CN111411993A - 穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，该支护体系包括沿溶洞大厅回填体顶部依次向下开挖的若干台阶和隧道基底，每台阶依次施作初期支护，所有台阶和隧道基底的初期支护整体封闭成环；第一台阶顶部岩体设置溶洞顶加固体，第一台阶顶部岩壁沿线路方向预埋若干根注浆管，第一台阶的初期支护底部设置扩大拱脚；第一台阶以外的其余台阶开挖侧壁中设置超前支护、钢花管和初期支护，且超前支护和钢花管完全位于回填体中，超前支护和钢花管均与对应的初期支护不连接；隧道基底设置注浆钢管桩和预留注浆孔。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，特别是涉及一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法。
背景技术
我国是世界上岩溶分布面积最广的国家之一，随着交通基础设施大规模建设，将不可避免的出现大量穿越各类型溶洞的隧道工程。
目前，公路、铁路穿越溶洞时大都采用传统的浆砌片石回填、桥梁结构跨越及隧道结构穿越等施工方法。而采用上述施工方案，均是基于中小型溶洞提出的。但对于穿越空腔巨大、洞壁稳定性极差、高度和跨度大的巨型溶洞时，传统施工方法施工难度大、工程量大且无法有效控制沉降。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的铁路穿越空腔巨大、洞壁稳定性极差、高度和跨度大的巨型溶洞时，现有浆砌片石回填、桥梁结构跨越及隧道结构穿越等施工方法施工难度大、工程量大且无法有效控制沉降问题，提供一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，有效控制结构基底沉降，降低施工难度，减小施工工程量，同时确保施工和运营安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，包括沿溶洞大厅回填体顶部依次向下开挖的若干台阶和隧道基底，每台阶依次施作初期支护，所有台阶和隧道基底的初期支护整体封闭成环；
第一台阶顶部岩体设置溶洞顶加固体，第一台阶顶部岩壁沿线路方向预埋若干根注浆管，第一台阶的初期支护底部设置扩大拱脚，扩大拱脚连接于第一台阶台面；
第一台阶以外的其余台阶开挖侧壁中设置超前支护、钢花管和初期支护，且超前支护和钢花管完全位于回填体中，超前支护和钢花管均与对应的初期支护不连接；
隧道基底设置注浆钢管桩和预留注浆孔。
优选地，每台阶施作初期支护后，根据受力需求设置横向支撑。
优选地，每台阶初期支护底部设置锁脚锚管。
优选地，溶洞顶加固体包括嵌于溶洞顶部岩体的锚杆和锚索，以及连接于溶洞顶部岩壁的顶板网喷防护。
优选地，初期支护包括初喷混凝土、钢架和复喷混凝土。
优选地，封闭成环的初期支护内侧设置二次衬砌。
进一步优选地，二次衬砌包括底板结构、边墙结构和拱部结构。
进一步优选地，初期支护和二次衬砌之间设有缓冲层。
进一步优选地，缓冲层包括若干聚苯板。
本发明还提供了一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系的施工方法，包括以下步骤：
①回填溶洞大厅至溶洞大厅顶部下方的第一台阶处；
②于溶洞大厅顶部岩体施作溶洞顶加固体，在拱顶范围，于溶洞大厅岩壁沿线路方向预埋若干根注浆管；
③溶洞顶加固体达到设计要求后，在第一台阶施作初期支护，初期支护两侧底部施作扩大拱脚，在初期支护外侧的第一台阶施作填充体；
④在第一台阶初期支护保护下开挖第二台阶；开挖第二台阶时，先施作侧壁超前支护并注浆，再进行回填体开挖，于第二台阶壁先施作钢花管并注浆，再施作初期支护，其中超前支护及钢花管不能与对应的初期支护相连接，其尾端应全部伸入回填体内；
⑤开挖第三台阶，开挖工序同第二台阶开挖工序，第三台阶开挖支护完成后，施作第一横向支撑，第一横向支撑支撑于第三台阶两侧壁；
⑥开挖第四台阶，开挖工序同第二台阶开挖工序；
⑦开挖第五台阶，开挖工序同第二台阶开挖工序，第五台阶开挖支护完成后，施作第二横向支撑，第二横向支撑支撑于第五台阶两侧壁；
⑧开挖第六台阶，开挖工序同第二台阶开挖工序；
⑨开挖至隧道基底，开挖工序同第二台阶开挖工序，并及时施作初期支护，使初期支护封闭成环，对隧道基底进行钢管桩注浆加固，隧道基底设置注浆孔；
⑩基底注浆达到设计要求后，浇筑二次衬砌底板结构，在底板结构内壁设置第一换撑，拆除第二横向支撑；
优选地，步骤①中，采用隧道弃渣回填整个溶洞大厅。
优选地，步骤②中，溶洞顶加固体包括锚杆、锚索和覆盖溶洞顶部岩壁的顶板网喷防护。
优选地，步骤②中，注浆管为PVC管。
优选地，步骤②中，注浆管每5m设置一段，便于后期基底沉降后充填注浆。
优选地，步骤③中，在第一台阶架设初期支护钢架，初期支护钢架两侧底部设置扩大拱脚，并在钢架处喷射混凝土。
进一步优选地，步骤③中，施作扩大拱脚的锁脚锚管。
进一步优选地，步骤③中，泵送混凝土填充初期支护外侧的第一台阶区域形成填充体。
优选地，步骤④中，开挖第二台阶前，先施作侧壁超前支护并注浆，其中超前支护与钢架不相连。
优选地，步骤④中，开挖第二台阶后，施作大外插角钢花管并注浆，并于第二台阶侧壁施作初喷混凝土，架设钢架，复喷混凝土至设计厚度。
优选地，步骤⑤中，第一横向支撑为钢管。
优选地，步骤⑦中，第二横向支撑为钢管。
优选地，步骤⑩中，基底注浆达到设计要求后，于隧道基底侧壁铺设聚苯板，再浇筑二次衬砌底板结构。
优选地，步骤
中，于隧道边墙侧壁铺设聚苯板，再浇筑二次衬砌边墙结构。
优选地，步骤
中，于隧道拱部侧壁铺设聚苯板，再浇筑二次衬砌拱部结构。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，可顺利穿越巨型溶洞，避免因线路改线造成的工期延误、经济损失和不良社会影响等问题，具有良好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广应用前景；
2、本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，当铁路线路穿越巨型溶洞大厅，若单纯采用路基回填方案或桥梁跨越方案，在运营期间，列车面临溶洞顶壁掉块风险，安全系数较低；采用本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，确保列车始终在隧道二次衬砌的保护下运营，更加安全可靠；
3、本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，若将溶洞全部回填完成后，再在回填体中开挖隧道，则在下部台阶开挖施工中，拱部回填体坍塌风险极高。采用本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，首先将溶洞回填至溶洞顶一顶距离，一方面可为溶洞顶防护提供施工平台；另一方面，在拱部初期支护施工后并将初期支护外侧采用混凝土回填，能确保下部台阶开挖及支护施工的安全；
4、本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，一方面，在隧道基底预留注浆孔，用于运营期间的补偿注浆以有效控制结构基底沉降；另一方面，在拱顶范围预留纵向注浆管，一旦结构沉降造成拱顶填充体与溶洞顶脱空，可通过注浆将脱空区域填充密实，确保拱顶回填体对溶洞顶的有效支承；
5、本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系及施工方法，采用拱部明作，边墙及隧底分台阶暗挖、分部支护、多道临时横撑支撑、预埋补偿注浆管的施工方法，安全、可靠、可操作性高。
附图说明
图1是本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系的结构示意图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是实施例2中步骤①的示意图；
图4是实施例2中步骤②的示意图；
图5是实施例2中步骤③的示意图；
图6是实施例2中步骤④的示意图；
图7是实施例2中步骤⑤的示意图；
图8是实施例2中步骤⑥的示意图；
图9是实施例2中步骤⑦的示意图；
图10是实施例2中步骤⑧和步骤⑨的示意图；
图11是实施例2中步骤⑩的示意图；
图12是实施例2中步骤
的示意图；
图13是实施例2中步骤
的示意图一；
图14是实施例2中步骤
的示意图二。
图标：01-回填体，1-第一台阶，2-第二台阶，3-第三台阶，4-第四台阶，5-第五台阶，6-第六台阶，11-填充体，12-初期支护，121-钢架，122-初喷混凝土，123-复喷混凝土，15-顶板网喷防护，16-扩大拱脚，21-锁脚锚管，22-锚杆，23-锚索，24-钢管桩，25-注浆管，26-钢花管，31-第一横向支撑，311-第二换撑，32-第二横向支撑，321-第一换撑，33-聚苯板，41-底板结构，42-边墙结构，43-拱部结构。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-14所示，本发明所述的一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，包括沿溶洞大厅回填体01顶部依次向下开挖的若干台阶和隧道基底，每台阶依次施作初期支护12，所有台阶和隧道基底的初期支护12整体封闭成环，初期支护12包括初喷混凝土122、钢架121和复喷混凝土123。
第一台阶1顶部岩体设置溶洞顶加固体，溶洞顶加固体包括嵌于溶洞顶部岩体的锚杆22和锚索23，以及连接于溶洞顶部岩壁的顶板网喷防护15，第一台阶1顶部岩壁沿线路方向预埋若干根注浆管25，第一台阶1的初期支护12底部设置扩大拱脚16，扩大拱脚16连接于第一台阶1台面，每台阶初期支护12底部设置锁脚锚管21。
第一台阶1以外的其余台阶开挖侧壁中设置超前支护、钢花管26和初期支护12，且超前支护和钢花管26完全位于回填体01中，超前支护和钢花管26均与对应的初期支护12不连接。
每台阶施作初期支护后，根据受力需求设置横向支撑，隧道基底设置注浆钢管桩24和预留注浆孔。
封闭成环的初期支护12内侧设置二次衬砌，二次衬砌包括底板结构41、边墙结构42和拱部结构43，初期支护12和二次衬砌之间设有缓冲层，具体地，缓冲层包括若干聚苯板33。
运用本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，对全回填暗挖施工进行有效支护，拱顶范围预留纵向注浆管25同时隧道基底预留注浆孔，用于运营期间的补偿注浆以有效控制结构基底沉降；能够采用多台阶开挖、分部支护+临时横撑、永久支护+拆除横撑、补偿注浆的施工方法，施工难度低、工程量较小、可操作性高；可顺利穿越巨型溶洞，避免因线路改线造成的工期延误、经济损失和不良社会影响等问题，具有良好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广应用前景。
实施例2
如图1-14所示，本发明所述的一种如实施例1所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系的施工方法，包括以下步骤：
①如图3所示，采用隧道弃渣回填溶洞大厅形成回填体01，回填至溶洞大厅顶部下方的第一台阶1处；
②如图4所示，于溶洞大厅顶部岩体施作溶洞顶加固体，溶洞顶加固体包括锚杆22、锚索23和覆盖溶洞顶部岩壁的顶板网喷防护15，在拱顶范围，于溶洞大厅岩壁沿线路方向预埋若干根φ10PVC注浆管25(本实施例中如图2所示预埋三根注浆管25)，每5m设置一段，便于后期基底沉降后充填注浆；
③如图5所示，溶洞顶加固体达到设计要求后，在第一台阶1架设初期支护12钢架121，初期支护12两侧底部施作扩大拱脚16，施作扩大拱脚16的锁脚锚管21，并在钢架121处喷射C30混凝土形成初期支护12初喷混凝土122，初喷混凝土122完成后，随即进行喷射C30混凝土形成初期支护12复喷混凝土123，泵送C25混凝土填充初期支护12外侧的第一台阶1区域形成填充体11；
④如图6所示，在第一台阶1初期支护12保护下开挖第二台阶2；开挖第二台阶2时，先施作侧壁φ76超前钢管支护并注浆，再进行回填体01开挖，然后于第二台阶2壁先施作大外插角φ42钢花管26并注浆，再施作4cm厚初喷混凝土122，架设钢架121，复喷混凝土123至设计厚度，其中φ76超前钢管及φ42钢花管26不能与对应的初期支护12相连接，其尾端应全部伸入回填体01内；
⑤如图7所示，开挖第三台阶3，开挖工序同第二台阶2开挖工序，第三台阶3开挖支护完成后，施作φ609第一横向支撑31钢管，第一横向支撑31支撑于第三台阶3两侧壁；
⑥如图8所示，开挖第四台阶4，开挖工序同第二台阶2开挖工序；
⑦如图9所示，开挖第五台阶5，开挖工序同第二台阶2开挖工序，第五台阶5开挖支护完成后，施作φ609第二横向支撑32钢管，第二横向支撑32支撑于第五台阶5两侧壁；
⑧如图10所示，开挖第六台阶6，开挖工序同第二台阶2开挖工序；
⑨如图10所示，开挖至隧道基底，开挖工序同第二台阶2开挖工序，并及时施作初期支护12，使初期支护12封闭成环，对隧道基底进行φ108钢管桩24注浆加固，隧道基底设置注浆孔，并保护好后期补偿注浆用的注浆孔，基底注浆体的检测综合φ值不小于45°；
⑩如图11所示，基底注浆达到设计要求后，于隧道基底侧壁铺设5cm厚聚苯板33，浇筑二次衬砌底板结构41，待衬砌结构强度达到设计强度80％时，在底板结构41内壁设置第一换撑321，拆除第二横向支撑32；
运用本发明所述穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系的施工方法，对全回填暗挖施工进行有效支护，拱顶范围预留纵向注浆管25同时隧道基底预留注浆孔，用于运营期间的补偿注浆以有效控制结构基底沉降；采用多台阶开挖、分部支护+临时横撑、永久支护+拆除横撑、补偿注浆的施工方法，施工难度低、工程量较小、可操作性高；可顺利穿越巨型溶洞，避免因线路改线造成的工期延误、经济损失和不良社会影响等问题，具有良好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广应用前景。
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)
1.一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，包括沿溶洞大厅回填体(01)顶部依次向下开挖的若干台阶和隧道基底，每台阶依次施作初期支护(12)，所有台阶和隧道基底的初期支护(12)整体封闭成环；
第一台阶(1)顶部岩体设置溶洞顶加固体，第一台阶(1)顶部岩壁沿线路方向预埋若干根注浆管(25)，第一台阶(1)的初期支护(12)底部设置扩大拱脚(16)，扩大拱脚(16)连接于第一台阶(1)台面；
第一台阶(1)以外的其余台阶开挖侧壁中设置超前支护、钢花管(26)和初期支护(12)，且超前支护和钢花管(26)完全位于回填体(01)中，超前支护和钢花管(26)均与对应的初期支护(12)不连接；
隧道基底设置注浆钢管桩(24)和预留注浆孔。
2.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，每台阶施作初期支护(12)后，根据受力需求设置横向支撑。
3.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，每台阶初期支护(12)底部设置锁脚锚管(21)。
4.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，溶洞顶加固体包括嵌于溶洞顶部岩体的锚杆(22)和锚索(23)，以及连接于溶洞顶部岩壁的顶板网喷防护(15)。
5.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，初期支护(12)包括初喷混凝土(122)、钢架(121)和复喷混凝土(123)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，封闭成环的初期支护(12)内侧设置二次衬砌。
7.根据权利要求6所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，二次衬砌包括底板结构(41)、边墙结构(42)和拱部结构(43)。
8.根据权利要求7所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，初期支护(12)和二次衬砌之间设有缓冲层。
9.根据权利要求8所述的穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系，其特征在于，缓冲层包括若干聚苯板(33)。
10.一种穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道支护体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
①回填溶洞大厅至溶洞大厅顶部下方的第一台阶(1)处；
②于溶洞大厅顶部岩体施作溶洞顶加固体，在拱顶范围，于溶洞大厅岩壁沿线路方向预埋若干根注浆管(25)；
③溶洞顶加固体达到设计要求后，在第一台阶(1)施作初期支护(12)，初期支护(12)两侧底部施作扩大拱脚(16)，在初期支护(12)外侧的第一台阶(1)施作填充体(11)；
④在第一台阶(1)初期支护(12)保护下开挖第二台阶(2)；开挖第二台阶(2)时，先施作侧壁超前支护并注浆，再进行回填体(01)开挖，于第二台阶(2)壁先施作钢花管(26)并注浆，再施作初期支护(12)，其中超前支护及钢花管(26)不能与对应的初期支护(12)相连接，其尾端应全部伸入回填体(01)内；
⑤开挖第三台阶(3)，开挖工序同第二台阶(2)开挖工序，第三台阶(3)开挖支护完成后，施作第一横向支撑(31)，第一横向支撑(31)支撑于第三台阶(3)两侧壁；
⑥开挖第四台阶(4)，开挖工序同第二台阶(2)开挖工序；
⑦开挖第五台阶(5)，开挖工序同第二台阶(2)开挖工序，第五台阶(5)开挖支护完成后，施作第二横向支撑(32)，第二横向支撑(32)支撑于第五台阶(5)两侧壁；
⑧开挖第六台阶(6)，开挖工序同第二台阶(2)开挖工序；
⑨开挖至隧道基底，开挖工序同第二台阶(2)开挖工序，并及时施作初期支护(12)，使初期支护(12)封闭成环，对隧道基底进行钢管桩(24)注浆加固，隧道基底设置注浆孔；
⑩基底注浆达到设计要求后，浇筑二次衬砌底板结构(41)，在底板结构(41)内壁设置第一换撑(321)，拆除第二横向支撑(32)；
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