CN110593890B - 一种隧道波纹钢双层初衬支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道波纹钢双层初衬支护方法及结构，包括以下步骤：1)进行隧道掌子面前方超前预加固；2)根据围岩大变形情况设定预留变形量并确定隧道开挖断面；3)进行第一层波纹钢初期支护的拼装；4)进行波纹钢与围岩间空隙的壁后注浆填充，并采用锚杆钻机施工系统锚杆；5)现浇仰拱二衬和仰拱回填，并预留第二层波纹钢初衬拼装接头及二衬拼装接头；6)进行第二层波纹钢初期支护的拼装，并且完成第一层波纹钢初期支护与第二层波纹钢初期支护间空隙的注浆填充；7)进行二衬浇筑或二衬预制管片的拼装和壁后注浆；8)施工路面和两侧排水沟、电缆沟。与现有技术相比，本发明具有全断面快速机械化、智能化建造、提高施工效率等优点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道支护技术领域，尤其是涉及一种隧道波纹钢双层初衬支护方法。
背景技术
在高地应力围岩条件下采用传统钻爆法施工的隧道，采用型钢或钢拱架结合喷射混凝土作为初期支护，常常出现高地应力释放引起的初期支护变形过大导致的侵限。由于型钢拱架结合喷射混凝土初期支护的特点，大变形情况下不仅初期支护修复难度较大，也给后期二衬施工造成极大的麻烦。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隧道波纹钢双层初衬支护方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，用以实现在高地应力洞室围岩大变形情况下的支护施工，包括以下步骤：
1)进行隧道掌子面前方超前预加固，保证隧道开挖过程中掌子面稳定性；
2)根据围岩大变形情况设定预留变形量并确定隧道开挖断面；
3)采用初期支护智能拼装、智能壁后注浆台车进行第一层波纹钢初期支护的拼装；
4)进行波纹钢与围岩间空隙的壁后注浆填充，并采用锚杆钻机施工系统锚杆；
5)现浇仰拱二衬和仰拱回填，并在仰拱二衬左右侧面上分别预留第二层波纹钢初衬拼装接头及二衬浇筑或拼装接头；
6)基于预留变形量，进行第二层波纹钢初期支护的拼装，并且完成第一层波纹钢初期支护与第二层波纹钢初期支护间空隙的注浆填充；
7)绑扎钢筋并采用二衬模筑台车进行二衬浇筑或采用二衬智能拼装、智能壁后注浆台车进行二衬预制管片的拼装和壁后注浆；
8)施工路面和两侧排水沟、电缆沟，完成高地应力情况下隧道支护工程的施工。
所述的步骤1)具体为：
在隧道开挖前，根据隧道所处地层条件，确定掌子面超前加固方案和周边土体加固方案，确保隧道掌子面一次开挖成型过程中掌子面的安全，为初期支护智能拼装、智能壁后注浆台车提供操作空间，当隧道处于地下水位以下时，掌子面前方进行地下水引排。
在第一层波纹钢初期支护一次闭合成环后，及时注浆填充初期支护与围岩间空隙，对闭合成环后的第一层初期支护应进行监测，结合理论计算结果，确定第二层初期支护施工的时间，闭合成环后的第一层波纹钢初期支护段的长度L2、L3、L4、L5及L6根据监测反馈结合理论计算结果确定，必要时采用二衬紧跟的方式确保施工安全。
一种隧道波纹钢双层初衬支护结构，该结构包括掌子面超前加固锚杆、掌子面超前加固小导管或超前管棚以及由外向内依次设置的第一层波纹钢初期支护、第二层波纹钢初期支护和模筑二衬或二衬预制管片，所述的第一层波纹钢初期支护外表面设有加固围岩的系统锚杆。
所述的第一层波纹钢初期支护与围岩间空隙填充有注浆层，所述的第一层波纹钢初期支护与第二层波纹钢初期支护间空隙填充有注浆层。
当采用二衬预制管片时，第二层波纹钢初期支护与二衬预制管片间空隙填充有注浆层；
当采用模筑二衬时，第二层波纹钢初期支护与二衬模筑台车的二衬模板所围空间由模筑二衬填充密实。
所述的第一层波纹钢初期支护为一环形整体结构，其底面依次浇筑仰拱回填和仰拱二衬，所述的仰拱二衬左右端面并排设有第二层波纹钢初衬拼装接头及二衬衬模筑或拼装接头。
所述的仰拱二衬通过第二层波纹钢初衬拼装接头与第二层波纹钢初期支护形成环形整体结构，所述的仰拱二衬通过二衬拼装接头与模筑二衬或二衬预制管片形成环形整体结构。
所述的掌子面超前加固锚杆采用玻璃纤维等易施工性锚杆，超前加固采用超前水平旋喷桩形式进行加固。
所述的第一层波纹钢初期支护底部还设有路面、两侧排水沟和电缆沟，所述的路面设置在仰拱回填上，排水沟和电缆沟设置在仰拱回填两侧。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明充分利用第一层波纹钢初期支护适应变形的能力和双层波纹钢的刚度优势，以及注浆填充体良好的压缩性能，通过双层波纹钢初期支护结合系统锚杆、掌子面超前加固和超前小导管(超前管棚)等措施，综合考虑“放+限”结合，解决高地应力洞室围岩大变形情况下的隧道病害问题，从而最终实现高地应力洞室围岩大变形情况下隧道的全断面快速机械化、智能化建造，实现提高隧道施工的现代化水平，提高施工效率，节约工程造价，减小环境影响，实现绿色施工。
附图说明
图1为本发明中隧道掌子面超前加固横断面图。
图2为本发明中施工第一层波纹钢初期支护及初期支护与围岩间注浆横断面图。
图3为本发明中施工仰拱二衬和仰拱回填后横断面图。
图4为本发明中施工第二层波纹钢初期支护横断面图。
图5为本发明中进行第一层初衬和第二层初衬间注浆横断面图。
图6为本发明中预制二衬管片拼装后横断面图。
图7为本发明中进行初衬和二衬间注浆以及施工路面和两侧排水沟、电缆沟横断面图。
图8为本发明中隧道施工工序纵断面示意图。
图9为本发明中隧道施工工序平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
图1～图7所示为隧道施工全过程横断面图，图8～图9为隧道施工工序的纵断面示意图和平面示意图。
本发明提供一种采用隧道波纹钢双层初衬支护方法及结构，该支护方法，需配备锚杆钻机、初期支护智能拼装及智能壁后注浆台车、二衬智能拼装及智能壁后注浆台车，实现隧道的全断面快速机械化智能化建造，提高隧道施工的现代化水平，提高施工效率，节约工程造价，减小环境影响，实现绿色施工，主要包括如下步骤：
步骤1：采用锚杆钻进，施工掌子面超前锚杆和掌子面周边超前小导管，进行隧道掌子面超前加固，如图1所示，具体为：
隧道开挖前，根据隧道所处地层条件，确定掌子面超前加固方案，采用锚杆钻机进行掌子面前方锚杆超前加固和周边超前小导管加固，确保隧道掌子面一次开挖成型过程中掌子面的安全，从而为初期支护智能拼装、智能壁后注浆台车提供操作空间；超前加固锚杆的长度、密度、参数等以及超前小导管的强度、密度、参数等需根据工程经验和计算确定，根据掌子面及掌子面前方围岩条件的不同，同一开挖面可采用不同密度、不同参数的加固设计；
步骤2：进行隧道掌子面开挖，采用初期支护智能拼装及智能壁后注浆台车进行波纹钢初期支护施工、初期支护与围岩间注浆及系统锚杆施工，如图2所示，具体为：
施工所采用的初期支护智能拼装、智能壁后注浆台车，具有自牵引功能；掌子面前洞渣清理后，第一层初期支护台车就位，进行波纹钢初衬自动拼装和壁后自动注浆，第一层初期支护施工完毕后，撤回智能拼装台车，采用锚杆钻机进行系统锚杆的施工；
步骤3：进行仰拱二衬和仰拱回填施工，如图3所示，具体为：
系统锚杆施工后，进行现浇仰拱二衬和仰拱回填，仰拱二衬预留第二层波纹钢初衬拼装接头及二衬拼装接头；
步骤4：基于预留变形量，根据监测结果确定拼装时机，进行第二层波纹钢初期支护的自动拼装，并进行第一层初衬与第二层初衬间注浆填充，如图4、图5所示；
步骤5：采用二衬模筑台车进行二衬浇筑或采用二衬智能拼装及智能壁后注浆台车，进行预制二衬管片拼装成环，如图6所示，具体为：
施工所采用的二衬智能拼装、智能壁后注浆台车具有自牵引功能；采用二衬智能拼装、智能壁后注浆台车，进行二衬预制管片的自动拼装和自动壁后注浆，完成隧道衬砌环的施工，并施工路面和两侧排水沟、电缆沟，完成高地应力情况下隧道工程的施工，掌子面加固方案、一次开挖进尺需根据地层条件确定；
步骤6：进行初衬和二衬间注浆填充施工(采用预制拼装二衬时)，进行路面施工以及两侧排水沟、管沟施工，如图7所示。
如图8和9所示，第一层波纹钢初期支护应一次闭合成环，并及时注浆填充初期支护与围岩间空隙；第一层初期支护应具有适应变形的能力；闭合成环后的第一层初期支护应加强监测，根据监测结果确定第二层初期支护施工的时间；闭合成环后的波纹钢初期支护段的长度L2、L3、L4、L5及L6需根据监测反馈结果确定，必要时需采用二衬紧跟的方式确保施工安全，闭合后的预制二衬管片环与波纹钢初期支护间的空隙应及时注浆填充。
本发明通过掌子面超前加固和超前小导管(超前管棚)等措施，确保复杂条件下全断面开挖过程中围岩的稳定；进行第一层波纹钢初期支护接头设计，使其具有适应围岩大变形的能力，注浆填充第一层波纹钢初期支护与围岩间空隙，并施工仰拱现浇二衬和仰拱回填素砼；根据监测，待第一层波纹钢变形达到预期值，围岩应力释放相应比例后，施工第二层波纹钢初期支护，增大初期支护整体刚度，并在两层初期支护间采用注浆填充；在初期支护阶段通过两层支护，利用两层注浆填充体的良好压缩性能，综合考虑“放+限”相结合的措施，充分发挥围岩自承能力和充分发挥支护结构承载能力相结合，减小作用在二衬上的荷载，降低二衬施工后在高围压下开裂风险。
Claims (6)
1.一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，用以实现在高地应力洞室围岩大变形情况下的支护施工，其特征在于，包括以下步骤：
1)进行隧道掌子面前方超前预加固，保证隧道开挖过程中掌子面稳定性；
2)根据围岩大变形情况设定预留变形量并确定隧道开挖断面；
3)采用初期支护智能拼装、智能壁后注浆台车进行第一层波纹钢初期支护的拼装；
4)进行波纹钢与围岩间空隙的壁后注浆填充，并采用锚杆钻机施工系统锚杆；
5)现浇仰拱二衬和仰拱回填，并在仰拱二衬左右侧面上分别预留第二层波纹钢初期支护拼装接头及二衬浇筑或拼装接头；
6)基于预留变形量，进行第二层波纹钢初期支护的拼装，并且完成第一层波纹钢初期支护与第二层波纹钢初期支护间空隙的注浆填充；
7)绑扎钢筋并采用二衬模筑台车进行二衬浇筑或采用二衬智能拼装、智能壁后注浆台车进行二衬预制管片的拼装和壁后注浆；
8)施工路面和两侧排水沟、电缆沟，完成高地应力情况下隧道支护工程的施工；
采用隧道波纹钢双层初衬支护方法的隧道波纹钢双层初衬支护结构，该结构包括掌子面超前加固锚杆、掌子面超前加固小导管或超前管棚以及由外向内依次设置的第一层波纹钢初期支护、第二层波纹钢初期支护和模筑二衬或二衬预制管片，所述的第一层波纹钢初期支护外表面设有加固围岩的系统锚杆，所述的第一层波纹钢初期支护为一环形整体结构，其底面依次浇筑仰拱回填和仰拱二衬，所述的仰拱二衬左右端面并排设有第二层波纹钢初期支护拼装接头及二衬浇筑或拼装接头，所述的仰拱二衬通过第二层波纹钢初期支护拼装接头与第二层波纹钢初期支护形成环形整体结构，所述的仰拱二衬通过二衬拼装接头与模筑二衬或二衬预制管片形成环形整体结构，所述的第一层波纹钢初期支护底部还设有路面、两侧排水沟和电缆沟，所述的路面设置在仰拱回填上，排水沟和电缆沟设置在仰拱回填两侧。
2.根据权利要求1所述的一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，其特征在于，所述的步骤1)具体为：
在隧道开挖前，根据隧道所处地层条件，确定掌子面超前加固方案和周边土体加固方案，确保隧道掌子面一次开挖成型过程中掌子面的安全，为初期支护智能拼装、智能壁后注浆台车提供操作空间，当隧道处于地下水位以下时，掌子面前方进行地下水引排。
3.根据权利要求1所述的一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，其特征在于，在第一层波纹钢初期支护一次闭合成环后，及时注浆填充初期支护与围岩间空隙，对闭合成环后的第一层波纹钢初期支护应进行监测，结合理论计算结果，确定第二层波纹钢初期支护施工的时间，闭合成环后的第一层波纹钢初期支护段的长度根据监测反馈结合理论计算结果确定，必要时采用二衬紧跟的方式确保施工安全。
4.根据权利要求1所述的一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，其特征在于，所述的第一层波纹钢初期支护与围岩间空隙填充有注浆层，所述的第一层波纹钢初期支护与第二层波纹钢初期支护间空隙填充有注浆层。
5.根据权利要求4所述的一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，其特征在于，当采用二衬预制管片时，第二层波纹钢初期支护与二衬预制管片间空隙填充有注浆层；
当采用模筑二衬时，第二层波纹钢初期支护与二衬模筑台车的二衬模板所围空间由模筑二衬填充密实。
6.根据权利要求1所述的一种隧道波纹钢双层初衬支护方法，其特征在于，所述的掌子面超前加固锚杆采用玻璃纤维锚杆，超前加固采用超前水平旋喷桩形式进行加固。
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