CN112096422A - 一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构及方法。本发明提供的支护结构在隧道拱脚处打设锁脚锚管，对裂缝区域进行凿除然后架设钢支撑，以及二次衬砌处治开口位置上下两端打设超前注浆导管，可有效增强隧道二衬的结构刚度，可以修复隧道初期支护侵限的问题，并且超前导管配合型钢支撑结构体系简单，施工方便，工程实践性强，具有很好的应用前景和推广价值。

Description

一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构及方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，特别涉及一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构及方法。

背景技术

随着中国公路网的建设，我国中西部地区公路建设中涌现了大量的黄土及软弱围岩的公路隧道工程，当隧道穿越软弱围岩地区或地质环境较为恶劣的区域时，由于以前隧道衬砌支护结构较弱以及施工技术相对落后等因素，造成部分隧道运营多年之后二次衬砌出现了不同程度的开裂现象，在对二次衬砌进行凿除处理时发现隧道初期支护已经发生严重变形，如结构变形继续加大将导致隧道结构的失稳及坍塌，该类病害已严重影响隧道的结构安全。因此，如何及时有效的处理隧道初期支护侵限已成为公路隧道运营养护过程中需高度关注的问题。

初期支护侵限的原因是一个极其复杂的物理和力学过程，与隧址区的围岩特性、水文状况、开挖支护及围岩地应力等因素紧密相关，隧道初期支护侵限一般是在隧道运营期间出现。目前对初期支护侵限而进行修复的支护结构和施工方法非常少，而且也没有系统的处治方式。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构及方法，在隧道拱脚处打设锁脚锚管，对裂缝区域进行凿除然后架设钢支撑，以及二次衬砌处治开口位置上下两端打设超前注浆导管，可有效增强隧道二衬的结构刚度，可以修复隧道初期支护侵限的问题；并且超前导管+型钢支撑结构体系简单，施工方便，工程实践性强。

技术方案如下：

一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构，包括：隧道初期支护本体，所述隧道初期支护本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件，所述环向支撑件上端与隧道处治段开口端的初期支护紧密连接，环向支撑件的下端通过槽钢与混凝土台座锚栓连接固定；所述初期支护本体对应打设若干根锁脚注浆锚管，每个环向支撑件对应两根锁脚注浆锚管；所述隧道初期支护本体在上下两端分别锚入若干根注浆导管，每个环向支撑件的两端对应四根注浆导管；所述隧道初期支护本体对应打设若干根系统锚杆；所述环向支撑件上端部焊接固定有连接钢板，所述连接钢板上开有螺栓孔，与开口处原初期支护通过螺栓连接固定；所述环向支撑件下端部通过槽钢固定连接，所述槽钢开有螺栓孔，与底部的混凝土台座通过螺栓连接固定；相邻两个横向支撑件之间通过若干个纵向支撑件连接固定；所有环向支撑件、纵向支撑件、注浆导管、系统锚杆、双层钢筋网共同构成初期支护框架；初支侵限区域中浇筑混凝土，修复初支侵限区域内的二次衬砌。

作为优选，所述锁脚注浆锚管的第一端通过槽形钢焊接固定于隧道二次衬砌上，所述锁脚注浆锚管的第二端为锥形部；所述锁脚注浆锚管靠近第一端具有止浆段，所述锁脚注浆锚管除止浆段的其余部分为注浆段，所述锁脚注浆锚管的注浆段上均匀设有若干个注浆孔。

作为优选，所述注浆导管在环向支撑件的上下两端进行打设，设置有加筋箍的第一端通过槽形钢焊接固定于环向支撑件上，所述注浆导管的第二端为锥形部，施工完成后用环氧树脂封闭管头；注浆段上均匀设有若干个注浆孔。

作为优选，所述系统锚杆为药卷式或早强砂浆锚杆，系统锚杆第一端通过连接钢筋焊接固定在环向支撑件上，所述连接钢筋为L形HRB400螺纹钢筋，与环向支撑件通过焊接连接固定。

作为优选，所述纵向支撑沿着环向进行布设，纵向支撑件与环向支撑件进行焊接固定。

一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的方法，包括以下步骤：

A.拱脚处打设锁脚注浆锚管，对处治段落纵向方向前后各5m范围内打设锁脚注浆锚管，锁脚锚管沿隧道纵向间距60cm打设，所述锁脚注浆锚管以30～45°外插角穿过二衬及初支打入围岩，锁脚注浆锚管端部通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa；

B.对隧道初期支护侵限区域内的二次衬砌和初期支护进行凿除，对凿除区域内的初期支护拱架全部进行拆除；上部凿除深度至初期支护表面，下部需扩挖至一定深度，从上至下通过圆顺的弧度进行凿除过渡，凿除深度应满足初期支护工字钢安装所需的要求，凿除区域为隧道初期支护侵限的范围，但凿除高度不大于2.5m，切口处应凿毛，上部连接钢板处切口面需保持平整；纵向以二次衬砌破坏区域为中心，沿隧道纵向向此区域两侧分别延伸5m的范围，所述区域范围内的初期支护拱架、初支混凝土以及二次衬砌混凝土部分需拆除和凿除干净，并将浮渣清理干净；

C.将环向支撑件沿着隧道长度方向进行设置，设置间距为原初支拱架间距的一半，但两榀环向支撑拱架的间距不大于60cm，环向支撑件上端部通过连接钢板与隧道开口处原初支混凝土固定连接，连接钢板上开有螺栓孔，与开口处原初期支护混凝土通过螺栓连接固定；环向支撑件下端部通过槽钢与一混凝土台座固定连接，所述槽钢开有螺栓孔，与底部的混凝土台座通过螺栓连接固定；底部的混凝土台座沿着隧道修复范围内纵向连续设置，采用C30现浇混凝土，混凝土台座尺寸为宽度50cm，厚度20cm；

D.打设注浆导管，在隧道开口段内上下两端沿纵向方向前后各5m范围内打设注浆导管，上下两端各打设两根注浆导管，纵向间距同环向支撑的拱架间距，所述注浆导管以5～15°外插角打入围岩，注浆导管端部通过槽形钢焊接固定于环向支撑件上，注浆导管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa，导管注浆完成后用环氧树脂封闭管头；

E.打设系统锚杆，系统锚杆根据围岩选用药卷式或早强砂浆锚杆，系统锚杆通过L形连接钢筋与环向支撑件焊接连接；L形连接钢筋与环向支撑件的工字钢进行焊接连接，系统锚杆的端部与L形连接钢筋进行焊接连接，系统锚杆的纵向间距同环向支撑件的间距，环向间距为50～60cm；

F.相邻两榀环向支撑件之间通过纵向支撑件进行焊接连接，纵向支撑件的环向间距为50～60cm，相邻两榀之间的纵向支撑件保持在同一水平面，不能错开设置；

G.在环向支撑件的里侧和外侧铺设双层钢筋网，钢筋网的纵、环向间距均为20cm，钢筋网与环向支撑件之间进行焊接连接，所有环向支撑件、纵向支撑件、双层钢筋网、注浆导管、系统锚杆共同构成初期支护支撑框架；

H.初期支护支撑框架施工完毕后，进行初期支护的混凝土喷射，初支混凝土需进行分层喷射，喷射厚度达到初期支护的厚度要求，待混凝土达到初凝后继续浇筑初支结构与二次衬砌之间的空隙，直至混凝土强度满足设计要求；开始进行二次衬砌的恢复工作，二次衬砌混凝土采用防水混凝土进行浇筑。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明在隧道需进行修补的初期支护侵限区域内沿纵向设置有环向支撑件和纵向支撑件，打设注浆导管和系统锚杆，可有效增强隧道初期支护的结构刚度，可以对隧道初期支护侵限部位进行拱架替换和初期支护修复；并且注浆导管、系统锚杆和型钢支撑结构体系简单，施工方便，工程实践性强。

(2)本发明可以在初期支护侵限破坏的区域位置处进行现场组装，施工方便，操作难度低，便于工人搬运模板的各部件，成型后的注浆导管+型钢支撑+系统锚杆的结构体系满足结构设计的要求，具有很好的应用前景和推广价值。

(3)本发明环向及纵向支撑件、注浆导管、系统锚杆以及锁脚注浆锚管可以在隧道内进行现场组装施工，施工方便。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为图2右视方向的局部结构示意图；

图4为图2俯视方向的局部结构示意图；

图5为本发明系统锚杆与钢拱架连接结构示意图；

图6为本发明锁脚锚管的结构示意图；

图7为本发明注浆导管的结构示意图；

图8为加筋箍的结构示意图；

图9环向支撑件与连接钢板连接的结构示意图；

附图标记说明：

1－初期支护侵限修复区域，2－锁脚注浆锚管，21－注浆孔，22－止浆段，23－锥形部，3－锁脚连接槽形钢，4－加筋箍，5－混凝土支撑台，6－环向支撑型钢，7－纵向连接型钢，8－端部连接槽形钢，81－螺栓孔，9－连接钢板，91—螺栓孔，10－注浆导管，101－注浆孔，102－止浆段，103－锥形部，11－注浆管连接槽形钢，12－系统锚杆，13－L形连接钢筋，14－处治段开口处两端的初期支护。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构及方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

一种适用于修复隧道初期支护侵限衬砌结构的支护结构，包括隧道初期支护本体，所述隧道初期支护本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件6，所述环向支撑件6上端与隧道处治段开口端的初期支护14紧密连接，环向支撑件6的下端通过槽钢8与一混凝土台座5锚栓连接固定，本实施例的环向支撑件6优选为I18的工字钢；所述初期支护本体对应打设若干根锁脚注浆锚管2，每个环向支撑件6对应两根锁脚注浆锚管2，本实施例的锁脚注浆锚管2优选为直径80mm的中空注浆钢花管；所述隧道初期支护本体在上下两端分别锚入有若干根注浆导管10，每个环向支撑件6的两端对应四根注浆导管10，本实施例的注浆导管10优选为直径80mm的中空注浆钢花管；所述隧道初期支护本体对应打设若干根系统锚杆12，本实施例的系统锚杆12优选为直径22mm的药卷式锚杆或早强砂浆式锚杆；所述环向支撑件6上端部焊接固定有连接钢板9，所述连接钢板9上开有螺栓孔91，与开口处原初期支护14通过螺栓连接固定，本实施例的钢板9优选为Q235钢板；所述环向支撑件6下端部通过槽钢8固定连接，所述槽钢8开有螺栓孔81，与底部的混凝土台座5通过螺栓连接固定，本实施例的槽钢8优选为22a槽形钢；相邻两个横向支撑件6之间通过若干个纵向支撑件7连接固定，本实施例的纵向支撑件7优选为I14的工字钢；所有环向支撑件6、所有纵向支撑件7、注浆导管10、系统锚杆12、双层钢筋网共同构成初期支护框架。初支侵限区域1中浇筑混凝土，修复初支侵限区域1内的二次衬砌。

如图1～4所示，环向支撑件6和纵向支撑件7为工字钢，环向支撑件6与纵向支撑件7通过焊接连接，环向支撑件6上端部焊接固定有连接钢板9，连接钢板9上开有螺栓孔91，与开口处原初期支护14混凝土通过螺栓连接固定；环向支撑件6下端部通过槽形钢8固定连接，所述槽形钢8开有螺栓孔81，与底部的混凝土台座5通过螺栓连接固定。

如图9所示，连接垫板9为Q235钢板，厚度为1.2～1.5cm，连接垫板9上开有螺栓孔91，环向支撑件6与连接钢板9进行焊接连接。

如图5所示，系统锚杆12通过L形连接钢筋13与环向支撑件6焊接连接，L形连接钢筋为HRB400钢筋。L形连接钢筋13与环向支撑件6的工字钢进行焊接连接，系统锚杆12的端部与L形连接钢筋13进行焊接连接。

如图6所示，锁脚注浆锚管2的第一端通过槽形钢3焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管2的第二端为锥形部23，槽钢3为14a槽形钢。锁脚注浆锚管2靠近第一端具有止浆段22，锁脚注浆锚管2除止浆段22其余部分为注浆段，锁脚注浆锚管2的注浆段上均匀设有若干个注浆孔21，锁脚注浆锚管2的第一端设有加筋箍4。

如图7～8所示，注浆导管10端部通过槽形钢11焊接固定于环向支撑件6上，槽形钢11为14a槽形钢。注浆导管10的注浆段上均匀设有若干个注浆孔101，注浆导管10的第一端设有加筋箍4。

一种适用于修复隧道初期支护侵限衬砌结构的支护结构及其施工方法，其方法如下：

A.拱脚处打设锁脚注浆锚管2，对处治段落纵向方向前后各5m范围内打设锁脚注浆锚管2，锁脚锚管2沿隧道纵向间距60cm打设，所述锁脚注浆锚管以30～45°外插角穿过二衬及初支打入围岩，锁脚注浆锚管2端部通过槽形钢3焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管2的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa；

B.对隧道初期支护侵限区域1内的二次衬砌和初期支护进行凿除，对凿除区域1内的初期支护拱架全部进行拆除；上部凿除深度至初期支护表面，下部需扩挖至一定深度，从上至下通过圆顺的弧度进行凿除过渡，凿除深度应满足初期支护工字钢安装所需的要求，凿除区域为隧道初期支护侵限1的范围，但凿除高度不得大于2.5m，切口处应凿毛，上部连接钢板处切口面需保持平整；纵向以二次衬砌破坏区域为中心，沿隧道纵向向此区域两侧分别延伸5m的范围，所述区域范围内的初期支护拱架、初支混凝土以及二次衬砌混凝土部分需拆除和凿除干净，并将浮渣清理干净；

C.将环向支撑件6沿着隧道长度方向进行设置，设置间距为原初支拱架间距的一半，但两榀环向支撑件6的间距不大于60cm，环向支撑件6上端部焊接固定有连接钢板9，连接钢板9上开有螺栓孔91，与开口处原初期支护14混凝土通过螺栓连接固定；环向支撑件6下端部通过槽钢8固定连接，所述槽钢8开有螺栓孔81，与底部的混凝土台座5通过螺栓连接固定。底部的混凝土台座5沿着隧道修复范围纵向连续设置，采用C30现浇混凝土，混凝土台座5尺寸为宽度50cm，厚度20cm。

D.打设注浆导管10，对隧道开口段内上下两端沿纵向方向前后各5m范围内打设注浆导管10，上下两端各打设两根注浆导管10，纵向间距同环向支撑6的拱架间距，所述注浆导管10以5～15°外插角打入围岩，注浆导管10端部通过槽形钢11焊接固定于环向支撑件6上，注浆导管10的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa，导管注浆完成后用环氧树脂封闭管头；

E.打设系统锚杆12，系统锚杆12根据围岩选用药卷式或早强砂浆锚杆，系统锚杆12通过L形连接钢筋13与环向支撑件6焊接连接。L形连接钢筋13与环向支撑件6的工字钢进行焊接连接，系统锚杆12的端部与L形连接钢筋13进行焊接连接。系统锚杆12的纵向间距同环向支撑件6的间距，环向间距为50～60cm。

F.相邻两榀环向支撑件6之间通过纵向支撑件7进行焊接连接，纵向支撑件7的环向间距为50～60cm，相邻两榀之间的纵向支撑件7保持在同一水平面，不能错开设置。

G.在环向支撑件6的里侧和外侧铺设双层钢筋网，钢筋网的纵、环向间距均为20cm，钢筋网与环向支撑件6之间进行焊接连接，所有环向支撑件6、纵向支撑件7、双层钢筋网、注浆导管10、系统锚杆12共同构成初期支护支撑框架；

H.初期支护支撑框架施工完毕后，进行初支混凝土的喷射，初支混凝土需进行分层喷射，喷射厚度达到初期支护的厚度要求，待混凝土达到初凝后继续浇筑初支结构与二次衬砌之间的空隙，直至混凝土强度满足设计要求；开始进行二次衬砌的恢复工作，二次衬砌混凝土采用防水混凝土进行浇筑。

本发明可以在初期支护侵限区域内的隧洞处进行现场组装，施工方便，操作难度低，便于工人搬运模板的各部件，混凝土浇筑简单，工程实践性强，成型后的型钢支撑结构体系满足结构设计的要求，具有很好的应用前景和推广价值。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构，其特征在于，包括：隧道初期支护本体，所述隧道初期支护本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件，所述环向支撑件上端与隧道处治段开口端的初期支护紧密连接，环向支撑件的下端通过槽钢与混凝土台座锚栓连接固定；所述初期支护本体对应打设若干根锁脚注浆锚管，每个环向支撑件对应两根锁脚注浆锚管；所述隧道初期支护本体在上下两端分别锚入若干根注浆导管，每个环向支撑件的两端对应四根注浆导管；所述隧道初期支护本体对应打设若干根系统锚杆；所述环向支撑件上端部焊接固定有连接钢板，所述连接钢板上开有螺栓孔，与开口处原初期支护通过螺栓连接固定；所述环向支撑件下端部通过槽钢固定连接，所述槽钢开有螺栓孔，与底部的混凝土台座通过螺栓连接固定；相邻两个横向支撑件之间通过若干个纵向支撑件连接固定；所有环向支撑件、纵向支撑件、注浆导管、系统锚杆、双层钢筋网共同构成初期支护框架；初支侵限区域中浇筑混凝土，修复初支侵限区域内的二次衬砌。

2.根据权利要求1所述的修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构，其特征在于，所述锁脚注浆锚管的第一端通过槽形钢焊接固定于隧道二次衬砌上，所述锁脚注浆锚管的第二端为锥形部；所述锁脚注浆锚管靠近第一端具有止浆段，所述锁脚注浆锚管除止浆段的其余部分为注浆段，所述锁脚注浆锚管的注浆段上均匀设有若干个注浆孔。

3.根据权利要求1所述的修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构，其特征在于，所述注浆导管在环向支撑件的上下两端进行打设，设置有加筋箍的第一端通过槽形钢焊接固定于环向支撑件上，所述注浆导管的第二端为锥形部，施工完成后用环氧树脂封闭管头；注浆段上均匀设有若干个注浆孔。

4.根据权利要求1所述的修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构，其特征在于，所述系统锚杆为药卷式或早强砂浆锚杆，系统锚杆第一端通过连接钢筋焊接固定在环向支撑件上，所述连接钢筋为L形HRB400螺纹钢筋，与环向支撑件通过焊接连接固定。

5.根据权利要求1所述的修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的结构，其特征在于，所述纵向支撑沿着环向进行布设，纵向支撑件与环向支撑件进行焊接固定。

6.一种修复大断面软弱围岩隧道初期支护侵限的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.拱脚处打设锁脚注浆锚管，对处治段落纵向方向前后各5m范围内打设锁脚注浆锚管，锁脚锚管沿隧道纵向间距60cm打设，所述锁脚注浆锚管以30～45°外插角穿过二衬及初支打入围岩，锁脚注浆锚管端部通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa；

B.对隧道初期支护侵限区域内的二次衬砌和初期支护进行凿除，对凿除区域内的初期支护拱架全部进行拆除；上部凿除深度至初期支护表面，下部需扩挖至一定深度，从上至下通过圆顺的弧度进行凿除过渡，凿除深度应满足初期支护工字钢安装所需的要求，凿除区域为隧道初期支护侵限的范围，但凿除高度不大于2.5m，切口处应凿毛，上部连接钢板处切口面需保持平整；纵向以二次衬砌破坏区域为中心，沿隧道纵向向此区域两侧分别延伸5m的范围，所述区域范围内的初期支护拱架、初支混凝土以及二次衬砌混凝土部分需拆除和凿除干净，并将浮渣清理干净；

C.将环向支撑件沿着隧道长度方向进行设置，设置间距为原初支拱架间距的一半，但两榀环向支撑拱架的间距不大于60cm，环向支撑件上端部通过连接钢板与隧道开口处原初支混凝土固定连接，连接钢板上开有螺栓孔，与开口处原初期支护混凝土通过螺栓连接固定；环向支撑件下端部通过槽钢与一混凝土台座固定连接，所述槽钢开有螺栓孔，与底部的混凝土台座通过螺栓连接固定；底部的混凝土台座沿着隧道修复范围内纵向连续设置，采用C30现浇混凝土，混凝土台座尺寸为宽度50cm，厚度20cm；

D.打设注浆导管，在隧道开口段内上下两端沿纵向方向前后各5m范围内打设注浆导管，上下两端各打设两根注浆导管，纵向间距同环向支撑的拱架间距，所述注浆导管以5～15°外插角打入围岩，注浆导管端部通过槽形钢焊接固定于环向支撑件上，注浆导管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa，导管注浆完成后用环氧树脂封闭管头；

E.打设系统锚杆，系统锚杆根据围岩选用药卷式或早强砂浆锚杆，系统锚杆通过L形连接钢筋与环向支撑件焊接连接；L形连接钢筋与环向支撑件的工字钢进行焊接连接，系统锚杆的端部与L形连接钢筋进行焊接连接，系统锚杆的纵向间距同环向支撑件的间距，环向间距为50～60cm；

F.相邻两榀环向支撑件之间通过纵向支撑件进行焊接连接，纵向支撑件的环向间距为50～60cm，相邻两榀之间的纵向支撑件保持在同一水平面；

G.在环向支撑件的里侧和外侧铺设双层钢筋网，钢筋网的纵、环向间距均为20cm，钢筋网与环向支撑件之间进行焊接连接，所有环向支撑件、纵向支撑件、双层钢筋网、注浆导管、系统锚杆共同构成初期支护支撑框架；

H.初期支护支撑框架施工完毕后，进行初期支护的混凝土喷射，初支混凝土需进行分层喷射，喷射厚度达到初期支护的厚度要求，待混凝土达到初凝后继续浇筑初支结构与二次衬砌之间的空隙，直至混凝土强度满足设计要求；开始进行二次衬砌的恢复工作，二次衬砌混凝土采用防水混凝土进行浇筑。

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