CN106050240A - 山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，包括：一、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度，隧道单洞跨度；判断是否符合采用本方法的工程条件；二、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度、钢拱架间距以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度；查阅地质勘查报告，确定围岩孔隙率；三、确定注浆小导管超前注浆管加工参数；四、确定纵向钢梁加工参数；五、施工超前注浆强化加固；六、施工纵向钢梁加固。本发明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。

Description

山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法

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，涉及一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法。

背景技术

在小净距隧道施工中，软弱围岩指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，常见为IV级、V级和VI级围岩，中夹岩指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。在软弱围岩条件下的小净距隧道施工过程中，中夹岩部位出现应力集中和二次应力场叠加，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超前注浆管预加固和水平贯通锚杆施加预应力加固，一方面超前注浆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，同时会减弱超前注浆管的预加固作用；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超前注浆管注浆重复性加固，工序复杂；超前注浆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，本发明提出一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，针对软弱围岩条件的中夹岩，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：

一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D，隧道单洞跨度B；判断是否符合采用本方法的工程条件；

第二步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度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，确定围岩孔隙率n；

第三步、确定超前注浆管加工参数，参数包括：超前注浆管材质、超前注浆管长度L、超前注浆管外径、超前注浆管壁厚、超前注浆管的圆环钢筋箍外径、超前注浆管溢浆孔孔径及孔距；

第四步、确定纵向钢梁加工参数，参数包括：纵向钢梁材质、纵向钢梁腹板长度、纵向钢梁翼缘长度、纵向钢梁焊接端形式；

第五步、施工超前注浆强化加固，包括：

(1)隧道开挖前，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超前注浆孔；

(2)采用冲击风钻进行超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将超前注浆管顶入超前注浆孔中，注入注浆浆液，单管注浆量为Q，注浆压力为P；

第六步、施工纵向钢梁加固，包括：

(1)在隧道完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁：

对于IV级围岩，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VI级围岩，纵向钢梁施作位置为拱肩处、拱脚处、距离拱脚0.2H、0.4H、和0.7H处；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，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。

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，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。

优选地，第一步中，所述中夹岩厚度D为先行洞与后行洞之间距离。

优选地，第一步中，所述隧道单洞跨度B为先行洞跨度与后行洞跨度之间的较大值。

优选地，第一步中，所述工程条件为：施工现场地质围岩等级为IV级、V级或VI级围岩，且中夹岩厚度D满足条件0.1B≤D≤0.5B。

优选地，第二步中，所述中夹岩高度H为隧道内侧墙拱肩至拱脚距离。

优选地，第二步中，所述钢拱架为小净距隧道初期支护钢拱架。

优选地，第二步中，所述钢拱架间距d₁为相邻钢拱架翼缘之间的距离。

优选地，第三步中，所述超前注浆管材质为热轧无缝钢管，其在工厂进行预制加工。

优选地，第三步中，所述超前注浆管长度L按下式计算：

$L=\sqrt{2}\mathrm{\α}D$

式中：α为长度折减系数，当0.1B≤D＜0.3B时取值为0.8～0.9，当0.3B≤D＜0.5B时取值为0.7～0.8，当0.5B≤D≤0.75B时取值为0.6～0.7；D为中夹岩厚度，m。

优选地，第三步中，所述超前注浆管外径为40～50mm、壁厚为4～6mm。

优选地，第三步中，所述超前注浆管圆环钢筋箍外径为6mm，并设置在超前注浆管管尾10cm处。

优选地，第三步中，所述超前注浆管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直；

优选地，第三步中，所述超前注浆管用于先行洞时为先行洞超前注浆管、用于后行洞时为后行洞超前注浆管，其中：

所述先行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm，溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列，先行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔；

所述后行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm；后行洞超前注浆管管身前端至0.8L范围内溢浆孔孔距20cm，其余部位溢浆孔孔距12cm，且呈梅花形排列；后行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔。

优选地，第四步中，所述纵向钢梁的材质为与钢拱架型号相同的工字钢，其在工程现场隧道外进行预制加工。

优选地，第四步中，所述纵向钢梁腹板长度为相邻钢拱架腹板之间的距离。

优选地，第四步中，所述纵向钢梁翼缘长度为相邻钢拱架翼缘之间的距离。

优选地，第四步中，所述纵向钢梁焊接端形式为在纵向钢梁两端的突出腹板及翼缘端。

更优选地，所述突出腹板为纵向钢梁中超出两侧翼缘的腹板部分，长度为0.5d₂。

优选地，第五步的(1)中，所述超前注浆孔分为先行洞超前注浆孔、后行洞超前注浆孔，其中：先行洞超前注浆孔最底部布设点位于先行洞拱脚处；后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设位置与先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设位置交错布设，后行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设位置与先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设位置对称布设。

更优选地，所述沿隧道环向布设间隔为布设点与其下部临近布设点的垂直距离；所述沿隧道纵向布设间隔为布设点与其沿隧道轴向临近布设点的水平距离。

优选地，第五步的(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：

$l_1={\mathrm{\βl}}_{01}+H_{01}\frac{H_1}{H}$

式中：β为布设间隔控制系数，在IV级围岩条件下β取为1.0，在V级围岩条件下β取为0.8，在VI级围岩条件下β取为0.6；l₀₁为先行洞布设间隔基准值，取为0.5m；H₀₁为先行洞布设高差基准值，取为0.2m；H₁为该布设点下部的临近布设点至隧道拱脚的垂直高度，m；H为中夹岩高度，m。

优选地，第五步的(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：

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

式中：l₁为该先行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔，m。

优选地，第五步的(1)中，所述后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₃，l₃按下式计算：

$l_3={\mathrm{\βl}}_{02}+H_{02}\frac{H_1}{H}$

式中：β为布设间隔控制系数；l₀₂为后行洞布设间隔基准值，取为1m；H₀₂为后行洞布设高差基准值，取为0.4m；H₁为该布设点下部的临近布设点至隧道拱脚的垂直高度，m；H为中夹岩高度，m。

优选地，第五步的(1)中，所述后行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₄，l₄按下式计算：

$l_4=\sqrt{2}{l}_3$

式中：l₃为该后行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔，m。

优选地，第五步的(2)中，所述超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°，超前注浆孔直径大于超前注浆管外径10mm，超前注浆孔孔深比超前注浆管长度L小20cm。

优选地，第五步的(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，第五步的(2)中，所述单管注浆量Q在先行洞施工超前注浆强化加固时为先行洞单管注浆量Q₁、在后行洞施工超前注浆强化加固时为后行洞单管注浆量Q₂。

更优选地，所述先行洞单管注浆量Q₁按下式计算：

$Q_1={\mathrm{n\πR}}_1^2{\mathrm{L\μ}}_1\mathrm{\γ}\mathrm{\λ}$

式中：n为围岩孔隙率；R₁为先行洞浆液扩散半径，取为0.7l₁；L为超前注浆管长度，m；μ₁为先行洞围岩填充系数，取为0.65；γ为注浆损耗系数，取为1.1；λ为注浆量控制系数，在IV级围岩条件下λ取为1.0，在V级围岩条件下λ取为0.85，在VI级围岩条件下λ取为0.75。

更优选地，所述后行洞单管注浆量Q₂按下式计算：

$Q_2={\mathrm{n\πR}}_2^2{\mathrm{L\μ}}_2\mathrm{\γ}\mathrm{\λ}$

式中：n为围岩孔隙率；R₂为后行洞浆液扩散半径，取为0.7l₃；L为超前注浆管长度，m；μ₂为后行洞围岩填充系数，取为0.25；γ为注浆损耗系数，取为1.1；λ为注浆量控制系数，在IV级围岩条件下λ取为1.0，在V级围岩条件下λ取为0.85，在VI级围岩条件下λ取为0.75。

优选地，第五步的(2)中，所述注浆压力P在先行洞施工超前注浆强化加固时为先行洞注浆压力P₁、在后行洞施工超前注浆强化加固时为后行洞注浆压力P₂。

更优选地，所述先行洞注浆压力P₁按下式计算：

P₁＝η₁l₁

式中：η₁为先行洞注浆控制系数，取为1.3；l₁为先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔，m。

更优选地，所述后行洞注浆压力P₂按下式计算：

P₂＝η₂l₃

式中：η₂为后行洞注浆控制系数，取为1.1；l₃为后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔，m。

优选地，第六步中：在隧道先行洞完成钢拱架的施工后，对隧道先行洞施工纵向钢梁辅助加固；在隧道后行洞完成钢拱架的施工后，对隧道后行洞施工纵向钢梁辅助加固。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，针对IV级和V级围岩条件的中夹岩，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1a为本发明一实施例的先行洞超前注浆管示意图；

图1b为本发明一实施例的后行洞超前注浆管示意图；

图2为本发明一实施例的超前注浆强化加固横断面示意图；

图3为本发明一实施例的超前注浆强化加固剖面示意图；

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为先行洞超前注浆管，2为后行洞超前注浆管，3为圆环钢筋箍，4为溢浆孔，5为溢浆孔，6为隧道拱肩，7为隧道拱脚，8为中夹岩，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。

本实施例提供一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，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n为3％，隧道先行洞与后行洞尺寸一致，单洞跨度12.02m，高9.45m，中夹岩8厚度D为4.5～6m、高度H为5.2m，爆破法开挖，开挖前进行超前注浆管预支护，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d₁为74cm。

本实施例所述方法的具体施工步骤如下：

步骤一、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；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩8厚度D为4.5～6m，隧道单洞跨度为11.12m；符合采用本方法的工程条件。

步骤二、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩8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孔隙率n为3％。

步骤三、确定超前注浆管加工参数，具体地：

所述超前注浆管材质为热轧无缝钢管；

所述超前注浆管的长度L按照公式：计算(α为长度折减系数，取值为0.7～0.8；D为中夹岩8厚度，取值为4.5～6m)：当超前注浆孔布设点处中夹岩8厚度为4.5～4.9m时，所需超前注浆管的长度L为5m；当超前注浆孔布设点处中夹岩8厚度为4.9～5.3m时，所需超前注浆管的长度L为5.5m；当超前注浆孔布设点处中夹岩8厚度为5.3～5.7m时，所需超前注浆管的长度L为6m；当超前注浆孔布设点处中夹岩8厚度为5.7～6m时，所需超前注浆管的长度L为6.5m；

所述超前注浆管的外径为40mm、壁厚为5mm；

所述超前注浆管的圆环钢筋箍3外径为6mm并设置在管尾10cm处；

所述超前注浆管端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直；

所述超前注浆管用于先行洞时为先行洞超前注浆管1、用于后行洞时为后行洞超前注浆管2，其中：

所述先行洞超前注浆管1的溢浆孔4沿管身设置四排，溢浆孔4孔径为6mm，溢浆孔4孔距为12cm且呈梅花形排列；所述先行洞超前注浆管1后端40cm范围内不设溢浆孔，具体结构如图1a所示；

所述后行洞超前注浆管2的溢浆孔4、5沿管身设置四排，溢浆孔4、5孔径均为6mm；所述后行洞超前注浆管2管身前端至0.8L范围内的溢浆孔5孔距20cm，其余部位溢浆孔4孔距12cm且呈梅花形排列；所述后行洞超前注浆管2后端40cm范围内不设溢浆孔，具体结构如图1b所示；

本实施例中，所述超前注浆管在工厂进行预制加工。

步骤四、确定纵向钢梁9加工参数，具体地：

所述纵向钢梁9材质为I18工字钢；

所述纵向钢梁9腹板长度为74cm；

所述纵向钢梁9翼缘长度为64.6cm；

所述纵向钢梁9焊接端10形式为在纵向钢梁9两端的突出腹板及翼缘端。

本实施例中，所述突出腹板为纵向钢梁9中超出两侧翼缘的腹板部分，长度为0.5d₂，即d₂＝47mm。

步骤五、施工超前注浆强化加固，具体地：

(1)隧道先行洞开挖前，根据施工现场V级地质围岩条件，沿开挖面和中夹岩8的连接线布设超前注浆孔，其中：

先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₁，H₁为该布设点下部的临近布设点至隧道拱脚7的垂直高度，最下部布设点位于隧道拱脚7处；从隧道拱脚7至隧道拱肩6先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔分别为0.4m、0.42m、0.43m、0.45m、0.47m、0.48m、0.5m、0.52m、0.54m、0.56m、0.43m；

先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₂，按照公式计算(l₁为该先行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔)；

后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₃，H₁为该布设点下部的临近布设点至隧道拱脚7的垂直高度，最下部布设点高于隧道拱脚7有0.2m；从隧道拱脚7至隧道拱肩6后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔分别为0.82m、0.88m、0.95m、1.02m、1.1m；

后行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₄，按照公式计算(l₃为该后行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔)；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的纵向布设位置对称布设，具体布设情况如图2、图3所示；

(2)采用冲击风钻进行超前注浆孔钻孔，超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°，超前注浆孔直径为50mm，5m超前注浆管的超前注浆孔孔深为4.8m、5.5m超前注浆管的超前注浆孔孔深为5.3m、6m超前注浆管的超前注浆孔孔深为5.8m、6.5m超前注浆管的超前注浆孔孔深为6.3m；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将先行洞超前注浆管1顶入孔中，注入注浆浆液；其中：

先行洞单管注浆量Q₁满足公式：即得到(l₁为该先行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔，L为该超前注浆管长度)，从隧道拱脚7至隧道拱肩6先行洞超前注浆孔单次环向布设的单管注浆量分别为：2.92×10^-2m³、2.47×10^-2m³、2.48×10^-2m³、2.59×10^-2m³、2.84×10^-2m³、3.10×10^-2m³、3.23×10^-2m³、3.51×10^-2m³、3.79×10^-2m³、4.50×10^{- 2}m³、5.28×10^-2m³、3.37×10^-2m³；

后行洞单管注浆量Q₂满足即得到l₃为该后行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔，L为该超前注浆管长度)；从隧道拱脚7至隧道拱肩6后行洞超前注浆孔单次环向布设的单管注浆量分别为：4.36×10^-2m³、3.63×10^-2m³、4.18×10^-2m³、4.87×10^-2m³、5.62×10^-2m³、8.49×10^-2m³；

先行洞注浆压力P₁＝η₁l₁＝1.3l₁(l₁为该先行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔)；从隧道拱脚7至隧道拱肩6先行洞超前注浆孔单次环向布设的注浆压力分别为：0.52MPa、0.52MPa、0.55MPa、0.56MPa、0.59MPa、0.61MPa、0.62MPa、0.65MPa、0.68MPa、0.70MPa、0.73MPa、0.56MPa；

后行洞注浆压力P₂＝η₂l₃＝1.1l₃(l₃为该后行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔)；从隧道拱脚7至隧道拱肩6后行洞超前注浆孔单次环向布设的注浆压力分别为：0.90MPa、0.90MPa、0.97MPa、1.05MPa、1.22MPa、1.21MPa。

本实施例中，所述沿隧道环向布设间隔为布设点与其下部临近布设点的垂直距离。

本实施例中，所述沿隧道纵向布设间隔为布设点与其沿隧道轴向临近布设点的水平距离。

本实施例中，所述先行洞超前注浆孔单次环向布设，需：5m超前注浆管7根、5.5m超前注浆管2根、6m超前注浆管1根、6.5m超前注浆管2根；所述后行洞超前注浆孔单次环向布设，需：5m超前注浆管4根、6m超前注浆管1根、6.5m超前注浆管1根。

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。

步骤六、施工纵向钢梁9辅助加固，具体地：

(1)在隧道完成钢拱架11的施工后，在各排钢拱架11之间施作纵向钢梁9，纵向钢梁9施作位置为拱脚处、距离拱脚0.2H、0.5H和0.9H处，单次环向施作需四根纵向钢梁9；

(2)将纵向钢梁9平置于钢拱架11之间，保持腹板水平，将纵向钢梁9的突出腹板置于钢拱架11翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁9焊接端10将纵向钢梁9和钢拱架11连接，具体结构如图4a、图4b所示。

本实施例中，在隧道先行洞完成钢拱架11的施工后，对隧道先行洞施工纵向钢梁9辅助加固；在隧道后行洞完成钢拱架11的施工后，对隧道后行洞施工纵向钢梁9辅助加固。

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。

Claims (12)

1.一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D，隧道单洞跨度B；判断是否符合采用本方法的工程条件；

第二步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度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，确定围岩孔隙率n；

第三步、确定超前注浆管加工参数，参数包括：超前注浆管材质、超前注浆管长度L、超前注浆管外径、超前注浆管壁厚、超前注浆管的圆环钢筋箍外径、超前注浆管溢浆孔孔径及孔距；

第四步、确定纵向钢梁加工参数，参数包括：纵向钢梁材质、纵向钢梁腹板长度、纵向钢梁翼缘长度、纵向钢梁焊接端形式；

第五步、施工超前注浆强化加固，包括：

(1)隧道开挖前，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超前注浆孔；

(2)采用冲击风钻进行超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将超前注浆管顶入超前注浆孔中，注入注浆浆液，单管注浆量为Q，注浆压力为P；

第六步、施工纵向钢梁加固，包括：

(1)在隧道完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁：

对于IV级围岩，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VI级围岩，纵向钢梁施作位置为拱肩处、拱脚处、距离拱脚0.2H、0.4H、和0.7H处；

(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，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。

2.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，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距离；

所述隧道单洞跨度B为先行洞跨度与后行洞跨度之间的较大值；

所述工程条件为：施工现场地质围岩等级为IV级、V级或VI级围岩，且中夹岩厚度D满足条件0.1B≤D≤0.5B。

3.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第二步中：

所述中夹岩高度H为隧道内侧墙拱肩至拱脚距离；

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。

4.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第三步中：所述超前注浆管材质为热轧无缝钢管；所述超前注浆管在工厂进行预制加工；

所述超前注浆管长度L按下式计算：

$L=\sqrt{2}\mathrm{\α}D$

式中：α为长度折减系数，当0.1B≤D＜0.3B时取值为0.8～0.9，当0.3B≤D＜0.5B时取值为0.7～0.8，当0.5B≤D≤0.75B时取值为0.6～0.7；D为中夹岩厚度，m；

所述超前注浆管外径为40～50mm、壁厚为4～6mm；

所述超前注浆管的圆环钢筋箍外径为6mm，并设置在超前注浆管管尾10cm处；

所述超前注浆管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直。

5.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第三步中，所述超前注浆管用于先行洞时为先行洞超前注浆管、用于后行洞时为后行洞超前注浆管，其中：

所述先行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm，溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列，先行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔；

所述后行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm；后行洞超前注浆管管身前端至0.8L范围内溢浆孔孔距20cm，其余部位溢浆孔孔距12cm，且呈梅花形排列；后行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔。

6.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第四步中，所述纵向钢梁的材质为与钢拱架型号相同的工字钢，纵向钢梁在工程现场隧道外进行预制加工；

所述纵向钢梁腹板长度为相邻钢拱架腹板之间的距离；

所述纵向钢梁翼缘长度为相邻钢拱架翼缘之间的距离；

所述纵向钢梁焊接端形式为在纵向钢梁两端的突出腹板及翼缘端，其中突出腹板为纵向钢梁中超出两侧翼缘的腹板部分，长度为0.5d₂。

7.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第五步的(1)中，所述超前注浆孔分为先行洞超前注浆孔、后行洞超前注浆孔，其中：先行洞超前注浆孔最底部布设点位于先行洞拱脚处；后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设位置与先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设位置交错布设，后行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设位置与先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设位置对称布设；

所述沿隧道环向布设间隔为布设点与其下部临近布设点的垂直距离；所述沿隧道纵向布设间隔为布设点与其沿隧道轴向临近布设点的水平距离。

8.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第五步的(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：

$l_1={\mathrm{\βl}}_{01}+H_{01}\frac{H_1}{H}$

式中：β为布设间隔控制系数，在IV级围岩条件下β取为1.0，在V级围岩条件下β取为0.8，在VI级围岩条件下β取为0.6；l₀₁为先行洞布设间隔基准值，取为0.5m；H₀₁为先行洞布设高差基准值，取为0.2m；H₁为该布设点下部的临近布设点至隧道拱脚的垂直高度，m；H为中夹岩高度，m；

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：

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

式中：l₁为该先行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔，m；

所述后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l₃，l₃按下式计算：

$l_3={\mathrm{\βl}}_{02}+H_{02}\frac{H_1}{H}$

式中：β为布设间隔控制系数；l₀₂为后行洞布设间隔基准值，取为1m；H₀₂为后行洞布设高差基准值，取为0.4m；H₁为该布设点下部的临近布设点至隧道拱脚的垂直高度，m；H为中夹岩高度，m；

所述后行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设间隔为l₄，l₄按下式计算：

$l_4=\sqrt{2}{l}_3$

式中：l₃为该后行洞超前注浆孔布设点沿隧道环向布设间隔，m。

9.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第五步的(2)中：

所述超前注浆孔轴向水平且与隧道轴线成45°，超前注浆孔直径大于超前注浆管外径10mm，超前注浆孔孔深比超前注浆管长度L小20cm；

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。

10.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第五步的(2)中：

所述单管注浆量Q在先行洞施工超前注浆强化加固时为先行洞单管注浆量Q₁、在后行洞施工超前注浆强化加固时为后行洞单管注浆量Q₂，其中：

所述先行洞单管注浆量Q₁按下式计算：

$Q_1={\mathrm{n\πR}}_1^2{\mathrm{L\μ}}_1\mathrm{\γ}\mathrm{\λ}$

式中：n为围岩孔隙率；R₁为先行洞浆液扩散半径，取为0.7l₁；L为超前注浆管长度，m；μ₁为先行洞围岩填充系数，取为0.65；γ为注浆损耗系数，取为1.1；λ为注浆量控制系数，在IV级围岩条件下λ取为1.0，在V级围岩条件下λ取为0.85，在VI级围岩条件下λ取为0.75；

所述后行洞单管注浆量Q₂按下式计算：

$Q_2={\mathrm{n\πR}}_2^2{\mathrm{L\μ}}_2\mathrm{\γ}\mathrm{\λ}$

式中：n为围岩孔隙率；R₂为后行洞浆液扩散半径，取为0.7l₃；L为超前注浆管长度，m；μ₂为后行洞围岩填充系数，取为0.25；γ为注浆损耗系数，取为1.1；λ为注浆量控制系数，在IV级围岩条件下λ取为1.0，在V级围岩条件下λ取为0.85，在VI级围岩条件下λ取为0.75。

11.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第五步的(2)中：

所述注浆压力P在先行洞施工超前注浆强化加固时为先行洞注浆压力P₁、在后行洞施工超前注浆强化加固时为后行洞注浆压力P₂；其中：

所述先行洞注浆压力P₁按下式计算：

P₁＝η₁l₁

式中：η₁为先行洞注浆控制系数，取为1.3；l₁为先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔，m；

所述后行洞注浆压力P₂按下式计算：

P₂＝η₂l₃

式中：η₂为后行洞注浆控制系数，取为1.1；l₃为后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔，m。

12.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第六步中：在隧道先行洞完成钢拱架的施工后，对隧道先行洞施工纵向钢梁辅助加固；在隧道后行洞完成钢拱架的施工后，对隧道后行洞施工纵向钢梁辅助加固。