CN111594230B - 一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法 - Google Patents

一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法，包括以下步骤：步骤S1：测出隧道围岩的地质情况并测得隧道围岩的岩体强度、剪切强度参数；S2：对上台阶开挖；S3：对上台阶顶板喷射混凝土；S4：在上台阶顶板的表面铺设柔性网；S5：对上台阶顶板临时支护；S6：临时支护完成后，对隧道顶板施工锚索，并施工本阶段的中台阶、下台阶；S7：本阶段施工完，撤掉临时支护，进行下一阶段的施工作业。本发明中软岩隧道开挖后，隧道内原有的三向应力平衡状态变为双向非等压状态，围岩出现应力集中，隧道近表层的围岩出现松动破坏，通过施加临时支护给隧道表面及时施加一个径向应力，抑制围岩松动圈的进一步扩展，减少围岩变形量。

Description

一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法
技术领域
本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法。
背景技术
近年来我国铁路及公路隧道建设呈现跨越式发展，根据《中华人民共和国铁路隧道列表(2017年)》，中国国家铁路运营隧道共14,547座(长度15,326千米，不含港澳台)，在建隧道3,825座(长度8,125千米)。根据《中国公路隧道列表(2016年)》，我国公路隧道5,181处(长度14,039.7千米，不含港澳台)，其中包括特长隧道815处、长隧道3520处。软弱破碎围岩隧道占比较大，在施工过程中容易出现软岩大变形及塌方等灾害。
目前在隧道施工的过程中采用三台阶施工工法进行施工，对上台阶开挖之后，立即进行喷射混凝土，但是会出现混凝土凝固时间慢的问题，刚喷射的混凝土对围岩的保护作用有限，在混凝土干燥之前，需要采取措施来支承顶板，防止围岩松动圈进一步的扩大。如果在混凝土中加入速凝剂，虽然混凝土凝固时间会缩短，但是干燥后的混凝土强度将会降低。必须采取一定的措施既能保证混凝土的强度又能使其对顶板进行支撑，用单体支柱进行临时支护就是非常好的选择。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法，以解决开挖上台阶之后立即喷射混凝土出现凝固时间较长，从而对围岩的保护作用较弱的问题，本发明对隧道围岩表面喷射混凝土之后，通过单体液压支柱对其进行临时支护，增加对围岩表面的作用力，防止混凝土掉块掉渣，保证工人的作业安全。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法，三台阶包括上台阶、中台阶和下台阶，所述施工临时支护方法包括以下步骤：
步骤S1：通过超前地质探测以及掌子面围岩揭露地质素描，得到隧道围岩的岩性，倾角，断层，节理等地质情况；通过实验室实验测得隧道围岩的岩体强度、剪切强度参数；
步骤S2：按照开挖步距对上台阶进行开挖；
步骤S3：开挖完成之后，对上台阶顶板喷射混凝土；
步骤S4：喷射混凝土完成之后，在上台阶顶板的表面铺设柔性网；
步骤S5：对上台阶顶板进行临时支护；
步骤S6：临时支护完成之后，对隧道顶板施工锚索，并对本阶段的中台阶、下台阶进行施工；
步骤S7：在本阶段施工完毕之后，撤掉临时支护，进行下一阶段的施工作业。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，获取上台阶顶板下沉量预测值，确定上台阶顶板下沉量标准值；
所述上台阶顶板下沉量预测值与所述上台阶顶板下沉量标准值的差值用于判断步骤S5中是否需要临时支护，获得第一判断结果。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，所述上台阶顶板下沉量预测值与所述上台阶顶板下沉量标准值的差值大于等于0，所述第一判断结果为需要对步骤S5中所述上台阶顶板进行临时支护。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，所述上台阶顶板下沉量预测值与所述上台阶顶板下沉量标准值的差值小于0，所述第一判断结果为不需要对步骤S5中所述上台阶顶板进行临时支护。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，步骤S5中所述临时支护包括多个单体液压支柱，多个所述单体液压支柱并排竖直设置于所述上台阶顶板与上台阶底板之间。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，所述单体液压支柱与所述上台阶顶板之间还设置有木块，所述木块用于增大单体液压支柱与上台阶顶板之间的接触面积。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，所述单体液压支柱为外注式单体液压支柱，所述单体液压支柱的工作行程为2520mm～4500mm。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，监测上台阶顶板下沉速率，确定上台阶顶板下沉速率标准值；
所述上台阶顶板下沉速率与所述上台阶顶板下沉速率标准值的差值用于确定对步骤S5中所述上台阶顶板布置一列或两列临时支护，作出第二判断结果。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，所述上台阶顶板下沉速率与所述上台阶顶板下沉速率标准值的差值大于等于0，所述第二判断结果为需要对步骤S5中所述上台阶顶板布置两列临时支护；
优选地，两列所述临时支护布置于所述上台阶靠近掌子面的位置，两列所述临时支护相互平行排列。
如上所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，作为优选方案，所述上台阶顶板下沉速率与所述上台阶顶板下沉速率标准值的差值小于0，所述第二判断结果为需要对步骤S5中所述上台阶顶板布置一列临时支护；
所述临时支护布置于所述上台阶靠近掌子面的位置。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明中软岩隧道开挖后，隧道内原有的三向应力平衡状态变为双向非等压状态，围岩出现应力集中，隧道近表层的围岩出现松动破坏，通过上台阶顶板下沉量预测值与上台阶顶板下沉量标准值的差值来判断是否需要对上台阶顶板进行临时支护，然后通过台阶顶板下沉速率与上台阶顶板下沉速率标准值的差值来确定如何进行临时支护，通过施加临时支护给隧道表面及时施加一个径向应力，抑制围岩松动圈的进一步扩展，减少围岩变形量。
本发明中软岩隧道三台阶施工临时支护方法，通过对隧道围岩表面喷射混凝土来对围岩进行保护，在其表面铺设柔性网以防止岩块的掉落，然后采用设置多个单体液压支柱对上台阶顶板进行临时支护，不仅增加对围岩表面的作用力，而且能够防止混凝土掉块掉渣，保证工人的安全作业。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明具体实施例中软岩隧道三台阶施工临时支护的结构示意图。
图中：1、隧道顶板；2、上台阶；3、中台阶；4、下台阶；5、木块；6、单体液压支柱。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明中软岩的隧道开挖后，隧道内原有的三向应力平衡状态变为双向非等压状态，围岩出现应力集中，隧道近表层的围岩出现松动破坏，通过施加临时支护给隧道表面及时施加一个径向应力，抑制围岩松动圈的进一步扩展，减少围岩变形量；在临时支护施工前首先要根据上台阶2顶板下沉量的预测值与上台阶2顶板下沉量的标准值的差值来判断是否需要对上台阶2顶板进行临时支护，若需要进行临时支护，那么再通过上台阶2顶板的下沉速率与上台阶2顶板下沉速率标准值的差值来确定如何进行临时支护，通过提前做出判断结果，可以大大减轻了工作量且提高工作效率。
如图1所示，本发明提供一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法，三台阶包括上台阶2、中台阶3和下台阶4，临时支护施工方法包括以下步骤：
S1：通过超前地质探测以及掌子面围岩揭露地质素描，得到隧道围岩的岩性，倾角，断层，节理等地质情况；通过实验室实验测得隧道围岩的岩体强度、剪切强度参数。
S2：按照开挖步距对上台阶2进行开挖。其中，开挖步距为1.2m。
S3：开挖完成之后，对上台阶2的顶板喷射混凝土。
S4：喷射混凝土完成之后，在上台阶2顶板的表面铺设柔性网。其中，柔性网是以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在上台阶2顶板表面，防止岩块掉落，起到围护作用。
S5：对上台阶2顶板进行临时支护。
在本发明具体实施例中，获取上台阶2顶板下沉量预测值，确定上台阶2顶板下沉量标准值；上台阶2顶板下沉量预测值与上台阶2顶板下沉量标准值的差值用于判断步骤S5中是否需要临时支护，获得第一判断结果。其中上台阶2顶板下沉量预测值是结合类似地质条件以及现场施工经验来预估得到的；上台阶2顶板下沉量标准值是台阶开挖后在30min内对上台阶2顶板下沉量的实际测量值。
基于隧道的工程概况以及实验室对顶板岩性的测定，结合相似工程条件下隧道顶板下沉量，预估隧道上台阶2顶板下沉量预测值。根据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)查找软岩条件下隧道顶板1下沉量的标准值。
在本发明具体实施例中，上台阶2顶板下沉量预测值与上台阶2顶板下沉量标准值的差值大于等于0，第一判断结果为需要对步骤S5中上台阶2顶板进行临时支护。其中，上台阶2顶板下沉量预测值与上台阶2顶板下沉量标准值的差值等于0时，要考虑是否存在人为因素导致两者的差值等于0的情况。若上台阶2顶板下沉量预测值与上台阶2顶板下沉量标准值的差值小于0，第一判断结果为不需要对步骤S5中上台阶2顶板进行临时支护。
在本发明具体实施例中，临时支护包括多个单体液压支柱6，多个单体液压支柱6并排竖直设置于上台阶2顶板与上台阶2底板之间。
在本发明具体实施例中，单体液压支柱6与上台阶2顶板之间还设置有木块5，木块5用于增大单体液压支柱6与上台阶2顶板之间的接触面积。
在本发明具体实施例中，单体液压支柱6为外注式单体液压支柱6，单体液压支柱6的工作行程为2520mm～4500mm。单体液压支柱6是指利用液体压力产生工作阻力并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱。
本发明具体实施例中，隧道上台阶2的高度为3000mm，中台阶3的高度为3000mm，下台阶4的高度为4600mm，当选择单体液压支柱6时要能达到上台阶2顶板的高度，并预留一定的长度来防止超挖的现象，本发明具体实施例中所用的单体液压支柱6的型号为DW45-250/110X，额定工作阻力为250KN，工作行程为2520mm～4500mm，能够满足工程的需要。
当需要进行临时支护时，需要根据实际情况做出如何实施临时支护，在本发明具体实施例中，监测上台阶2顶板的下沉速率，确定上台阶2顶板下沉速率标准值；上台阶2顶板下沉速率与上台阶顶板下沉速率标准值的差值用于确定对步骤S5中上台阶2顶板布置一列或两列临时支护，作出第二判断结果。在现场采用隧道三维断面扫描仪每隔2个小时监测隧道上台阶2顶板的下沉量，监测值除以时间获得每小时下沉速率，即得到上台阶2顶板下沉速率；根据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)查找软岩条件下隧道顶板1下沉速率的标准值。
在本发明具体实施例中，上台阶2顶板下沉速率与上台阶2顶板下沉速率标准值的差值大于等于0，第二判断结果为需要对步骤S5中上台阶2顶板布置两列临时支护；优选地，两列临时支护布置于上台阶2靠近掌子面的位置，两列临时支护相互平行排列。
在具体实施例中，当判断需要布置临时支护且需要布置两列临时支护时，在上台阶2掌子面前方500mm处支起单体液压支柱6至额定压力，并在单体液压支柱6的上方放置木块5，通过木块5来增大单体液压支柱6与上台阶2顶板的接触面积，每列临时支护包括多个单体液压支柱6，相邻两个单体液压支柱6之间的间距为1000mm，两列临时支护的排距为1000mm，两列临时支护共同对隧道顶板1进行支护，待隧道顶板1的其他作业完成之后，就可以撤掉临时支护，对隧道进行下一阶段的施工。
在本发明具体实施例中，上台阶顶板下沉速率与上台阶顶板下沉速率标准值的差值小于0，第二判断结果为需要对步骤S5中上台阶2顶板布置一列临时支护；临时支护布置于上台阶2靠近掌子面的位置。
在具体实施例中，当判断需要布置临时支护且需要布置一列临时支护时，一列临时支护包括多个单体液压支柱6，在上台阶2掌子面前方500mm处支起单体液压支柱6至额定压力，并在每个单体液压支柱6的上方放置木块5增大与隧道顶板1的接触面积，相邻两个单体液压支柱6的间距为1000mm。
如图1所示，本具体实施例中在上台阶2中间位置均匀并排设置了六个单体液压支柱6，临时支护中的单体液压支柱6的数量为多个，当然，在其他实施例中，单体液压支柱6的数量也可以根据实际隧道施工情况设置四个、六个、八个、十个等其他数量。
在本发明具体实施例中，上台阶顶板下沉量预测值与上台阶顶板下沉量标准值的差值小于0，第一判断结果为不需要对步骤S5中上台阶2顶板进行临时支护。
S6：临时支护完成之后，对隧道顶板1施工锚索，并对本阶段的中台阶、下台阶进行施工。
在本发明具体实施例中，临时支护完成之后，对隧道顶板1进行锚索作业施工，锚索之间用W型钢带串联，进行2根锚索串联，然后对本阶段的中台阶进行开挖，开挖后对中台阶施工锚索，然后进行下台阶开挖并施工锚索；最后在隧道表面架设钢拱架。
S7：在本阶段施工完毕之后，撤掉临时支护，进行下一阶段的施工作业。其中，下一阶段的施工作业即根据开挖步距对上台阶再次进行开挖。
综上，本发明中软岩隧道三台阶施工临时支护前，根据探测的隧道围岩的地质情况以及测得的隧道围岩参数来做出判断，根据上台阶2顶板下沉量预测值与上台阶2顶板下沉量标准值的差值来判断是否需要对上台阶2顶板进行临时支护，当需要进行临时支护时，通过监测上台阶2顶板下沉速率来确定布置一列或两列临时支护；软岩隧道开挖后，隧道内原有的三向应力平衡状态变为双向非等压状态，围岩出现应力集中，隧道近表层的围岩出现松动破坏，通过施加临时支护给隧道表面及时施加一个径向应力，抑制围岩松动圈的进一步扩展，减少围岩变形量。
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、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种软岩隧道三台阶施工临时支护方法，三台阶包括上台阶、中台阶和下台阶，其特征在于，所述施工临时支护方法包括以下步骤：
步骤S1：通过超前地质探测以及掌子面围岩揭露地质素描，得到隧道围岩的岩性，倾角，断层，节理地质情况；通过实验室实验测得隧道围岩的岩体强度、剪切强度参数；
步骤S2：按照开挖步距对上台阶进行开挖；
步骤S3：开挖完成之后，对上台阶顶板喷射混凝土；
步骤S4：喷射混凝土完成之后，在上台阶顶板的表面铺设柔性网；步骤S5：对上台阶顶板进行临时支护；
获取上台阶顶板下沉量预测值，确定上台阶顶板下沉量标准值；
所述上台阶顶板下沉量预测值与所述上台阶顶板下沉量标准值的差值用于判断步骤S5中是否需要临时支护，获得第一判断结果；
所述上台阶顶板下沉量预测值与所述上台阶顶板下沉量标准值的差值大于等于0，所述第一判断结果为需要对步骤S5中所述上台阶顶板进行临时支护；
步骤S5中所述临时支护包括多个单体液压支柱，多个所述单体液压支柱并排竖直设置于所述上台阶顶板与上台阶底板之间；
监测上台阶顶板下沉速率，确定上台阶顶板下沉速率标准值；在现场采用隧道三维断面扫描仪每隔两个小时监测隧道上台阶顶板的下沉量，监测值除以时间获得每小时下沉速率；所述上台阶顶板下沉速率与所述上台阶顶板下沉速率标准值的差值用于确定对步骤S5中所述上台阶顶板布置一列或两列临时支护，作出第二判断结果；
所述上台阶顶板下沉速率与所述上台阶顶板下沉速率标准值的差值大于等于0，所述第二判断结果为需要对步骤S5中所述上台阶顶板布置两列临时支护；
两列所述临时支护布置于所述上台阶靠近掌子面的位置，两列所述临时支护相互平行排列；
步骤S6：临时支护完成之后，对隧道顶板施工锚索，并对本阶段的中台阶、下台阶进行施工；
步骤S7：在本阶段施工完毕之后，撤掉临时支护，进行下一阶段的施工作业；
所述单体液压支柱与所述上台阶顶板之间还设置有木块，所述木块用于增大单体液压支柱与上台阶顶板之间的接触面积；
所述上台阶顶板下沉速率与所述上台阶顶板下沉速率标准值的差值小于0，所述第二判断结果为需要对步骤S5中所述上台阶顶板布置一列临时支护；
所述临时支护布置于所述上台阶靠近掌子面的位置；
所述单体液压支柱为外注式单体液压支柱，所述单体液压支柱的工作行程为2520mm~4500mm。
2.如权利要求1所述的软岩隧道三台阶施工临时支护方法，其特征在于，所述上台阶顶板下沉量预测值与所述上台阶顶板下沉量标准值的差值小于0，所述第一判断结果为不需要对步骤S5中所述上台阶顶板进行临时支护。
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