CN111734450B - 一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富水断层带隧道安全快速掘进以及支护方法，属于隧道挖掘技术领域，其中先将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ，左上断面Ⅱ，右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V等五个断面，然后根据要求依次施工，其中中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者的初期支护类型采用双层支护，三者的初期支护连接处采用钢筋连接，这样整个初期支护会形成半圆状，同时强度更高；在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作；整个隧道安全快速掘进以及支护方法，通过简单有效的挖掘施工和支护配合，保证隧道高效的掘进，同时减少隧道垮塌渗水的可能，大大减少了施工的时间成本和能源消耗成本。

Description

一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法

技术领域

本发明涉及隧道挖掘技术领域，特别涉及一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法。

背景技术

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，公路、铁路的施工都离不开隧道的施工，特别是丘陵、山区等地势起伏不平的区域，隧道施工就是道路建设的过程中一项必不可少的环节。而隧道的施工相较于平坦路面施工，难度更大、施工周期更长，隧道往往都是一条道路施工的重点和难点，由于隧道施工是对不可见地层进行的挖掘施工，会面临许多未知的情况，在施工过程会遇到突发的事件，为了保证施工安全有效的推进，就需要采用现有的技术手段对地层状况进行探测，根据探测分析，采取相应的应对措施，以保证施工的正常顺利进行，特别是一些较复杂的地层，如富含水、易垮塌的疏松地层等。

山岭隧道在施工过程中有时会遇到富水断层带；由于富水断层带围岩软弱破碎，稳定性较差且富水性好，因此给隧道施工带来很大的困难性和危险性，容易遇到突涌水、突泥、塌方、岩爆等地质灾害。为了降低施工难度，提高施工安全性，现有富水断层带隧道施工时一般采用上堵下排、注浆加固的方式，此方式虽然可以起到较好的排水作用和一定的加固支撑作用，但是注浆加固过程缓慢影响施工进度，同时此方法对富水断层带隧道的加固效果欠佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，简单有效的挖掘施工和支护配合，保证隧道高效的掘进，同时减少隧道垮塌渗水的可能，减少了施工成本，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ、右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V五个断面，其中左上断面Ⅱ与右上断面Ⅲ为关于中心断面Ⅰ对称的断面，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ、右上断面Ⅲ三者均位于中台阶断面Ⅳ的上方，具体步骤如下：

S1：先对中心断面Ⅰ进行挖掘，中心断面Ⅰ挖掘后立即施作顶部初期支护，然后在中心断面Ⅰ的左右两侧竖向侧壁处设置工字钢进行竖向临时支撑，在中心断面Ⅰ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土；

S2：接着对左上断面Ⅱ进行挖掘，左上断面Ⅱ的挖掘应比中心断面Ⅰ的挖掘滞后3-4m，左上断面Ⅱ挖掘后立即施作周边初期支护，在左上断面Ⅱ的边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，在左上断面Ⅱ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土；

S3：然后对右上断面Ⅲ进行挖掘，右上断面Ⅲ的挖掘应比左上断面Ⅱ的挖掘滞后4-6m，右上断面Ⅲ挖掘后需要立即施作周边初期支护，其中在右上断面Ⅲ的边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，在右上断面Ⅲ的坑底设置工字钢制成的临时仰拱，然后复喷混凝土；

S4：中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作，其中将混凝土浆注入中心断面Ⅰ初期支护、右左上断面Ⅱ初期支护和右上断面Ⅲ初期支护中；

S5：循环帷幕注浆完成后，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者继续往前挖掘施工，并同时开展中台阶断面Ⅳ的挖掘，其中中台阶断面Ⅳ比右上断面Ⅲ滞后5m，中台阶断面Ⅳ挖掘后应立即对以挖掘的隧道进行二次支护施工；

S6：接着进行下台阶断面V挖掘，下台阶断面V比中台阶断面Ⅳ滞后10m，下台阶断面V挖掘后应立即进行二次支护施工，及时浇筑仰拱及仰拱填充。

优选的，所述S2中的锁脚锚管和S3中的锁脚锚管尺寸相同，其中锁脚锚管长5m直径70mm，壁厚3.5mm。

优选的，所述竖向临时支撑和临时仰拱均采用122工字钢。

优选的，所述S4中循环帷幕注浆工作开始前需要用钢筋将中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者的初期支护联系起来。

优选的，包括超前支护、初期支护和二次支护，即在隧道挖掘前进行超前支护，在隧道挖掘过程中进行初期支护和二次支护。

优选的，所述超前支护布置在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ挖掘前，其中超前支护采取超前大管棚和超前小导管相结合的超前支护方式，超前小导管包括拱部120°范围内设置的超前小导管和180°范围外边墙设置的超前小导管。

优选的，所述初期支护类型采用双层支护，包括采用HW175型钢的第1层初期支护和采用180格栅钢架的第2层初期支护，第1层初期支护位于第2层初期支护的外侧，其中第1层初期支护钢架由10个单元组成，第1层钢架单元由HW175型钢与连接钢板焊接成型，单元间由螺栓连接，第2层初期支护钢架由8个单元组成。

优选的，所述初期支护在施工时，先在挖掘好的隧道内壁喷涂5cm左右的基础混凝土，然后将采用HW175型钢的第1层初期支护架设在基础混凝土上，架设完毕后须再喷混凝土，并保证不小于5cm的覆盖厚度，接着将采用180格栅钢架的第2层初期支护架设在复喷混凝土上，最后在格栅钢架的内表面浇筑一层防水层模筑砼，其中相邻的格栅钢架间采用直径20mm的钢筋连接，钢筋间距0.8m，钢筋斜向内侧布置焊于钢架内翼缘处。

优选的，在初期支护的基础上才能进行二次支护，二次支护与初期支护组成复合式衬砌，其中二次支护施工时需要在隧道内壁和初期支护上浇筑混凝土，二次支护施工时采用的混凝土应密实、表面平整光滑、曲线圆顺。

优选的，在隧道挖掘前进行超前支护之前还需要对隧道内部结构进行检测，包括：

根据检测数据计算隧道内部结构检测值；

其中，h为隧道内部结构检测值，λ为隧道内部结构复杂度，a为隧道内部土壤抽取样本中砂粒量，m为隧道内部土壤抽取样本的量，b为获取隧道内部土壤抽取样本采取的开挖方法，d为获取隧道内部土壤抽取样本可采取的开挖方法数目；

当隧道内部结构检测值h小于预设阈值时，说明结构复杂，土质松软，需进行超前支护，否则无需进行超前支护。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的本富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，先将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ，左上断面Ⅱ，右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V等五个断面，然后根据要求依次施工，其中先对中心断面Ⅰ进行挖掘，然后做好支护工作；接着对左上断面Ⅱ进行挖掘，同时做好支护工作；然后对右上断面Ⅲ进行挖掘，同时做好支护工作，其中三者的初期支护类型采用双层支护，三者的初期支护连接处采用钢筋连接，这样整个初期支护会形成半圆状，同时强度更高；在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作；当循环帷幕注浆完成后，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者继续往前挖掘施工，并同时开展中台阶断面Ⅳ的挖掘，用手进行二次支护施工；最后进行下台阶断面V挖掘，进行二次支护施工的同时浇筑仰拱及仰拱填充，整个富水断层带隧道安全快速掘进以及支护方法，通过简单有效的挖掘施工和支护配合，隧道强度高，保证隧道高效的掘进，同时减少隧道垮塌渗水的可能，大大减少了施工的时间成本和能源消耗成本。

附图说明

图1为本发明的隧道挖掘面示意图；

图2为本发明的隧道挖掘面横截面图；

图3为本发明的隧道挖掘第一步示意图；

图4为本发明的隧道挖掘第二步示意图；

图5为本发明的隧道挖掘第三步示意图；

图6为本发明的隧道挖掘第五步示意图；

图7为本发明的隧道挖掘第六步示意图；

图8为本发明的隧道超前支护示意图；

图9为本发明的初期支护钢架示意图；

图10为本发明的初期支护钢架放大示意图。

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。

请参阅图1-7,一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ、右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V五个断面，其中左上断面Ⅱ与右上断面Ⅲ为关于中心断面Ⅰ对称的断面，中心断面Ⅰ位于隧道挖掘面的中心线上，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ、右上断面Ⅲ三者均位于中台阶断面Ⅳ的上方，具体步骤如下：

第一步：先对中心断面Ⅰ进行挖掘，其中中心断面Ⅰ挖掘时避免隧道内壁出现巨大裂痕，中心断面Ⅰ挖掘后立即施作顶部初期支护，然后在中心断面Ⅰ的左右两侧竖向侧壁处设置工字钢进行竖向临时支撑，竖向临时支撑可以避免隧道内的土方塌落，在中心断面Ⅰ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土，在等待时仰拱上混凝土干燥的过程中进行左上断面Ⅱ的挖掘；

第二步：接着对左上断面Ⅱ进行挖掘，左上断面Ⅱ的挖掘应比中心断面Ⅰ的挖掘滞后3-4m，这样就能避免中心断面Ⅰ的周边初期支护和临时仰拱出现垮塌而造成的工作人员被掩埋，同时分段施工能保证支护的强度，避免隧道塌陷，左上断面Ⅱ挖掘后立即施作周边初期支护，在左上断面Ⅱ的边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，锁脚锚管长5m直径70mm，壁厚3.5mm，锁脚锚管起到增加强度的作用，在左上断面Ⅱ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土，在等待时仰拱上混凝土干燥的过程中进行右上断面Ⅲ的挖掘；

第三步：然后对右上断面Ⅲ进行挖掘，右上断面Ⅲ的挖掘应比左上断面Ⅱ的挖掘滞后4-6m，保证支护的强度，右上断面Ⅲ挖掘后需要立即施作周边初期支护，其中在右上断面Ⅲ的边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，锁脚锚管起到增加强度的作用，锁脚锚管长5m直径70mm，壁厚3.5mm，即此时需要的锁脚锚管与上一步需要的锁脚锚管尺寸相同，这样就能保证零件的通用性，在右上断面Ⅲ的坑底设置工字钢制成的临时仰拱，然后复喷混凝土，其中第三步第二步中的临时仰拱采用材料也为相同材料；

第四步：中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作，帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程，其中将混凝土浆注入中心断面Ⅰ初期支护、右左上断面Ⅱ初期支护和右上断面Ⅲ初期支护中，当然循环帷幕注浆工作前需要用钢筋将中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者的初期支护联系起来，在进行帷幕灌浆后，整个隧道的防渗水能力和强度均得到了增强；

第五步：循环帷幕注浆完成后，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者继续往前挖掘施工，这样就可知中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者的挖掘距离远于中台阶断面Ⅳ的挖掘距离，安全性好，并同时开展中台阶断面Ⅳ的挖掘，其中中台阶断面Ⅳ比右上断面Ⅲ滞后5m，中台阶断面Ⅳ挖掘后应立即对以挖掘的隧道进行二次支护施工；

第六步：接着进行下台阶断面V挖掘，下台阶断面V比中台阶断面Ⅳ滞后10m，下台阶断面V挖掘后应立即进行二次支护施工，及时浇筑仰拱及仰拱填充，这样保证支护的完整性。

实施例一

请参阅图8-10,一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，包括超前支护、初期支护和二次支护，即在隧道挖掘前进行超前支护，在隧道挖掘过程中进行初期支护和二次支护。

随着掌子面的推进，需要地质工程师对掌子面进行持续的地质素描记录，并根据掌子面地质素描的变化结合地勘资料进行预测，为可能出现的复杂地质情况提出预加固、加强支护或变更工法的工程措施；其中地址信息获取的方法可以采取以地震波探测为主要手段，辅以地质雷达探测、红外探水等物探方法，对隧道及辅助坑道的不良地质、地质构造、地层岩性、地下水进行超前预报。

其中当隧道内部结构复杂，土质松软，可能出现塌陷的情况下就需要进行超前支护，超前支护布置在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ挖掘前，其中超前支护采取超前大管棚(附图中用a表示)和超前小导管(附图中用b表示)相结合的超前支护方式，超前小导管包括拱部120°范围内设置的超前小导管和180°范围外边墙设置的超前小导管，在进行超前支护的过程中，需要先进行打孔操作，再将超前小导管伸入钻孔钻孔，并向超前小导管中注射混凝土，从超前小导管注入的混凝土凝固后能大大增加土层的强度，避免其发生垮塌。

初期支护类型采用双层支护，包括采用HW175型钢的第1层初期支护(附图中用c表示)和采用180格栅钢架的第2层初期支护(附图中用d表示)，第1层初期支护位于第2层初期支护的外侧，其中第1层初期支护钢架由10个单元组成，第1层钢架单元由HW175型钢与连接钢板焊接成型，单元间由螺栓连接，第2层初期支护钢架由8个单元组成，在此隧道施工时需要对中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者进行周边初期支护，其中先进行中心断面Ⅰ的周边初期支护，中心断面Ⅰ的周边初期支护两端与竖向临时支撑顶端接触，竖向临时支撑起到支撑作用，在对左上断面Ⅱ的周边做初期支护时，左上断面Ⅱ的初期支护与中心断面Ⅰ初期支护的一端接触同时采用钢筋连接，在对右上断面Ⅲ的周边做初期支护时，右上断面Ⅲ的初期支护与中心断面Ⅰ初期支护的另一端接触同时采用钢筋(附图中用e表示)连接，这样整个初期支护会形成半圆状，同时强度更高。

初期支护在施工时，先在挖掘好的隧道内壁喷涂5cm左右的基础混凝土，然后将采用HW175型钢的第1层初期支护架设在基础混凝土上，架设完毕后须再喷混凝土，并保证不小于5cm的覆盖厚度，接着将采用180格栅钢架的第2层初期支护架设在复喷混凝土上，最后在格栅钢架的内表面浇筑一层防水层模筑砼，其中相邻的格栅钢架间采用直径20mm的钢筋连接，钢筋间距0.8m，钢筋斜向内侧布置焊于钢架内翼缘处。

在初期支护的基础上才能进行二次支护，二次支护与初期支护组成复合式衬砌，其中二次支护施工时需要在隧道内壁和初期支护上浇筑混凝土，二次支护施工时采用的混凝土应密实、表面平整光滑、曲线圆顺，这样能满足设计强度、防水及耐久性要求。

实施例二

请参阅图9-10,一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，包括超前支护、初期支护和二次支护，即在隧道挖掘前进行超前支护，在隧道挖掘过程中进行初期支护和二次支护。

随着掌子面的推进，需要地质工程师对掌子面进行持续的地质素描记录，并根据掌子面地质素描的变化结合地勘资料进行预测，为可能出现的复杂地质情况提出预加固、加强支护或变更工法的工程措施；其中当隧道内部结构简单，并无土质松软的情况，此时就无需进行超前支护，只需进行初期支护和二次支护。

初期支护类型采用双层支护，包括采用HW175型钢的第1层初期支护(附图中用c表示)和采用180格栅钢架的第2层初期支护(附图中用d表示)，第1层初期支护位于第2层初期支护的外侧，其中第1层初期支护钢架由10个单元组成，第1层钢架单元由HW175型钢与连接钢板焊接成型，单元间由螺栓连接，第2层初期支护钢架由8个单元组成，在此隧道施工时需要对中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者进行周边初期支护，其中先进行中心断面Ⅰ的周边初期支护，中心断面Ⅰ的周边初期支护两端与竖向临时支撑顶端接触，竖向临时支撑起到支撑作用，在对左上断面Ⅱ的周边做初期支护时，左上断面Ⅱ的初期支护与中心断面Ⅰ初期支护的一端接触同时采用钢筋连接，在对右上断面Ⅲ的周边做初期支护时，右上断面Ⅲ的初期支护与中心断面Ⅰ初期支护的另一端接触同时采用钢筋连接，这样整个初期支护会形成半圆状，同时强度更高。

初期支护在施工时，先在挖掘好的隧道内壁喷涂5cm左右的基础混凝土，然后将采用HW175型钢的第1层初期支护架设在基础混凝土上，架设完毕后须再喷混凝土，并保证不小于5cm的覆盖厚度，接着将采用180格栅钢架的第2层初期支护架设在复喷混凝土上，最后在格栅钢架的内表面浇筑一层防水层模筑砼，其中相邻的格栅钢架间采用直径20mm的钢筋连接，钢筋间距0.8m，钢筋斜向内侧布置焊于钢架内翼缘处。

在初期支护的基础上才能进行二次支护，二次支护与初期支护组成复合式衬砌，其中二次支护施工时需要在隧道内壁和初期支护上浇筑混凝土，二次支护施工时采用的混凝土应密实、表面平整光滑、曲线圆顺，这样能满足设计强度、防水及耐久性要求。

本富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，在隧道挖掘前先将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ，左上断面Ⅱ，右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V等五个断面，其中左上断面Ⅱ与右上断面Ⅲ为关于中心断面Ⅰ对称的断面，中心断面Ⅰ位于隧道挖掘面的中心线上，中心断面Ⅰ，左上断面Ⅱ，右上断面Ⅲ三者均位于中台阶断面Ⅳ的上方，下台阶断面V位于中台阶断面Ⅳ的下方，隧道安全快速掘进的过程如下：先对中心断面Ⅰ进行挖掘，挖掘后立即施作顶部初期支护同时在中心断面Ⅰ的左右两侧竖向侧壁处设置工字钢进行竖向临时支撑，在中心断面Ⅰ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土；接着对左上断面Ⅱ进行挖掘，左上断面Ⅱ的挖掘应比中心断面Ⅰ的挖掘滞后3-4m，挖掘后立即施作周边初期支护，在边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，在的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土；然后对右上断面Ⅲ进行挖掘，右上断面Ⅲ的挖掘应比左上断面Ⅱ的挖掘滞后4-6m，挖掘后立即施作周边初期支护，在边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，在坑底设置临时仰拱，然后复喷混凝土，其中三者的初期支护类型采用双层支护，三者的初期支护连接处采用钢筋连接，这样整个初期支护会形成半圆状，同时强度更高，三者的初期支护施工时，先在挖掘好的隧道内壁喷涂5cm左右的基础混凝土，然后将采用HW175型钢的第1层初期支护架设在基础混凝土上，架设完毕后须再喷混凝土，并保证不小于5cm的覆盖厚度，接着将采用180格栅钢架的第2层初期支护架设在复喷混凝土上，最后在格栅钢架的内表面浇筑一层防水层模筑砼，其中相邻的格栅钢架间采用直径20mm的钢筋(附图中用e表示)连接，钢筋间距0.8m，钢筋斜向内侧布置焊于钢架内翼缘处；在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作；当循环帷幕注浆完成后，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者继续往前挖掘施工，并同时开展中台阶断面Ⅳ的挖掘，其中中台阶断面Ⅳ比右上断面Ⅲ滞后5m，中台阶断面Ⅳ挖掘后应立即对以挖掘的隧道进行二次支护施工；最后进行下台阶断面V挖掘，下台阶断面V比中台阶断面Ⅳ滞后10m，下台阶断面V挖掘后应立即进行二次支护施工，及时浇筑仰拱及仰拱填充。

综上所述，本发明提出的富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，先将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ，左上断面Ⅱ，右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V等五个断面，然后根据要求依次施工，其中先对中心断面Ⅰ进行挖掘，然后做好支护工作；接着对左上断面Ⅱ进行挖掘，同时做好支护工作；然后对右上断面Ⅲ进行挖掘，同时做好支护工作，其中三者的初期支护类型采用双层支护，三者的初期支护连接处采用钢筋连接，这样整个初期支护会形成半圆状，同时强度更高；在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作；当循环帷幕注浆完成后，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者继续往前挖掘施工，并同时开展中台阶断面Ⅳ的挖掘，用手进行二次支护施工；最后进行下台阶断面V挖掘，进行二次支护施工的同时浇筑仰拱及仰拱填充。

实施例三

一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，进一步的，在隧道挖掘前进行超前支护之前还需要对隧道内部结构进行检测，包括：

根据检测数据计算隧道内部结构检测值；

其中，h为隧道内部结构检测值，λ为隧道内部结构复杂度，a为隧道内部土壤抽取样本中砂粒量，m为隧道内部土壤抽取样本的量，b为获取隧道内部土壤抽取样本采取的开挖方法，d为获取隧道内部土壤抽取样本可采取的开挖方法数目；当隧道内部结构检测值h小于预设阈值时，说明结构复杂，土质松软，需进行超前支护，否则无需进行超前支护。

有益效果：通过上述技术方案，不仅使得富水断层带隧道安全快速掘进的正常进行，而且在保证安全的情况下对是否进行超前支护进行判断，可以根据隧道内部结构复杂度及土质情况进行实际判断，可有效节省人力物力，并且达到安全要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，其特征在于，将隧道挖掘面分别为中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ、右上断面Ⅲ，中台阶断面Ⅳ和下台阶断面V五个断面，其中左上断面Ⅱ与右上断面Ⅲ为关于中心断面Ⅰ对称的断面，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ、右上断面Ⅲ三者均位于中台阶断面Ⅳ的上方，具体步骤如下：

S1：先对中心断面Ⅰ进行挖掘，中心断面Ⅰ挖掘后立即施作顶部初期支护，然后在中心断面Ⅰ的左右两侧竖向侧壁处设置工字钢进行竖向临时支撑，在中心断面Ⅰ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土；

S2：接着对左上断面Ⅱ进行挖掘，左上断面Ⅱ的挖掘应比中心断面Ⅰ的挖掘滞后3-4m，左上断面Ⅱ挖掘后立即施作周边初期支护，在左上断面Ⅱ的边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，在左上断面Ⅱ的坑底设置临时仰拱，并复喷混凝土；

S3：然后对右上断面Ⅲ进行挖掘，右上断面Ⅲ的挖掘应比左上断面Ⅱ的挖掘滞后4-6m，右上断面Ⅲ挖掘后需要立即施作周边初期支护，其中在右上断面Ⅲ的边墙拱脚处钻设两根锁脚锚管，在右上断面Ⅲ的坑底设置工字钢制成的临时仰拱，然后复喷混凝土；

S4：中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者向前开挖20米后，停止施工，然后开始循环帷幕注浆工作，其中将混凝土浆注入中心断面Ⅰ初期支护、右左上断面Ⅱ初期支护和右上断面Ⅲ初期支护中；

S5：循环帷幕注浆完成后，中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者继续往前挖掘施工，并同时开展中台阶断面Ⅳ的挖掘，其中中台阶断面Ⅳ比右上断面Ⅲ滞后5m，中台阶断面Ⅳ挖掘后应立即对以挖掘的隧道进行二次支护施工；

S6：接着进行下台阶断面V挖掘，下台阶断面V比中台阶断面Ⅳ滞后10m，下台阶断面V挖掘后应立即进行二次支护施工，及时浇筑仰拱及仰拱填充；

其中，在进行超前支护之前还需要对隧道内部结构进行检测，包括：

根据检测数据计算隧道内部结构检测值；

其中，h为隧道内部结构检测值，λ为隧道内部结构复杂度，a为隧道内部土壤抽取样本中砂粒量，m为隧道内部土壤抽取样本的量，b为获取隧道内部土壤抽取样本采取的开挖方法，d为获取隧道内部土壤抽取样本可采取的开挖方法数目；

当隧道内部结构检测值h小于预设阈值时，说明结构复杂，土质松软，需进行超前支护，否则无需进行超前支护；

包括超前支护、初期支护和二次支护，在隧道挖掘前进行超前支护，在隧道挖掘过程中进行初期支护和二次支护；

所述初期支护类型采用双层支护，包括采用HW175型钢的第1层初期支护和采用180格栅钢架的第2层初期支护，第1层初期支护位于第2层初期支护的外侧，其中第1层初期支护钢架由10个单元组成，第1层钢架单元由HW175型钢与连接钢板焊接成型，单元间由螺栓连接，第2层初期支护钢架由8个单元组成；

所述初期支护在施工时，先在挖掘好的隧道内壁喷涂5cm左右的基础混凝土，然后将采用HW175型钢的第1层初期支护架设在基础混凝土上，架设完毕后须再喷混凝土，并保证不小于5cm的覆盖厚度，接着将采用180格栅钢架的第2层初期支护架设在复喷混凝土上，最后在格栅钢架的内表面浇筑一层防水层模筑砼，其中相邻的格栅钢架间采用直径20mm的钢筋连接，钢筋间距0.8m，钢筋斜向内侧布置焊于钢架内翼缘处。

2.根据权利要求1所述的富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，其特征在于，所述S2中的锁脚锚管和S3中的锁脚锚管尺寸相同，其中锁脚锚管长5m直径70mm，壁厚3.5mm。

3.根据权利要求1所述的富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，其特征在于，所述竖向临时支撑和临时仰拱均采用122工字钢。

4.根据权利要求1所述的富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，其特征在于，所述S4中循环帷幕注浆工作开始前需要用钢筋将中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ三者的初期支护联系起来。

5.根据权利要求1所述的富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，其特征在于，所述超前支护布置在中心断面Ⅰ、左上断面Ⅱ和右上断面Ⅲ挖掘前，其中超前支护采取超前大管棚和超前小导管相结合的超前支护方式，超前小导管包括拱部120°范围内设置的超前小导管和180°范围外边墙设置的超前小导管。

6.根据权利要求1所述的富水断层带隧道安全快速掘进及支护方法，其特征在于，在初期支护的基础上才能进行二次支护，二次支护与初期支护组成复合式衬砌，其中二次支护施工时需要在隧道内壁和初期支护上浇筑混凝土，二次支护施工时采用的混凝土应密实、表面平整光滑、曲线圆顺。

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