品模板的同时具有较强的防护能力，减少甚至避免施工人员和施工器械直接暴露在空腔危险环境中作业的时间，以降低施工风险。
在本发明中，所述护拱由混凝土和钢筋骨架现浇组成，护拱厚度及钢筋骨架参数根据实际情况计算分析确定；混凝土浇筑施工缝应避免出现在护拱纵向，以免影响护拱的防护能力。
在本发明中，所述碎石缓冲层由吹填管吹填级配碎石组成，缓冲层厚度和吹填工程量可根据实际情况计算分析确定，一般厚度要求不小于150cm；碎石缓冲层可有效缓冲空腔塌落物的冲击力，确保隧道衬砌不受损害；并且可以有效过滤岩体空腔水流中的泥沙，确保隧道衬砌背后排水管道的畅通。
在本发明中，所述吹填碎石缓冲层的区域次序为a区-b区-c区-d区-e区，即由下到上依次吹填，吹填管和观察管（正在进行吹填作业区域中的未进行吹填作业的吹填管）按照梅花形布置，观察管内有碎石掉落时，说明该区域吹填工作可以结束，进行下一个吹填管的吹填，逐步完成整个吹填工作；
在本发明中，所述空腔水流排泄通道由泄水管连接隧道专用排水管组成，泄水管伸入碎石层长度范围内的管身做成花管，并用土工布包裹，便于排水的同时过滤泥沙，泄水管参数及布置密度可根据空腔内水量大小计算确定；泄水管对于降低隧道衬砌背后水压和减小隧道运营期间渗漏水的几率有重大作用。
在本发明中，内外防护层及护拱施工完毕后，隧道的其他工序施工与常规隧道相同。
本发明的优点：
本发明所述的施工技术可不架设组装成品模板，减少甚至避免施工人员和施工器械直接暴露在空腔危险环境中作业的时间，可有效降低施工风险；碎石缓冲层可有效缓冲空腔塌落物的冲击力，确保隧道衬砌不受损害；并可有效过滤岩体空腔水流中的泥沙，确保隧道衬砌背后排水管道的畅通；泄水管对于隧道衬砌背后水压的降低和减小隧道运营期间渗漏水的几率有重大作用。碎石缓冲层的吹填作业及隧道洞身段施工作业都是在护拱保护下进行。采用本发明处治隧道工程岩体空腔施工风险低、费用少、速度快，特别的，可确保隧道岩体空腔处治质量，并能提高隧道运营期间的安全性及减小维护成本。
附图说明
图1是本发明一实施例在施工完成后隧道断面布置示意图。
附图标记：1-二次衬砌，2-初期支护，3-内防护层，4-隧道衬砌护拱，5-外防护层，6-碎石缓冲层，7-吹填管，8-锁脚锚杆，9-泄水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例：
一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，包括以下步骤：
步骤一，设置内、外防护层；
采用PVC防水板+φ8钢筋网@15cm，配合由I20a钢架制成的支撑钢架@150cm，布设于岩体空腔与隧道洞室相交处，然后在PVC防水板+钢筋网及支撑钢架上喷射C20混凝土，混凝土凝固后，检查喷射混凝土层，对缺空处及偏薄处进行补充喷射混凝土，组成厚20cm外防护层；采用同样的施工步骤，在外防护层的内侧，施作厚15cm内防护层；内、外防护层的间距为70cm；外防护层和内防护层均设有泄水孔、吹填孔，并分别预埋有φ50泄水管、φ110吹填管；内防护层还预留有灌注孔，预留灌注孔应同时兼顾灌注和振捣功能；
步骤二，施工护拱；
在内防护层和外防护层喷射混凝土强度达到90%后，由内防护层预留的灌注孔在内、外防护层之间浇筑C25混凝土，形成厚70cm的隧道衬砌护拱；隧道衬砌护拱的结构为钢筋混凝土结构，环向钢筋为φ22 @20cm，纵向钢筋为φ10 @20cm；在施工内防护层之前，布设护拱钢筋，并连接在支撑钢架上；
步骤三，洞室开挖及施作初期支护；
当隧道衬砌护拱的强度达到70%后，在隧道衬砌护拱和内、外防护层共同保护下，可进行隧道工程的洞室开挖及初期支护结构施工，开挖尽量采取机械开挖，以免过大扰动引起空腔塌方及防护层和护拱强度降低；初期支护和隧道衬砌护拱预留有与内、外防护层相通的泄水孔和吹填孔，在泄水孔、吹填孔内分别埋设有φ50泄水管长230cm间距200cm、φ110吹填管长310cm间距150cm；
步骤四，吹填级配碎石缓冲层；
当初期支护强度达到100%后，采用吹填机械通过吹填孔内的吹填管向护拱背后吹填2cm-4cm级配碎石，以形成厚150cm的碎石缓冲层，吹填工作顺序为由下往上依次吹填，直到临近吹填管有碎石掉落时，方可换下一个吹填管进行吹填，逐步完成整个吹填工作；
步骤五，浇筑二次衬砌；
当碎石缓冲层吹填作业完成后，封闭填充孔道，并用隧道专用排水管连接泄水管，把岩体空腔水流接引至隧道排水系统，排出洞外；加密岩体空洞段的隧道排水盲管，铺设隧道防水层，浇筑二次衬砌。
本实施例施工完成后，隧道断面如图1所示：在施工完成后形成的防护结构为：包括在隧道衬砌背后由内向外依次设置的内防护层3、隧道衬砌护拱4、外防护层5和碎石缓冲层6；所述的内防护层3、隧道衬砌护拱4、外防护层5和碎石缓冲层6设有吹填管7和泄水管9；所述的吹填管7贯穿内防护层3、隧道衬砌护拱4、外防护层5和碎石缓冲层6；所述的泄水管9设置在岩体空腔的底部，并且泄水管9的一端延伸出内防护层3，另一端穿过内防护层3、隧道衬砌护拱4、外防护层5延伸至碎石缓冲层6内部。所述的泄水管9伸入碎石缓冲层6内部的管身做成花管，并且用土工布包裹。所述的吹填管7采用梅花型布置。
Claims (5)
1.一种隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，设置内、外防护层；
采用PVC防水板、钢筋网配合由钢架制成的支撑钢架，布设于岩体空腔与隧道洞室相交处，然后在PVC防水板、钢筋网及支撑钢架上喷射混凝土，混凝土凝固后，检查喷射混凝土层，对缺空处及偏薄处进行补充喷射混凝土，组成外防护层；采用同样的施工步骤，在外防护层的内侧，布设并施作内防护层；外防护层和内防护层均设有泄水孔、吹填孔，并分别预埋有泄水管、吹填管；内防护层还预留有灌注孔，预留灌注孔应同时兼顾灌注和振捣功能；
步骤二，施工护拱；
在外防护层和内防护层喷射混凝土强度达到设计要求后，由内防护层预留的灌注孔在内、外防护层之间浇筑混凝土，形成隧道衬砌护拱；隧道衬砌护拱的结构为钢筋混凝土结构，在布设内防护层之前，应设置好护拱钢筋，并连接在支撑钢架上；
步骤三，洞室开挖及施做初期支护；
当隧道衬砌护拱的强度达到要求后，在隧道衬砌护拱和内、外防护层共同保护下，进行隧道工程的洞室开挖及初期支护结构施工；初期支护和隧道衬砌护拱预留有与内、外防护层相通的泄水孔和吹填孔，在泄水孔、吹填孔内分别埋设有泄水管、吹填管；预埋管道的长度根据护拱厚度及所需吹填层的厚度共同确定；
步骤四，吹填级配碎石缓冲层；
当初期支护强度达到要求后，采用吹填机械通过吹填孔内的吹填管向护拱背后吹填级配碎石，以形成碎石缓冲层，吹填工作顺序为由下往上依次吹填，直到临近吹填管有碎石掉落时，方可换下一个吹填管进行吹填，逐步完成整个吹填工作；吹填碎石厚度由塌落物大小和高度计算得出的冲击力进行设定；
步骤五，浇筑二次衬砌；
当碎石缓冲层吹填作业完成后，封闭填充孔道，并用隧道专用排水管连接泄水管，把岩体空腔水流接引至隧道排水系统，排出洞外；加密岩体空洞段的隧道二次衬砌背后排水管，铺设隧道防水层及排水管，浇筑二次衬砌。
2.根据权利要求1所述的隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，其特征在于：所述的内防护层和外防护层使用的钢筋网的网格大小为（10cm×10cm）～（20cm×20cm）。
3.根据权利要求1所述的隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，其特征在于：所述的吹填管采用梅花型布置。
4.根据权利要求1所述的隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，其特征在于：在施工完成后形成的防护结构为：包括在隧道衬砌背后由内向外依次设置的内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层和碎石缓冲层；所述的内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层和碎石缓冲层设有吹填管和泄水管；所述的吹填管贯穿内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层和碎石缓冲层；所述的泄水管设置在岩体空腔的底部，并且泄水管的一端延伸出内防护层，另一端穿过内防护层、隧道衬砌护拱、外防护层延伸至碎石缓冲层内部。
5.根据权利要求4所述的隧道工程无模板处治岩体空腔的施工方法，其特征在于：所述的泄水管伸入碎石缓冲层内部的管身做成花管，并且用土工布包裹。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |