CN110966008A - 一种富水黄土的预加固施工方法以及隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于隧道施工技术领域，提供了一种富水黄土的预加固施工方法以及隧道施工方法，所述预加固施工方法包括：在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入多孔通气管以及排水管；向多孔通气管通入加压干燥热空气，并利用排水管将土体中的水分排出。本发明提供的预加固施工方法是将干燥热空气通过多孔通气管在一定气压下通入黄土围岩中，使得黄土中的孔隙水在气压形成的基质势、热空气形成的温度势以及干空气引起的湿度变化形成的液态水‑气态水的相变等作用下通过排水管排出围岩，形成干燥的黄土围岩拱圈，提高了黄土的强度和围岩支护的稳定性，实现了对富水黄土的预加固，能够有效地提高黄土的开挖效率。

Description

一种富水黄土的预加固施工方法以及隧道施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种富水黄土的预加固施工方法以及隧道施工方法。

背景技术

我国是世界上黄土分布面积最广的国家，随着西部大开发的进行，黄土地区高等级公路建设不断发展，黄土地区公路隧道不断增加。由于黄土隧道在富水状态下围岩呈流-软塑状，浸水后土的结构破坏而发生显著的附加变形，遇水软化，承载力丧失。因此，在富水黄土隧道的施工过程中极易出现垮落、片帮、沉降、内移等现象，造成前期支护变形和坍塌等问题，将直接影响到工程施工的安全与进度，给工程质量达标带来了极大地难度。

在软弱、松散、富水地层中修建隧道工程，采用超前预加固辅助工法已得到地下工程界的广泛认同和应用。目前超前预加固方法主要有：超前小导管、超前小导管预注浆、大管棚、深孔注浆、水平旋喷桩、加压旋喷桩、水平搅拌桩和水平冻结等。但上述超前预加固方法在富水黄土施工过程中容易出现漏浆或浆液不足等情况，使得开挖效率较低下，应用效果不够理想。

可见，现有富水黄土的超前预加固方法还存在着加固效果不够理想，导致开挖效率较低的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种富水黄土的预加固施工方法以及隧道施工方法，旨在解决现有富水黄土的超前预加固方法还存在着加固效果不够理想，导致开挖效率较低的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种富水黄土的预加固施工方法，包括：

在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔通气管以及若干个排水管；

向所述多孔通气管通入加压干燥热空气，并利用所述排水管将土体中的水分排出。

本发明实施例的另一目的在于提供一种富水黄土的隧道施工方法，包括：

在利用上述所述的富水黄土的预加固施工方法将隧道开挖轮廓线外侧的土体内的水分排尽后，开挖隧道。

本发明实施例提供的一种富水黄土的预加固施工方法，通过在在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔通气管以及若干个排水管，并向多孔通气管通入加压干燥热空气，并利用所述排水管将土体中的水分排出。本发明提供的预加固施工方法是基于水分在孔隙中的相变和渗流定律，将干燥热空气通过多孔通气管在一定气压下通入黄土围岩中，使得黄土中的孔隙水在气压形成的基质势、热空气形成的温度势以及干空气引起的湿度变化形成的液态水-气态水的相变等作用下，将土体的水分（包括孔隙中的液态水分和气态水分）通过连接的排水管排出围岩，从而形成干燥的黄土围岩拱圈，提高了黄土的强度和围岩支护的稳定性，实现了对富水黄土的预加固，且该预加固方法加固效果好，能够有效地提高黄土的开挖效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种富水黄土的预加固施工方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的一种富水黄土的预加固施工方法的施工模拟示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多孔通气管与排水管的排布示意图；

图4为本发明实施例提供的一种通入加压干燥热空气的步骤流程图；

图5为本发明实施例提供的一种实现通入加压干燥热空气的装置连接图；

图6为本发明实施例提供的一种富水黄土的隧道施工方法的步骤流程图；

图7为本发明实施例提供的另一种富水黄土的隧道施工方法的步骤流程图；

图8为本发明实施例提供的又一种富水黄土的隧道施工方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于黄土本身的特性，在浸水后结构容易被破坏而导致附加变形，因此采用常规的超前小导管预注浆、深孔注浆或者水平、加压旋喷桩对富水黄土进行预加固的过程中，容易出现漏浆或浆液不足等情况，导致预加固效果不够理想。本发明为解决上述技术问题，公开了另一种富水黄土的预加固施工方法，该方法是基于水分在孔隙中的相变和渗流定律，先在隧道开挖轮廓线外侧的土体内打入多孔通气管和排水管，再向多孔通气管通入加压干燥热空气，加压干燥热空气从多孔通气管管身上的通孔渗入到土体内，在气压形成的基质势、热空气形成的温度势以及干空气引起的湿度变化形成的液态水-气态水的相变等作用下，将土中的水分（包括孔隙中的液态水分和气态水分）压入到排水管中并排出，从而形成了干燥的黄土围岩拱圈，由于干燥的黄土承载力较高，且直立性、悬空稳定性较好，此时可以形成较为稳定的围岩支护，并且通气钢管可以兼做超前支护，进一步提高了加固的效果。

图1为本发明实施例提供的一种富水黄土的预加固施工方法的步骤流程图，具体包括以下步骤。

步骤S102，在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔通气管以及若干个排水管。

在本发明实施例中，为了便于理解本发明中多孔通气管以及排水管的打入方式，具体请参阅附图2、附图3及其相应的解释说明。

在本发明实施例中，多孔通气管以及若干个排水管的长度与隧道施工分段长度相关，通常情况下，多孔通气管以及若干个排水管的长度选用1~1.5米。

作为本发明的一个优选实施例，是在隧道开挖轮廓线的外侧，且距离所述隧道开挖轮廓线0.5~0.8米的土体内，沿隧道开挖方向打入多孔通气管以及排水管。在保证较小的施工量的同时，能够形成足够厚度的干燥黄土围岩支护，提高了隧道的稳定性。

作为本发明的一个优选实施例中，所述若干个多孔通气管以及所述若干个排水管是以梅花形布置的形式打入在隧道开挖轮廓线外侧的土体内。通过梅花形的布置形式，使得每一个多孔通气管的四角都布置了排水管，每一个排水管的四角都布置了多孔通气管，上述布置形式一方面有效的提高了干燥的效率，另一方面有效地提高了干燥的效果。

作为本发明的一个优选实施例中，所述若干个多孔通气管以及所述若干个排水管是以多层布置的形式打入在隧道开挖轮廓线外侧的土体内。具体的，根据气压、围岩的孔隙比、含水量等实际情况，合理选择多孔通气管和排水管的层数。

步骤S104，向所述多孔通气管通入加压干燥热空气，并利用所述排水管将土体中的水分排出。

在本发明实施例中，为了获取加压干燥热空气，需要将空气依次进行加压、干燥、加热处理即可，具体的实现步骤以及实现方案请参附图4、附图5及其解释说明。

在本发明实施例中，多孔通气管管身遍布小孔，当加压干燥热空气通入到多孔通气管内时，通过管身小孔渗入到土体内，使得土体中的孔隙水在气压形成的基质势、热空气形成的温度势以及干空气引起的湿度变化形成的液态水-气态水的相变等作用下，将土体中的水分通过排水管排出围岩，形成干燥的黄土围岩拱圈，提高黄土的强度和围岩支护的稳定性。

本发明实施例提供的一种富水黄土的预加固施工方法，通过在在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔通气管以及若干个排水管，并向多孔通气管通入加压干燥热空气，并利用所述排水管将土体中的水分排出。本发明提供的预加固施工方法是基于水分在孔隙中的相变和渗流定律，将干燥热空气通过多孔通气管在一定气压下通入黄土围岩中，使得黄土中的孔隙水在气压形成的基质势、热空气形成的温度势以及干空气引起的湿度变化形成的液态水-气态水的相变等作用下，将土体的水分（包括孔隙中的液态水分和气态水分）通过排水管排出围岩，从而形成干燥的黄土围岩拱圈，提高了黄土的强度和围岩支护的稳定性，实现了对富水黄土的预加固，且该预加固方法加固效果好，能够有效地提高黄土的开挖效率。

图2为本发明实施例提供的一种富水黄土的预加固施工方法的施工模拟示意图。

在本发明实施例中，所述施工模拟示意图为沿隧道开挖方向的视图，也就是说，纸外指向纸内的方向即为隧道开挖方向，在隧道开挖轮廓线的外侧布置有若干个多孔通气管以及若干个排水管（图中仅仅给出了部分多孔通气管以及排水管的布置位置，结合图3，本领域技术人员能够显然知晓剩余多孔通气管以及排水管的布置位置）。

图3为本发明实施例提供的一种多孔通气管与排水管的排布示意图。

在本发明实施例中，所述多孔通气管与排水管是以多层梅花形的形式排布的。

图4为本发明实施例提供的一种通入加压干燥热空气的步骤流程图，具体包括以下步骤：

步骤S402，将空气通过空压机进行加压。

在本发明实施例中，为了获得加压干燥热空气，需要先将空气通入到空压机进行加压处理。

步骤S404，将加压后的空气通过空气干燥箱进行干燥。

在本发明实施例中，进一步的，利用空气干燥箱对加压后的气体进行干燥。

步骤S406，将干燥后的空气通过空气加热器进行加热。

在本发明中，再一步的，利用空气加热器对干燥后的气体加热，得到了加压干燥空气。

步骤S408，将加热后的加压干燥空气通入到所述多孔通气管内。

在本发明实施例中，将加压干燥空气通入到所述多孔通气管内，即可实现对土体水分的排出。

图5为本发明实施例提供的一种实现通入加压干燥热空气的装置连接图，具体如下。

在本发明实施例中，在多孔通气管之前依次设置工业空压机510、空气干燥箱520以及空气加热器530。

图6为本发明实施例提供的一种富水黄土的隧道施工方法的步骤流程图，详述如下。

在本发明实施例中，前序步骤与图1所示出的富水黄土的预加固施工方法的步骤相同，此外，在步骤S104之后，还包括：

步骤S602，在隧道开挖轮廓线外侧的土体内的水分排尽后，开挖隧道。

在本发明实施例中，由于隧道开挖轮廓线外侧的土体水分已经排尽，形成了干燥的黄土围岩支护，可以有效地稳固隧道，保证了隧道开挖时的安全性。

在本发明实施例中，隧道开挖可以选择预留核心土法、全断面开挖法、台阶法施工、中隔壁法等施工方法。作为优选，选择预留核心土法开挖隧道，具体见图7的解释说明。

本发明实施例提供的一种富水黄土的隧道施工方法，通过将隧道开挖轮廓线外侧的土体水分排尽，在形成干燥的黄土围岩支护后，开挖隧道，提供了一种有效可行的富水黄土的隧道施工方法，保证了隧道施工更大安全。

图7为本发明实施例提供的另一种富水黄土的隧道施工方法的步骤流程图，详述如下。

在本发明实施例中，与图6所示出的一种富水黄土的隧道施工方法的区别在于，步骤S602中开挖隧道具体为：

步骤S702，采用环形开挖预留核心土的施工方法开挖第一段隧道。

在本发明实施例中，相比于其他的施工方案，采用环形开挖预留核心土法开挖隧道优势更大。采用环形开挖预留核心土法开挖隧道可以在第一阶段开挖完环形部分后，利用已开挖好的环形部分对准备开挖的下一阶段进行布置多孔通气管和排水管，预先吹干，从而能实现对第一阶段继续开挖预留核心土的同时，对下一阶段的隧道外轮廓进行吹干施工，极大的缩减了施工时间。

本发明实施例提供的另一种富水黄土的隧道施工方法，通过利用环形开挖预留核心土法开挖隧道，在对上一段开挖环形部分后，可以利用已开挖好的环形部分对下一段布置通气钢管和排水管，使得在对上一段开挖预留核心土的同时，对下一阶段的隧道外轮廓进行吹干施工，极大的缩减了施工时间。

图8为本发明实施例提供的又一种富水黄土的隧道施工方法的步骤流程图，详述如下。

在本发明实施例中，与图6所示出的一种富水黄土的隧道施工方法的区别在于，在所述步骤S602之后，还包括：

步骤S802，在隧道开挖完成后，进行喷锚支护，安装仰拱拱架并浇筑混凝土。

在本发明实施例中，喷锚支护可以进一步保证隧道的稳定性，相比于其他方案，本发明在喷锚支护的过程中，可以进一步利用多孔通气管和排水管作为支护钢管，实现了重复利用，有效降低了施工成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，包括：

在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔通气管以及若干个排水管；

向所述多孔通气管通入加压干燥热空气，并利用所述排水管将土体中的水分排出。

2.根据权利要求1所述的富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，所述向所述多孔通气管通入加压干燥热空气的步骤具体为：

将空气通过空压机进行加压；

将加压后的空气通过空气干燥箱进行干燥；

将干燥后的空气通过空气加热器进行加热；

将加热后的加压干燥空气通入到所述多孔通气管内。

3.根据权利要求1或2所述的富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，在隧道开挖轮廓线的外侧，且距离所述隧道开挖轮廓线0.5~0.8米的土体内，沿隧道开挖方向打入多孔通气管以及排水管。

4.根据权利要求1所述的富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，所述若干个多孔通气管以及所述若干个排水管是以梅花形布置的形式打入在隧道开挖轮廓线外侧的土体内。

5.根据权利要求1所述的富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，所述若干个多孔通气管以及所述若干个排水管是以多层布置的形式打入在隧道开挖轮廓线外侧的土体内。

6.根据权利要求1所述的富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，所述多孔通气管以及所述排水管选用外径15~20毫米、内径5~10mm的钢管。

7.根据权利要求1所述的富水黄土的预加固施工方法，其特征在于，所述多孔通气管的管身小孔直径为1.5~2毫米。

8.一种富水黄土的隧道施工方法，其特征在于，在利用权利要求1~7任一权利要求所述的富水黄土的预加固施工方法将隧道开挖轮廓线外侧的土体内的水分排尽后，开挖隧道。

9.根据权利要求8所述的富水黄土的隧道施工方法，其特征在于，所述开挖隧道的步骤具体为：

采用环形开挖预留核心土的施工方法开挖第一段隧道。

10.根据权利要求8或9所述的富水黄土的隧道施工方法，其特征在于，在所述开挖隧道的步骤之后，还包括：

在隧道开挖完成后，进行喷锚支护，安装仰拱拱架并浇筑混凝土。

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