CN110307003B - 适用于预防隧道底部变形的泄压导洞及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞及其施工方法，泄压导洞包括位于隧道正洞左下方的左侧纵向泄压导洞、以及位于隧道正洞右下方的右侧纵向泄压导洞，在左侧纵向泄压导洞的下方设有若干个左侧竖向导洞，在右侧纵向泄压导洞的下方对应设有右侧竖向导洞，还包括连接左侧竖向导洞和右侧竖向导洞的横向泄压导洞；施工方法为沿着隧道掘进方向，间隔施工若干个隧底深孔位移监测系统；采集变形监测装置的累积变形值，根据累积变形值确定泄压导洞的施工方案并施工泄压导洞。本发明结合施工过程中的监测，确定泄压导洞施作范围和规模，节约了工程成本，且施做的泄压导洞可以通过变形，释放和消散深部围岩压力的作用，确保隧底结构稳定。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程建设技术领域，特别涉及一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞及其施工方法。
背景技术
无砟轨道对隧道基底稳定要求高，如果基底变形过大，势必会导致无砟轨道的破损，影响高速铁路隧道的运营。隧道穿越软弱、高地应力地层、缓倾岩层时易发生隧底隆起，目前通常采用的技术手段是优化隧道底部结构，例如，增大隧道底部的矢跨比，增加隧道底部的挖深；增厚仰拱，增加结构刚度；增设隧底锚杆、树根桩等基底处理措施。在进行隧道结构优化的同时，还可以增大无砟轨道扣件调整范围，通过增大扣件变形量来抵消后期隧道上鼓量。
然而，隧道结构开挖和支护会引起多次围岩应力重分布，隧底围岩的变形通常来自围岩深部。因此，仅通过调整隧道底部结构和轨道扣件变形量等手段难以根治围岩的长期变形。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞及其施工方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：沿着隧道掘进方向，间隔施工若干个隧底深孔位移监测系统，施工一个所述监测系统包括在隧道同一里程处施做若干个深孔，并在每个所述深孔内设置变形监测装置，其中至少一个所述深孔位于隧道正洞的左下方、至少一个所述深孔位于隧道正洞的右下方、至少一个所述深孔位于隧道正洞的正下方，每个所述深孔的深度为20m-30m；
步骤二：采集变形监测装置的累积变形值，并根据累积变形值确定泄压导洞的施工方案；
当位于隧道正洞左下方的深孔测得的累积变形值超过变形限值时，开启左侧纵向泄压导洞，所述左侧纵向泄压导洞位于隧道正洞的左下方，其纵向长度根据变形监测装置的累积变形值进行确定；
当位于隧道正洞右下方的深孔测得的累积变形值超过变形限值时，开启右侧纵向泄压导洞，所述右侧纵向泄压导洞位于隧道正洞的右下方，其纵向长度根据变形监测装置的累积变形值进行确定；
当位于隧道正洞正下方的深孔测得的累积变形值超过变形限值时，开启横向泄压导洞，所述横向泄压导洞位于隧道正洞下方，所述横向泄压导洞沿隧道纵向的设置范围、埋置深度根据变形监测装置的累积变形值进行确定；
步骤三：按照步骤二中确定的施工方案施工泄压导洞，其中，在距隧道正洞中线30m-50m处施工左侧泄压导洞和/或右侧泄压导洞；和/或在距隧道底部大于或等于15m处施工横向泄压导洞。
本发明结合施工过程中的位移监测，确定泄压导洞施作范围和规模，节约了工程成本，且施做的泄压导洞可以通过变形，释放和消散深部围岩压力的作用，确保隧底结构稳定。施做的泄压导洞距离隧道正洞一定距离，不会对正洞结构造成破坏，泄压导洞主要采用锚网喷柔性支护体系，增大了可变形量。
优选的，所述步骤一中，所述变形监测装置包括沿深度方向设有的若干个位移计，通过不同位置的位移计的测量数据，精准确定泄压导洞的位置。
优选的，所述步骤二中，所述变形限值为一个变形监测装置中单个位移计的累积变形等于20cm，所述左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞的纵向长度至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，所述累积变形值指一个变形监测装置中单个位移计的累积变形，且左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞的纵向长度大于或等于50m。所述横向泄压导洞沿隧道纵向的设置范围至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，所述累积变形值指一个变形监测装置中单个位移计的累积变形。所述横向泄压导洞设置在沿深度方向累积变形值的位置，即沿着深度方向某一个位移计测得的累积变形值最大的位置。
优选的，所述步骤三中，施工左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞包括打通左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞与隧洞正洞之间的横通道，开挖左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞，并在左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。横向泄压导洞及横通道纵向间距为20-25m，且横向泄压导洞和横通道交错布置。
通过施做连接正洞与左/右侧纵向泄压导洞的横通道，提供左/右侧纵向泄压导洞施工的工作面，便于施工纵向泄压导洞，且横通道的坡度不大于10％，便于施工车辆运输；纵向泄压导洞采用锚网喷衬砌，设置全环格栅钢架和钢纤维初喷混凝土，使得纵向泄压导洞为柔性结构，保证其有一定的变形适应性，使泄压导洞可以通过变形释放和消散深部围岩压力的作用。
优选的，所述步骤三中，施工横向泄压导洞包括在左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞处向下施工竖向导洞至横向泄压导洞标高，并通过竖向导洞施工横向泄压导洞。于纵向泄压导洞下方施工竖向导洞，为横向泄压导洞提供施工工作面。在所述竖向导洞和横向泄压导洞内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土，使得竖向导洞和横向泄压导洞为柔性结构，保证其有一定的变形适应性，使泄压导洞可以通过变形释放和消散深部围岩压力的作用。
优选的，所述步骤三中，在横向泄压导洞内设置变形监测装置，所述变形监测装置的设置范围为隧道正洞的正下方及两侧10m范围内，通过所述变形监测装置对洞周变形进行监测，待变形稳定后对该范围内(隧道正洞的正下方及两侧10m范围内)的横向泄压导洞进行封堵，可以采用C20混凝土封堵，避免正洞下沉，保证隧道正洞的稳定。所述变形监测装置包括若干个收敛计，所有所述收敛计安装于横向泄压导洞的洞周，所述变形稳定指的是前后两次监测位移不发生明显变化，一般指差值在0.5cm以内。
本发明还公开了一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞，包括位于隧道正洞左下方的左侧纵向泄压导洞、以及位于隧道正洞右下方的右侧纵向泄压导洞，在所述左侧纵向泄压导洞的下方设有若干个左侧竖向导洞，在所述右侧纵向泄压导洞的下方对应设有右侧竖向导洞，还包括连接所述左侧竖向导洞和右侧竖向导洞的横向泄压导洞。
本发明所述的泄压导洞可以通过变形，释放和消散深部围岩压力的作用，确保隧底结构稳定。且通过设计成纵向泄压导洞、竖向导洞和的横向泄压导洞形式，有利于对隧道各个方向的应力均进行释放。泄压导洞的形式按照可以快速施工进行设计，泄压导洞可采用锚网喷柔性支护体系，提供更大的变形空间，确保隧底结构稳定。
优选的，所述左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土，使得泄压导洞为柔性结构，保证其有一定的变形适应性。
优选的，所述横向泄压导洞内设置封堵段，所述封堵段位于隧道正洞的正下方及两侧10m范围内。由于横向泄压导洞处于隧道底部，施做封堵段，采用C20混凝土封堵，避免正洞下沉，保证隧道正洞的稳定。
优选的，所述左侧泄压导洞距离隧道正洞中线30m-50m，且所述右侧泄压导洞距离隧道正洞中线30m-50m，所述横向泄压导洞距隧道底部15m-25m。泄压导洞距离隧道正洞一定距离，不会对正洞结构造成破坏。
与现有技术相比，本发明所述的施工方法的有益效果：
本发明结合施工过程中的位移监测，确定泄压导洞施作范围和规模，节约了工程成本，且施做的泄压导洞可以通过变形，释放和消散深部围岩压力的作用，确保隧底结构稳定。施做的泄压导洞距离隧道正洞一定距离，不会对正洞结构造成破坏，泄压导洞主要采用锚网喷柔性支护体系，增大了可变形量。
与现有技术相比，本发明所述的泄压导洞的有益效果：
本发明所述的泄压导洞可以通过变形，释放和消散深部围岩压力的作用，确保隧底结构稳定。且通过设计成纵向泄压导洞、竖向导洞和的横向泄压导洞形式，有利于对隧道各个方向的应力均进行释放。泄压导洞的形式按照可以快速施工进行设计，泄压导洞可采用锚网喷柔性支护体系，提供更大的变形空间，确保隧底结构稳定。
附图说明：
图1是本发明所述的一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法的流程示意图。
图2是本发明所述的一个监测系统的结构示意图。
图3是本发明实施例1所述的第一种情况的泄压导洞的布置图。
图4是本发明实施例1所述的第一种情况的泄压导洞的施工示意图。
图5是本发明实施例1所述的第二种情况的泄压导洞的布置图。
图6是本发明实施例1所述的第二种情况的泄压导洞的施工示意图。
图7是本发明实施例1所述的第三种情况的泄压导洞的布置图。
图8是本发明实施例1所述的第三种情况的泄压导洞的施工示意图。
图9是本发明实施例1所述的第七种情况的泄压导洞的布置图。
图10是本发明实施例1所述的第七种情况的泄压导洞的施工示意图。
图中标记：1-隧道正洞，2-深孔，3-位移计，4-左侧纵向泄压导洞，5-右侧纵向泄压导洞，6-横向泄压导洞，61-普通段，62-封堵段，7-横通道，8-竖向导洞。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：如图2所示，沿着隧道掘进方向，间隔施工若干个隧底深孔位移监测系统，施工一个所述监测系统包括在隧道同一里程处施做若干个深孔2，同一里程深孔2数量为3～5个，其中至少一个所述深孔2位于隧道正洞1的左下方、至少一个所述深孔2位于隧道正洞1的右下方、至少一个所述深孔2位于隧道正洞1的正下方，每个所述深孔2的深度为20m-30m；并在每个所述深孔2内设置变形监测装置，所述变形监测装置包括沿深度方向设有的若干个位移计3。
步骤二：采集不同里程处变形监测装置(若干个位移计3)的累积变形值，并根据累积变形值确定泄压导洞的施工方案。
步骤三：按照步骤二中确定的施工方案施工泄压导洞。具体的，所述累积变形值指一个变形监测装置中单个位移计的累积变形，所述变形限值为一个变形监测装置中单个位移计的累积变形等于20cm。
第一种情况：如图3-图4所示，当位于隧道正洞1左下方的深孔2测得的累积变形值超过变形限值时，开启左侧纵向泄压导洞4，所述左侧纵向泄压导洞4位于隧道正洞1的左下方，距隧道正洞中线30m-50m，其纵向长度L1根据变形监测装置的累积变形值进行确定，所述左侧纵向泄压导洞4的纵向长度L1至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，且左侧纵向泄压导洞4的纵向长度L1大于或等于50m。
施工左侧纵向泄压导洞4可以先打通左侧纵向泄压导洞4与隧洞正洞1之间的横通道7，横通道7的坡度不大于10％，然后再开挖左侧纵向泄压导洞4，左侧纵向泄压导洞4内净空约为4.5m×5.0m(宽×高)。为了能够通过变形释放和消散深部围岩压力，在左侧纵向泄压导洞4内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初支的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
第二种情况：如图5-图6所示，当位于隧道正洞1右下方的深孔2测得的累积变形值超过变形限值时，开启右侧纵向泄压导洞5，所述右侧纵向泄压导洞5位于隧道正洞1的右下方，距隧道正洞中线30m-50m，其纵向长度L2根据变形监测装置的累积变形值进行确定，所述右侧纵向泄压导洞5的纵向长度L2至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，且右侧纵向泄压导洞4的纵向长度L2大于或等于50m。
施工右侧纵向泄压导洞5可以先打通右侧纵向泄压导洞5与隧洞正洞1之间的横通道7，横通道7的坡度不大于10％，然后再开挖右侧纵向泄压导洞5，右侧纵向泄压导洞5内净空约为4.5m×5.0m(宽×高)。为了能够通过变形释放和消散深部围岩压力，在右侧纵向泄压导洞5内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初支的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
第三种情况：如图7-图8所示，当位于隧道正洞1正下方的深孔2测得的累积变形值超过变形限值时，开启横向泄压导洞6，所述横向泄压导洞6位于隧道正洞下方，距隧道底部大于或等于15m，所述横向泄压导洞6的沿隧道纵向的设置范围、埋置深度根据变形监测装置的累积变形值进行确定。所述横向泄压导洞6沿隧道纵向的设置范围至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，且大于或等于50m；所述横向泄压导洞6设置在沿深度方向累积变形值的位置。
施工横向泄压导洞可以在左侧纵向泄压导洞4/右侧纵向泄压导洞5处向下施工竖向导洞8至横向泄压导洞6标高，并通过竖向导洞8施工横向泄压导洞6，所述横向泄压导洞6的横向长度至少为隧道正洞1开挖宽度(L3)及其左右两侧10m范围。为了保证隧道正洞1结构安全，横向泄压导洞6采用较小断面，内净空约为3.0m×3.7m(宽×高)。由于横向泄压导洞6处于隧道底部，于隧道正洞1开挖宽度(L3)及其左右两侧10m范围(L4)设置变形监测装置(包括若干个收敛计)，通过所述变形监测装置对洞周变形进行监测，待变形稳定(前后两侧测量的变形值的差值小于或等于0.5cm)后对该范围内的横向泄压导洞进行混凝土封堵，即形成封堵段62，以确保上部隧道正洞1结构稳定。横向泄压导洞6的其他区域，即普通段61，可采用刚性较小的锚网喷柔性衬砌支护，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
横向泄压导洞6及横通道7纵向间距为20～25m，且横向泄压导洞6和横通道7交错布置。
第四种情况：当位于隧道正洞1左下方和正下方的深孔2测得的累积变形值均超过变形限值时，开启左侧纵向泄压导洞4和横向泄压导洞6。施工方法为首先按照第一种情况施工左侧纵向泄压导洞4，再按照第三种情况施工横向泄压导洞6。
第五种情况：当位于隧道正洞1右下方和正下方的深孔2测得的累积变形值均超过变形限值时，开启右侧纵向泄压导洞5和横向泄压导洞6。施工方法为首先按照第二种情况施工右侧纵向泄压导洞5，再按照第三种情况施工横向泄压导洞6。
第六种情况：当位于隧道正洞1左下方和右下方的深孔2测得的累积变形值均超过变形限值时，开启左侧纵向泄压导洞4和右侧纵向泄压导洞5。施工方法为分别按照第一种情况和第二种情况进行施工。
第七种情况：如图9-图10所示，当位于隧道正洞1左下方、正下方和右下方的深孔2测得的累积变形值均超过变形限值时，开启左侧纵向泄压导洞4、右侧纵向泄压导洞5和横向泄压导洞6。施工方法为分别按照第一种情况和第二种情况进行施工，然后再按照第三种情况施工横向泄压导洞6。
实施例2
如图9-图10所示，一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞，包括位于隧道正洞1左下方的左侧纵向泄压导洞4、以及位于隧道正洞1右下方的右侧纵向泄压导洞5，在所述左侧纵向泄压导洞4的下方设有若干个左侧竖向导洞8，在所述右侧纵向泄压导洞5的下方对应设有右侧竖向导洞8，还包括连接左侧竖向导洞8和右侧竖向导洞8的横向泄压导洞7。
其中，所述左侧纵向泄压导洞4距离隧道正洞1中线30m-50m，洞顶高度低于隧道正洞1的隧底10m以内，纵向长度一般设置50～100米，内净空约为4.5m×5.0m(宽×高)。为了能够通过变形释放和消散深部围岩压力，在左侧纵向泄压导洞4内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
所述右侧纵向泄压导洞5距离隧道正洞中线30m-50m，高度低于隧道正洞1的隧底10m以内，纵向长度一般设置50～100米，内净空约为4.5m×5.0m(宽×高)。为了能够通过变形释放和消散深部围岩压力，在右侧纵向泄压导洞5内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初支的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
所述竖向导洞8采用圆形，内径约为3.0m，竖向开挖至横向泄压导洞6标高。
所述横向泄压导洞距隧道底部15m-25m，为了保证隧道正洞1结构安全，横向泄压导洞6采用较小断面，内净空约为3.0m×3.7m(宽×高)。由于横向泄压导洞6处于隧道底部，于隧道正洞1开挖宽度(L3)及其左右两侧10m范围(L4)设置封堵段62，所述封堵段62采用C20混凝土封堵，以确保上部隧道正洞1结构稳定。横向泄压导洞6的其他区域，即普通段61，可采用锚网喷柔性衬砌支护，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，其特征在于，一种适用于预防隧道底部变形的泄压导洞，包括位于隧道正洞左下方的左侧纵向泄压导洞、以及位于隧道正洞右下方的右侧纵向泄压导洞，在所述左侧纵向泄压导洞的下方设有若干个左侧竖向导洞，在所述右侧纵向泄压导洞的下方对应设有右侧竖向导洞，还包括连接所述左侧竖向导洞和右侧竖向导洞的横向泄压导洞，所述左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土，所述横向泄压导洞内设置封堵段，所述封堵段位于隧道正洞的正下方及两侧10m范围内，所述左侧纵向泄压导洞距离隧道正洞中线30m-50m，且所述右侧纵向泄压导洞距离隧道正洞中线30m-50m，所述横向泄压导洞距隧道底部15m-25m，
施工方法包括以下步骤：
步骤一：沿着隧道掘进方向，间隔施工若干个隧底深孔位移监测系统，施工一个所述监测系统包括在隧道同一里程处施做若干个深孔，并在每个所述深孔内设置变形监测装置，其中至少一个所述深孔位于隧道正洞的左下方、至少一个所述深孔位于隧道正洞的右下方、至少一个所述深孔位于隧道正洞的正下方，每个所述深孔的深度为20m-30m；
步骤二：采集变形监测装置的累积变形值，并根据累积变形值确定泄压导洞的施工方案；
当位于隧道正洞左下方的深孔测得的累积变形值超过变形限值时，开启左侧纵向泄压导洞，所述左侧纵向泄压导洞位于隧道正洞的左下方，其纵向长度根据变形监测装置的累积变形值进行确定；
当位于隧道正洞右下方的深孔测得的累积变形值超过变形限值时，开启右侧纵向泄压导洞，所述右侧纵向泄压导洞位于隧道正洞的右下方，其纵向长度根据变形监测装置的累积变形值进行确定；
当位于隧道正洞正下方的深孔测得的累积变形值超过变形限值时，开启横向泄压导洞，所述横向泄压导洞位于隧道正洞下方，所述横向泄压导洞沿隧道纵向的设置范围、埋置深度根据变形监测装置的累积变形值进行确定；
步骤三：按照步骤二中确定的施工方案施工泄压导洞，其中，在距隧道正洞中线30m-50m处施工左侧泄压导洞和/或右侧泄压导洞；和/或在距隧道底部大于或等于15m处施工横向泄压导洞。
2.根据权利要求1所述的适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，其特征在于，所述步骤一中，所述变形监测装置包括沿深度方向设有的若干个位移计。
3.根据权利要求2所述的适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，其特征在于，所述步骤二中，所述变形限值为一个变形监测装置中单个位移计的累积变形等于20cm，所述左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞的纵向长度至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，且左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞的纵向长度大于或等于50m，所述横向泄压导洞沿隧道纵向的设置范围至少覆盖累积变形值大于变形限值的区域，所述横向泄压导洞设置在沿深度方向累积变形值最大的位置。
4.根据权利要求1所述的适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，其特征在于，所述步骤三中，施工左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞包括打通左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞与隧洞正洞之间的横通道，开挖左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞，并在左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
5.根据权利要求4所述的适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，其特征在于，所述步骤三中，施工横向泄压导洞包括在左侧纵向泄压导洞/右侧纵向泄压导洞处向下施工竖向导洞至横向泄压导洞标高，并通过竖向导洞施工横向泄压导洞，在所述竖向导洞和横向泄压导洞内采用锚网喷衬砌，初期支护中设置全环四肢格栅钢架，初期支护的喷射混凝土采用钢纤维混凝土。
6.根据权利要求1-5任一所述的适用于预防隧道底部变形的泄压导洞的施工方法，其特征在于，所述步骤三中，在横向泄压导洞内设置变形监测装置，所述变形监测装置的设置范围为隧道正洞的正下方及两侧10m范围内，通过所述变形监测装置对洞周变形进行监测，待变形稳定后对该范围内的横向泄压导洞进行封堵。
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