CN112177632B - 一种用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置及方法，它包括预制的混凝土衬砌，所述混凝土衬砌上设置有多个密度不同的孔洞，所述混凝土衬砌和围岩之间填充有碎屑物，所述孔洞的底端采用橡胶塞进行封堵；待围岩发育到一定程度，通过孔洞附近安装的泄压阀来进行碎屑物的泄出；所述混凝土衬砌位于拱顶外部安装的压力传感器用于实时监测压力，在压力较大区域有针对性的锚固有锚杆；通过压力传感器的监测压力稳定后用混凝土将孔洞固结。解决施工过程对围岩扰动大、因围岩发育时间长而造成的施工时间长、施工耗资大、针对性弱等问题，具有扰动小、施工成本低、可行性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道开挖支护方法，主要运用于引水隧洞、巷道开挖、山岭隧道等技术领域。
背景技术
为缩短距离、饮水需要和避免大坡道而横穿山岭设计山岭隧道，目前隧道开挖支护的施工方法有多种，最常采用的方法有盾构法、新奥法和掘进机法。
盾构法断面尺寸多变的区段适应能力差，新型盾构购置费昂贵；新奥法技术要求极高，要求施工技术人员按时及时进行对施工面和施工地段的勘察，施工繁杂；而掘进机法则由于运输、组装、解体等的费用高、初期投资高、不用于短隧道，地质的适应性受到一定限制，综上对于隧道开挖现存在开挖成本高、支护不及时、二衬屈服破坏等亟待解决的问题。针对于此本发明创新性得提出一种用于隧道的直接施加二次衬砌支护的方法，不施加初衬，隧道开挖后直接施加二衬的方法，并在后期有针对性的打锚支护和卸除围岩压力，大大缩短了围岩开挖后施加衬砌是时间，减少对围岩扰动，提高围岩和衬砌的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置及方法，不施加初衬，隧道开挖后直接施加二衬的方法，并在后期有针对性的打锚支护和卸除围岩压力，大大缩短了围岩开挖后施加衬砌的时间，解决施工过程对围岩扰动大、因围岩发育时间长而造成的施工时间长、施工耗资大、针对性弱等问题，具有扰动小、施工成本低、可行性强等优点。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置，它包括预制的混凝土衬砌，所述混凝土衬砌上设置有多个密度不同的孔洞，所述混凝土衬砌和围岩之间填充有碎屑物，所述孔洞的底端采用橡胶塞进行封堵；待围岩发育到一定程度，通过孔洞附近安装的泄压阀来进行碎屑物的泄出；所述混凝土衬砌位于拱顶外部安装的压力传感器用于实时监测压力，在压力较大区域有针对性的锚固有锚杆；通过压力传感器的监测压力稳定后用混凝土将孔洞固结。
所述混凝土衬砌上的孔洞的间距根据前期对围岩的勘测监测的实际情况确定，具体依据应力区域确定，每1Mpa应力区域，孔洞的间距采用5m~8m。
所述碎屑物是在混凝土衬砌和围岩之间利用钻头将应力较大区域部分围岩打成碎屑物而形成。
所述孔洞上安装有单向导液膜，并通过孔洞将水注入碎屑物中，使用橡胶塞来封堵孔洞。
所述孔洞周围布置压力传感器和泄压阀，压力传感器布置于每个孔洞处，泄压阀每隔10-20m安装一个。
所述锚杆是通过预留的孔洞穿过碎屑物之后锚固在围岩上。
所述混凝土实在围岩稳定之后浇筑在孔洞的内部，并对其进行封堵。
所述用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：隧道开挖：根据施工要求，初步开挖出符合工程要求的隧道；
步骤2：预制二衬：预制混凝土衬砌；根据前期对围岩的地质勘测，并在不同区域预留疏密不同的孔洞；
步骤3：安装压力传感器：在预制的混凝土衬砌内侧预留的孔洞附近安装泄压阀和压力传感器；
步骤4：安装二衬和打碎围岩：将预制混凝土衬砌安装完后，利用钻头将预制的混凝土衬砌周围的围岩打成流质的碎屑物；
步骤5：注水：在孔洞外侧安装单向导液膜，通过孔洞将水注入流质的碎屑物中，用橡胶塞将混凝土层的孔洞进行封闭。
步骤6：泄碎屑物：待压力传感器压力达到目标数值打开阀门自动打开，卸掉部分碎屑物；
步骤7：打锚支护：适时观测压力传感器上的数值，待其超过固定数值后，对围岩进行针对性的打锚杆支护；
步骤8：固结碎屑物体：使用混凝土对碎屑物进行固结；
步骤9：封堵孔洞：观测压力传感器的数值变化来确定围岩是否发育成熟，待到围岩发育稳定，使用混凝土层将孔洞进行封闭。
本发明有如下有益效果：
1、首次提出无需设置一衬，直接安装预制混凝土衬砌的方法，隧洞开挖后可直接安装预制混凝土衬砌，大大缩短了围岩发育的时间，避免围岩塑性区的过度发育，提高隧道稳定性，大大地缩短施工期，减小施工成本。
2、在混凝土层上预留疏密不同的孔洞，根据前期对围岩的监测，有针对性的预留孔洞，即降低后期钻孔的成本，又极大的方便后期装卸碎屑物、打锚支护等施工过程的进行，有针对性对隧道进行支护，提高技术得可行性。
3、将预制的混凝土衬砌周围的围岩打成流质碎屑物，使用零成本的多余围岩的流动性和压缩性均化减小衬砌受力，大幅降低经费，保障隧道运行的安全性。
4、在初期用橡胶塞对孔洞进行封堵，保证碎屑物不会从孔洞中泄露而造成的安全问题，保障隧道安全、正常运行。
5、在孔洞内安装单向导液膜并中注水，软化围岩提高围岩的流动性，提高碎屑物均化、减载的可行性，单向导液膜可以防止水从孔洞中流出，防止使用过程中水的溢出，可以避免影响隧道的通车使用。
6、在预制混凝土衬砌内侧预留的孔洞附近安装泄压阀和压力传感器，通过对压力传感器的实时观测，达到某个数值自动卸除部分因围岩发育而被挤压的碎屑物，可以为围岩提供发育空间，同时减小衬砌的受力，延长后期隧道的使用年限。
7、如在某个区域压力传感器的数值达到二次衬砌极限强度80%，对此区域进行打锚支护，这样有针对性强的打锚支护，大幅可以减少对围岩的扰动程度，同时节省施工经费，减小不必要的锚杆费用的作用。
8、待到围岩发育稳定后，通过孔洞浇筑碎屑物浆，对碎屑物和孔洞进行固结，避免碎屑物在后期的流动造成的安全问题，同时可以延长后期隧道的使用年限，并节省施工经费且技术要求较低。
9、可以节省大量施工费用，操作简单，灵活性强，适应多种地形，施工周期短，使用时间长，后期施工步骤简单，对施工人员技术要求较低，减少对围岩的扰动程度，减少围岩的发育时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1预制的混凝土衬砌结构。
图2为本方法的山岭隧道的示意图，此时已在混凝土内侧的空洞附近安装泄压阀和压力传感器。
图3为为本方法的山岭隧道的正面结构示意图。
图4为本方法的步骤示意图，此时已完成打锚支护。
图5为为本方法的步骤示意图，此时已完成孔洞固结。
图6为为本方法的步骤示意图，此时已完成分区固结。
图中：混凝土衬砌1、孔洞2、碎屑物3、单向导液膜4、橡胶塞5、泄压阀6、压力传感器7、锚杆8、围岩9、混凝土10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
实施例1：
参见图1-6，一种用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置，它包括预制的混凝土衬砌1，所述混凝土衬砌1上设置有多个密度不同的孔洞2，所述混凝土衬砌1和围岩9之间填充有碎屑物3，所述孔洞2的底端采用橡胶塞5进行封堵；待围岩发育到一定程度，通过孔洞2附近安装的泄压阀6来进行碎屑物3的泄出；所述混凝土衬砌1位于拱顶外部安装的压力传感器7用于实时监测压力，在压力较大区域有针对性的锚固有锚杆8；通过压力传感器7的监测压力稳定后用混凝土10将孔洞2固结。通过采用上述装置，无需设置一衬，直接安装预制的混凝土衬砌，其目的在于对隧洞进行及时的支护，避免围岩支护不及时而产生大变形，大幅减少塑性区发育。
进一步的，所述混凝土衬砌1上的孔洞2的间距根据前期对围岩9的勘测监测的实际情况确定，具体依据应力区域确定，每1Mpa应力区域，孔洞的间距采用5m~8m。在混凝土层上预留疏密不同得孔洞，其目的在于方便后期有针对性得装卸碎屑物和打锚支护及固结等施工过程的进行。
进一步的，所述碎屑物3是在混凝土衬砌1和围岩9之间利用钻头将应力较大区域部分围岩9打成碎屑物而形成。将围岩打碎为碎屑物，其目的在于直接利用开凿出的围岩碎屑物，作为流质缓冲层，均化、减小围岩施加给衬砌的压力，简化施工步骤，节省成本。
进一步的，所述孔洞2上安装有单向导液膜4，并通过孔洞2将水注入碎屑物3中，使用橡胶塞5来封堵孔洞2。初期用橡胶塞对孔洞进行封堵，其目的防止在围岩发育过程中碎屑物从孔洞中泄露而引发安全问题。安装单向导液膜后，向孔洞中注水，其目的在于软化碎屑物，使碎屑物起到减载均化作用，并使水不溢出，保证隧道运行期间的安全性。
进一步的，所述孔洞2周围布置压力传感器7和泄压阀6，压力传感器7布置于每个孔洞2处，泄压阀6每隔10-20m安装一个。在预制混凝土衬砌内侧预留的孔洞附近安装泄压阀和压力传感器，通过对压力传感器的实时观测，其目的在于：及时泄除压力较大区域因围岩发育而被挤压的碎屑物，提供围岩的发育空间，使破碎围岩继续起到均化减载作用，减小衬砌的受力。安装的压力传感器，其目的在于可通过其来观察围岩的发育情况，并有针对性的打锚支护，减少对围岩的扰动程度，减少塑性区发育，提高围岩稳定性。
进一步的，所述锚杆8是通过预留的孔洞2穿过碎屑物3之后锚固在围岩9上。
进一步的，所述混凝土10实在围岩9稳定之后浇筑在孔洞2的内部，并对其进行封堵。待到围岩发育成熟，通过孔洞浇筑混凝土浆液，对碎屑物和孔洞进行固结，其目的在于延长后期隧道的使用年限，减小隧道使用过程中的不确定事故的发生。
实施例2：
所述用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：隧道开挖：根据施工要求，初步开挖出符合工程要求的隧道；
步骤2：预制二衬：预制混凝土衬砌1；根据前期对围岩9的地质勘测，并在不同区域预留疏密不同的孔洞2；
步骤3：安装压力传感器：在预制的混凝土衬砌1内侧预留的孔洞2附近安装泄压阀6和压力传感器7；
步骤4：安装二衬和打碎围岩：将预制混凝土衬砌1安装完后，利用钻头将预制的混凝土衬砌1周围的围岩9打成流质的碎屑物3；
步骤5：注水：在孔洞2外侧安装单向导液膜4，通过孔洞2将水注入流质的碎屑物3中，用橡胶塞5将混凝土10层的孔洞2进行封闭。
步骤6：泄碎屑物：待压力传感器7压力达到目标数值打开阀门自动打开，卸掉部分碎屑物3；
步骤7：打锚支护：适时观测压力传感器7上的数值，待其超过固定数值后，对围岩9进行针对性的打锚杆8支护；
步骤8：固结碎屑物体：使用混凝土10对碎屑物3进行固结；
步骤9：封堵孔洞：观测压力传感器7的数值变化来确定围岩9是否发育成熟，待到围岩9发育稳定，使用混凝土10层将孔洞2进行封闭。
实施例3：
一种用于隧道的直接施加二次衬砌支护的方法：
步骤1：隧道开挖：初步开挖出符合工程地质要求的山岭隧道；
步骤2：预制二衬：预制预留孔洞的预制混凝土衬砌；根据前期对围岩的地质勘测，针对区域预留不同密度的孔洞，孔洞可根据前期对围岩的地质勘测，在应力大的地方留的空洞多，在应力小的地方留的孔洞少；
步骤3：泄压阀安装：在预制的预制混凝土衬砌内侧预留的每个孔洞附近安装压力传感器，泄压阀每个20cm安装一个；
步骤4：安装二衬和打碎围岩：将碎屑物等具有流动性的物质通过混凝土层预留
的孔洞填充进围岩和混凝土层之间，并在初期用橡胶塞封堵孔洞；
步骤5：安装单向导液膜并注水：在孔洞上安装单向导液膜，并通过孔洞向碎屑
物中注水，再次使用橡胶塞封堵孔洞；
步骤6：打锚支护：压力传感器上设置压力，适时观测压力传感器上的数值达到目标数值，就进行针对性的打锚支护，在发育快的围岩附近多打一些锚杆，而发育慢的区域可少打一些锚杆；
步骤7：注浆固结：观测压力传感器的数值变化来确定围岩是否发育成熟，待到围岩发育稳定，对孔洞进行全部固结。
实施例4：
一种用于隧道的直接施加二次衬砌支护的方法，
步骤1：隧道开挖：初步开挖出符合工程地质要求的山岭隧道；
步骤2：预制二衬：预制预留孔洞的预制混凝土衬砌；根据前期对围岩的地质勘测，针对区域预留不同密度的孔洞，孔洞可根据前期对围岩的地质勘测，在应力大的地方留的空洞多，在应力小的地方留的孔洞少；
步骤3：泄压阀安装：在预制的预制混凝土衬砌内侧预留的每个孔洞附近安装压力传感器，泄压阀每个20cm安装一个；
步骤4：安装二衬和打碎围岩：将碎屑物等具有流动性的物质通过混凝土层预留
的孔洞填充进围岩和混凝土层之间，并在初期用橡胶塞封堵孔洞；
步骤5：安装单向导液膜并注水：在孔洞上安装单向导液膜，并通过孔洞向碎屑
物中注水，再次使用橡胶塞封堵孔洞；
步骤6：打锚支护：压力传感器上设置压力，适时观测压力传感器上的数值达到目标数值，就进行针对性的打锚支护，在发育快的围岩附近多打一些锚杆，而发育慢的区域可少打一些锚杆；
步骤7：注浆固结：观测压力传感器的数值变化来确定围岩是否发育成熟，待到围岩发育稳定，对碎屑物和孔洞进行分区固结。
Claims (6)
1.采用用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的方法，所述用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置包括预制的混凝土衬砌（1），所述混凝土衬砌（1）上设置有多个密度不同的孔洞（2），所述混凝土衬砌（1）和围岩（9）之间填充有碎屑物（3），所述孔洞（2）的底端采用橡胶塞（5）进行封堵；待围岩发育到一定程度，通过孔洞（2）附近安装的泄压阀（6）来进行碎屑物（3）的泄出；所述混凝土衬砌（1）位于拱顶外部安装的压力传感器（7）用于实时监测压力，在压力较大区域有针对性的锚固有锚杆（8）；通过压力传感器（7）的监测压力稳定后用混凝土（10）将孔洞（2）固结；
所述孔洞（2）上安装有单向导液膜（4），并通过孔洞（2）将水注入碎屑物（3）中，使用橡胶塞（5）来封堵孔洞（2）；
其特征在于，所述山岭隧道施工的方法包括以下步骤：
步骤1：隧道开挖：根据施工要求，初步开挖出符合工程要求的隧道；
步骤2：预制二衬：预制混凝土衬砌（1）；根据前期对围岩（9）的地质勘测，并在不同区域预留疏密不同的孔洞（2）；
步骤3：安装压力传感器：在预制的混凝土衬砌（1）内侧预留的孔洞（2）附近安装泄压阀（6）和压力传感器（7）；
步骤4：安装二衬和打碎围岩：将预制混凝土衬砌（1）安装完后，利用钻头将预制的混凝土衬砌（1）周围的围岩（9）打成流质的碎屑物（3）；
步骤5：注水：在孔洞（2）外侧安装单向导液膜（4），通过孔洞（2）将水注入流质的碎屑物（3）中，用橡胶塞（5）将孔洞（2）进行封闭；
步骤6：泄碎屑物：待压力传感器（7）压力达到目标数值泄压阀（6）自动打开，卸掉部分碎屑物（3）；
步骤7：打锚支护：适时观测压力传感器（7）上的数值，待其超过固定数值后，对围岩（9）进行针对性的打锚杆（8）支护；
步骤8：固结碎屑物体：使用混凝土（10）对碎屑物（3）进行固结；
步骤9：封堵孔洞：观测压力传感器（7）的数值变化来确定围岩（9）是否发育成熟，待到围岩（9）发育稳定，使用混凝土（10）将孔洞（2）进行封闭。
2.根据权利要求1所述采用用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的方法，其特征在于：所述混凝土衬砌（1）上的孔洞（2）的间距根据前期对围岩（9）的勘测监测的实际情况确定，具体依据应力区域确定，每1Mpa应力区域，孔洞的间距采用5m~8m。
3.根据权利要求1所述采用用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的方法，其特征在于：所述碎屑物（3）是在混凝土衬砌（1）和围岩（9）之间利用钻头将应力较大区域部分围岩（9）打成碎屑物而形成。
4.根据权利要求1所述采用用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的方法，其特征在于：所述孔洞（2）周围布置压力传感器（7）和泄压阀（6），压力传感器（7）布置于每个孔洞（2）处，泄压阀（6）每隔10-20m安装一个。
5.根据权利要求1所述采用用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的方法，其特征在于：所述锚杆（8）是通过预留的孔洞（2）穿过碎屑物（3）之后锚固在围岩（9）上。
6.根据权利要求1所述采用用于隧道直接施加二次衬砌支护的装置进行山岭隧道施工的方法，其特征在于：所述混凝土（10）是在围岩（9）稳定之后浇筑在孔洞（2）的内部，并对其进行封堵。
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Application publication date: 20210105 Assignee: Hongchuang (Yichang) Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980031470 Denomination of invention: A device and method for directly applying secondary lining support to tunnel Granted publication date: 20220621 License type: Common License Record date: 20230116 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Hongchuang (Yichang) Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980031470 Date of cancellation: 20230721 |
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