CN110878696A - 上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，包括步骤：一、掌子面注浆加固：采用注浆管对上部洞体开挖面前方地层进行注浆加固；二、交界处地表注浆加固：采用袖阀管对被加固地层进行注浆加固；三、隧道拱部超前支护：对交界处隧道段拱部进行超前支护；四、注浆管拔除；五、掌子面封堵：通过回填混凝土对掌子面进行封堵，并获得掌子面封堵结构。本发明方法设计合理、施工简便且使用效果好，采用地表注浆加固与洞内加固相结合的方式对交界处隧道段围岩进行有效加固，能有效提高围岩的力学性能，并且加固前与加固后均对交界处隧道段的掌子面进行可靠封堵，能有效保证隧道安全施工，并能有效减少因开挖引起的地面沉降。

Description

上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法。

背景技术

矿山法(也称为浅埋暗挖法)指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法，矿山法是暗挖法的一种隧道开挖施工方法，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌；同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。矿山法投入小，造价低，但只适合土质较好的城市隧道和山岭隧道。盾构法投入大，造价高，但适合土质与围岩状况差的隧道施工。

实际施工时，对盾构法与矿山法交界处的隧道段进行施工时，施工难度较大，尤其是对围岩较为破碎、富水较丰富且处于上软下硬地层的地段(尤其是靠近海边的地段)进行施工时，由于拱顶围岩上软下硬且洞体左右差异较大，极易发生隧道溃砂塌方的风险，其中上软下硬地层中上部土层为砂土层，砂土层下方由上至下为碎石层和稳定岩层，该稳定岩层为微风化岩石层。目前，隧道施工过程中针对不良地质所采用的治理方法主要是隧道内超前注浆、洞内帷幕注浆等方式对掌子面前方进行超前加固。但上述单一的加固方式仍无法保证围岩较为破碎且富水较丰富的盾构法与矿山法交界处隧道段的施工安全，存在以下风险：第一、砂、塌方风险：由于开挖断面大、拱顶埋深浅且围岩较为破碎，在隧道爆破施工及洞内直接开孔注浆影响下极易引起洞内涌砂、塌方灾害；而洞内涌砂、塌方造成隧道上方地层损失，会发展成地表塌陷，管线断裂破坏；第二、岩性差、突水风险大：岩性差且上部有较厚的中粗砂层，地势低洼，水量大，补给充分，承压水大，突溶水风险大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其方法设计合理、施工简便且使用效果好，采用地表注浆加固与洞内加固相结合的方式对交界处隧道段围岩进行有效加固，能有效提高围岩的力学性能，并且加固前与加固后均对交界处隧道段的掌子面进行可靠封堵，能有效保证隧道安全施工，并能有效减少因开挖引起的地面沉降。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：所施工交界处隧道段为隧道埋深小于30m的浅埋隧道，所述交界处隧道段位于已开挖隧道和待开挖隧道之间的连接处，所述已开挖隧道为采用矿山法施工成型的隧道，所述待开挖隧道位于已开挖隧道前方的盾构隧道；所述交界处隧道段由已开挖隧道段和位于所述已开挖隧道段前方的未开挖隧道段连接而成，所述已开挖隧道段为已开挖隧道前部的一个隧道节段且其长度为L1，L1的取值范围为4m～6m；所述未开挖隧道段为待开挖隧道后部的一个隧道节段且其长度为L2，L2的取值范围为8m～12m；所述交界处隧道段的长度为L3，其中L3＝L1+L2；

所述交界处隧道段位于上软下硬地层内，所述上软下硬地层包括由上至下布设的上部土层、中部岩石层和下部岩石层，所述上部土层为砂土层，所述中部岩石层为碎石层、强风化岩石层或中风化岩石层，所述下部岩石层为基岩层或微风化岩石层；

所述已开挖隧道的隧道洞分为上部洞体和位于所述上部洞体下方的下部洞体，所述上部洞体为对已开挖隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体为对已开挖隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；所述交界处隧道段中所述上部洞体的开挖面位于所述已开挖隧道段与所述未开挖隧道段之间的连接处后方，所述交界处隧道段中所述下部洞体的开挖面位于所述上部洞体的开挖面后方且二者之间的间距为2.5m～3.5m，所述下部洞体的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的坡面；

对所述交界处隧道段进行围岩快速加固时，包括以下步骤：

步骤一、掌子面注浆加固：采用注浆管对所述上部洞体开挖面前方的地层进行注浆加固；

所述上部洞体开挖面前方的地层内由上至下设置有三排所述注浆管，每排所述注浆管均包括多根由左至右布设于同一平面上的注浆管；每根所述注浆管均为由后向前插入所述上部洞体开挖面前方地层内的注浆钢花管；

步骤二、交界处地表注浆加固：采用袖阀管对被加固地层进行注浆加固；

所述被加固地层为所述交界处隧道段所处施工区域中需进行注浆加固的地层，所述被加固地层与所述交界处隧道段呈平行布设，且所述被加固地层沿所述交界处隧道段的隧道纵向延伸方向布设，所述被加固地层的纵向长度与所述交界处隧道段的长度相同且其宽度大于所述交界处隧道段的开挖宽度；所述被加固地层的左右两侧壁均为竖向侧壁，所述被加固地层的上表面为平面且其上表面位于所述交界处隧道段的拱顶上方，所述被加固地层的上表面与位于其下方的所述交界处隧道段拱顶之间的竖向间距为H1，H1的取值范围为3m～4m；

所述被加固地层分为位于所述已开挖隧道段上方的后部加固地层和位于后部加固地层正前方的前部加固地层；所述后部加固地层的长度与所述已开挖隧道段的长度相同，所述前部加固地层的长度与所述未开挖隧道段的长度相同；所述后部加固地层和前部加固地层的横截面均为矩形且二者的宽度相同；

所述后部加固地层为上部土层；所述前部加固地层由上至下分别为上部土层、中部岩石层和下部岩石层，所述前部加固地层中所述中部岩石层与下部岩石层之间的分界面为岩石分界面，所述前部加固地层中所述上部土层与中部岩石层之间的分界面为土石分界面，所述土石分界面位于所述交界处隧道段的拱顶上，所述岩石分界面位于所述交界处隧道段的隧道洞内，且所述岩石分界面位于所述交界处隧道段中所述上部洞体与所述下部洞体的分界面上方；

所述后部加固地层的上表面与前部加固地层的上表面均为平面且二者的上表面布设于同一平面上，所述后部加固地层的底面与前部加固地层的底面均为平面且二者的底面呈平行布设，所述前部加固地层的上表面和底面均与所述交界处隧道段的拱顶呈平行布设；

所述后部加固地层的底面与所述已开挖隧道段的拱顶相平齐，所述前部加固地层的底面位于所述岩石分界面下方，所述前部加固地层的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距不小于0.5m；

所述被加固地层内开有多排供所述袖阀管注浆用的注浆孔，多排所述注浆孔沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每排所述注浆孔均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的注浆孔，前后相邻两排所述注浆孔中的注浆孔呈交错布设；所述被加固地层内所有注浆孔呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述被加固地层内相邻两个所述注浆孔之间的间距为1.2m～1.8m；所述注浆孔为呈竖直向布设且从地表由上至下钻成的圆柱形钻孔，每个所述注浆孔的孔底均与其所处位置处被加固地层的底面相平齐；

步骤三、隧道拱部超前支护：对所述交界处隧道段拱部进行超前支护，并获得超前管棚支护结构；

所述超前管棚支护结构包括多根由后向前钻进至所述交界处隧道段掌子面前方地层内的管棚管，多根所述管棚管沿所述交界处隧道段的拱部轮廓线由左至右进行布设，多根所述管棚管的结构和尺寸均相同且其均布设于所述交界处隧道段的同一隧道横断面上；每根所述管棚管的后端均位于所述未开挖隧道段内，每根所述管棚管的前端均伸入至前部加固地层内；

步骤四、注浆管拔除：将步骤一中多排所述注浆管均拔除；

步骤五、掌子面封堵：通过回填混凝土对掌子面进行封堵，并获得掌子面封堵结构；

所述掌子面封堵结构为对所述交界处隧道段中所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行封堵的全断面封堵结构，所述掌子面封堵结构的后端面为平面且其位于已开挖隧道的一个隧道横断面上，所述掌子面封堵结构后端面与所述上部洞体开挖面之间的纵向间距为12m～18m；所述掌子面封堵结构为由混凝土回填形成的混凝土封堵结构。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤二中采用袖阀管对被加固地层进行注浆加固时，包括以下步骤：

步骤F1、钻孔及袖阀管安装：对被加固地层内多排所述注浆孔中的各注浆孔分别进行钻孔，并在每个成型的注浆孔内均安装一个袖阀管，同时使所安装袖阀管的底部伸入至所安装注浆孔的孔底；

待被加固地层内多排所述注浆孔均钻孔完成且每个注浆孔内均安装所述袖阀管后，获得安装到位的多排所述袖阀管；

步骤F2、袖阀管注浆：通过步骤F1中多排所述袖阀管对被加固地层进行袖阀管注浆加固，完成被加固地层的袖阀管注浆加固过程。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤一中完成掌子面注浆加固后且步骤二中进行交界处地表注浆加固之前，采用掌子面反压结构对所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行反压；所述掌子面反压结构为由多个沙袋堆放形成的封堵层；

所述掌子面反压结构为对所述交界处隧道段的掌子面进行全断面封堵的临时封堵结构。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤三中所述管棚管的外径为φ85mm～φ95mm且其壁厚为6mm～10mm，所述管棚管的外插角为6°～9°；所述超前管棚支护结构中相邻两根所述管棚管之间的环向间距为38cm～45cm；所述管棚管为钢花管，所述钢花管上开有多个圆形注浆孔且其孔径为φ10mm～φ16mm，多个所述圆形注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设，相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距为12cm～18cm；

所述超前管棚支护结构所处区域为管棚加固区，所述管棚加固区的横截面形状为弧形且其圆心角为150°。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤二中所述前部加固地层分为后加固地层和位于所述后加固地层前方的前加固地层，所述后加固地层沿隧道纵向延伸方向的长度与所述前加固地层沿隧道纵向延伸方向的长度相同，所述管棚管的前端伸入至所述前加固地层内。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤三中对所述交界处隧道段拱部进行超前支护时，还需采用超前小导管注浆支护结构对所述交界处隧道段拱部进行超前支护；

所述超前小导管注浆支护结构包括多根由后向前钻进至所述交界处隧道段掌子面前方地层内的注浆小导管，多根所述注浆小导管的结构和尺寸均相同且其沿所述交界处隧道段的拱部轮廓线由左至右进行布设，多根所述注浆小导管均布设于所述交界处隧道段的同一隧道横断面上；每根所述注浆小导管均位于相邻两根所述管棚管之间。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤一中每根所述注浆管均沿隧道纵向延伸方向布设；

三排所述注浆管由上至下分别为上排注浆管、中排注浆管和下排注浆管；所述上排注浆管中的各注浆管均由后向前逐渐向上倾斜，所述上排注浆管中各注浆管的前方均伸出至所述未开挖隧道段的拱顶上方；所述中排注浆管中各注浆管均呈水平布设，所述上排注浆管中的各注浆管均由后向前逐渐向下倾斜。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：所述已开挖隧道位于所述上软下硬地层内，所述已开挖隧道的长度不大于70m，所述已开挖隧道内设置有隧道初期支护结构；所述上软下硬地层中的中部岩石层和下部岩石层组成下部岩层；

对所述交界处隧道段进行围岩快速加固过程中，还需在已开挖隧道内施工隧道临时支护套拱；

所述隧道临时支护套拱包括布设于已开挖隧道内的全断面支撑结构；

所述全断面支撑结构包括多榀布设于已开挖隧道内的临时支撑架，多榀所述临时支撑架沿已开挖隧道的隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述临时支撑架呈均匀布设，每个所述临时支撑架均布设于已开挖隧道的一个隧道横断面上；相邻两榀所述临时支撑架之间均通过多道纵向连接钢筋进行紧固连接，多道所述纵向连接钢筋沿临时支撑架的轮廓线进行布设，每道所述纵向连接钢筋均沿已开挖隧道的隧道纵向延伸方向布设；多榀所述临时支撑架的结构和尺寸均相同，每榀所述临时支撑架均为型钢支架；

所述待开挖隧道和已开挖隧道的隧道洞横截面均为圆形；所述隧道初期支护结构和临时支撑架均为对隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道初期支护结构和临时支撑架的横截面均为圆形，每榀所述临时支撑架均支撑于隧道初期支护结构内；

每榀所述临时支撑架外侧均设置于多组注浆锚管，每榀所述临时支撑架外侧所设置的多组所述注浆锚管均与该临时支撑架布设于已开挖隧道的同一个隧道横断面上；多组所述注浆锚管的结构和尺寸均相同且其沿圆周方向均匀布设，每组所述注浆锚管均包括上下两对注浆锚管，每组所述注浆锚管中的上下两对所述注浆锚管呈对称布设；每对所述注浆锚管均包括两根对称布设于一榀所述临时支撑架前后两侧的注浆锚管，每对所述注浆锚管中的两根所述注浆锚管分别为布设于所处临时支撑架前后两侧的前侧锚管和后侧锚管；每榀所述临时支撑架上所布设的所有前侧锚管均位于已开挖隧道的同一个隧道横断面上，每榀所述临时支撑架上所布设的所有后侧锚管均位于已开挖隧道的同一个隧道横断面上；每组所述注浆锚管中的上下两对所述注浆锚管分别为上部锚管对和位于所述上部锚管对下方的下部锚管对，所述上部锚管对与所述下部锚管对之间的夹角为8°～15°；每根所述注浆锚管均为一根由内向外钻进至已开挖隧道外侧地层内的平直锚管。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：步骤五中掌子面封堵完成后，将用于施工待开挖隧道的盾构机经已开挖隧道向前移动至掌子面封堵结构后方；

对所述盾构机进行移动之前，由后向前对所述全断面支撑结构进行拆除；所述盾构机移动过程中，由后向前对所述盾构机经过的已开挖隧道进行二衬施工。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征是：每对所述注浆锚管中的两根所述注浆锚管后部均通过一道U字形钢筋焊接固定在所处临时支撑架的内侧翼缘板上；

所述U字形钢筋包括一个纵向钢筋段和前后两个对称连接于所述平直钢筋段两侧的横向钢筋段，所述纵向钢筋段焊接固定在所处临时支撑架的内侧翼缘板上；所述U字形钢筋中两个所述横向钢筋段均与所述纵向钢筋段呈水平布设且三者布设于同一平面上，每对所述注浆锚管中的两根所述注浆锚管分别焊接固定在U字形钢筋的一个所述横向钢筋段上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且施工简便，投入施工成本较低。

2、所采用的掌子面注浆加固方法简单、设计合理且注浆加固效果好，所采用的三排注浆管布设位置合理、施工简便且加固效果好，能简便、直接快速对上部洞体开挖面前方岩层进行有效加固，并且实际操作简便。

3、被加固地层的位置以及尺寸设计合理，通过对被加固地层进行注浆加固，能对盾构法与矿山法交界处的隧道段所处地层进行整体加固，确保交界处隧道段开挖过程安全、可靠，并能有效提高开挖成型隧道洞的稳定性。

4、地表注浆加固结构设计合理、施工简便且使用效果好、实用价值高，采用袖阀管且通过多排注浆孔对交界处隧道段中位于岩石分界面上方的隧道洞洞身进行整体加固，并且向下加固至下部岩石层内，由于下部岩石层为稳定岩层，因而加固效果牢靠，使被加固地层与下部岩石层紧固连接为一体，能有效提高隧道的稳固性和抗变形能力，尤其适用于盾构法与矿山法交界处隧道段的超前加固，能对上软下硬地层进行简便、快速且有效加固，确保隧道开挖过程安全、可靠，并能有效提高开挖成型隧道洞的稳定性，防止隧道开挖过程中掌子面坍塌并能有效控制初期支护结构发生大变形；与全断面帷幕注浆加固相比，能大幅度提高施工效率，减少施工工期，降低施工成本。并且，采用袖阀管注浆进行加固时，可以分段、定量和间歇注浆，能较好地控制注浆范围和注浆压力，可进行重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性很小，注浆加固效果易于保证。

5、采用隧道超前支护结构对隧道拱部进行集中加固，使交界处隧道段拱部形成可靠的加固环，确保盾构法与矿山法交界处隧道段的结构稳定性。所采用的超前管棚支护结构对隧道拱部进行整体加固，尤其是适用于隧道拱部位于砂土层上的隧道拱部超前支护施工；并将超前管棚支护结构与超前小导管注浆支护相结合对隧道拱部进行支护，能有效提高隧道洞整体稳固性、可靠性，确保施工安全，因而能达到全断面帷幕注浆相同的加固效果，但与全断面帷幕注浆加固相比，能大幅度提高施工效率，减少施工工期，降低施工成本。

6、所采用的隧道临时支护套拱结构简单、设计合理且加工制作简便，投入成本较低。

7、所采用的临时支撑架结构简单、设计合理且组装简便、支撑牢靠，能对后侧隧道段进行稳固支撑，并且后期拆装简便，能快速进行拆除。

8、每榀临时支撑架上所设置的注浆锚管布设位置合理且锚固效果好，每榀临时支撑架与其上所设置的所有注浆锚管相互配合，通过注浆锚管进一步增强临时支撑架的支护强度和稳固性，能有效控制所支撑位置处的隧道变形，确保隧道结构稳定。

9、每对注浆锚管与临时支撑架之间均通过一道U字形钢筋进行连接，连接简便可靠，并且U字形钢筋后期拆除简便，对临时支撑架进行拆除时只需将U字形钢筋的纵向钢筋段与两个横向钢筋段分别切断即可，操作简易，能有效节约施工工期，降低施工成本。

10、所采用的隧道临时支护套拱使用效果好且实用价值高，能简便、快速安装于已开挖隧道的初期支护结构内侧，并能对已开挖隧道进行稳固支撑，对已开挖隧道变形进行有效控制；同时，后期便于拆除，以确保盾构机安全、顺利通过。

11、方法设计合理且将多种加固方法相结合实现多重加固，并且每种加固方法均简便、易操作，能简便、快速完成盾构法与矿山法交界处隧道段的围岩加固过程。

12、施工简便、使用效果好且实用价值高，将掌子面注浆加固结构、隧道超前支护结构和掌子面封堵结构相结合实现洞内多重加固，使交界处隧道段拱部与前方围岩均进行可靠加固，并在掌子面后方回填形成掌子面封堵结构，进一步确保盾构法与矿山法交界处隧道段的结构稳定性。并且，采用地表注浆加固结构对位于岩石分界面上方的隧道洞洞身进行整体加固，加固效果可靠，多种加固方式相辅相成。

首先，通过掌子面注浆加固，能简便、快速对掌子面进行封堵，起到快速加固交界处隧道段稳固性的作用，与掌子面喷射混凝土进行封堵相比，掌子面注浆加固方法封堵效果更佳，并且对掌子面进行封堵的同时，能对掌子面前方不稳定岩层进行注浆加固，实现掌子面提高超前加固，能达到快速对掌子前方岩层进行短期帷幕注浆加固的效果，但与全断面帷幕注浆加固相比，能大幅度提高施工效率，减少施工工期，降低施工成本。同时，通过掌子面注浆加固为后续加固方法争取更多时间，确保多重加固能简便、快速且安全实施。

掌子面注浆加固后采用地表注浆加固对隧道洞身范围的不稳定岩层进行整体性、有效加固，实现交界处隧道段的整体性加固，进一步增强已开挖隧道与待开挖隧道连接处的整体性和稳固性，对掌子面注浆加固效果进行补充和增强；待地表注浆加固后，再采用超前支护结构对隧道拱部进行超前支护，进一步确保隧道拱部的支护强度，尤其是适用于土石分界面位于隧道拱部的拱部补强和再加固，进一步增强加固效果；为确保盾构顺利实施，待超前支护施工完成后，对注浆管拔除，并且为进一步确保施工安全性，掌子面封堵结构为对交界处隧道段的掌子面进行整体性封堵，并形成一个便于盾构机进行盾构施工的后端面，以便盾构机能直接进行盾构施工。并且，掌子面封堵结构用于盾构机接收，更利于盾构施工过程简便、快速且平稳进行。

对于隧道盾构法与矿山法交界处在围岩较为破碎且富水较为丰富地段施工时，由于拱顶围岩上软下硬、左右差异较大，极易发生隧道溃砂塌方的风险，采用本发明能对交界处围岩进行快速、有效、稳定且全面加固，能有效提高围岩的力学性能，从而保证隧道的安全施工，并减少开挖引起的地面沉降，为现场施工提供了便利，降低了现场施工的安全风险。

综上所述，本发明方法设计合理、施工简便且使用效果好，采用地表注浆加固与洞内加固相结合的方式对交界处隧道段围岩进行有效加固，能有效提高围岩的力学性能，并且加固前与加固后均对交界处隧道段的掌子面进行可靠封堵，能有效保证隧道安全施工，并能有效减少因开挖引起的地面沉降。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明掌子面注浆加固完成后的施工状态示意图。

图3为本发明交界处地表注浆加固与隧道拱部超前支护完成后的施工状态示意图。

图4为本发明掌子面封堵完成后的施工状态示意图。

图5为本发明未开挖隧道段上被加固地层的结构示意图。

图6为本发明被加固地层上注浆孔的平面布设位置示意图。

图7为本发明隧道超前支护结构的横断面结构示意图。

图8为本发明管棚管的结构示意图。

图9为本发明三排注浆管的横向布设位置示意图。

图10为本发明全断面支撑结构的平面布设位置示意图。

图11为本发明临时支撑架与注浆锚管的立面结构示意图。

图12为本发明的每对注浆锚管与临时支撑架的连接状态示意图。

图13为本发明临时支撑架中相邻两个工字钢节段之间的连接状态示意图。

图14为本发明临时支撑架前后两侧可拆卸连接件的连接状态示意图。

附图标记说明:

1—已开挖隧道； 2—被加固地层； 2-1—后部加固地层；

2-2—前部加固地层； 2-21—上部土层； 2-22—中部岩石层；

2-23—下部岩石层； 3—待开挖隧道； 4—注浆小导管；

5—注浆孔； 6—管棚管； 7—隧道洞；

8—掌子面反压结构； 9—注浆管； 10—掌子面封堵结构；

11—橡胶垫块； 12—连接型钢；

14—隧道初期支护结构； 15—临时支撑架； 16—纵向连接钢筋；

17—注浆锚管； 18—U字形钢筋； 19—连接螺栓；

20—圆环形木板。

具体实施方式

如图1所示的一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，所施工交界处隧道段为隧道埋深小于30m的浅埋隧道；结合图10，所述交界处隧道段位于已开挖隧道1和待开挖隧道3之间的连接处，所述已开挖隧道1为采用矿山法施工成型的隧道，所述待开挖隧道3位于已开挖隧道1前方的盾构隧道；结合图2，所述交界处隧道段由已开挖隧道段和位于所述已开挖隧道段前方的未开挖隧道段连接而成，所述已开挖隧道段为已开挖隧道1前部的一个隧道节段且其长度为L1，L1的取值范围为4m～6m；所述未开挖隧道段为待开挖隧道3后部的一个隧道节段且其长度为L2，L2的取值范围为8m～12m；所述交界处隧道段的长度为L3，其中L3＝L1+L2；

所述交界处隧道段位于上软下硬地层内，所述上软下硬地层包括由上至下布设的上部土层2-21、中部岩石层2-22和下部岩石层2-23，所述上部土层2-21为砂土层，所述中部岩石层2-22为碎石层、强风化岩石层或中风化岩石层，所述下部岩石层2-23为基岩层或微风化岩石层；

所述已开挖隧道1的隧道洞7分为上部洞体和位于所述上部洞体下方的下部洞体，所述上部洞体为对已开挖隧道1进行上台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体为对已开挖隧道1进行下台阶开挖后形成的洞体；所述交界处隧道段中所述上部洞体的开挖面位于所述已开挖隧道段与所述未开挖隧道段之间的连接处后方，所述交界处隧道段中所述下部洞体的开挖面位于所述上部洞体的开挖面后方且二者之间的间距为2.5m～3.5m，所述下部洞体的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的坡面；

对所述交界处隧道段进行围岩快速加固时，包括以下步骤：

步骤一、掌子面注浆加固：采用注浆管9对所述上部洞体开挖面前方的地层进行注浆加固，详见图2；

所述上部洞体开挖面前方的地层内由上至下设置有三排所述注浆管9，每排所述注浆管9均包括多根由左至右布设于同一平面上的注浆管9；每根所述注浆管9均为由后向前插入所述上部洞体开挖面前方地层内的注浆钢花管；

步骤二、交界处地表注浆加固：采用袖阀管对被加固地层2进行注浆加固；

结合图3、图5和图6，所述被加固地层2为所述交界处隧道段所处施工区域中需进行注浆加固的地层，所述被加固地层2与所述交界处隧道段呈平行布设，且所述被加固地层2沿所述交界处隧道段的隧道纵向延伸方向布设，所述被加固地层2的纵向长度与所述交界处隧道段的长度相同且其宽度大于所述交界处隧道段的开挖宽度；所述被加固地层2的左右两侧壁均为竖向侧壁，所述被加固地层2的上表面为平面且其上表面位于所述交界处隧道段的拱顶上方，所述被加固地层2的上表面与位于其下方的所述交界处隧道段拱顶之间的竖向间距为H1，H1的取值范围为3m～4m；

所述被加固地层2分为位于所述已开挖隧道段上方的后部加固地层2-1和位于后部加固地层2-1正前方的前部加固地层2-2；所述后部加固地层2-1的长度与所述已开挖隧道段的长度相同，所述前部加固地层2-2的长度与所述未开挖隧道段的长度相同；所述后部加固地层2-1和前部加固地层2-2的横截面均为矩形且二者的宽度相同；

所述后部加固地层2-1为上部土层2-21；所述前部加固地层2-2由上至下分别为上部土层2-21、中部岩石层2-22和下部岩石层2-23，所述前部加固地层2-2中所述中部岩石层2-22与下部岩石层2-23之间的分界面为岩石分界面，所述前部加固地层2-2中所述上部土层2-21与中部岩石层2-22之间的分界面为土石分界面，所述土石分界面位于所述交界处隧道段的拱顶上，所述岩石分界面位于所述交界处隧道段的隧道洞7内；

所述后部加固地层2-1的上表面与前部加固地层2-2的上表面均为平面且二者的上表面布设于同一平面上，所述后部加固地层2-1的底面与前部加固地层2-2的底面均为平面且二者的底面呈平行布设，所述前部加固地层2-2的上表面和底面均与所述交界处隧道段的拱顶呈平行布设；

所述后部加固地层2-1的底面与所述已开挖隧道段的拱顶相平齐，所述前部加固地层2-2的底面位于所述岩石分界面下方，所述前部加固地层2-2的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距不小于0.5m；

所述被加固地层2内开有多排供所述袖阀管注浆用的注浆孔5，多排所述注浆孔5沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每排所述注浆孔5均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的注浆孔5，前后相邻两排所述注浆孔5中的注浆孔5呈交错布设；所述被加固地层2内所有注浆孔5呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述被加固地层2内相邻两个所述注浆孔5之间的间距为1.2m～1.8m；所述注浆孔5为呈竖直向布设且从地表由上至下钻成的圆柱形钻孔，每个所述注浆孔5的孔底均与其所处位置处被加固地层2的底面相平齐；

步骤三、隧道拱部超前支护：对所述交界处隧道段拱部进行超前支护，并获得超前管棚支护结构；

结合图3、图7，所述超前管棚支护结构包括多根由后向前钻进至所述交界处隧道段掌子面前方地层内的管棚管6，多根所述管棚管6沿所述交界处隧道段的拱部轮廓线由左至右进行布设，多根所述管棚管6的结构和尺寸均相同且其均布设于所述交界处隧道段的同一隧道横断面上；每根所述管棚管6的后端均位于所述未开挖隧道段内，每根所述管棚管6的前端均伸入至前部加固地层2-2内；

步骤四、注浆管拔除：将步骤一中多排所述注浆管9均拔除；

步骤五、掌子面封堵：通过回填混凝土对掌子面进行封堵，并获得掌子面封堵结构10，详见图4；

所述掌子面封堵结构10为对所述交界处隧道段中所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行封堵的全断面封堵结构，所述掌子面封堵结构10的后端面为平面且其位于已开挖隧道1的一个隧道横断面上，所述掌子面封堵结构10后端面与所述上部洞体开挖面之间的纵向间距为12m～18m；所述掌子面封堵结构10为由混凝土回填形成的混凝土封堵结构。

本实施例中，所述掌子面封堵结构10为由C15混凝土回填而成。

其中，所述盾构隧道为采用盾构法进行施工的隧道。隧道埋深指的是隧道开挖断面的顶部至自然地面(即地表)的垂直距离。隧道拱顶指的是隧道开挖轮廓线的拱顶，隧道底部指的是隧道开挖轮廓线的底部。因而，所述交界处隧道段的拱顶指的是所述交界处隧道段的隧道开挖轮廓线拱顶，所述交界处隧道段底部指的是所述交界处隧道段的隧道开挖轮廓线底部。

实际施工时，所述交界处隧道段的开挖宽度为6m～9m，所述交界处隧道段的开挖高度为6m～9m，所述上部洞体的开挖高度与所述下部洞体的开挖高度相同。本实施例中，所述交界处隧道段的开挖宽度为7m且其开挖高度为7m。所述上部洞体的开挖高度与所述下部洞体的开挖高度均为3.5m。

对所述已开挖隧道段进行开挖时，采用两台阶法进行开挖，并且上、下台阶高度均为3.5m，上台阶平台预留长度为3m且坡度为1∶1，因而所述下部洞体的开挖面与所述交界处隧道段底部的夹角为45°。因而，本实施例中，所述交界处隧道段中所述下部洞体的开挖面与所述上部洞体的开挖面后方且二者之间的间距为3m。

由于所述岩石分界面位于所述交界处隧道段中所述上部洞体与所述下部洞体的分界面上方，因而只需采用三排所述注浆管9对所述上部洞体开挖面前方的地层进行注浆加固，便可有效确保所述交界处隧道段掌子面前方的地层稳固性。

本实施例中，每根所述注浆管9均沿隧道纵向延伸方向布设。

为确保注浆管9进入岩层简便且拔出方便，所述注浆管9的前端为圆锥形。三排所述注浆管9中每根所述注浆管9的直径均为φ40mm～φ45mm且其长度均为2.8m～3.5m。本实施例中，三排所述注浆管9中每根所述注浆管9的直径均为φ42mm且其长度均为3m。实际使用时，可根据具体需要，对注浆管9的直径和长度分别进行相应调整。

如图2所示，三排所述注浆管9由上至下分别为上排注浆管、中排注浆管和下排注浆管；所述上排注浆管中的各注浆管9均由后向前逐渐向上倾斜，所述上排注浆管中各注浆管9的前方均伸出至所述未开挖隧道段的拱顶上方；所述中排注浆管中各注浆管9均呈水平布设，所述上排注浆管中的各注浆管9均由后向前逐渐向下倾斜。

由于所述土石分界面位于所述交界处隧道段的拱顶上，为进一步确保所述交界处隧道段拱部的加固强度，所述上排注浆管中各注浆管9与所述未开挖隧道段拱顶的夹角均为6°～9°，通过所述上排注浆管中各注浆管9对掌子面前方和拱部围岩进行进一步加固。

如图9所示，三排所述注浆管9由左至右分多列进行布设，每排所述注浆管9中的多根所述注浆管9均呈均匀布设。所述上排注浆管中相邻两根所述注浆管9之间的间距为30cm～40cm。所述中排注浆管中和所述下排注浆中相邻两根所述注浆管9之间的间距相同，并且所述中排注浆管中和所述下排注浆中相邻两根所述注浆管9之间的间距均为70cm～80cm。

本实施例中，所述中排注浆管中的各注浆管9均位于中部岩石层2-22中，所述下排注浆管中的各注浆管9均位于下部岩石层2-23中。因而，采用三排所述注浆管9对所述上部洞体开挖面前方的地层进行注浆加固时，同步对掌子面前方的中部岩石层2-22和下部岩石层2-23进行注浆加固，确保所述上部洞体和所述下部洞体开挖面前方的岩层均得到有效加固，能有效防止所述交界处隧道段发生砂、塌方风险以及突水风险。

本实施例中，采用三排所述注浆管9进行注浆时，注浆方法为常规的钢花管注浆方法。所注浆液为水泥浆，所述水泥浆的水灰比为1∶1，注浆压力0.2MPa～0.5MPa。

本实施例中，步骤一中完成掌子面注浆加固后且步骤二中进行交界处地表注浆加固之前，采用掌子面反压结构8对所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行反压；所述掌子面反压结构8为由多个沙袋堆放形成的封堵层；

所述掌子面反压结构8为对所述交界处隧道段的掌子面进行全断面封堵的临时封堵结构。并且，步骤四中进行注浆管拔除前，先将掌子面反压结构8清除。

本实施例中，为进一步确保加固效果，采用三排所述注浆管9进行注浆加固后，采用掌子面反压结构8对所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行反压。

实际施工时，步骤二中所述注浆孔5的孔径为φ80mm～φ120mm。

本实施例中，所述前部加固地层2-2的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距为1m～2m。实际施工过程中，可根据具体需要，对注浆孔5的孔径以及前部加固地层2-2的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距分别进行相应调整。

如图6所示，所述被加固地层2内所有注浆孔5由左至右分多列进行布设，每列所述注浆孔5均包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设于同一竖直面上的注浆孔5；所述交界处隧道段的隧道中线上布设有一列所述注浆孔5；

所述被加固地层2内的所有注浆孔5呈梅花形布设，且被加固地层2内的所有注浆孔5呈均匀布设。

实际施工时，所述交界处隧道段的开挖宽度为6m～9m，所述交界处隧道段的开挖高度为6m～9m，所述上部洞体的开挖高度与所述下部洞体的开挖高度相同。本实施例中，所述交界处隧道段的开挖宽度为7m且其开挖高度为7m，其中所述交界处隧道段的开挖宽度记作D1，其中D1＝7m。

所述被加固地层2的左侧壁和右侧壁对称布设于所述交界处隧道段的左右两侧，所述被加固地层2的宽度比所述交界处隧道段的开挖宽度大5m～8m。本实施例中，所述被加固地层2的宽度比所述交界处隧道段的开挖宽度大6m，所述被加固地层2的宽度记作D2，其中D2＝D1+6m＝13m。

实际施工时，可根据具体需要，对被加固地层2的宽度(即D2的取值大小)进行相应调整。

本实施例中，所述被加固地层2内所有注浆孔5分多列进行布设，每列所述注浆孔5均包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的注浆孔5；所述交界处隧道段的隧道中线上布设有一列所述注浆孔5。

本实施例中，H1＝3.5m。

本实施例中，L1＝5m，L2＝10m，L3＝15m。

实际施工时，可根据具体需要，对H1、L1和L2的取值大小进行相应调整。

采用所述地表注浆加固结构对所述交界处隧道段进行加固时，对所述交界处隧道段的隧道横向轮廓线外左右两侧3m范围内进行加固，所述交界处隧道段上部加固至开挖轮廓线拱顶以上3.5m范围内，所述交界处隧道段底部加固至所述岩石分界面下方。

采用袖阀管进行注浆加固时，按照常规的袖阀管注浆法进行加固。本实施例中，所述被加固地层2内位于最左侧的两列所述注浆孔5和所述被加固地层2内位于最右侧的两列所述注浆孔5均为用于注入水泥-水玻璃双液浆的外侧注浆孔，所述被加固地层2内除所述外侧注浆孔之外的所有注浆孔5均为用于注入水泥浆的内部注浆孔。所述外侧注浆孔位于所述交界处隧道段外侧。所述外侧注浆孔所注浆液为水泥-水玻璃双液浆，能有效提高被加固地层2外侧的加固强度，确保加固效果；而所述内部注浆孔采用水泥浆的目的在于一方面对岩层进行有效加固，另一方面不影响盾构施工，不会增大后期盾构难度。

所述水泥浆为普通水泥浆单液浆。注浆结束标准为：第一、单孔注浆结束标准：单孔注浆压力达到设计终压并维持10min以上结束该孔注浆或；第二、全段结束标准：所有注浆孔5均达到注浆结束标准并无漏注现象。

为确保加固效果，本实施例中，所述水泥浆为超细水泥浆。所述超细水泥浆中所采用超细水泥粒径d90≤20μm，其中d表示粉体颗粒的直径，d90表示累计90％点的直径；比表面积>8000cm²。所述水泥浆的水灰比为(1～1.2)∶1。

利用注浆孔5进行注浆加固之前，先采用钻机由上至下进行钻孔，钻孔完成后先退钻杆，再将袖阀管由上至下下放至所述钻孔内，并在所述钻孔的孔口采用速凝水泥砂浆填充，以防止注浆时返浆。袖阀管安装完成后注入套壳料。

所述地表注浆加固结构对所述交界处隧道段中位于所述岩石分界面上方的隧道洞7洞身进行整体加固，并且向下加固至下部岩石层2-23内，由于下部岩石层2-23为稳定岩层，因而加固效果牢靠，使被加固地层2与下部岩石层2-23紧固连接为一体，能有效提高隧道的稳固性和抗变形能力。对被加固地层2进行注浆加固时，沿隧道纵向延伸方向由后向前通过多排所述注浆孔5分别进行注浆加固，且注浆方式采用后退式分段注浆。

本实施例中，步骤二中采用袖阀管对被加固地层2进行注浆加固时，包括以下步骤：

步骤F1、钻孔及袖阀管安装：对被加固地层2内多排所述注浆孔5中的各注浆孔5分别进行钻孔，并在每个成型的注浆孔5内均安装一个袖阀管，同时使所安装袖阀管的底部伸入至所安装注浆孔5的孔底；

待被加固地层2内多排所述注浆孔5均钻孔完成且每个注浆孔5内均安装所述袖阀管后，获得安装到位的多排所述袖阀管；

步骤F2、袖阀管注浆：通过步骤F1中多排所述袖阀管对被加固地层2进行袖阀管注浆加固，完成被加固地层2的袖阀管注浆加固过程。

本实施例中，所述被加固地层2内相邻两个所述注浆孔5之间的间距为1.5m。实际施工时，可根据具体需要，对相邻两个所述注浆孔5之间的间距进行相应调整。并且，所述注浆孔5的扩散半径为1.0m。

步骤F2中进行袖阀管注浆时，注浆压力为0.2MPa～0.5MPa。并且，对后部加固地层2-1进行袖阀管注浆时，由于后部加固地层2-1有已施工完成的隧道初期支护结构14，因而注浆压力小于0.3MPa。所述水泥浆和所述水泥-水玻璃双液浆的浆液强度等级不小于M10。注浆结束标准：注浆压力逐步升高，当达到设计终压并继续注浆10min以上，有一定注浆量，注浆结束时的进浆量，一般在20L/min～30L/min以下。注浆时根据实际注浆止水效果进行适当调整注浆参数，使浆液充填满加固区域空隙。

步骤二中地表注浆加固完成后，钻取检查孔进行验证，检查孔数不得少于5孔，用于校验单孔出水量和岩体注浆的饱满程度，检查孔涌水量小于0.2L/m·min。

如图8所示，步骤三中所述管棚管6的外径为φ85mm～φ95mm且其壁厚为6mm～10mm，所述管棚管6的外插角为6°～9°；所述超前管棚支护结构中相邻两根所述管棚管6之间的环向间距为38cm～45cm；所述管棚管6为钢花管，所述钢花管上开有多个圆形注浆孔且其孔径为φ10mm～φ16mm，多个所述圆形注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设，相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距为12cm～18cm。

本实施例中，所述管棚管6的外径为φ89mm且其壁厚为8mm，所述管棚管6的外插角为7°；所述超前管棚支护结构中相邻两根所述管棚管6之间的环向间距为40cm；所述管棚管6为钢花管，所述钢花管上开有多个圆形注浆孔且其孔径为φ10mm～φ16mm，多个所述圆形注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设，相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距为15cm。所述管棚管6的前端为尖锥状且其尾部留长度不小于1m不钻孔的止浆段。

实际施工时，可根据具体需要，对管棚管6的尺寸、外插角以及所述圆形注浆孔的孔径和相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距分别进行相应调整。

本实施例中，所述超前管棚支护结构所处区域为管棚加固区，所述管棚加固区的横截面形状为弧形且其圆心角为150°。

本实施例中，步骤二中所述前部加固地层2-2分为后加固地层和位于所述后加固地层前方的前加固地层，所述后加固地层沿隧道纵向延伸方向的长度与所述前加固地层沿隧道纵向延伸方向的长度相同，所述管棚管6的前端伸入至所述前加固地层内。因而，所述超前管棚支护结构对隧道拱部进行有效效果，在所述地表注浆加固结构的基础上，能进一步增大隧道拱部加固长度和隧道拱部加固效果。

实际加工时，所述管棚管6的长度为10m～15m。本实施例中，所述管棚管6的长度为12m。

对所述超前管棚支护结构进行施工时，通过多根所述管棚管6向所述交界处隧道段掌子面前方地层注入水泥浆液，要求浆液强度等级不小于M10，注浆压力为1.0MPa～2.0MPa。注浆结束后，采用M10水泥砂浆充填管棚管6，以增强管棚强度。

为进一步增强隧道拱部的支护强度，步骤三中对所述交界处隧道段拱部进行超前支护时，还需采用超前小导管注浆支护结构对所述交界处隧道段拱部进行超前支护；

所述超前小导管注浆支护结构包括多根由后向前钻进至所述交界处隧道段掌子面前方地层内的注浆小导管4，多根所述注浆小导管4的结构和尺寸均相同且其沿所述交界处隧道段的拱部轮廓线由左至右进行布设，多根所述注浆小导管4均布设于所述交界处隧道段的同一隧道横断面上；每根所述注浆小导管4均位于相邻两根所述管棚管6之间。

本实施例中，所述超前小导管注浆支护结构所处区域为超前小导管注浆加固区，所述超前小导管注浆加固区的横截面形状为弧形且其圆心角为120°。

所述超前小导管注浆支护结构中相邻两根所述注浆小导管4之间的环向间距与所述超前管棚支护结构中相邻两根所述管棚管6之间的环向间距相同，所述注浆小导管4的长度为3m～4m且外插角为12°～16°。本实施例中，所述注浆小导管4的长度为3.5m且外插角为15°。

由上述内容可知，采用12m长管棚加小导管对拱部进行超前支护，沿隧道轮廓线外沿打入一排纵向钢管(即管棚管6)，再往管内注浆以凝结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的缝隙，注浆小导管4尾部与隧道初期支护结构中的钢拱架焊接为整体，形成牢固的棚状支护结构，以确保工法转换交界处安全。

实际使用时，先对所述地表注浆加固结构进行施工；待所述地表注浆加固结构施工完成后，再对所述隧道超前支护结构进行施工，实际施工简便，并且施工质量易于控制。

实际施工时，先采用三排所述注浆管9进行注浆加固，且注浆后利用掌子面反压结构8对所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面进行反压，形成所述掌子面注浆加固结构，实现简便、快速对所述交界处隧道段掌子面进行全面封堵的目的，能有效防止后续加固过程中掌子面发生砂、塌方风险以及突水风险等事故，确保施工安全；之后，采用地表加固结构对所述交界处隧道地表进行整体加固，确保开挖隧道1和待开挖隧道3之间连接处的整体性和加固效果；然后，再对所述隧道超前支护结构进行施工，进一步对隧道拱部进行加固，尤其适用于隧道拱顶位于所述土石分界面时的拱部加固过程；待所述隧道超前支护结构施工完成后，将打设的三排所述注浆管9拔除，并采用水泥浆填充注浆孔，再将掌子面反压结构8清除；待掌子面反压结构8清除后，再在所述交界处隧道段掌子面后方回填混凝土并形成掌子面封堵结构10，进一步对掌子面进行全断面封堵，实际施工简便，并且施工质量易于控制，洞内加固效果好，能有效确保隧道施工安全、可靠，能有效防止所述交界处隧道段掌子面，能有效防止后续加固过程中掌子面发生砂、塌方风险以及突水风险等事故。

本实施例中，所述已开挖隧道1位于所述上软下硬地层内，所述已开挖隧道1的长度不大于70m，所述已开挖隧道1内设置有隧道初期支护结构14；所述上软下硬地层中的中部岩石层2-22和下部岩石层2-23组成下部岩层；

对所述交界处隧道段进行围岩快速加固过程中，还需在已开挖隧道1内施工隧道临时支护套拱；

所述隧道临时支护套拱包括布设于已开挖隧道1内的全断面支撑结构；

如图10、图11所示，所述全断面支撑结构包括多榀布设于已开挖隧道1内的临时支撑架15，多榀所述临时支撑架15沿已开挖隧道1的隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述临时支撑架15呈均匀布设，每个所述临时支撑架15均布设于已开挖隧道1的一个隧道横断面上；相邻两榀所述临时支撑架15之间均通过多道纵向连接钢筋16进行紧固连接，多道所述纵向连接钢筋16沿临时支撑架15的轮廓线进行布设，每道所述纵向连接钢筋16均沿已开挖隧道1的隧道纵向延伸方向布设；多榀所述临时支撑架15的结构和尺寸均相同，每榀所述临时支撑架15均为型钢支架；

所述待开挖隧道3和已开挖隧道1的隧道洞7横截面均为圆形；所述隧道初期支护结构14和临时支撑架15均为对隧道洞7进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道初期支护结构14和临时支撑架15的横截面均为圆形，每榀所述临时支撑架15均支撑于隧道初期支护结构14内；

每榀所述临时支撑架15外侧均设置于多组注浆锚管17，每榀所述临时支撑架15外侧所设置的多组所述注浆锚管17均与该临时支撑架15布设于已开挖隧道1的同一个隧道横断面上；多组所述注浆锚管17的结构和尺寸均相同且其沿圆周方向均匀布设，每组所述注浆锚管17均包括上下两对注浆锚管17，每组所述注浆锚管17中的上下两对所述注浆锚管17呈对称布设；每对所述注浆锚管17均包括两根对称布设于一榀所述临时支撑架15前后两侧的注浆锚管17，每对所述注浆锚管17中的两根所述注浆锚管17分别为布设于所处临时支撑架15前后两侧的前侧锚管和后侧锚管；每榀所述临时支撑架15上所布设的所有前侧锚管均位于已开挖隧道1的同一个隧道横断面上，每榀所述临时支撑架15上所布设的所有后侧锚管均位于已开挖隧道1的同一个隧道横断面上；每组所述注浆锚管17中的上下两对所述注浆锚管17分别为上部锚管对和位于所述上部锚管对下方的下部锚管对，所述上部锚管对与所述下部锚管对之间的夹角为8°～15°；每根所述注浆锚管17均为一根由内向外钻进至已开挖隧道1外侧地层内的平直锚管。并且，每根所述注浆锚管17均为经隧道初期支护结构14钻进至已开挖隧道1外侧地层内的锚管。

本实施例中，所述隧道初期支护结构14包括多榀由前至后布设的钢拱架和采用锚网喷支护方法施工成型的锚网喷支护结构。

本实施例中，步骤五中掌子面封堵完成后，将用于施工待开挖隧道3的盾构机经已开挖隧道1向前移动至掌子面封堵结构10后方；

对所述盾构机进行移动之前，由后向前对所述全断面支撑结构进行拆除；所述盾构机移动过程中，由后向前对所述盾构机经过的已开挖隧道1进行二衬施工。

为进一步增大所述全断面支撑结构的整体性和支撑强度，所述全断面支撑结构内部设置有多道呈平行布设的纵向连接件，多道所述纵向连接件均沿已开挖隧道1的隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向连接件沿圆周方向布设。本实施例中，所述纵向连接件为平直型钢，每道所述纵向连接件均与多榀所述临时支撑架15焊接固定为一体。实际使用时，所述纵向连接件可以采用角钢、槽钢等。

如图10所示，所述全断面支撑结构中前后相邻两榀所述临时支撑架15之间的间距为1.2m～1.8m。

本实施例中，前后相邻两榀所述临时支撑架15之间的间距为1.5m。实际施工时，可根据需要对前后相邻两榀所述临时支撑架15之间的间距进行相应调整。

如图12所示，每对所述注浆锚管17中的两根所述注浆锚管17后部均通过一道U字形钢筋18焊接固定在所处临时支撑架15的内侧翼缘板上。

本实施例中，所述U字形钢筋18包括一个纵向钢筋段和前后两个对称连接于所述平直钢筋段两侧的横向钢筋段，所述纵向钢筋段焊接固定在所处临时支撑架15的内侧翼缘板上；所述U字形钢筋18中两个所述横向钢筋段均与所述纵向钢筋段呈水平布设且三者布设于同一平面上，每对所述注浆锚管17中的两根所述注浆锚管17分别焊接固定在U字形钢筋18的一个所述横向钢筋段上。

为确保连接强度，所述横向钢筋段的长度为120mm～180mm。本实施例中，所述横向钢筋段的长度为150mm。

如图12所示，每根所述注浆锚管17均固定在一根所述横向钢筋段内侧，每根所述注浆锚管17与其所固定的横向钢筋段均呈平行布设。

实际施工时，待每榀所述临时支撑架15支立完成后，在该榀临时支撑架15的前后两侧分别打设多根所述注浆锚管17，再通过U字形钢筋18将每对所述注浆锚管17中的两根注浆锚管17后部均与临时支撑架15固定连接，进一步增强注浆锚管17与临时支撑架15的连接强度，使每榀临时支撑架15均与其上所设置的所有注浆锚管17均紧固连接为一体，形成对所处位置处隧道围岩进行整体性深层加固的加固结构，能有效控制所处位置处的隧道变形。同时，前后相邻两榀所述临时支撑架15之间均通过多道所述纵向连接钢筋16紧固连接，并形成对已开挖隧道1进行稳固支护的全断面支撑结构，进一步确保已开挖隧道1的整体性和稳固性。

本实施例中，所述注浆锚管17的长度不小于3m。实际施工时，可根据具体需要对所述注浆锚管17的长度进行相应调整。

如图13、图14所示，每榀所述临时支撑架15外侧均设置于六组所述注浆锚管17，六组所述注浆锚管17中包括三组位于临时支撑架15左侧的注浆锚管17和三组位于临时支撑架15右侧的注浆锚管17，位于临时支撑架15左侧的注浆锚管17与位于临时支撑架15右侧的注浆锚管17呈对称布设。

本实施例中，每榀所述临时支撑架15与隧道初期支护结构14之间均垫装有一个圆环形木板20。

本实施例中，每榀所述临时支撑架15均由多个工字钢节段拼接而成，每组所述注浆锚管17均位于一个所述工字钢节段上。

为确保每榀所述临时支撑架15均具有一定的自适应变形能力，每榀所述临时支撑架15中相邻两个所述工字钢节段之间均垫装有一个橡胶垫块11，相邻两个所述工字钢节段之间均通过前后两个对称布设的可拆卸连接件进行连接，两个所述可拆卸连接件对称布设于临时支撑架15腹板的前后两侧；

每个所述可拆卸连接件包括两个对称布设于橡胶垫块11两侧的连接型钢12和多个将两个所述连接型钢12连接为一体的连接螺栓19，所述橡胶垫块11夹装于两个所述连接型钢12之间；两个所述连接型钢12均与橡胶垫块11呈平行布设，多个所述连接型钢12均与橡胶垫块11呈垂直布设；所述橡胶垫块11和两个所述连接型钢12上均开有供连接螺栓19安装的螺栓安装孔。

本实施例中，每个所述可拆卸连接件均包括两个所述连接螺栓19。

本实施例中，所述连接型钢12为直角角钢，所述连接型钢12的一个直角边与临时支撑架15的腹板呈平行布设且其焊接固定在临时支撑架15的腹板上，所述连接型钢12的另一个直角边上开设有所述螺栓安装孔，因而，实际连接简便、可靠。

实际施工时，采用盾构机对待开挖隧道3进行盾构施工之前，需先将盾构机经已开挖成型的已开挖隧道1移动至待开挖隧道3的掌子面后方，由于隧道二次衬砌的内部空间较小，为满足盾构机通过需求，只能对已开挖隧道1进行初期支护，无法对已开挖隧道1进行二衬施工；但由于已开挖隧道1位于上软下硬地层内，如不及时对已开挖隧道1进行二衬施工，则无法控制隧道变形，甚至导致已开挖隧道1发生坍塌等风险。本发明中待已开挖隧道1施工完成后，采用所述隧道临时支护套拱对已开挖隧道1进行支护，确保已开挖隧道1结构稳定，该隧道临时支护套拱能简便、快速安装于已开挖隧道1的初期支护结构内侧，并能对已开挖隧道1进行稳固支撑，对已开挖隧道1变形进行有效控制；同时，后期便于拆除，以确保盾构机安全、顺利通过。

对待开挖隧道3进行施工的盾构机通过已开挖隧道1之前，由后向前对所述全断面支撑结构进行拆除；所述全断面支撑结构拆除后，将所述盾构机经已开挖隧道1向前移动至待开挖隧道3的掌子面后方；所述盾构机移动过程中由后向前对已开挖隧道1进行二衬施工，因而能有效确保已开挖隧道1结构稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：所施工交界处隧道段为隧道埋深小于30m的浅埋隧道，所述交界处隧道段位于已开挖隧道(1)和待开挖隧道(3)之间的连接处，所述已开挖隧道(1)为采用矿山法施工成型的隧道，所述待开挖隧道(3)位于已开挖隧道(1)前方的盾构隧道；所述交界处隧道段由已开挖隧道段和位于所述已开挖隧道段前方的未开挖隧道段连接而成，所述已开挖隧道段为已开挖隧道(1)前部的一个隧道节段且其长度为L1，L1的取值范围为4m～6m；所述未开挖隧道段为待开挖隧道(3)后部的一个隧道节段且其长度为L2，L2的取值范围为8m～12m；所述交界处隧道段的长度为L3，其中L3＝L1+L2；

所述交界处隧道段位于上软下硬地层内，所述上软下硬地层包括由上至下布设的上部土层(2-21)、中部岩石层(2-22)和下部岩石层(2-23)，所述上部土层(2-21)为砂土层，所述中部岩石层(2-22)为碎石层、强风化岩石层或中风化岩石层，所述下部岩石层(2-23)为基岩层或微风化岩石层；

所述已开挖隧道(1)的隧道洞(7)分为上部洞体和位于所述上部洞体下方的下部洞体，所述上部洞体为对已开挖隧道(1)进行上台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体为对已开挖隧道(1)进行下台阶开挖后形成的洞体；所述交界处隧道段中所述上部洞体的开挖面位于所述已开挖隧道段与所述未开挖隧道段之间的连接处后方，所述交界处隧道段中所述下部洞体的开挖面位于所述上部洞体的开挖面后方且二者之间的间距为2.5m～3.5m，所述下部洞体的开挖面为由前向后逐渐向下倾斜的坡面；

对所述交界处隧道段进行围岩快速加固时，包括以下步骤：

步骤一、掌子面注浆加固：采用注浆管(9)对所述上部洞体开挖面前方的地层进行注浆加固；

所述上部洞体开挖面前方的地层内由上至下设置有三排所述注浆管(9)，每排所述注浆管(9)均包括多根由左至右布设于同一平面上的注浆管(9)；每根所述注浆管(9)均为由后向前插入所述上部洞体开挖面前方地层内的注浆钢花管；

步骤二、交界处地表注浆加固：采用袖阀管对被加固地层(2)进行注浆加固；

所述被加固地层(2)为所述交界处隧道段所处施工区域中需进行注浆加固的地层，所述被加固地层(2)与所述交界处隧道段呈平行布设，且所述被加固地层(2)沿所述交界处隧道段的隧道纵向延伸方向布设，所述被加固地层(2)的纵向长度与所述交界处隧道段的长度相同且其宽度大于所述交界处隧道段的开挖宽度；所述被加固地层(2)的左右两侧壁均为竖向侧壁，所述被加固地层(2)的上表面为平面且其上表面位于所述交界处隧道段的拱顶上方，所述被加固地层(2)的上表面与位于其下方的所述交界处隧道段拱顶之间的竖向间距为H1，H1的取值范围为3m～4m；

所述被加固地层(2)分为位于所述已开挖隧道段上方的后部加固地层(2-1)和位于后部加固地层(2-1)正前方的前部加固地层(2-2)；所述后部加固地层(2-1)的长度与所述已开挖隧道段的长度相同，所述前部加固地层(2-2)的长度与所述未开挖隧道段的长度相同；所述后部加固地层(2-1)和前部加固地层(2-2)的横截面均为矩形且二者的宽度相同；

所述后部加固地层(2-1)为上部土层(2-21)；所述前部加固地层(2-2)由上至下分别为上部土层(2-21)、中部岩石层(2-22)和下部岩石层(2-23)，所述前部加固地层(2-2)中所述中部岩石层(2-22)与下部岩石层(2-23)之间的分界面为岩石分界面，所述前部加固地层(2-2)中所述上部土层(2-21)与中部岩石层(2-22)之间的分界面为土石分界面，所述土石分界面位于所述交界处隧道段的拱顶上，所述岩石分界面位于所述交界处隧道段的隧道洞(7)内，且所述岩石分界面位于所述交界处隧道段中所述上部洞体与所述下部洞体的分界面上方；

所述后部加固地层(2-1)的上表面与前部加固地层(2-2)的上表面均为平面且二者的上表面布设于同一平面上，所述后部加固地层(2-1)的底面与前部加固地层(2-2)的底面均为平面且二者的底面呈平行布设，所述前部加固地层(2-2)的上表面和底面均与所述交界处隧道段的拱顶呈平行布设；

所述后部加固地层(2-1)的底面与所述已开挖隧道段的拱顶相平齐，所述前部加固地层(2-2)的底面位于所述岩石分界面下方，所述前部加固地层(2-2)的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距不小于0.5m；

所述被加固地层(2)内开有多排供所述袖阀管注浆用的注浆孔(5)，多排所述注浆孔(5)沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每排所述注浆孔(5)均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的注浆孔(5)，前后相邻两排所述注浆孔(5)中的注浆孔(5)呈交错布设；所述被加固地层(2)内所有注浆孔(5)呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述被加固地层(2)内相邻两个所述注浆孔(5)之间的间距为1.2m～1.8m；所述注浆孔(5)为呈竖直向布设且从地表由上至下钻成的圆柱形钻孔，每个所述注浆孔(5)的孔底均与其所处位置处被加固地层(2)的底面相平齐；

步骤三、隧道拱部超前支护：对所述交界处隧道段拱部进行超前支护，并获得超前管棚支护结构；

所述超前管棚支护结构包括多根由后向前钻进至所述交界处隧道段掌子面前方地层内的管棚管(6)，多根所述管棚管(6)沿所述交界处隧道段的拱部轮廓线由左至右进行布设，多根所述管棚管(6)的结构和尺寸均相同且其均布设于所述交界处隧道段的同一隧道横断面上；每根所述管棚管(6)的后端均位于所述未开挖隧道段内，每根所述管棚管(6)的前端均伸入至前部加固地层(2-2)内；

步骤四、注浆管拔除：将步骤一中多排所述注浆管(9)均拔除；

步骤五、掌子面封堵：通过回填混凝土对掌子面进行封堵，并获得掌子面封堵结构(10)；

所述掌子面封堵结构(10)为对所述交界处隧道段中所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行封堵的全断面封堵结构，所述掌子面封堵结构(10)的后端面为平面且其位于已开挖隧道(1)的一个隧道横断面上，所述掌子面封堵结构(10)后端面与所述上部洞体开挖面之间的纵向间距为12m～18m；所述掌子面封堵结构(10)为由混凝土回填形成的混凝土封堵结构。

2.按照权利要求1所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤二中采用袖阀管对被加固地层(2)进行注浆加固时，包括以下步骤：

步骤F1、钻孔及袖阀管安装：对被加固地层(2)内多排所述注浆孔(5)中的各注浆孔(5)分别进行钻孔，并在每个成型的注浆孔(5)内均安装一个袖阀管，同时使所安装袖阀管的底部伸入至所安装注浆孔(5)的孔底；

待被加固地层(2)内多排所述注浆孔(5)均钻孔完成且每个注浆孔(5)内均安装所述袖阀管后，获得安装到位的多排所述袖阀管；

步骤F2、袖阀管注浆：通过步骤F1中多排所述袖阀管对被加固地层(2)进行袖阀管注浆加固，完成被加固地层(2)的袖阀管注浆加固过程。

3.按照权利要求1或2所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤一中完成掌子面注浆加固后且步骤二中进行交界处地表注浆加固之前，采用掌子面反压结构(8)对所述上部洞体和所述下部洞体的开挖面均进行反压；所述掌子面反压结构(8)为由多个沙袋堆放形成的封堵层；

所述掌子面反压结构(8)为对所述交界处隧道段的掌子面进行全断面封堵的临时封堵结构。

4.按照权利要求1或2所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤三中所述管棚管(6)的外径为φ85mm～φ95mm且其壁厚为6mm～10mm，所述管棚管(6)的外插角为6°～9°；所述超前管棚支护结构中相邻两根所述管棚管(6)之间的环向间距为38cm～45cm；所述管棚管(6)为钢花管，所述钢花管上开有多个圆形注浆孔且其孔径为φ10mm～φ16mm，多个所述圆形注浆孔呈均匀布设且其呈梅花形布设，相邻两个所述圆形注浆孔之间的间距为12cm～18cm；

所述超前管棚支护结构所处区域为管棚加固区，所述管棚加固区的横截面形状为弧形且其圆心角为150°。

5.按照权利要求1或2所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤二中所述前部加固地层(2-2)分为后加固地层和位于所述后加固地层前方的前加固地层，所述后加固地层沿隧道纵向延伸方向的长度与所述前加固地层沿隧道纵向延伸方向的长度相同，所述管棚管(6)的前端伸入至所述前加固地层内。

6.按照权利要求1或2所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤三中对所述交界处隧道段拱部进行超前支护时，还需采用超前小导管注浆支护结构对所述交界处隧道段拱部进行超前支护；

所述超前小导管注浆支护结构包括多根由后向前钻进至所述交界处隧道段掌子面前方地层内的注浆小导管(4)，多根所述注浆小导管(4)的结构和尺寸均相同且其沿所述交界处隧道段的拱部轮廓线由左至右进行布设，多根所述注浆小导管(4)均布设于所述交界处隧道段的同一隧道横断面上；每根所述注浆小导管(4)均位于相邻两根所述管棚管(6)之间。

7.按照权利要求1或2所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤一中每根所述注浆管(9)均沿隧道纵向延伸方向布设；

三排所述注浆管(9)由上至下分别为上排注浆管、中排注浆管和下排注浆管；所述上排注浆管中的各注浆管(9)均由后向前逐渐向上倾斜，所述上排注浆管中各注浆管(9)的前方均伸出至所述未开挖隧道段的拱顶上方；所述中排注浆管中各注浆管(9)均呈水平布设，所述上排注浆管中的各注浆管(9)均由后向前逐渐向下倾斜。

8.按照权利要求1或2所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：所述已开挖隧道(1)位于所述上软下硬地层内，所述已开挖隧道(1)的长度不大于70m，所述已开挖隧道(1)内设置有隧道初期支护结构(14)；所述上软下硬地层中的中部岩石层(2-22)和下部岩石层(2-23)组成下部岩层；

对所述交界处隧道段进行围岩快速加固过程中，还需在已开挖隧道(1)内施工隧道临时支护套拱；

所述隧道临时支护套拱包括布设于已开挖隧道(1)内的全断面支撑结构；

所述全断面支撑结构包括多榀布设于已开挖隧道(1)内的临时支撑架(15)，多榀所述临时支撑架(15)沿已开挖隧道(1)的隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述临时支撑架(15)呈均匀布设，每个所述临时支撑架(15)均布设于已开挖隧道(1)的一个隧道横断面上；相邻两榀所述临时支撑架(15)之间均通过多道纵向连接钢筋(16)进行紧固连接，多道所述纵向连接钢筋(16)沿临时支撑架(15)的轮廓线进行布设，每道所述纵向连接钢筋(16)均沿已开挖隧道(1)的隧道纵向延伸方向布设；多榀所述临时支撑架(15)的结构和尺寸均相同，每榀所述临时支撑架(15)均为型钢支架；

所述待开挖隧道(3)和已开挖隧道(1)的隧道洞(7)横截面均为圆形；所述隧道初期支护结构(14)和临时支撑架(15)均为对隧道洞(7)进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道初期支护结构(14)和临时支撑架(15)的横截面均为圆形，每榀所述临时支撑架(15)均支撑于隧道初期支护结构(14)内；

每榀所述临时支撑架(15)外侧均设置于多组注浆锚管(17)，每榀所述临时支撑架(15)外侧所设置的多组所述注浆锚管(17)均与该临时支撑架(15)布设于已开挖隧道(1)的同一个隧道横断面上；多组所述注浆锚管(17)的结构和尺寸均相同且其沿圆周方向均匀布设，每组所述注浆锚管(17)均包括上下两对注浆锚管(17)，每组所述注浆锚管(17)中的上下两对所述注浆锚管(17)呈对称布设；每对所述注浆锚管(17)均包括两根对称布设于一榀所述临时支撑架(15)前后两侧的注浆锚管(17)，每对所述注浆锚管(17)中的两根所述注浆锚管(17)分别为布设于所处临时支撑架(15)前后两侧的前侧锚管和后侧锚管；每榀所述临时支撑架(15)上所布设的所有前侧锚管均位于已开挖隧道(1)的同一个隧道横断面上，每榀所述临时支撑架(15)上所布设的所有后侧锚管均位于已开挖隧道(1)的同一个隧道横断面上；每组所述注浆锚管(17)中的上下两对所述注浆锚管(17)分别为上部锚管对和位于所述上部锚管对下方的下部锚管对，所述上部锚管对与所述下部锚管对之间的夹角为8°～15°；每根所述注浆锚管(17)均为一根由内向外钻进至已开挖隧道(1)外侧地层内的平直锚管。

9.按照权利要求8所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：步骤五中掌子面封堵完成后，将用于施工待开挖隧道(3)的盾构机经已开挖隧道(1)向前移动至掌子面封堵结构(10)后方；

对所述盾构机进行移动之前，由后向前对所述全断面支撑结构进行拆除；所述盾构机移动过程中，由后向前对所述盾构机经过的已开挖隧道(1)进行二衬施工。

10.按照权利要求8所述的上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段围岩加固方法，其特征在于：每对所述注浆锚管(17)中的两根所述注浆锚管(17)后部均通过一道U字形钢筋(18)焊接固定在所处临时支撑架(15)的内侧翼缘板上；

所述U字形钢筋(18)包括一个纵向钢筋段和前后两个对称连接于所述平直钢筋段两侧的横向钢筋段，所述纵向钢筋段焊接固定在所处临时支撑架(15)的内侧翼缘板上；所述U字形钢筋(18)中两个所述横向钢筋段均与所述纵向钢筋段呈水平布设且三者布设于同一平面上，每对所述注浆锚管(17)中的两根所述注浆锚管(17)分别焊接固定在U字形钢筋(18)的一个所述横向钢筋段上。

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