CN109296385A - 一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法 - Google Patents

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陈建邦
姜金斌
孙明洁
王晓男
张建毅
谭英明
胡丹
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections

Abstract

本发明公开了一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，属于隧道技术领域。该方法采用高压旋喷桩结合局部注浆补强将松散土体充分改良为均值、高强的水泥土加固体，再通过刚性筋和钢筋混凝土盖板或框架梁将所有水泥土加固体连成一个共同受力、变形协调的整体。本发明通过在隧道掘进施工前对洞顶土体进行加固处理，利用连为一体的高压旋喷水泥土桩、刚性筋、钢筋混凝土盖板或框架桥的稳定性，将隧道拱顶范围的大塌落拱划分为一个个小塌落拱，大幅减小了塌落拱的高度，提升了顶部土体的自承载能力和抗变形能力，为下部土体开挖提供了安全可靠的保障。

Description

一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法
技术领域
本发明属于隧道技术领域，具体涉及一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法。
背景技术
城市化进程中，人们对自然生态环境保护的要求越来越高。在山岭隧道的施工过程中，山岭隧道进、出洞口多需要采取“早进洞，晚出洞”的施工方式，使隧道洞口周围的植被得到妥善保护。然而，洞口浅埋段一般具有覆土厚度小（小于0.5倍隧道宽度），地质条件差（风化程度高，节理、裂隙发育，含水量大）等特点，这些不利因素对隧道洞口的施工安全提出了较大的挑战。针对山岭隧道进出洞口遇到的问题，大量工程采用超前长管棚注浆、超前小导管注浆、地表预注浆等超前支护措施结合分步开挖的方式施工。
若遇到大断面（隧道宽度＞15m）、浅埋和地址条件差，采用普遍的支护措施尚不能确保施工安全时，则需采取适当的洞顶土体加固措施。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，该方法采用高压旋喷桩结合局部注浆补强将松散土体充分改良为均值、高强的水泥土加固体，再通过刚性筋和钢筋混凝土盖板或框架梁将所有水泥土加固体连成一个共同受力、变形协调的整体，包括以下步骤：
步骤一：根据地勘资料及隧道平纵方案，确定洞口浅埋风化土体较厚的范围，继而确定待加固区域；
步骤二：在待加固区域四周设置截排水设施，并进行清表、工作面修整及喷射混凝土面层护面；
步骤三：在待加固区域施工高压旋喷桩，形成均匀、连续的水泥土加固体，高压旋喷桩施工完成后，立即布置插入刚性筋；
步骤四：对高压旋喷桩进行质量检测，对存在缺陷部位或施工不连续进行注浆加固；
步骤五：在高压旋喷桩顶部施工钢筋混凝土盖板或框架梁，将全部的高压旋喷桩通过刚性筋和钢筋混凝土盖板或框架梁形成一个整体，提升整体抗变形能力；
步骤六：隧道正常掘进施工。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，待加固区域的长度根据地勘条件确定，取洞口至洞顶稳定岩层厚度≤0.3倍隧道宽度范围，宽度为隧道开挖轮廓外2m范围以内，深度至隧道开挖轮廓线。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤三中，高压旋喷桩施工采用矩形布置或梅花形布置方式。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤三中，在待加固区域布满块石的情况下，高压旋喷桩施工采用引孔措施。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，刚性筋采用钢筋、玻璃纤维筋或槽钢。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤三中，刚性筋布置间距与高压旋喷桩桩间距成倍数关系，并采用梅花形布置或矩形布置方式。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤四中，注浆加固采用水泥浆、水泥砂浆或水泥-水玻璃双液浆。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤五中，采用弯锚或直锚将刚性筋入钢筋混凝土盖板或框架梁中。
所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，根据隧道支护空间确定刚性筋底部控制线，确保刚性筋不影响超前支护和径向支护的施工；钢筋混凝土盖板或框架梁的厚度根据高压旋喷桩和刚性筋的间距确定，以达到加固体整体效果的目的。
一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固结构，其特征在于，包括一组高压旋喷桩（1），高压旋喷桩（1）组成连续的水泥土加固体（2），高压旋喷桩（1）内竖直插入有刚性筋（3），刚性筋（3）上端设有钢筋混凝土盖板或框架梁（4），水泥土加固体（2）地表面四周喷射有混凝土面层（6），混凝土面层（6）四周设有截排水沟（5）。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过在隧道掘进施工前对洞顶土体进行加固处理，利用连为一体的高压旋喷水泥土桩、刚性筋、钢筋混凝土盖板或框架桥的稳定性，将隧道拱顶范围的大塌落拱划分为一个个小塌落拱，大幅减小了塌落拱的高度，提升了顶部土体的自承载能力和抗变形能力，为下部土体开挖提供了安全可靠的保障。
2、高压旋喷施工工艺适合于多种地层，加固效果好。高压旋喷桩施工机械小，施工灵活，加固施工所需的钻孔直径小，可配合引孔钻机施工。高压旋喷后形成的桩径大，土体、浆液充分拌和后，形成的水泥土均匀、强度高，可对洞顶松散土体进行高效改良。规避了常规注浆工艺的不均匀性和搅拌桩仅可在无块石等障碍物的软土中施工的缺陷。
附图说明
图1为洞顶土体加固横断面图；
图2 为洞顶土体加固纵断面图；
图3 为高压旋喷桩及刚性筋布置大样图；
图中：1-高压旋喷桩，2-水泥土加固体，3-刚性筋，4-钢筋混凝土盖板或框架梁，5-截排水设施，6-混凝土面层，7-刚性筋底部控制线，8-隧道支护空间，9-隧道。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作进一步的说明：
如图1至3所示，本发明的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，该方法采用高压旋喷桩1结合局部注浆补强将松散土体充分改良为均值、高强的水泥土加固体2，再通过刚性筋3和钢筋混凝土盖板或框架梁4将所有水泥土加固体2连成一个共同受力、变形协调的整体，具体包括以下步骤：
步骤一：根据地勘资料及隧道9平纵方案，确定隧道9洞口浅埋风化土体较厚的范围，继而确定待加固区域。待加固区域的长度根据地勘条件确定，取洞口至洞顶稳定岩层厚度≤0.3倍隧道9宽度范围，宽度为隧道9开挖轮廓外2m范围以内，深度至隧道开挖轮廓线。
步骤二：在待加固区域四周设置截排水设施5，并进行清表、工作面修整及喷射混凝土面层6护面。
步骤三：在待加固区域施工高压旋喷桩1，形成均匀、连续的水泥土加固体2，高压旋喷桩1施工采用矩形布置或梅花形布置方式，在待加固区域块石较多的情况下，高压旋喷桩1施工采用引孔措施。高压旋喷桩1施工完成后，立即布置插入刚性筋3。刚性筋3采用钢筋、玻璃纤维筋或槽钢，布置间距与高压旋喷桩1桩间距成倍数关系，并采用梅花形布置或矩形布置方式。
步骤四：对高压旋喷桩1进行质量检测，对存在缺陷部位或施工不连续进行注浆加固。注浆加固采用水泥浆、水泥砂浆或水泥-水玻璃双液浆。
步骤五：在高压旋喷桩1顶部施工钢筋混凝土盖板或框架梁4，采用弯锚或直锚将刚性筋3入钢筋混凝土盖板或框架梁4中。将全部的高压旋喷桩1通过刚性筋3和钢筋混凝土盖板或框架梁4形成一个整体，提升整体抗变形能力。
步骤六：隧道9正常掘进施工。
根据隧道支护空间7确定刚性筋底部控制线8，确保刚性筋3不影响超前支护和径向支护的施工。
钢筋混凝土盖板或框架梁4的厚度根据高压旋喷桩1和刚性筋3的间距确定，以达到加固体整体效果的目的。
利用本发明的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法形成的加固结构，包括一组高压旋喷桩1，高压旋喷桩1组成连续的水泥土加固体2，高压旋喷桩1内竖直插入有刚性筋3，刚性筋3上端设有钢筋混凝土盖板或框架梁4，水泥土加固体2地表面四周喷射有混凝土面层6，混凝土面层6四周设有截排水沟5。

Claims (10)

1.一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，该方法采用高压旋喷桩（1）结合局部注浆补强将松散土体充分改良为均值、高强的水泥土加固体（2），再通过刚性筋（3）和钢筋混凝土盖板或框架梁（4）将所有水泥土加固体（2）连成一个共同受力、变形协调的整体，包括以下步骤：
步骤一：根据地勘资料及隧道平纵方案，确定洞口浅埋风化土体较厚的范围，继而确定待加固区域；
步骤二：在待加固区域四周设置截排水设施（5），并进行清表、工作面修整及喷射混凝土面层（6）护面；
步骤三：在待加固区域施工高压旋喷桩（1），形成均匀、连续的水泥土加固体（2），高压旋喷桩（1）施工完成后，立即布置插入刚性筋（3）；
步骤四：对高压旋喷桩（1）进行质量检测，对存在缺陷部位或施工不连续进行注浆加固；
步骤五：在高压旋喷桩（1）顶部施工钢筋混凝土盖板或框架梁（4），将全部的高压旋喷桩（1）通过刚性筋（3）和钢筋混凝土盖板或框架梁（4）形成一个整体，提升整体抗变形能力；
步骤六：隧道正常掘进施工。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，待加固区域的长度根据地勘条件确定，取洞口至洞顶稳定岩层厚度≤0.3倍隧道宽度范围，宽度为隧道开挖轮廓外2m范围以内，深度至隧道开挖轮廓线。
3.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤三中，高压旋喷桩（1）施工采用矩形布置或梅花形布置方式。
4.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤三中，在待加固区域布满块石的情况下，高压旋喷桩（1）施工采用引孔措施。
5.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，刚性筋（3）采用钢筋、玻璃纤维筋或槽钢。
6.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤三中，刚性筋（3）布置间距与高压旋喷桩（1）桩间距成倍数关系，并采用梅花形布置或矩形布置方式。
7.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤四中，注浆加固采用水泥浆、水泥砂浆或水泥-水玻璃双液浆。
8.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，步骤五中，采用弯锚或直锚将刚性筋（3）入钢筋混凝土盖板或框架梁（4）中。
9.根据权利要求1所述的一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固方法，其特征在于，根据隧道支护空间（7）确定刚性筋底部控制线（8），确保刚性筋（3）不影响超前支护和径向支护的施工；钢筋混凝土盖板或框架梁（4）的厚度根据高压旋喷桩（1）和刚性筋（3）的间距确定，以达到加固体整体效果的目的。
10.一种大跨度山岭隧道洞顶土体的加固结构，其特征在于，包括一组高压旋喷桩（1），高压旋喷桩（1）组成连续的水泥土加固体（2），高压旋喷桩（1）内竖直插入有刚性筋（3），刚性筋（3）上端设有钢筋混凝土盖板或框架梁（4），水泥土加固体（2）地表面四周喷射有混凝土面层（6），混凝土面层（6）四周设有截排水沟（5）。
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