CN110847935A - 一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，包括以下几个步骤：开挖隧道过程中遇天然溶洞空腔，计算溶洞空腔的形状和体积；根据溶洞空腔的体积确定弹性支撑组件的大小和数量；在溶洞空腔内施作隧道假顶的过程中预留工作孔洞；将多个弹性支撑组件连接成多组弹性支撑组件备用；在工作孔洞内隧道假顶的外侧安装弹性支撑组件，启用弹性支撑组件并检测工作状态是否正常。本发明提供了一种隧道施工过程中或隧道运营过程中能对隧道起到主动保护作用的作业方法，能充分的发挥隧道围岩的自承能力。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法。
背景技术
我国岩溶地区分布面积十分广阔，且主要集中在西南地区，西南地区岩溶面积占西南地区幅员面积的三分之一以上。随着西南地区公路建设步伐的加快，隧道在修建过程中会遇到越来越多的特大型溶洞，由于溶洞本身具有复杂性、差异性以及高风险性，给特大型岩溶溶洞地区隧道的修建带来了诸多的困难。虽然岩溶地区隧道建设越来越受到重视，但由于岩溶隧道的复杂性、难以预测性，所以特大型溶洞空腔处理方式还较少，对于穿越特大型岩溶溶洞空腔的隧道，溶洞内的不稳定岩体会在较高的地方以落石的形式在隧道施工过程中甚至隧道运营过程中对隧道产生较大的危害。
目前，在实际工程中，针对隧道顶部围岩处理措施主要是在溶洞壁进行锚网喷支护、径向注浆和超前管棚；在边墙外侧及拱顶设置护拱，护拱采用混凝土浇筑，内侧设置钢筋，再在护拱外侧回填混凝土形成保护层，保护层顶部最后再回填沙袋缓冲层和被动防护网进行加强防护。但是此类方法施工困难，施工工期长；对于较大的溶洞，隧道顶部外的护拱和保护层厚度也较大，增加了隧道支护结构所需承受的荷载，从而进一步增加了隧道所需的材料，工程造价高。同时护拱和保护层只是被动的保护隧道，并没有限制顶部围岩的变形，没能充分发挥围岩的自承能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，提供一种隧道施工过程中或隧道运营过程中能对隧道起到主动保护作用的作业方法，能充分的发挥隧道围岩的自承能力，以解决背景技术中提到的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，包括以下几个步骤：
S1、隧道开挖：开挖隧道，隧道掘进过程中遇到天然溶洞空腔，计算溶洞空腔的形状和体积；
S2、计算弹性支撑组件的数量：根据溶洞空腔的体积确定弹性支撑组件的大小和数量；
S3、预留工作孔洞：在溶洞空腔内施作隧道假顶的过程中预留工作孔洞；
S4、组装弹性支撑组件：将多个弹性支撑组件连接成多组弹性支撑组件备用；
S5、安装弹性支撑组件：在工作孔洞内隧道假顶的外侧安装弹性支撑组件，启用弹性支撑组件并检测工作状态是否正常。
进一步地，所述步骤S1中计算溶洞空腔的形状和体积是通过采用三维激光扫描仪来确定溶洞空腔的体积大小和形状。
进一步地，所述步骤S2中的弹性支撑组件为气囊，根据溶洞空腔的体积确定单个所述气囊充气后的体积以及所需所述气囊的数量。
进一步地，所述步骤S4中的多组气囊充气后的总体积和溶洞空腔的体积相等。
进一步地，所述步骤S4中组装弹性支撑组件的具体过程为：
S410、将多个气囊通过多个单向阀门相互连接成条状结构，相邻的两个气囊之间安装一个单向阀门，每条气囊为一组弹性支撑组件，每组弹性支撑组件上的多个单向阀门的阀门开启方向相同；
S420、在每组弹性支撑组件中沿单向阀门开启方向的最后一个气囊中固定安装监测装置。
进一步地，所述溶洞空腔位于所述隧道的顶部或者隧道侧墙外侧。
进一步地，所述步骤S5中启用弹性支撑组件的过程是使用充气机将所述连接成条状后的气囊充气到标准工作气压值后，再安装到工作孔洞，使气囊充满整个溶洞空腔。
进一步地，所述气囊的标准工作气压值为0.005～0.15MPa
本发明的有益效果是：
1)本发明的气囊充气后能充满整个溶洞空腔，可以防止在隧道施工过程中甚至隧道运营过程中溶洞内的不稳定岩体在较高的地方以落石的形式对隧道产生较大的危害，同时充气后的气囊具有一定的变形能力，可以充分的发挥隧道围岩的自承能力。
2)本发明的各条状结构的气囊组可以提前在施工场地外用单向阀门连接好，采用充气机对气囊充气方便，整个施工过程简便快捷，大大减短了施工时间，提高了隧道施工的速度。
3)本发明的溶洞空腔的快速施工方法与以往的在边墙和拱顶外部增加较厚的护拱的方法相比，通过气囊充气填满整个溶洞空腔可以在较好保护隧道的同时又能大大的减少混凝土的用量，在隧道假顶外部安装气囊，气囊自身成本较低，也比以往的施工方法减少许多所需人力物力。
附图说明
图1为应用本发明的施工方法后的隧道结构示意图；
图2为图1中A-A向的剖视图；
图3为本发明弹性支撑组件中的气囊连接结构示意图；
图中，1-隧道，2-溶洞空腔，3-工作孔洞，4-隧道假顶，5-气囊，6-单向阀门，7-监测装置，8-岩土体。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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
参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
请参照图1-3，一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，包括以下几个步骤：
第一步、隧道1开挖：开挖隧道1，隧道1掘进过程中遇到天然溶洞空腔2，计算溶洞空腔2的形状和体积；
具体地，所述第一步中计算溶洞空腔2的形状和体积是通过采用三维激光扫描仪来确定溶洞空腔2的体积大小和形状。
所述溶洞空腔2位于所述隧道1的顶部或者隧道1侧墙外侧，所述溶洞空腔2的顶部是岩土体8。
第二步、计算弹性支撑组件的数量：根据溶洞空腔2的体积确定弹性支撑组件的大小和数量；
具体地，所述第二步中的弹性支撑组件为气囊5，根据溶洞空腔2的体积确定单个所述气囊5充气后的体积以及所需所述气囊5的数量。
第三步、预留工作孔洞3：在溶洞空腔2内施作隧道假顶4的过程中预留工作孔洞3；
第四步、组装弹性支撑组件：将多个弹性支撑组件连接成多组弹性支撑组件备用；
具体地，所述第四步中的多组气囊5充气后的总体积和溶洞空腔2的体积相等。
更具体地，所述第四步中组装弹性支撑组件的具体过程为：
一、将多个气囊5通过多个单向阀门6相互连接成条状结构，相邻的两个气囊5之间安装一个单向阀门6，每条气囊5为一组弹性支撑组件，每组弹性支撑组件上的多个单向阀门6的阀门开启方向相同；
二、在每组弹性支撑组件中沿单向阀门6开启方向的最后一个气囊5中固定安装监测装置7。
所述气囊5用所述单向阀门6相互连接的过程可以预先在场地外实施，简单方便且节省施工时间。
第五步、安装弹性支撑组件：在工作孔洞3内隧道假顶4的外侧安装弹性支撑组件，启用弹性支撑组件并检测工作状态是否正常。
具体地，所述第五步中启用弹性支撑组件的过程是使用充气机将所述连接成条状后的气囊5充气到标准工作气压值后，再安装到工作孔洞3，使气囊5充满整个溶洞空腔2。
所述气囊5的标准工作气压依工程实际所选用气囊5而定，本发明中选用的气囊5标准工作气压值的范围为0.005～0.15MPa。
所述气囊5充气后能充满整个溶洞空腔2，可以防止在隧道1施工过程中甚至隧道1运营过程中溶洞内的不稳定岩体在较高的地方以落石的形式对隧道1产生较大的危害，同时充气后的气囊5具有一定的变形能力，可以充分的发挥隧道1围岩的自承能力，通过所述气囊5填充满溶洞空腔2，防止不稳定围岩的脱落对隧道1产生不利的影响。
本发明的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，与以往的在边墙和拱顶外部增加较厚的护拱的方法相比，通过气囊5充气填满整个溶洞空腔2可以在较好保护隧道1的同时又能大大的减少混凝土的用量，在隧道假顶4外部安装气囊5，气囊5自身成本较低，也比以往的施工方法减少许多所需人力物力；本发明的各条状结构的气囊5组可以提前在施工场地外用单向阀门6连接好，采用充气机对气囊5充气方便，整个施工过程简便快捷，大大减短了施工时间，提高了隧道1施工的速度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1、隧道(1)开挖：开挖隧道(1)，隧道(1)掘进过程中遇到天然溶洞空腔(2)，计算溶洞空腔(2)的形状和体积；
S2、计算弹性支撑组件的数量：根据溶洞空腔(2)的体积确定弹性支撑组件的大小和数量；
S3、预留工作孔洞(3)：在溶洞空腔(2)内施作隧道假顶(4)的过程中预留工作孔洞(3)；
S4、组装弹性支撑组件：将多个弹性支撑组件连接成多组弹性支撑组件备用；
S5、安装弹性支撑组件：在工作孔洞(3)内隧道假顶(4)的外侧安装弹性支撑组件，启用弹性支撑组件并检测工作状态是否正常。
2.根据权利要求1所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述步骤S1中计算溶洞空腔(2)的形状和体积是通过采用三维激光扫描仪来确定溶洞空腔(2)的体积大小和形状。
3.根据权利要求1所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述步骤S2中的弹性支撑组件为气囊(5)，根据溶洞空腔(2)的体积确定单个所述气囊(5)充气后的体积以及所需所述气囊(5)的数量。
4.根据权利要求3所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述步骤S4中的多组气囊(5)充气后的总体积和溶洞空腔(2)的体积相等。
5.根据权利要求4所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述步骤S4中组装弹性支撑组件的具体过程为：
S410、将多个气囊(5)通过多个单向阀门(6)相互连接成条状结构，相邻的两个气囊(5)之间安装一个单向阀门(6)，每条气囊(5)为一组弹性支撑组件，每组弹性支撑组件上的多个单向阀门(6)的阀门开启方向相同；
S420、在每组弹性支撑组件中沿单向阀门(6)开启方向的最后一个气囊(5)中固定安装监测装置(7)。
6.根据权利要求1所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述溶洞空腔(2)位于所述隧道(1)的顶部或者隧道(1)侧墙外侧。
7.根据权利要求6所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述步骤S5中启用弹性支撑组件的过程是使用充气机将所述连接成条状后的气囊(5)充气到标准工作气压值后，再安装到工作孔洞(3)，使气囊(5)充满整个溶洞空腔(2)。
8.根据权利要求7所述的隧道穿越大型溶洞空腔的快速施工方法，其特征在于：所述气囊(5)的标准工作气压值为0.005～0.15MPa。
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