CN105888674A - 不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，包括：第一步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度和高度、钢拱架间距及钢拱架所选用工字钢型号和翼缘宽度；查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级和围岩孔隙率；第二步、先行洞施工超前注浆强化加固；第三步、先行洞施工纵向钢梁加固；第四步、后行洞施工超前注浆强化加固；第五步、后行洞施工纵向钢梁加固。本发明针对不同围岩等级的中夹岩，在隧道开挖前对中夹岩进行超前注浆加固，将超前支护和中夹岩稳定性加固相结合，简化施工步骤；施加纵向钢梁对中夹岩进行加固，强化支护结构。本发明不仅能够保证中夹岩的稳定性，而且能够有效地简化施工工艺，加快施工进度。

Description

不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法

技术领域

本发明涉及一种隧道工程技术领域中的施工方法，具体地，涉及一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法。

背景技术

在小净距隧道施工中，中夹岩是位于小净距隧道双拱结构中间部位的岩体，对保持隧道稳定及支撑隧道上部结构具有重要作用。小净距隧道施工过程中，在中夹岩处出现应力集中和二次应力场叠加而易发生失稳现象，当围岩条件为I级、II级围岩时，中夹岩能够保持较好的稳定性，当围岩条件为III级、IV级、V级围岩时，中夹岩则易发生开裂和掉块，V级围岩条件下还会发生坍塌现象，因此在施工时如何保证软弱围岩条件下中夹岩的稳定性，是小净距隧道施工的关键。现有中夹岩加固措施通常为注浆小导管预加固和水平贯通锚杆施加预应力加固，一方面注浆小导管预加固对中夹岩的加固作用效果有限，另一方面水平贯通锚杆施加预应力加固是在左右隧道开挖完成后进行，加固措施相对滞后，同时会减弱注浆小导管的预加固作用；现有中夹岩加固措施未考虑不同围岩等级对加固效果的影响；此外，该方法还存在工序繁多、工艺复杂和施工进度缓慢等缺点。如何在保证中夹岩加固强度的同时，结合围岩条件，简化施工工艺，减少施工成本，已成为小净距隧道施工的重点之一。

经对现有技术文献检索发现，申请专利号为：201210311959.8，公开号为：CN103628884A，专利名称为：小净距隧道中夹岩加固方法。该专利自述为“a、在隧洞开挖前施作超前大管棚，其布置于隧洞外围岩体内，且布置范围从原理中夹岩一侧的拱肩处经拱顶后延伸至靠近中夹岩一侧的拱脚处，各大管棚均沿隧洞轴向布置；b、进行隧洞的分部开挖支护，并在开挖靠近中夹岩侧土体前，施作小导管进行注浆，二次加固，小导管位于隧洞靠近中夹岩一侧，并从隧洞的拱肩延伸至拱脚处。”该专利虽然简化了水平贯通锚杆施加预应力加固的施工步骤，但对中夹岩进行了超前管棚和注浆小导管注浆重复性加固，工序复杂；注浆小导管布置范围从隧道远离中夹岩一侧的拱肩延伸至靠近中夹岩一侧的拱脚，布设范围大，施工周期长；未提出针对不同围岩条件的中夹岩加固措施。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，针对不同围岩等级的中夹岩，在隧道开挖前对中夹岩进行超前注浆加固，将超前支护和中夹岩稳定性加固相结合，简化施工步骤；施加纵向钢梁对中夹岩进行加固，强化支护结构。本发明不仅能够保证中夹岩的稳定性，而且能够有效地简化施工工艺，加快施工进度。

本发明方法是通过以下技术方案实现的：

一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，包括以下步骤：

第一步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D、中夹岩高度H、钢拱架间距d₁以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度d₂；查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级和围岩孔隙率n；

第二步、先行洞施工超前注浆强化加固，包括：

(1)隧道先行洞开挖前，根据施工现场地质围岩等级，沿开挖面和中夹岩的连接线布设先行洞超前注浆孔，布设范围为从隧道拱脚至隧道拱肩；

(2)采用冲击风钻进行先行洞超前注浆孔钻孔，钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将先行洞注浆小导管顶入先行洞超前注浆孔中，注入注浆浆液，其中：先行洞单管注浆量为Q₁，注浆压力为P；

第三步、先行洞施工纵向钢梁加固，包括：

(1)在隧道先行洞完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，并保持腹板水平，将纵向钢梁的突出腹板置于钢拱架翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接；

第四步、后行洞施工超前注浆强化加固，包括：

(1)隧道后行洞开挖前，根据先行洞超前注浆孔布设情况，沿开挖面和中夹岩的连接线布设后行洞超前注浆孔，布设范围为从隧道拱脚至隧道拱肩；

(2)采用冲击风钻进行后行洞超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将后行洞注浆小导管顶入后行洞超前注浆孔中，注入注浆浆液，其中：后行洞单管注浆量为Q₂，注浆压力为P；

第五步、后行洞施工纵向钢梁加固，包括：

(1)在隧道后行洞完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，并保持腹板水平，将纵向钢梁焊接端的突出腹板置于钢拱架前后翼缘之间，在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接；

对于IV级、V级围岩，所述后行洞中纵向钢梁布设位置的确定方法与先行洞中纵向钢梁的布设位置确定方法相同；

对于I级、II级、III级围岩，无需施作纵向钢梁。

优选地，第一步中：

所述中夹岩为先行洞与后行洞之间、隧道内侧墙拱肩至拱脚部位；

所述中夹岩厚度D为先行洞与后行洞之间的距离；

所述中夹岩高度H为隧道内侧墙拱肩至拱脚的距离；

所述钢拱架为小净距隧道初期支护钢拱架；

所述钢拱架间距d₁为相邻钢拱架翼缘之间的距离。

更优选地，所述先行洞为小净距隧道中先进行开挖的隧道；所述后行洞为小净距隧道中后进行开挖的隧道。

优选地，第二步中，所述先行洞施工超前注浆强化加固针对于III级、IV级、V级围岩，在I级、II级围岩条件下无需进行超前注浆强化加固。

优选地，第二步(1)中，所述先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₁，l₁按下式计算：

l₁＝αl

式中：α为布设间隔控制系数，在III级围岩条件下α取1.0，在IV级围岩条件下α取0.8，在V级围岩条件下α取0.6；l为布设间隔基准值，取0.5m。

优选地，第二步(1)中，所述先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₂，l₂按下式计算：

$l_2=\sqrt{2}{l}_1.$

优选地，第二步的(2)中：

所述先行洞超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°；

所述先行洞超前注浆孔直径大于先行洞注浆小导管外径10mm；

所述先行洞超前注浆孔孔深比先行洞注浆小导管长度L₁小20cm。

更优选地，所述先行洞注浆小导管的材质为热轧无缝钢管；

所述先行洞注浆小导管长度L₁按下式计算：

$L_1=\sqrt{2}\mathrm{\β}D$

式中：β为折减系数，取值为0.8～0.9；D为中夹岩厚度，m。

更优选地，所述先行洞注浆小导管的外径为40～50mm、壁厚为4～6mm；在先行洞注浆小导管的管尾10cm处设置有一圆环钢筋箍，其外径为6mm；先行洞注浆小导管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直。

更优选地，沿所述先行洞注浆小导管的管身设置四排溢浆孔，溢浆孔孔径为6mm，溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列；先行洞注浆小导管的后端40cm范围内不设溢浆孔。

优选地，第二步的(2)中，所述注浆浆液选用超细水泥-水玻璃双浆液，其中：浆液水灰比为1：1，水泥浆和水玻璃体积比为2：1。

优选地，第二步的(2)中，所述先行洞单管注浆量Q₁按下式计算：

Q₁＝nπR²L₁μ₁γλ

式中：n为围岩孔隙率；R为浆液扩散半径，取0.7l₁；L₁为先行洞注浆小导管长度，m；μ₁为先行洞围岩填充系数，取0.65；γ为注浆损耗系数，取1.1；λ为注浆量控制系数，在III级围岩条件下λ取1.0，在IV级围岩条件下λ取0.85，在V级围岩条件下λ取0.75。

优选地，第二步的(2)中，所述注浆压力P根据中夹岩的围岩等级确定：在III级围岩条件下P为1.0MPa，在IV级围岩条件下P为0.7MPa，在V级围岩条件下P为0.5MPa。

优选地，第三步(1)中：

对于IV级围岩，所述纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处；对于V级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.2H、0.5H和0.9H处；对于I级、II级、III级围岩，无需施作纵向钢梁。

更优选地，所述纵向钢梁的材质为与钢拱架型号相同的工字钢，其腹板长度为相邻钢拱架腹板之间的距离、翼缘长度为相邻钢拱架翼缘之间的距离。

优选地，第三步(2)中：

所述突出腹板为纵向钢梁中超出两侧翼缘的腹板部分，其长度为0.5d₂；

所述纵向钢梁焊接端为在纵向钢梁两端的突出腹板及翼缘端。

优选地，第四步中，所述后行洞施工超前注浆强化加固针对于III级、IV级、V级围岩，在I级、II级围岩条件下无需进行超前注浆强化加固。

优选地，第四步(1)中：

所述后行洞超前注浆孔的环向布设位置与先行洞超前注浆孔交错布设；

所述后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔与先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔相同；

所述后行洞超前注浆孔的纵向布设位置与先行洞超前注浆孔对称。

优选地，第四步(2)中：

所述后行洞超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°；

所述后行洞超前注浆孔直径大于后行洞注浆小导管外径10mm；

所述后行洞超前注浆孔孔深比后行洞注浆小导管长度L₂小20cm，其中L₂与先行洞注浆小导管长度L₁相同。

更优选地，所述后行洞注浆小导管的材质为热轧无缝钢管。

更优选地，所述后行洞注浆小导管的外径为40～50mm、壁厚为4～6mm；在后行洞注浆小导管的管尾10cm处设置有一圆环钢筋箍，其外径为6mm；后行洞注浆小导管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直。

更优选地，沿所述后行洞注浆小导管的管身设置四排溢浆孔，溢浆孔孔径为6mm；后行洞注浆小导管的管身前端至0.8L₂范围内溢浆孔孔距为20cm，其余部位溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列；后行洞注浆小导管的后端40cm范围内不设溢浆孔。

优选地，第四步(2)中：

所述后行洞单管注浆量Q₂按下式计算：

Q₂＝nπR²L₂μ₂γλ

式中：n为围岩孔隙率；R为浆液扩散半径，取0.7l₁；L₂为后行洞注浆小导管长度，m；μ₂为后行洞围岩填充系数，取0.25；γ为注浆损耗系数；λ为注浆量控制系数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，针对不同围岩等级的中夹岩，能够有效减小小净距隧道中夹岩的变形和作用在支护结构上的荷载，提高钢拱架稳定性，减小因先行洞、后行洞不对称施工引起的剪切应力，强化支护结构，简化施工工艺。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例中超前注浆强化加固横断面示意图；

图2为本发明实施例中超前注浆强化加固剖面示意图；

图3a、图3b为本发明一实施例的先行洞超前注浆管、后行洞超前注浆管示意图；

图4a、图4b为本发明一实施例的纵向钢梁焊接示意图；

图中：1为先行洞注浆小导管，2为后行洞注浆小导管，3为隧道拱肩，4为隧道拱脚，5为中夹岩，6为圆环钢筋箍，7为溢浆孔(孔距12cm)，8为溢浆孔(孔距20cm)，9为纵向钢梁，10为焊接端，11为钢拱架。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例提供一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，用于某小净距隧道，工程地质围岩等级为IV级围岩，围岩孔隙率3％，爆破法开挖，开挖前进行超前注浆小导管预支护，开挖后进行I18工字钢拱架+钢筋网+喷射混凝土初期支护，钢拱架间距74cm。隧道先行洞与后行洞尺寸一致，单洞跨度11.12m，高8.76m，中夹岩厚度4.5～6m，高度5.2m。

如图所示，本实施例提供一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，所述方法的具体施工步骤如下：

步骤一、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D为4.5～6m、高度H为5.2m，钢拱架11间距d₁为74cm，钢拱架11所选用工字钢的型号为I18工字钢，钢拱架11所选用工字钢的翼缘宽度d₂为94mm；查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级为IV级围岩、围岩孔隙率n为3％。

步骤二、先行洞施作超前注浆强化加固(需要说明的是先行洞施工超前注浆强化加固针对于III级、IV级、V级围岩，在I级、II级围岩条件下无需进行超前注浆强化加固)，具体地：

(1)隧道先行洞开挖前，根据施工现场IV级围岩的地质情况，沿开挖面和中夹岩的连接线布设先行洞超前注浆孔，先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₁，其满足公式l₁＝αl(α为布设间隔控制系数，在IV级围岩条件下α取0.8；l为布设间隔基准值，取0.5m)，得到：l₁＝αl＝0.8×0.5＝0.4m，单次环向布设所需超前注浆孔为14个，布设范围为从隧道拱脚至隧道拱肩，先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₂，其满足公式得到：具体布设情况如图1、图2所示。

(2)采用冲击风钻进行先行洞超前注浆孔钻孔，先行洞超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°，先行洞超前注浆孔直径为50mm，5.5m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为5.3m，6m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为5.8m，6.5m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为6.3m，7m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为6.8m；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将先行洞注浆小导管1顶入孔中，注入注浆浆液，先行洞单管注浆量满足公式：Q₁＝nπR²L₁μ₁γλ(n为围岩孔隙率，n为3％；R为浆液扩散半径，取0.7l₁；L₁为先行洞注浆小导管长度；μ₁为先行洞围岩填充系数，取0.65；γ为注浆损耗系数，取1.1；λ为注浆量控制系数，在IV级围岩条件下λ取0.85)，从而得到Q₁：

Q₁＝nπR²L₁μ₁γλ＝nπ(0.7l₁)²L₁μ₁γλ＝0.03×π×(0.7×0.4)²×L₁×0.65×1.1×0.85，其中：5.5m先行洞注浆小导管1单管注浆量为2.47×10^-2m³、6m先行洞注浆小导管1单管注浆量为2.69×10^-2m³、6.5m先行洞注浆小导管1单管注浆量为2.92×10^-2m³、7m先行洞注浆小导管1单管注浆量为3.14×10^-2m³；注浆压力P根据中夹岩的围岩等级确定，在IV级围岩条件下P为0.7MPa。

本实施例中，所述先行洞注浆小导管1的材质为热轧无缝钢管。

本实施例中，所述先行洞注浆小导管1的长度按照公式计算，式中：β取值为0.8～0.9，中夹岩厚度D取值为4.5～6m；

当先行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为4.5～4.8m时，则所需先行洞注浆小导管1长度为5.5m；

当先行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为4.8～5.3m时，则所需先行洞注浆小导管1长度为6m；

当先行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为5.3～5.7m时，则所需先行洞注浆小导管1长度为6.5m；

当先行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为5.7～6m时，则所需先行洞注浆小导管1长度为7m。

本实施例中，所述先行洞超前注浆孔单次环向布设，需：5.5m注浆小导管7根、6m注浆小导管4根、6.5m注浆小导管1根、7m注浆小导管2根。

本实施例中，所述先行洞注浆小导管1的外径为40mm、壁厚为5mm；先行洞注浆小导管1的圆环钢筋箍6的外径为6mm，且设置在管尾10cm处；先行洞注浆小导管1的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直，具体结构如图3a所示。

本实施例中，所述先行洞注浆小导管1的溢浆孔7沿管身设置四排，溢浆孔7孔径为6mm，溢浆孔7孔距为12cm且呈梅花形排列；先行洞注浆小导管1的后端40cm范围内不设溢浆孔；具体结构如图3a所示。

本实施例中，所述注浆浆液选用超细水泥-水玻璃双浆液，其中：浆液水灰比为1：1，水泥浆和水玻璃体积比为2：1。

步骤三、先行洞施工纵向钢梁辅助加固，具体地：

(1)在隧道先行洞完成钢拱架11的施工后，在各排钢拱架11之间施作纵向钢梁；本实施例所述纵向钢梁的施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处，单次环向施作需三根纵向钢梁；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架11之间，保持腹板水平，将纵向钢梁焊接端10的突出腹板置于钢拱架11的前后翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端10将纵向钢梁和钢拱架11连接(具体结构如图4a、图4b所示)。

本实施例中，所述纵向钢梁材质为I18工字钢，其腹板长度为74cm、翼缘长度为64.6cm。

本实施例中，所述突出腹板长度为47mm。

步骤四、后行洞施工超前注浆强化加固(需要说明的是，后行洞施工超前注浆强化加固针对于III级、IV级、V级围岩，在I级、II级围岩条件下无需进行超前注浆强化加固)，具体地：

(1)隧道后行洞开挖前，根据先行洞超前注浆孔布设情况，沿开挖面和中夹岩的连接线布设后行洞超前注浆孔，后行洞超前注浆孔的环向布设位置与先行洞超前注浆孔交错布设，后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为0.4m，单次环向布设所需超前注浆孔为13个，后行洞超前注浆孔的纵向布设位置与先行洞超前注浆孔对称(具体布设情况如图1、图2所示)；

(2)采用冲击风钻进行后行洞超前注浆孔钻孔，后行洞超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°，后行洞超前注浆孔直径为50mm，5.5m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为5.3m，6m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为5.8m，6.5m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为6.3m，7m注浆小导管的先行洞超前注浆孔孔深为6.8m；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将后行洞注浆小导管2顶入孔中，注入注浆浆液，后行洞单管注浆量Q₂满足公式：Q₂＝nπR²L₂μ₂γλ(n为围岩孔隙率，为3％；R为浆液扩散半径；L₂为后行洞注浆小导管长度；μ₂为后行洞围岩填充系数，取0.25；γ为注浆损耗系数；λ为注浆量控制系数)，从而得到Q₂：

Q₂＝nπR²L₂μ₂γλ＝nπ(0.7l₁)²L₂μ₂γλ＝0.03×π×(0.7×0.4)²×L₂×0.25×1.1×0.85：其中：5.5m后行洞注浆小导管2单管注浆量为9.50×10^-3m³、6m后行洞注浆小导管2单管注浆量为1.04×10^-2m³、6.5m后行洞注浆小导管2单管注浆量为1.12×10^-2m³、7m后行洞注浆小导管2单管注浆量为1.21×10^-2m³；注浆压力P为0.7MPa。

本实施例中，所述后行洞注浆小导管2的材质为热轧无缝钢管。

本实施例中，所述后行洞注浆小导管2的长度L₂与先行洞注浆小导管1的长度L₁相同，分别为：

当后行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为4.5～4.8m时，则所需后行洞注浆小导管2的长度为5.5m；

当后行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为4.8～5.3m时，则所需后行洞注浆小导管2的长度为6m；

当后行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为5.3～5.7m时，则所需后行洞注浆小导管2的长度为6.5m；

当后行洞超前注浆孔布设点处中夹岩厚度为5.7～6m时，则所需后行洞注浆小导管2的长度为7m。

本实施例中，所述后行洞超前注浆孔单次环向布设需：5.5m注浆小导管7根、6m注浆小导管3根、6.5m注浆小导管2根、7m注浆小导管1根。

本实施例中，所述后行洞注浆小导管2的外径为40mm、壁厚为5mm；后行洞注浆小导管2的圆环钢筋箍6外径为6mm，且设置在管尾10cm处；后行洞注浆小导管2的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直(具体结构如图3b所示)。

本实施例中，所述后行洞注浆小导管2的溢浆孔7、8沿管身设置四排，溢浆孔7、8孔径均为6mm；后行洞注浆小导管2的管身前端至0.8L范围内的溢浆孔8的孔距为20cm，其余部位溢浆孔7的孔距为12cm，且呈梅花形排列；后行洞注浆小导管2的后端40cm范围内不设溢浆孔(具体结构如图3b所示)。

本实施例中，所述注浆浆液选用超细水泥-水玻璃双浆液：浆液水灰比为1：1，水泥浆和水玻璃体积比为2：1。

步骤五、后行洞施工纵向钢梁辅助加固，具体地：

(1)在隧道后行洞完成钢拱架11的施工后，在各排钢拱架11之间施作纵向钢梁，本实施例中纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处，单次环向施作需3根纵向钢梁；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架11之间，并保持腹板水平，将纵向钢梁焊接端10的突出腹板置于钢拱架11前后翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端10将纵向钢梁和钢拱架11连接(具体结构如图4a、图4b所示)。

本实施例很好地克服了现有技术中小净距隧道中夹岩加固工序多、工艺复杂、进度缓慢等缺点，在保证中夹岩的稳定性上，施工工艺简单，操作性强，易组织，可以达到加快施工进度的目的。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (12)

1.一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D、中夹岩高度H、钢拱架间距d₁以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度d₂；查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级和围岩孔隙率n；

第二步、先行洞施工超前注浆强化加固，包括：

(1)隧道先行洞开挖前，根据施工现场地质围岩等级，沿开挖面和中夹岩的连接线布设先行洞超前注浆孔；

(2)采用冲击风钻进行先行洞超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将先行洞注浆小导管顶入先行洞超前注浆孔中，注入注浆浆液，其中：先行洞单管注浆量为Q₁，注浆压力为P；

第三步、先行洞施工纵向钢梁加固，包括：

(1)在隧道先行洞完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，并保持腹板水平，将纵向钢梁的突出腹板置于钢拱架翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接；

第四步、后行洞施工超前注浆强化加固，包括：

(1)隧道后行洞开挖前，根据先行洞超前注浆孔布设情况，沿开挖面和中夹岩的连接线布设后行洞超前注浆孔；

(2)采用冲击风钻进行后行洞超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将后行洞注浆小导管顶入后行洞超前注浆孔中，注入注浆浆液，其中：后行洞单管注浆量为Q₂，注浆压力为P；

第五步、后行洞施工纵向钢梁加固，包括：

(1)在隧道后行洞完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，并保持腹板水平，将纵向钢梁焊接端的突出腹板置于钢拱架前后翼缘之间，在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接；

对于IV级、V级围岩，所述后行洞中纵向钢梁布设位置的确定方法与先行洞中纵向钢梁的布设位置确定方法相同；

对于I级、II级、III级围岩，无需施作纵向钢梁。

2.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第一步中：

所述中夹岩为先行洞与后行洞之间、隧道内侧墙拱肩至拱脚部位，其中：先行洞为小净距隧道中先进行开挖的隧道，后行洞为小净距隧道中后进行开挖的隧道；

所述中夹岩厚度D为先行洞与后行洞之间的距离，中夹岩高度H为隧道内侧墙拱肩至拱脚的距离；

所述钢拱架为小净距隧道初期支护钢拱架，钢拱架间距d₁为相邻钢拱架翼缘之间的距离。

3.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第二步(1)中：

所述先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₁，l₁按下式计算：

l₁＝αl

式中：α为布设间隔控制系数，在III级围岩条件下α取1.0，在IV级围岩条件下α取0.8，在V级围岩条件下α取0.6；l为布设间隔基准值，取0.5m；

所述先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₂，l₂按下式计算：

$l_2=\sqrt{2}{l}_1.$

4.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第二步的(2)中：

所述先行洞超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°；

所述先行洞超前注浆孔直径大于先行洞注浆小导管外径10mm；

所述先行洞超前注浆孔孔深比先行洞注浆小导管长度L₁小20cm，其中：L₁按下式计算：

$L_1=\sqrt{2}\mathrm{\β}D$

式中：β为折减系数，取值为0.8～0.9；D中夹岩厚度，m。

5.根据权利要求4所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，所述先行洞注浆小导管的材质为热轧无缝钢管；

所述先行洞注浆小导管的外径为40～50mm、壁厚为4～6mm；在先行洞注浆小导管的管尾10cm处设置有一圆环钢筋箍，其外径为6mm；先行洞注浆小导管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直；

沿所述先行洞注浆小导管的管身设置四排溢浆孔，溢浆孔孔径为6mm，溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列；先行洞注浆小导管的后端40cm范围内不设溢浆孔。

6.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第二步的(2)中：

所述注浆浆液选用超细水泥-水玻璃双浆液，其中：浆液水灰比为1：1，水泥浆和水玻璃体积比为2：1；

所述先行洞单管注浆量Q₁按下式计算：

Q₁＝nπR²L₁μ₁γλ

式中：n为围岩孔隙率；R为浆液扩散半径，取0.7l₁；L₁为先行洞注浆小导管长度，m；μ₁为先行洞围岩填充系数，取0.65；γ为注浆损耗系数，取1.1；λ为注浆量控制系数，在III级围岩条件下λ取1.0，在IV级围岩条件下λ取0.85，在V级围岩条件下λ取0.75；

所述注浆压力P根据中夹岩的围岩等级确定：在III级围岩条件下P为1.0MPa，在IV级围岩条件下P为0.7MPa，在V级围岩条件下P为0.5MPa。

7.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第三步(1)中：

对于IV级围岩，所述纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处；对于V级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.2H、0.5H和0.9H处；对于I级、II级、III级围岩，无需施作纵向钢梁；

所述纵向钢梁的材质为与钢拱架型号相同的工字钢，其腹板长度为相邻钢拱架腹板之间的距离、翼缘长度为相邻钢拱架翼缘之间的距离。

8.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第三步(2)中：

所述突出腹板为纵向钢梁中超出两侧翼缘的腹板部分，其长度为0.5d₂；

所述纵向钢梁焊接端为在纵向钢梁两端的突出腹板及翼缘端。

9.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第四步(1)中：

所述后行洞超前注浆孔的环向布设位置与先行洞超前注浆孔交错布设；

所述后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔与先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔相同；

所述后行洞超前注浆孔的纵向布设位置与先行洞超前注浆孔对称。

10.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第四步(2)中：

所述后行洞超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°；

所述后行洞超前注浆孔直径大于后行洞注浆小导管外径10mm；

所述后行洞超前注浆孔孔深比后行洞注浆小导管长度L₂小20cm，其中L₂与先行洞注浆小导管长度L₁相同。

11.根据权利要求10所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，所述后行洞注浆小导管的材质为热轧无缝钢管；

所述后行洞注浆小导管的外径为40～50mm、壁厚为4～6mm；在后行洞注浆小导管的管尾10cm处设置有一圆环钢筋箍，其外径为6mm；后行洞注浆小导管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直；

沿所述后行洞注浆小导管的管身设置四排溢浆孔，溢浆孔孔径为6mm；后行洞注浆小导管的管身前端至0.8L₂范围内溢浆孔孔距为20cm，其余部位溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列；后行洞注浆小导管的后端40cm范围内不设溢浆孔。

12.根据权利要求1所述的一种不同围岩等级下的小净距隧道中夹岩加固方法，其特征在于，第四步(2)中：

所述后行洞单管注浆量Q₂按下式计算：

Q₂＝nπR²L₂μ₂γλ

式中：n为围岩孔隙率；R为浆液扩散半径，取0.7l₁；L₂为后行洞注浆小导管长度，m；μ₂为后行洞围岩填充系数，取0.25；γ为注浆损耗系数；λ为注浆量控制系数。