CN110656953A - 一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，具体涉及隧道挖掘技术领域，具体步骤如下：S1、预加固；S2、开挖；S3、初次喷混凝土；S4、锚杆加固；S5、钢架结构加固；S6、复喷混凝土；S7、二次衬砌。本发明通过开挖前进行预加固，极大降低了开挖时发生塌方的概率，有效提高了开挖的安全性，仰拱结构开挖完成后，通过初次喷混凝土、锚杆配合钢筋网、组合梁配合钢丝网、复喷混凝土和钢筋混凝土结构对仰拱结构进行加固，极大的提高了仰拱结构的稳定性，有效避免了施工时发生事故的问题发生。
Description
技术领域
本发明涉及隧道挖掘技术领域，更具体地说，本发明涉及一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法。
背景技术
隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，是具有穿透性的介质，隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道等。国内外有关高地应力软岩隧道施工的记录有不少，国内外有关高地应力软岩隧道施工的记录有不少，例如我国宝中线的大寨岭隧道、老爷岭、老头沟隧道以及穿越煤系地层的家竹箐隧道，国外隧道如日本的惠那山公路隧道、新宇津隧道，奥地利的陶恩隧道，仰拱结构是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，它一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，而且还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力，仰拱与二次衬砌构成隧道整体，增加结构稳定性，通俗解释为向上仰的拱，仰拱一般为钢筋混凝土结构，仰拱的作用是与二次衬砌构成隧道整体、防水和增加结构稳定性。
高地应力软岩隧道施工面临的最大难题就是大变形，隧道仰拱容易发生隆起，导致结构破坏，甚至发生塌方事故，若施工不当导致仰拱结构稳定性变差，容易产生相当大的安全隐患，故发明一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法很有必要。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，通过开挖前进行预加固，极大降低了开挖时发生塌方的概率，有效提高了开挖的安全性，仰拱结构开挖完成后，通过初次喷混凝土、锚杆配合钢筋网、组合梁配合钢丝网、复喷混凝土和钢筋混凝土结构对仰拱结构进行加固，极大的提高了仰拱结构的稳定性，有效避免了施工时发生事故的问题发生。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，具体步骤如下：
S1、预加固：在隧道需要开挖面的拱部岩石上布置注浆孔，按布置的注浆孔位置钻孔，然后用钻机将小导管顶入岩层，并用高压风将管内的砂石吹出，小导管打入后用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，并在导管附近及工作面喷砼，以防工作面上岩土坍塌，然后通过小导管将水泥浆强制注入至岩石内；
S2、开挖：在隧道内开挖仰拱形成仰拱作业面，并清理仰拱底部碎石；
S3、初次喷混凝土：先使用湿喷机在岩面喷一层水泥砂浆，然后使用风机吹拂水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后，在其上再喷射混凝土，作为支护；
S4、锚杆加固：在仰拱作业面垂直方向布置锚杆孔，按布置的锚杆眼位置钻孔，然后用高压风将孔内的砂石吹出，然后向钻孔内注入砂浆后插入锚杆，然后以锚杆作为支撑点焊接钢筋网，从而对仰拱结构加固；
S5、钢架结构加固：在拱底架设一根弧形梁，然后在拱底弧形梁上架设两根立式梁并通过卡箍固定，然后在拱腰部位架设两根弧形梁，拱腰部位的弧形梁与立式梁通过卡箍固定，然后在拱顶架设一根拱顶梁，拱顶梁与拱腰部位的弧形梁通过卡箍固定，然后在梁与梁之间通过螺栓固定钢丝网，从而形成钢架结构对仰拱结构进行加强支撑；
S6、复喷混凝土：使用湿喷机再次向仰拱作业面上喷射混凝土；
S7、二次衬砌：采用钢筋混凝土结构，混凝土厚度为45-50cm。
在一个优选地实施方式中，在步骤S1中注浆孔钻孔孔径为48-52mm。
在一个优选地实施方式中，在步骤S1中小导管采用热轧无缝钢管，外径为40-44mm、壁厚为3-4mm，注浆压力0.5-1.0MPa。
在一个优选地实施方式中，在步骤S3中喷射前使用高压水枪向仰拱作业面受喷岩面喷射高压水，冲洗岩面的岩屑杂质，冲洗完成后，使用高压风机吹净岩面。
在一个优选地实施方式中，在步骤S3中喷射混凝土强度等级为C20，喷射厚度为24-28cm。
在一个优选地实施方式中，在步骤S4中锚杆眼位置钻孔孔径为37-43mm，采用长4m长的砂浆锚杆。
在一个优选地实施方式中，在步骤S4中钢筋网采用直径为6-10mm的钢筋焊接而成。
在一个优选地实施方式中，在步骤S7中二次衬砌施工前一定要进行断面扫描，确保初期支护不侵入二次衬砌空间。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过在开挖仰拱作业面前对隧道岩层采用注浆进行预加固，有效防止工作面上岩土坍塌，极大降低了开挖时发生塌方的概率，有效提高了开挖的安全性，仰拱结构开挖完成后，通过初次喷混凝土进行第一层加固，然后通过锚杆配合钢筋网形成第二层加固，然后再通过组合梁配合钢丝网对仰拱结构进行加强支撑，最后复喷混凝土和采用钢筋混凝土结构的二次衬砌再次对仰拱结构进行加固，极大的提高了仰拱结构的稳定性，有效避免了施工时发生事故的问题发生。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，具体步骤如下：
S1、预加固：在隧道需要开挖面的拱部岩石上布置注浆孔，按布置的注浆孔位置钻孔，孔径为48mm，然后用钻机将小导管顶入岩层，并用高压风将管内的砂石吹出，小导管打入后用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，并在导管附近及工作面喷砼，以防工作面上岩土坍塌，然后通过小导管将水泥浆强制注入至岩石内，小导管采用热轧无缝钢管，外径为40mm，壁厚为3mm，注浆压力0.5MPa；
S2、开挖：在隧道内开挖仰拱形成仰拱作业面，并清理仰拱底部碎石；
S3、初次喷混凝土：喷射前使用高压水枪向仰拱作业面受喷岩面喷射高压水，冲洗岩面的岩屑杂质，冲洗完成后，使用高压风机吹净岩面，先使用湿喷机在岩面喷一层水泥砂浆，然后使用风机吹拂水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后，在其上再喷射混凝土，作为支护，喷射混凝土强度等级为C20，喷射厚度为24cm；
S4、锚杆加固：在仰拱作业面垂直方向布置锚杆孔，按布置的锚杆眼位置钻孔，孔径为37mm，然后用高压风将孔内的砂石吹出，然后向钻孔内注入砂浆后插入锚杆，锚杆采用长4m长的砂浆锚杆，然后以锚杆作为支撑点焊接钢筋网，从而对仰拱结构加固，钢筋网采用直径为6mm的钢筋焊接而成；
S5、钢架结构加固：在拱底架设一根弧形梁，然后在拱底弧形梁上架设两根立式梁并通过卡箍固定，然后在拱腰部位架设两根弧形梁，拱腰部位的弧形梁与立式梁通过卡箍固定，然后在拱顶架设一根拱顶梁，拱顶梁与拱腰部位的弧形梁通过卡箍固定，然后在梁与梁之间通过螺栓固定钢丝网，从而形成钢架结构对仰拱结构进行加强支撑；
S6、复喷混凝土：使用湿喷机再次向仰拱作业面上喷射混凝土；
S7、二次衬砌：二次衬砌施工前一定要进行断面扫描，确保初期支护不侵入二次衬砌空间，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，混凝土厚度为45cm。
实施例2：
本发明提供了一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，具体步骤如下：
S1、预加固：在隧道需要开挖面的拱部岩石上布置注浆孔，按布置的注浆孔位置钻孔，孔径为50mm，然后用钻机将小导管顶入岩层，并用高压风将管内的砂石吹出，小导管打入后用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，并在导管附近及工作面喷砼，以防工作面上岩土坍塌，然后通过小导管将水泥浆强制注入至岩石内，小导管采用热轧无缝钢管，外径为42mm，壁厚为3.5mm，注浆压力0.75MPa；
S2、开挖：在隧道内开挖仰拱形成仰拱作业面，并清理仰拱底部碎石；
S3、初次喷混凝土：喷射前使用高压水枪向仰拱作业面受喷岩面喷射高压水，冲洗岩面的岩屑杂质，冲洗完成后，使用高压风机吹净岩面，先使用湿喷机在岩面喷一层水泥砂浆，然后使用风机吹拂水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后，在其上再喷射混凝土，作为支护，喷射混凝土强度等级为C20，喷射厚度为26cm；
S4、锚杆加固：在仰拱作业面垂直方向布置锚杆孔，按布置的锚杆眼位置钻孔，孔径为40mm，然后用高压风将孔内的砂石吹出，然后向钻孔内注入砂浆后插入锚杆，锚杆采用长4m长的砂浆锚杆，然后以锚杆作为支撑点焊接钢筋网，从而对仰拱结构加固，钢筋网采用直径为8mm的钢筋焊接而成；
S5、钢架结构加固：在拱底架设一根弧形梁，然后在拱底弧形梁上架设两根立式梁并通过卡箍固定，然后在拱腰部位架设两根弧形梁，拱腰部位的弧形梁与立式梁通过卡箍固定，然后在拱顶架设一根拱顶梁，拱顶梁与拱腰部位的弧形梁通过卡箍固定，然后在梁与梁之间通过螺栓固定钢丝网，从而形成钢架结构对仰拱结构进行加强支撑；
S6、复喷混凝土：使用湿喷机再次向仰拱作业面上喷射混凝土；
S7、二次衬砌：二次衬砌施工前一定要进行断面扫描，确保初期支护不侵入二次衬砌空间，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，混凝土厚度为47.5cm
实施例3：
本发明提供了一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，具体步骤如下：
S1、预加固：在隧道需要开挖面的拱部岩石上布置注浆孔，按布置的注浆孔位置钻孔，孔径为52mm，然后用钻机将小导管顶入岩层，并用高压风将管内的砂石吹出，小导管打入后用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，并在导管附近及工作面喷砼，以防工作面上岩土坍塌，然后通过小导管将水泥浆强制注入至岩石内，小导管采用热轧无缝钢管，外径为44mm，壁厚为4mm，注浆压力1.0MPa；
S2、开挖：在隧道内开挖仰拱形成仰拱作业面，并清理仰拱底部碎石；
S3、初次喷混凝土：喷射前使用高压水枪向仰拱作业面受喷岩面喷射高压水，冲洗岩面的岩屑杂质，冲洗完成后，使用高压风机吹净岩面，先使用湿喷机在岩面喷一层水泥砂浆，然后使用风机吹拂水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后，在其上再喷射混凝土，作为支护，喷射混凝土强度等级为C20，喷射厚度为28cm；
S4、锚杆加固：在仰拱作业面垂直方向布置锚杆孔，按布置的锚杆眼位置钻孔，孔径为43mm，然后用高压风将孔内的砂石吹出，然后向钻孔内注入砂浆后插入锚杆，锚杆采用长4m长的砂浆锚杆，然后以锚杆作为支撑点焊接钢筋网，从而对仰拱结构加固，钢筋网采用直径为10mm的钢筋焊接而成；
S5、钢架结构加固：在拱底架设一根弧形梁，然后在拱底弧形梁上架设两根立式梁并通过卡箍固定，然后在拱腰部位架设两根弧形梁，拱腰部位的弧形梁与立式梁通过卡箍固定，然后在拱顶架设一根拱顶梁，拱顶梁与拱腰部位的弧形梁通过卡箍固定，然后在梁与梁之间通过螺栓固定钢丝网，从而形成钢架结构对仰拱结构进行加强支撑；
S6、复喷混凝土：使用湿喷机再次向仰拱作业面上喷射混凝土；
S7、二次衬砌：二次衬砌施工前一定要进行断面扫描，确保初期支护不侵入二次衬砌空间，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，混凝土厚度为50cm
实施例4：
在隧道挖掘时分别使用上述实施例1-3的加固方法给15处仰拱结构进行加固，每5处分为一组，得到以下数据：
由上表可知，实施例2中的加固方法最适宜，使用此方法对仰拱结构加固后，开挖时工作面上岩土坍塌的概率较低，仰拱结构的稳定性较强，有效提高了开挖的安全性。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1、预加固：在隧道需要开挖面的拱部岩石上布置注浆孔，按布置的注浆孔位置钻孔，然后用钻机将小导管顶入岩层，并用高压风将管内的砂石吹出，小导管打入后用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，并在导管附近及工作面喷砼，以防工作面上岩土坍塌，然后通过小导管将水泥浆强制注入至岩石内；
S2、开挖：在隧道内开挖仰拱形成仰拱作业面，并清理仰拱底部碎石；
S3、初次喷混凝土：先使用湿喷机在岩面喷一层水泥砂浆，然后使用风机吹拂水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后，在其上再喷射混凝土，作为支护；
S4、锚杆加固：在仰拱作业面垂直方向布置锚杆孔，按布置的锚杆眼位置钻孔，然后用高压风将孔内的砂石吹出，然后向钻孔内注入砂浆后插入锚杆，然后以锚杆作为支撑点焊接钢筋网，从而对仰拱结构加固；
S5、钢架结构加固：在拱底架设一根弧形梁，然后在拱底弧形梁上架设两根立式梁并通过卡箍固定，然后在拱腰部位架设两根弧形梁，拱腰部位的弧形梁与立式梁通过卡箍固定，然后在拱顶架设一根拱顶梁，拱顶梁与拱腰部位的弧形梁通过卡箍固定，然后在梁与梁之间通过螺栓固定钢丝网，从而形成钢架结构对仰拱结构进行加强支撑；
S6、复喷混凝土：使用湿喷机再次向仰拱作业面上喷射混凝土；
S7、二次衬砌：采用钢筋混凝土结构，混凝土厚度为45-50cm。
2.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S1中注浆孔钻孔孔径为48-52mm。
3.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S1中小导管采用热轧无缝钢管，外径为40-44mm、壁厚为3-4mm，注浆压力0.5-1.0MPa。
4.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S3中喷射前使用高压水枪向仰拱作业面受喷岩面喷射高压水，冲洗岩面的岩屑杂质，冲洗完成后，使用高压风机吹净岩面。
5.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S3中喷射混凝土强度等级为C20，喷射厚度为24-28cm。
6.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S4中锚杆眼位置钻孔孔径为37-43mm，采用长4m长的砂浆锚杆。
7.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S4中钢筋网采用直径为6-10mm的钢筋焊接而成。
8.根据权利要求1所述的一种增强高地应力软岩隧道仰拱结构稳定性的加固方法，其特征在于：在步骤S7中二次衬砌施工前一定要进行断面扫描，确保初期支护不侵入二次衬砌空间。
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- 2019-10-18 CN CN201910991348.4A patent/CN110656953A/zh active Pending
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