CN111119948A - 高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构及其施工方法，所述支护结构包括金属波纹板和锚杆，所述金属波纹板上设置有多个预留锚杆孔位，在所述预留锚杆孔位中设置锚杆将所述金属波纹板贴合在隧道开挖内壁上，所述金属波纹板与隧道开挖内壁之间灌注有回填浆液；所述金属波纹板上设置有预留注水孔；所述施工方法先用金属波纹板拼接拱部和边墙结构，再放到台车上随施工点移动，施工时率先做拱部结构，再做边墙结构，然后再利用预留注水孔喷水软化围岩，最后再背后压浆。本发明有效提高了高地应力硬岩隧道岩爆防护等级和施工效率，降低了施工风险和难度。

Description

高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构及其施工方法
技术领域
本发明属于交通工程技术领域，具体涉及一种隧道支护结构及其实施方法。
背景技术
岩爆是高地应力硬岩隧道施工时发生的一种破坏现象，隧道因开挖卸荷而引起周边围岩产生应力分异作用，造成岩石内部破裂和弹性能突然释放而引起的爆裂松脱、剥离、弹射乃至抛掷性破坏现象，严重危及施工人员及机械的安全，施工进度缓慢、风险极高。目前，国内的岩爆防护措施主要包括主动改善围岩的物理性能、主动释放岩体内应变能、对围岩进行柔性支护等，通过上述方式能够在一定程度上降低岩爆的风险，但其只适用于轻微-中等岩爆，对强烈-极强烈岩爆防护效果并不明显。强烈-极强烈岩爆围岩易大片爆裂，出现强烈弹射，发生岩块抛射及岩粉喷射现象，持续时间长，破坏范围和块体大，现有的岩爆措施防护能量较低，很可能因为承受不了崩落弹射的石块的冲击导致结构失效，危及施工安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效提高高地应力硬岩隧道岩爆防护等级和施工效率，降低施工风险和难度的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构及其施工方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，包括金属波纹板和锚杆，所述金属波纹板上设置有多个预留锚杆孔位，在所述预留锚杆孔位中设置锚杆将所述金属波纹板贴合在隧道开挖内壁上，所述金属波纹板与隧道开挖内壁之间灌注有回填浆液；所述金属波纹板上设置有预留注水孔。
优选的，所述金属波纹板由多片金属波纹板搭接而成，各片金属波纹板搭接部分开设有若干螺栓孔，在所述螺栓孔中设置若干高强度螺栓将搭接的金属波纹板板连接起来，并在高强度螺栓连接处的波纹板之间设置防松动垫圈。
优选的，所述预留锚杆孔位和所述预留注水孔均匀交错分布在金属波纹板上。
优选的，各片金属波纹板的波动方向沿隧道纵向，各片金属波纹板之间纵向搭接一个波距，环向搭接重叠部分的螺栓孔边缘至相应金属波纹板的边缘距离应大于50mm。
优选的，所述金属波纹板采用防腐金属波纹板。
本发明还提供一种高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，所述高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法由以下步骤组成：
步骤一：高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构沿环向分为拱部及边墙结构，采用金属波纹板拼接所述拱部和边墙结构；
步骤二：将拼装好的拱部和边墙结构固定或放置在施工台车上，随施工点移动；
步骤三：将台车移动至开挖段，利用液压支撑沿隧道开挖面架设拱部防护结构，在架设过程中确保支护结构中线与隧道中线对齐；
步骤四：施做拱部锚杆，加固围岩及固定金属波纹板；
步骤五：利用预留注水孔喷注水软化围岩，降低岩爆发生的概率；
步骤六：利用液压支撑拼装边墙防护结构，采用栓接与拱部防护结构连接；
步骤七：施做边墙锚杆，加固围岩及固定金属波纹板；
步骤八：背后压浆，回填金属波纹板与隧道开挖临空面之间的空隙，确保支护与围岩密贴。
优选的，步骤一中的金属波纹板拼接方式为：各片金属板采用高强度螺栓搭接，并在高强度螺栓连接处的波纹板之间设置防松动垫圈。
优选的，使各片金属波纹板的波动方向沿隧道纵向，各片金属波纹板纵向搭接一个波距，环向搭接重叠部分的安装高强度螺栓的螺栓孔边缘至相应金属波纹板的边缘距离大于50mm。
优选的，所述拱部结构的所占的弧度为120°-150°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用金属波纹板和锚杆组成的支护结构，可代替喷混凝土初期支护结构，能有效提高高地应力硬岩隧道岩爆防护等级和施工效率，降低施工风险和难度。
本发明的施工方法，采用岩爆隧道高防护等级法施工，在高地应力硬岩隧道采用有针对性的拼装式防护支护结构施工，将防岩爆支护结构分为拱部和边墙结构，金属波纹板通过高强度螺栓连接成型，针对拱部易发生岩爆的特点，施工时先施做拱部结构，确保开挖临空面下人员施工安全；在拱部防岩爆支护结构的保护下，施做边墙结构；保证了支护结构高防护性、稳定性和安全性，满足了隧道施工进度的要求，降低了隧道施工风险，适用于高地应力条件下硬岩隧道地层，施工安全、方便、快捷。
附图说明
图1是岩爆防护结构与隧道内壁关系图
图2是岩爆防护结构横断面设计图。
图3是岩爆防护结构平面展示示意图。
图4是拼装波纹板纵向搭接大样图
图中1.隧道开挖内壁；2.回填浆液；3.金属波纹板；4.锚杆；5.预留锚杆孔位；6.预留注水孔；7.高强度螺栓；8.防松动垫圈；9二次衬砌。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
如图1-4所示，本发明提供一种高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，包括金属波纹板3和锚杆4。所述金属波纹板3上设置有多个预留锚杆孔位5，所述锚杆4通过预留锚杆孔位5将金属波纹板3贴合在隧道开挖内壁1上。所述金属波纹板3与隧道开挖内壁1之间灌注有回填浆液2。金属波纹板3上还设置有多个预留注水孔6，所述预留注水孔6用于注水软化围岩，降低岩爆发生的概率，还可用于注浆。所述预留锚杆孔位5和所述预留注水孔6均匀交错分布在金属波纹板3上。所述金属波纹板3由多片金属波纹板搭接而成，各片金属波纹板搭接部分开设有若干螺栓孔，在所述螺栓孔中设置若干高强度螺栓7将搭接的金属波纹板连接起来，在高强度螺栓7连接处的金属波纹板之间设置防松动垫圈8。各片金属波纹板的波动方向沿隧道纵向，各片金属波纹板纵向搭接一个波距，环向搭接重叠部分的螺栓孔边缘至相应金属波纹板的边缘距离应大于50mm；即金属波纹板沿隧道纵向搭接重叠的部分占一个波纹板的波距，沿隧道环向搭接的金属波纹板重叠部分的安装高强度螺栓的螺栓孔边缘至该螺栓孔所在的金属波纹板的边缘的最短距离应大于50mm。
防岩爆支护结构施工完成后按要求及时施做二次衬砌9。
考虑到现有岩爆防护能量低，施工风险大，本发明采用高强度金属波纹板等材料，率先沿隧道临空面进行防护，是岩爆隧道设计与施工的关键，是隧道岩爆结构安全防护的关键因素。本发明采用金属波纹板和锚杆组成的支护结构，可代替喷混凝土初期支护结构，能有效提高高地应力硬岩隧道岩爆防护等级和施工效率，降低施工风险和难度。
本发明还提供一种上述高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，由以下步骤实现：
步骤一：高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构沿环向分为拱部及边墙结构，分别采用金属波纹板拼接而成。
步骤二：将拼装好的拱部和边墙结构固定或放置在施工台车上，随施工点移动。
步骤三：将台车移动至开挖段，利用液压支撑沿隧道开挖面架设拱部防护结构，在架设过程中确保支护结构中线与隧道中线对齐。
步骤四：施做拱部锚杆，加固围岩及固定金属波纹板。
步骤五：利用预留注水孔喷注水软化围岩，降低岩爆发生的概率。
步骤六：利用液压支撑拼装边墙防护结构，采用栓接与拱部防护结构连接。
步骤七：施做边墙锚杆，加固围岩及固定金属波纹板。
步骤八：背后压浆，回填金属波纹板与隧道开挖临空面之间的空隙，确保支护与围岩密贴。
优选的，步骤一中的金属波纹板拼接方式为：各片金属板采用高强度螺栓搭接，并在高强度螺栓7连接处的波纹板之间设置防松动垫圈8，使各片金属波纹板的波动方向沿隧道纵向，各片金属波纹板纵向搭接一个波距，环向搭接重叠部分的安装高强度螺栓的螺栓孔边缘至相应金属波纹板的边缘距离大于50mm。
优选的，所述金属波纹板采用防腐金属波纹板。
优选的，所述拱部结构所占的弧度为120°-150°。

Claims (10)

1.一种高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，其特征在于：包括金属波纹板（3）和锚杆（4），所述金属波纹板（3）上设置有多个预留锚杆孔位（5），在所述预留锚杆孔位（5）中设置锚杆（4）将所述金属波纹板（3）贴合在隧道开挖内壁（1）上，所述金属波纹板（3）与隧道开挖内壁（1）之间灌注有回填浆液（2）；所述金属波纹板（3）上设置有预留注水孔（6）。
2.如权利要求1所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，其特征在于：所述金属波纹板（3）由多片金属波纹板搭接而成，各片金属波纹板搭接部分开设有若干螺栓孔，在所述螺栓孔中设置若干高强度螺栓（7）将搭接的金属波纹板板连接起来，并在高强度螺栓（7）连接处的波纹板之间设置防松动垫圈（8）。
3.如权利要求2所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，其特征在于：所述预留锚杆孔位（5）和所述预留注水孔（6）均匀交错分布在金属波纹板（3）上。
4.如权利要求3所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，其特征在于：各片金属波纹板的波动方向沿隧道纵向，各片金属波纹板之间纵向搭接一个波距，环向搭接重叠部分的螺栓孔边缘至相应金属波纹板的边缘距离应大于50mm。
5.如权利要求4所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构，其特征在于：所述金属波纹板采用防腐金属波纹板。
6.如权利要求1所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，其特征在于：所述高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法由以下步骤组成：
步骤一：高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构沿环向分为拱部及边墙结构，采用金属波纹板拼接所述拱部和边墙结构；
步骤二：将拼装好的拱部和边墙结构固定或放置在施工台车上，随施工点移动；
步骤三：将台车移动至开挖段，利用液压支撑沿隧道开挖面架设拱部防护结构，在架设过程中确保支护结构中线与隧道中线对齐；
步骤四：施做拱部锚杆，加固围岩及固定金属波纹板；
步骤五：利用预留注水孔喷注水软化围岩，降低岩爆发生的概率；
步骤六：利用液压支撑拼装边墙防护结构，采用栓接与拱部防护结构连接；
步骤七：施做边墙锚杆，加固围岩及固定金属波纹板；
步骤八：背后压浆，回填金属波纹板与隧道开挖临空面之间的空隙，确保支护与围岩密贴。
7.如权利要求6所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，其特征在于：步骤一中的金属波纹板拼接方式为：各片金属板采用高强度螺栓搭接，并在高强度螺栓连接处的波纹板之间设置防松动垫圈。
8.如权利要求7所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，其特征在于：使各片金属波纹板的波动方向沿隧道纵向，各片金属波纹板纵向搭接一个波距，环向搭接重叠部分的安装高强度螺栓的螺栓孔边缘至相应金属波纹板的边缘距离大于50mm。
9.如权利要求8所述的高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，其特征在于：所述金属波纹板采用防腐金属波纹板。
10.如权利要求9所述的高地高地应力硬岩隧道防岩爆支护结构的施工方法，其特征在于：所述拱部结构的所占的弧度为120°-150°。
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