CN110080784A - 一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法，通过扩挖工作室或先行的小断面隧洞对富水砂性围岩进行全方位注浆加固，形成筒状加固区，接着在加固区的保护下扩挖小断面隧洞形成全断面隧洞，并喷射钢纤维混凝土和设置钢支撑，如变形满足要求，则进行下一循环作业。本发明在即将进入富水砂性地层的一般性围岩的已成初支段，扩挖形成工作室，并预留一定厚度的一般性围岩保护层，为富水砂性地层快速实施超前注浆预加固创造作业空间及条件，可保证岩土体的全方位加固，保证加固质量。隧洞开挖均是在范围足够大的封闭筒状加固岩土体的保护下施做的，采用的钢纤维喷射混凝土联合钢支撑支护，防渗及变形控制效果好。

Description

一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法
技术领域
本发明涉及一种复杂地质环境条件下隧洞加固及开挖方法，尤其涉及一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法。
背景技术
我国是一个多山的国家，地质条件复杂多变，而穿越复杂地质条件的隧道工程往往是路网技术等级提升和实现现代交通的关键所在。隧道修建建养过程中面临的复杂地质难题日益凸显，砂性地层、膨胀性围岩、挤压性围岩、湿陷性黄土等不良地质体难避免，塌方、大变形、突水突泥、隧道碎屑流等地质灾害愈加频繁，这些问题将逐渐成为制约隧道工程建设和发展的瓶颈。
富水砂性地层是典型的极易破坏的软弱不稳定围岩，其基本特点是结构松散无黏结且渗透性强。在地下水、自重及外部荷载的共同作用下，砂性围岩抗力显著降低，导致衬砌结构承受巨大的压力，使得衬砌结构开裂，进而发生涌砂涌水等重大工程灾害。且强透水性的砂性地层易出现泥浆流失、进而引发土体坍塌及地面塌陷等事故，给人民生命财产造成严重威胁，社会影响恶劣。当前多采用长大管棚或超前小导管注浆联合支护方式进行，但由于洞内作业空间狭窄且受机具作业角度等影响，土体加固范围有限，支护刚度不足，止水效果不好，且作业速率不高，针对范围较大的富水砂性软弱围岩，易出现突泥涌水、大变形等灾害，危及结构及周边环境安全，且影响工期。
发明内容
本发明的目的是提供一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法，采用在一般性围岩的已成初支段扩挖工作室，超前注浆预加固，再分层、分部开挖，支护、实时动态监控的方式往前掘进，可有效地防止开挖过程中隧洞发生突泥涌水、大变形及地表下沉等现象，显著降低施工风险。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法，包括以下步骤：
步骤1)在一般性围岩的已成初支段扩挖，形成工作室，并在一般性围岩与富水砂性地层交界面处预留一定厚度的围岩，以作后续超前注浆的保护层；
步骤2)利用扩挖的工作室对掌子面前方的富水砂性地层进行超前注浆加固，超前加固范围为三倍循环进尺，形成加固岩土体；
步骤3)在加固岩土体内分层分部开挖核心区小断面隧洞，喷射钢纤维混凝土进行支护；
步骤4)在已开挖隧洞内对隧洞四周及前方岩土体进行超前注浆预加固，扩大加固岩土体范围，形成筒状加固区，并在掌子面前方超前注浆加固形成后续加固岩土体；
步骤5)在筒状加固区的保护下，对加固岩土体内已开挖的隧洞进行扩挖，形成设计要求的全断面隧洞，喷射钢纤维混凝土，并按设计要求的间距设置钢支撑进行支护；
步骤6)监控并实时反馈隧洞支护结构及围岩的应力、变形情况，如应力、变形满足要求，则重复步骤3)-步骤6)，在后续加固岩土体内开挖，直至隧洞穿越富水砂性地层段。
进一步的，所述步骤5)中的钢支撑采用型钢支撑。
本发明的有益效果是：
1、本发明在即将进入富水砂性地层的一般性围岩的已成初支段，扩挖形成工作室，并预留一定厚度的一般性围岩保护层，为富水砂性地层快速实施超前注浆预加固创造作业空间及条件，可保证岩土体的全方位加固，保证加固质量。隧洞开挖均是在范围足够大的封闭筒状加固岩土体的保护下施做的，采用的钢纤维喷射混凝土联合钢支撑支护，防渗及变形控制效果好。
2、本发明适用于各种富水软弱、破碎等不良地质条件的隧道开挖工程，控制变形效果好，防渗止水效果好，隧洞稳定性好，且对环境影响小，施工风险小，适用性强。
附图说明
图1是在一般性围岩已成初支段扩挖形成工作室示意图；
图2是在工作室内对富水砂性地层进行超前注浆预加固形成加固岩土体的示意图；
图3是在加固岩土体内开挖形成核心区小断面隧洞的示意图；
图4是在图3已开挖隧洞内扩大加固岩土体范围并形成后续加固岩土体的示意图；
图5是对图3已开挖隧洞进行扩挖形成全断面隧洞的示意图；
图6是在后续加固岩土体内开挖形成核心区小断面隧洞的示意图；
图7是在图6已开挖隧洞内扩大加固岩土体范围并形成后续加固岩土体的示意图；
图8是对图6已开挖隧洞进行扩挖形成全断面隧洞的示意图；
图9是本发明富水砂性地层隧洞加固及开挖示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法，包括以下步骤：
步骤1)如图1所示，在一般性围岩的已成初支段扩挖，形成工作室 1，并在一般性围岩与富水砂性地层2交界面处预留一定厚度的围岩5，以作后续超前注浆的保护层；工作室周围喷射混凝土3并按设计要求的间距设置型钢支撑4进行支护；
步骤2)如图2所示，利用扩挖的工作室1对掌子面前方的富水砂性地层2进行超前注浆加固，超前加固范围为三倍循环进尺，形成加固岩土体6；
步骤3)如图3所示，在加固岩土体6内分层分部开挖核心区小断面隧洞7，喷射钢纤维混凝土8进行支护；
步骤4)如图4所示，在已开挖隧洞内对隧洞四周及前方岩土体进行超前注浆预加固，扩大加固岩土体6范围，形成筒状加固区10，并在掌子面前方超前注浆加固形成后续加固岩土体9；
步骤5)如图5所示，在筒状加固区的保护下，对加固岩土体6内已开挖的隧洞进行扩挖，形成设计要求的全断面隧洞11，喷射钢纤维混凝土 8，并按设计要求的间距设置型钢支撑4进行支护；
步骤6)监控并实时反馈隧洞支护结构及围岩的应力、变形情况，如应力、变形满足要求，则重复步骤3)-步骤6)，在后续加固岩土体9开挖，如图6-9所示，直至隧洞穿越富水砂性地层段。
上述方法中，在即将进入富水砂性地层的一般性围岩的已成初支段，扩挖形成工作室，并预留一定厚度的一般性围岩保护层，为富水砂性地层快速实施超前注浆预加固创造作业空间及条件，可保证岩土体的全方位加固，保证加固质量。隧洞开挖均是在范围足够大的封闭筒状加固岩土体的保护下施做的，采用的钢纤维喷射混凝土联合钢支撑支护，防渗及变形控制效果好。该方法还可适用于各种富水软弱、破碎等不良地质条件的隧道开挖工程。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (2)

1.一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）在一般性围岩的已成初支段扩挖，形成工作室，并在一般性围岩与富水砂性地层交界面处预留一定厚度的围岩，以作后续超前注浆的保护层；
步骤2）利用扩挖的工作室对掌子面前方的富水砂性地层进行超前注浆加固，超前加固范围为三倍循环进尺，形成加固岩土体；
步骤3）在加固岩土体内分层分部开挖核心区小断面隧洞，喷射钢纤维混凝土进行支护；
步骤4）在已开挖隧洞内对隧洞四周及前方岩土体进行超前注浆预加固，扩大加固岩土体范围，形成筒状加固区，并在掌子面前方超前注浆加固形成后续加固岩土体；
步骤5）在筒状加固区的保护下，对加固岩土体内已开挖的隧洞进行扩挖，形成设计要求的全断面隧洞，喷射钢纤维混凝土，并按设计要求的间距设置钢支撑进行支护；
步骤6）监控并实时反馈隧洞支护结构及围岩的应力、变形情况，如应力、变形满足要求，则重复步骤3）-步骤6），在后续加固岩土体内开挖，直至隧洞穿越富水砂性地层段。
2.如权利要求1所述的一种穿越富水砂性地层的隧洞开挖及加固方法，其特征在于，所述步骤5）中的钢支撑采用型钢支撑。
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