CN111828014B - 一种隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种隧道施工方法，在超前陷落柱一段距离处，扩刷隧道顶板形成施工硐室；将隧道上方一定高度处的陷落柱周围的完整岩体爆破，形成环形人工爆破区域；自施工硐室向隧道前方施工水平钻孔，然后向水平钻孔内插入管棚管；自管棚管之间环向空隙向陷落柱上方施工竖向钻孔，施工后向竖向钻孔内插入竖向注浆钢管进行注浆；注浆结束后竖向注浆钢管与管棚管进行焊接；架设钢拱架；向钢拱架与管棚管之间空间内注浆，直至混凝土凝固；自施工硐室施工排水孔。本发明所述过陷落柱施工方法形成的注浆加固体稳定性强于现有技术。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道过岩溶柱/陷落柱施工方法。
背景技术
山地隧道开挖于山体内，开挖过程中会遇到岩溶柱/陷落柱等不良地质地段，处治措施稍有不当就会引起岩溶柱/陷落柱内碎石突入隧道，不但会在隧道施工期间带来各种威胁，还会对运营期的隧道安全带来威胁。现有技术主要采用注浆加固岩溶区/陷落柱内碎石，增加隧道支护强度的方式治理，存在注浆体不牢固等问题，后期岩溶柱/陷落柱易再次塌落的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种隧道施工方法，包括如下施工步骤：S1，提前探测陷落柱与隧道交汇位置，以及交汇位置处陷落柱直径；当隧道掘进接近至陷落柱时，即在超前陷落柱一段距离处，扩刷隧道顶板形成施工硐室；
S2，在施工硐室内，向陷落柱方向施工爆破孔，将隧道上方一定高度处的陷落柱周围的完整岩体爆破，形成环形人工爆破区域，则爆破后的陷落柱形状为钉子型；
S3，自施工硐室向隧道前方施工水平钻孔，水平钻孔穿过陷落柱，并进入前方稳定岩体一段距离，然后向水平钻孔内插入管棚管；管棚管包括注浆钢管和普通钢管，注浆钢管在陷落柱区域具有注浆功能，普通钢管可采用实心或者高强度空心钢管，以此既提高整个管棚管的整体强度又能实现注浆充填；然后自注浆钢管进行注浆加固；
S4,继续开挖隧道，直至通过陷落柱，并清理干净管棚管下部陷落柱碎石；自管棚管之间环向空隙向陷落柱上方施工竖向钻孔，施工后向竖向钻孔内插入竖向注浆钢管进行注浆；注浆结束后竖向注浆钢管与管棚管进行焊接，同时，相邻的多个竖向注浆钢管的外漏端可交汇于一点，形成交汇点，交汇点位于管棚管下方，隧道顶板以上，每3个交汇点焊接在一起，形成三角形稳定结构；
S5，架设钢拱架，钢拱架沿轴向并列布置，即沿隧道长度方向不留间隙，直至在陷落柱段全部采用钢拱架支护；架设钢拱架过程中，采用液压支柱向上支撑交汇，液压支柱底端支设于钢拱架顶部，防止竖向注浆钢管受重力作用产生下移，然后对竖向注浆钢管进行补充注浆；
S6，向钢拱架与管棚管之间空隙内注浆，注浆材料为混凝土材料，直至混凝土凝固；
S7，自施工硐室施工排水孔，排水孔底端高度高于注浆加固区域高度，使得排水孔可以将注浆加固区域上方的陷落柱水人工排出。
优选的，步骤S2中，也可以采用其他使岩石破碎的手段对岩石进行致裂，如水力压裂等常规手段。
优选的，步骤S2中，环形人工爆破区域石块粒径与陷落柱区域内原始碎石粒径基本一致。
优选的，步骤S3中，可以使用钻头带动管棚管钻进，钻进结束，将钻头和管棚管留在孔内即可。
优选的，步骤S3中，注浆钢管和普通钢管交错布置，且外露于施工硐室的一端连接为一体。
优选的，步骤S4中，部分竖向注浆钢管可穿过人工爆破区并进入稳定岩层，并对人工爆破区域进行注浆。
优选的，步骤S4中，竖向注浆钢管注浆范围的高度大于在人工爆破区域高度。
优选的，步骤S4中，穿过人工爆破区并进入稳定岩层的竖向注浆钢管，可以使用钻头带动注浆钢管直接钻进，钻进结束，将钻头和竖向注浆钢管留在孔内即可。
优选的，竖向注浆钢管结构如下，包括内注浆钢管、可套设在内注浆钢管底部的外钢管，外钢管底端与内注浆钢管底端通过底部圆环固定连接，外钢管侧壁上间隔均匀开设矩形长孔槽，矩形长孔槽长度与注浆钢管长度方向一致，外钢管的外端焊接有外部圆环，外部圆环与内注浆钢管之间不连接；将注浆钢管插入到孔底后，利用空心钢管顶进外部圆环，使得外钢管径向扩大，与钻孔壁紧紧贴在一起；内注浆钢管设置有注浆孔。
优选的，步骤S5中，陷落柱段外一定距离也支护钢拱架，即钢拱架支护范围大于陷落柱段长度/直径，钢拱架长度方向进行焊接固定。
本发明的有益技术效果为：
1、采用人工爆破手段，将隧道上方一定高度处的陷落柱周围的完整岩体爆破，形成环形人工爆破区域，则爆破后的陷落柱形状为钉子型，注浆后最终形成钉子型注浆加固体，加固体不易下移；且爆破后岩石会产生碎涨(体积变大)，进而挤压人工爆破区域水平内的陷落柱内碎石，陷落柱内碎石被挤密，进一步提高了陷落柱结构稳定性，减小下移危险。
2、扩刷隧道顶板形成施工硐室作为钻孔、注浆钢管、管棚管的施工空间；管棚管包括注浆钢管和普通钢管，注浆钢管在陷落柱区域具有注浆功能，普通钢管可采用实心或者高强度空心钢管，以此既提高整个管棚管的整体强度又能实现注浆充填；且管棚管与竖向注浆钢管焊接，形成横纵式的稳定支护结构；此外管棚管的施工也为施工竖向注浆钢管提供安全的作业空间。
3、多个竖向注浆钢管外端交汇于一个点，形成交汇点，这使得竖向注浆钢管互为作用，形成一个整体，防止因个别竖向注浆钢管松动造成局部塌陷；且每3个交汇点焊接在一起，形成三角形稳定结构，进一步提高竖向注浆钢管结构稳定性。
4、采用液压支柱向上支撑交汇点，防止竖向注浆钢管受重力作用产生下移，造成竖向注浆钢管附近产生空隙，同时对已经下移的部分可以产生上移作用，然后进行补充注浆，进一步防止空隙的产生。
5、陷落柱段支护钢拱架，且钢拱架支护范围大于陷落柱段直径/长度，钢拱架长度方向进行焊接固定，以此，钢拱架对充填加固体进行支撑，同时可以将支撑力向远离陷落柱方向转移。
6、注浆钢管的外钢管可径向扩大，与钻孔壁紧紧贴在一起，类似一个倒置的钉子置于岩体，稳定进一步加强。
7、设置排水孔，排水孔底端高度高于注浆加固区域高度，使得排水孔可以将注浆加固区域上方的陷落柱水人工排出，防止侵蚀注浆加固区域。
附图说明
图1是隧道施工到S1步骤时的结构图。
图2是隧道施工到S1步骤时的俯视图。
图3是隧道施工到S2步骤时的结构图。
图4是隧道施工到S3步骤时的结构图。
图5是隧道施工到S4及后续步骤时的结构图。
图6是竖向注浆钢管结构图。
图7是外钢管的结构图。
图中，隧道1；陷落柱2；隧道顶板3；施工硐室4；爆破孔5；水平钻孔6；管棚管7；竖向钻孔8；竖向注浆钢管9；交汇点10；钢拱架11；液压支柱12；排水孔13；人工爆破区域14。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的具体描述。
一种隧道施工方法，包括如下施工步骤：S1，如图1-2，提前探测陷落柱2与隧道1交汇位置，以及交汇位置处陷落柱直径；当隧道掘进接近至陷落柱时，即在超前陷落柱一段距离处，扩刷隧道顶板3形成施工硐室4；
S2，如图3，在施工硐室内，向陷落柱2方向施工爆破孔5，将隧道上方一定高度处的陷落柱周围的完整岩体爆破，形成环形人工爆破区域14，则爆破后的陷落柱形状为钉子型；
S3，如图4，自施工硐室4向隧道1前方施工水平钻孔6，水平钻孔穿过陷落柱，并进入前方稳定岩体一段距离，然后向水平钻孔内插入管棚管7；管棚管包括注浆钢管和普通钢管，注浆钢管在陷落柱区域具有注浆功能，普通钢管可采用实心或者高强度空心钢管，以此既提高整个管棚管的整体强度又能实现注浆充填；然后自注浆钢管进行注浆加固；
S4,如图5，继续开挖隧道1，直至通过陷落柱2，并清理干净管棚管7下部陷落柱碎石；自管棚管之间环向空隙向陷落柱上方施工竖向钻孔8，施工后向竖向钻孔8内插入竖向注浆钢管9进行注浆；注浆结束后竖向注浆钢管9与管棚管进行焊接，同时，相邻的多个竖向注浆钢管9的外漏端可交汇于一点，形成交汇点10，交汇点位于管棚管下方，隧道顶板以上，每3个交汇点焊接在一起，形成三角形稳定结构；
S5，如图5，架设钢拱架11，钢拱架11沿轴向并列布置，即沿隧道长度方向不留间隙，直至在陷落柱段全部采用钢拱架支护；架设钢拱架过程中，采用液压支柱12向上支撑交汇点10，液压支柱底端支设于钢拱架顶部，防止竖向注浆钢管9受重力作用产生下移，然后对竖向注浆钢管9进行补充注浆；
S6，向钢拱架与管棚管之间空隙内注浆，注浆材料为混凝土材料，直至混凝土凝固；
S7，如图5，自施工硐室施工排水孔13，排水孔底端高度高于注浆加固区域高度，使得排水孔可以将注浆加固区域上方的陷落柱水人工排出。
优选的，步骤S2中，也可以采用其他使岩石破碎的手段对岩石进行致裂，如水力压裂等常规手段。
优选的，步骤S2中，环形人工爆破区域石块粒径与陷落柱区域内原始碎石粒径基本一致。
优选的，步骤S3中，可以使用钻头带动管棚管钻进，钻进结束，将钻头和管棚管留在孔内即可。
优选的，步骤S3中，注浆钢管和普通钢管交错布置，且外露于施工硐室的一端连接为一体。
优选的，如图5，步骤S4中，部分竖向注浆钢管9可穿过人工爆破区并进入稳定岩层，并对人工爆破区域进行注浆。
优选的，步骤S4中，竖向注浆钢管注浆范围的高度大于人工爆破区域高度。
优选的，如图5，步骤S4中，穿过人工爆破区并进入稳定岩层的竖向注浆钢管9，可以使用钻头带动注浆钢管直接钻进，钻进结束，将钻头和竖向注浆钢管留在孔内即可。
优选的，如图6-7，竖向注浆钢管9结构如下，包括内注浆钢管9-1、可套设在内注浆钢管底部的外钢管9-2，外钢管底端与内注浆钢管底端通过底部圆环9-3固定连接，外钢管侧壁上间隔均匀开设矩形长孔槽9-4，矩形长孔槽长度与注浆钢管长度方向一致，外钢管的外端焊接有外部圆环9-5，外部圆环与内注浆钢管之间不连接；将注浆钢管插入到孔底后，利用空心钢管顶进外部圆环，使得外钢管径向扩大，与钻孔壁紧紧贴在一起；内注浆钢管设置有注浆孔。
优选的，如图5，步骤S5中，陷落柱段外一定距离也支护钢拱架，即钢拱架支护范围大于陷落柱段长度/直径，钢拱架长度方向进行焊接固定。
Claims (9)
1.一种隧道施工方法，包括如下施工步骤：S1，提前探测陷落柱与隧道交汇位置，以及交汇位置处陷落柱直径；在超前陷落柱一段距离处，扩刷隧道顶板形成施工硐室；
S2，在施工硐室内，向陷落柱方向施工爆破孔，将隧道上方一定高度处的陷落柱周围的完整岩体爆破，形成环形人工爆破区域，则爆破后的陷落柱形状为钉子型；
S3，自施工硐室向隧道前方施工水平钻孔，水平钻孔穿过陷落柱，并进入前方稳定岩体一段距离，然后向水平钻孔内插入管棚管；管棚管包括注浆钢管和普通钢管，注浆钢管在陷落柱区域具有注浆功能，普通钢管可采用实心或者高强度空心钢管；然后自注浆钢管进行注浆加固；
S4,继续开挖隧道，直至通过陷落柱，并清理干净管棚管下部陷落柱碎石；自管棚管之间环向空隙向陷落柱上方施工竖向钻孔，施工后向竖向钻孔内插入竖向注浆钢管进行注浆；注浆结束后竖向注浆钢管与管棚管进行焊接，同时，相邻的多个竖向注浆钢管的外漏端交汇于一点，形成交汇点，交汇点位于管棚管下方，隧道顶板以上，每3个交汇点焊接在一起，形成三角形稳定结构；
S5，架设钢拱架，钢拱架沿轴向并列布置，即沿隧道长度方向不留间隙，直至在陷落柱段全部采用钢拱架支护；架设钢拱架过程中，采用液压支柱向上支撑交汇点，液压支柱底端支设于钢拱架顶部，防止竖向注浆钢管受重力作用产生下移，然后对竖向注浆钢管进行补充注浆；
S6，向钢拱架与管棚管之间空间内注浆，注浆材料为混凝土材料，直至混凝土凝固；
S7，自施工硐室施工排水孔，排水孔底端高度高于注浆加固区域高度，使得排水孔可以将注浆加固区域上方的陷落柱水人工排出。
2.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S2中，也可以采用水力压裂手段对岩石进行致裂。
3.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S2中，环形人工爆破区域石块粒径与陷落柱区域内原始碎石粒径基本一致。
4.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S3中，也可以使用钻头带动管棚管钻进，钻进结束，将钻头和管棚管留在孔内即可。
5.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S3中，注浆钢管和普通钢管交错布置，且外露于施工硐室的一端连接为一体。
6.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S4中，部分竖向注浆钢管能够穿过人工爆破区域并进入稳定岩层。
7.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S4中，竖向注浆钢管注浆范围的高度大于人工爆破区域高度。
8.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S4中，穿过人工爆破区域并进入稳定岩层的竖向注浆钢管，还可以使用钻头带动注浆钢管直接钻进，钻进结束，将钻头和竖向注浆钢管留在孔内即可。
9.根据权利要求1所述的隧道施工方法，其特征在于，步骤S5中，陷落柱段外一定距离也支护钢拱架，即钢拱架支护范围大于陷落柱段长度，钢拱架长度方向进行焊接固定。
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