CN112253142B - 一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法 - Google Patents

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CN112253142B CN202011351484.6A CN202011351484A CN112253142B CN 112253142 B CN112253142 B CN 112253142B CN 202011351484 A CN202011351484 A CN 202011351484A CN 112253142 B CN112253142 B CN 112253142B
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Abstract

本发明公开了一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特点是，包括以下步骤：开挖隧道主洞，对隧道主洞进行初衬施工；在联络风道上跨主洞的位置，对隧道主洞二次衬砌；利用隧道主洞应力计和收敛监测点，分别确定联络风道上跨隧道主洞围岩应力变化率和收敛变化率、无上跨联络风道正常隧道主洞围岩应力变化率和收敛变化率，将所述参数利用权重分析法，建立隧道主洞稳定评价指标；采用混凝土柔膜托梁对联络风道上跨主洞位置进行临时支护，安装注浆锚索，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土进行注浆，注浆完毕后，围岩稳定，对隧道主洞进行三次衬砌；适用于深长隧道联络风道近净距上跨主洞的施工，施工三层复合衬砌，能够保证隧道主洞的稳定。

Description

一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法
技术领域
本发明属于地下工程中安全支护技术领域，特别涉及一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法。
背景技术
交通基础设施是发展的基础，铁路、公路隧道建设迅猛发展，深长隧道越来越多，增强了交通路网基础建设，促进了经济快速发展。为保证深长隧道的安全运营，深长隧道设置风井，风井与双向隧道通过联络风道连接，形成深长隧道的通风系统，保证深长隧道的运营安全。目前深长隧道联络风道与主洞采用交叉上跨结构形式，但具有以下缺陷：
(1)风井与隧道的距离较小，造成上跨的联络风道坡度较大，增加了联络通道的施工难度，增加了施工费用；
(2)由于联络通道与主洞距离较近，联络风道上跨施工时，爆破振动荷载、施工荷载、围岩集中应力对主洞衬砌造成损伤，严重威胁着隧道的运营安全；
(3)联络通道在上跨主洞施工时，联络通道掌子面距主洞的不同距离对隧道稳定性产生不同影响，利用某一阶段主洞监测数据分析隧道稳定性具有一定的局限性；
综上所述，现有技术中对于深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述已有技术存在的不足，而提供一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法。
本发明提供的技术方案是：一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
a开挖隧道主洞，在联络风道近净距上跨主洞的位置，对隧道主洞进行超挖，安装隧道拱架，对隧道主洞进行初衬施工；
b在联络风道上跨主洞的位置，对隧道主洞二次衬砌，在二次衬砌钢筋混凝土中预埋注浆管；
c在联络风道上跨主洞位置，隧道主洞布置监测站A1，无上跨联络风道正常隧道主洞布置监测站A2；在隧道主洞两个监测站分别安装围岩应力计，布置收敛监测点，对隧道收敛和围岩应力进行监测，确定隧道围岩应力变化率和收敛变化率；
d基于上述参数，利用权重分析法，建立隧道主洞稳定评价指标，确定隧道主洞临时支护时机；
e采用混凝土柔膜托梁对联络风道上跨主洞位置进行临时支护，增加隧道主洞承载强度；
f利用注浆管进行套孔施打注浆孔，安装注浆锚索，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土进行注浆，封堵隧道联络风道施工扰动产生的裂隙，注浆完毕后，围岩稳定，对隧道主洞进行三次衬砌。
进一步的，a步骤所述对隧道主洞进行超挖，超挖厚度为二次衬砌钢筋混凝土的厚度，超挖范围为隧道主洞，前后距离为隧道主洞洞径的3-5倍。
进一步的，b步骤所述注浆管在二次衬砌混凝土浇筑之前预埋安装完毕，注浆管长度贯穿二次衬砌，注浆管满足注浆锚索施打安装的要求，注浆管间排距以浆液扩散距离为标准，注浆管两排间浆液扩散的搭接不出现“窗口”。
进一步的，c步骤所述联络风道上跨隧道主洞围岩应力变化率为
Figure BDA0002801434380000031
其中，σi为联络风道开挖当前进尺隧道主洞围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000032
σi1、σi2、σi3、σi4、σi5、σi6、σi7和σi8为隧道主洞8个不同深度围岩应力值，σi-1为联络风道开挖前一进尺隧道主洞围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000033
所述联络风道上跨隧道主洞收敛变化率为
Figure BDA0002801434380000034
其中，Δst为联络风道开挖当前进尺隧道主洞收敛面积，且Δst＝sr-st，sr为隧道设计断面的面积，st为联络风道开挖当前进尺隧道面积，Δst-1为联络风道开挖前一进尺隧道收敛面积。
进一步的，c步骤所述无上跨联络风道正常隧道主洞围岩应力变化率为C，
Figure BDA0002801434380000035
σl为隧道主洞开挖当前进尺围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000036
σl1、σl2、σl3、σl4、σl5、σl6、σl7和σl8隧道主洞8个不同深度围岩应力值，σl-1为隧道主洞开挖前一进尺围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000037
无上跨联络风道正常隧道主洞收敛变化率为E，
Figure BDA0002801434380000038
Δsf为隧道主洞开挖当前进尺隧道主洞收敛面积，且Δsf＝sr-sf，sr为隧道设计断面的面积，sf为隧道主洞开挖当前进尺隧道主洞面积，Δsf-1为隧道主洞开挖前一进尺隧道主洞收敛面积。
进一步的，d步骤所述隧道主洞稳定评价指标包括联络风道上跨隧道主洞稳定评价指标和无上跨联络风道正常隧道主洞稳定性评价指标，联络风道上跨隧道主洞稳定评价指标Q1＝BP1+DP2,P1和P2为相关系数，P1+P2＝1，无上跨联络风道正常隧道主洞稳定性评价指标Q2＝CmaxP1’+EmaxP2’,Cmax和Emax为隧道主洞自开挖到稳定阶段隧道主洞围岩应力变化率最大值和收敛变化率最大值，P1’和P2’为相关系数，P1’+P2’＝1。
进一步的，e步骤所述临时支护，是利用混凝土柔膜和托梁对隧道主洞进行临时加固，混凝土柔膜沿隧道主洞纵向设置三列，分别位于隧道主洞的左侧、中间和右侧，当混凝土柔膜强度达到设计强度75％时，安装托梁，将托梁置于混凝土柔膜上，紧贴主洞洞顶。
进一步的，f步骤所述对隧道主洞的二次衬砌混凝土进行注浆，采用二次衬砌钢筋混凝土预埋注浆管，套注浆管施打注浆孔，安装注浆锚杆，注浆锚杆采用树脂锚固剂进行端头锚固，注浆锚杆的长度由隧道主洞与联络通道之间的围岩厚度决定。
进一步的，f步骤所述二次衬砌混凝土强度达到设计强度75％时，安装注浆锚杆止浆塞，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土进行注浆，封堵隧道联络风道施工扰动产生的围岩及二次衬砌混凝土裂隙。
进一步的，f步骤所述隧道主洞围岩的应力、位移和衬砌应力趋于稳定后，隧道主洞施工三次衬砌钢筋混凝土，保证联络风道上跨主洞位置的衬砌与隧道前后衬砌表面一致。
本发明的有益效果：
1、适用于深长隧道联络风道近净距上跨主洞的施工，施工三层复合衬砌，能够保证隧道主洞的稳定；
2、综合采用围岩应力变化率和收敛变化率，利用权重分析法，建立隧道主洞稳定评价指标，确定隧道主洞临时支护时机，确保隧道主洞稳定；
3、在联络风道上跨主洞位置，采用混凝土柔膜托梁临时加固技术，保证联络风道施工过程中隧道主洞和联络风道的安全；
4、利用二次衬砌钢筋混凝土预埋的注浆管，施打注浆孔，安装注浆锚杆(索)，封堵隧道联络风道施工扰动产生的围岩及二次衬砌混凝土裂隙，增强围岩自身强度。
附图说明
图1是本发明联络风道上跨隧道主洞平面图；
图2是本发明联络风道上跨隧道主洞剖面图；
图3是本发明联络风道上跨隧道主洞断面图；
图4是本发明隧道联络风道近净距上跨主洞稳定评价流程图。
图中：1联络风道、2隧道主洞、3隧道主洞初支、4隧道拱架、5隧道主洞二次衬砌、6隧道主洞三次衬砌、7注浆管、8注浆锚杆(索)、9混凝土柔膜、10托梁、11围岩应力计、12隧道收敛监测点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，包括以下步骤：
步骤1：开挖隧道主洞，在联络风道1近净距上跨主洞的位置，对隧道主洞1超挖一定厚度，超挖厚度为二次衬砌钢筋混凝土的厚度，超挖范围为隧道主洞，前后距离为隧道主洞洞径的3-5倍；安装隧道拱架4，对隧道主洞2进行初衬施工，形成隧道主洞初支3；
步骤2：在联络风道1上跨主洞的位置，对施工隧道主洞二次衬砌5，在二次衬砌钢筋混凝土浇筑之前预埋注浆管7，预埋安装完毕，注浆管7长度贯穿二次衬砌，注浆管7满足注浆锚索施打安装的要求，注浆管间排距以浆液扩散距离为标准，注浆管7两排间浆液扩散的搭接不出现“窗口”；预埋注浆管7的直径为40mm，长度500mm，间排距3000mm×3000mm，注浆管7参数可根据联络风道1与隧道主洞2之间的围岩破裂程度进行增加或减小；
步骤3：在联络风道上跨主洞位置，隧道主洞布置监测站A1，无上跨联络风道正常隧道主洞布置监测站A2；在两个隧道主洞2监测站左右边墙分别安装4个不同深度的围岩应力计11，围岩应力计11距隧道主洞2边墙的距离为5m、10m、15m和20m；在隧道底板、两个边墙、两个肩部和拱顶布置隧道收敛监测点12，将6个监测点相连，形成隧道面积，记录隧道主洞各监测点的收敛值；对隧道收敛和围岩应力进行监测，确定隧道围岩应力变化率和收敛变化率；
联络风道上跨隧道主洞围岩应力变化率为
Figure BDA0002801434380000061
σi为联络风道开挖当前进尺隧道主洞围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000062
σi1、σi2、σi3、σi4、σi5、σi6、σi7和σi8隧道主洞8个不同深度围岩应力值，σi-1为联络风道开挖前一进尺隧道主洞围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000063
无上跨联络风道正常隧道主洞围岩应力变化率为
Figure BDA0002801434380000064
σl为隧道主洞开挖当前进尺围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000071
σl1、σl2、σl3、σl4、σl5、σl6、σl7和σl8隧道主洞8个不同深度围岩应力值，σl-1为隧道主洞开挖前一进尺围岩平均应力值，且
Figure BDA0002801434380000072
联络风道上跨隧道主洞收敛变化率
Figure BDA0002801434380000073
Δst为联络风道开挖当前进尺隧道主洞收敛面积，且△st＝sr-st，sr为隧道设计断面的面积，st为联络风道开挖当前进尺隧道面积，Δst-1为联络风道开挖前一进尺隧道收敛面积；
无上跨联络风道正常隧道主洞收敛变化率
Figure BDA0002801434380000074
Δsf为隧道主洞开挖当前进尺隧道主洞收敛面积，且Δsf＝sr-sf，sr为隧道设计断面的面积，sf为隧道主洞开挖当前进尺隧道主洞面积，Δsf-1为隧道主洞开挖前一进尺隧道主洞收敛面积；
步骤4：基于上述参数，利用权重分析法，建立隧道主洞稳定评价指标，确定隧道主洞临时支护时机；
隧道主洞稳定评价指标包括联络风道上跨隧道主洞稳定评价指标和无上跨联络风道正常隧道主洞稳定性评价指标，联络风道上跨隧道主洞稳定评价指标Q1＝BP1+DP2,P1和P2为相关系数，P1+P2＝1，无上跨联络风道正常隧道主洞稳定性评价指标Q2＝CmaxP1’+EmaxP2’,Cmax和Emax为隧道主洞自开挖到稳定阶段隧道主洞围岩应力变化率最大值和收敛变化率最大值，P1’和P2’为相关系数，P1’+P2’＝1；
联络风道施工过程中，当Q1≤Q2时，此时联络风道施工对隧道主洞稳定性无影响，Q1＞Q2时，此时联络风道施工对隧道主洞稳定性产生影响，则联络风道掌子面与隧道主洞之间的距离为影响距离，即为隧道主洞临时支护时机，此刻隧道主洞进行临时支护；
步骤5：采用混凝土柔膜9、托梁10对联络风道上跨主洞位置进行临时支护，增加隧道主洞承载强度；
临时支护，是利用混凝土柔膜和托梁对隧道主洞进行临时加固，混凝土柔膜9沿隧道主洞2纵向设置三列，分别位于隧道主洞的左侧、中间和右侧，当混凝土柔膜9强度达到设计强度75％时，安装托梁，将托梁置于混凝土柔膜上，紧贴主洞洞顶；
步骤6：利用注浆管7进行套孔施打注浆孔，安装注浆锚杆(索)8，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土进行注浆，封堵隧道联络风道施工扰动产生的围岩及二次衬砌混凝土裂隙，注浆完毕后，围岩稳定，进行隧道主洞三次衬砌6；
对隧道主洞的二次衬砌混凝土进行注浆，是利用二次衬砌钢筋混凝土预埋注浆管，套注浆管施打注浆孔，安装注浆锚杆(索)8，注浆锚杆(索)8采用树脂锚固剂进行端头锚固，注浆锚杆(索)8的长度由隧道主洞与联络通道之间的围岩厚度决定；二次衬砌混凝土5强度达到设计强度75％时，安装注浆锚杆(索)8止浆塞，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土5进行注浆，封堵隧道联络风道施工扰动产生的围岩及二次衬砌混凝土裂隙；
注浆过程中，每隔一定时间测量隧道主洞收敛变形量，当隧道收敛量明显增大时，停止注浆，防止浆液对二次衬砌混凝土5产生变形；
所述注浆结束后，监测隧洞围岩的变化，当隧道主洞围岩的应力、位移和衬砌应力趋于稳定后，隧道主洞施工三次衬砌钢筋混凝土6，保证联络风道上跨主洞位置的衬砌与隧道前后衬砌表面一致。
由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其实质或者必要特征的实施方案来实现，因此，就各方面而言，都只是举例说明，不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a开挖隧道主洞，在联络风道近净距上跨主洞的位置，对隧道主洞进行超挖，安装隧道拱架，对隧道主洞进行初衬施工；
b在联络风道上跨主洞的位置，对隧道主洞二次衬砌，在二次衬砌钢筋混凝土中预埋注浆管；
c在联络风道上跨主洞位置，隧道主洞布置监测站A1，无上跨联络风道正常隧道主洞布置监测站A2；在隧道主洞两个监测站分别安装围岩应力计，布置收敛监测点，对隧道收敛和围岩应力进行监测，确定隧道围岩应力变化率和收敛变化率；
d基于上述参数，利用权重分析法，建立隧道主洞稳定评价指标，确定隧道主洞临时支护时机；
e采用混凝土柔膜托梁对联络风道上跨主洞位置进行临时支护，增加隧道主洞承载强度；
f利用注浆管进行套孔施打注浆孔，安装注浆锚索，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土进行注浆，封堵隧道联络风道施工扰动产生的裂隙，注浆完毕后，围岩稳定，对隧道主洞进行三次衬砌。
2.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，a步骤所述对隧道主洞进行超挖，超挖厚度为二次衬砌钢筋混凝土的厚度，超挖范围为隧道主洞，前后距离为隧道主洞洞径的3-5倍。
3.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，b步骤所述注浆管在二次衬砌混凝土浇筑之前预埋安装完毕，注浆管长度贯穿二次衬砌，注浆管满足注浆锚索施打安装的要求，注浆管间排距以浆液扩散距离为标准，注浆管两排间浆液扩散的搭接不出现“窗口”。
4.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，c步骤所述联络风道上跨隧道主洞围岩应力变化率为
Figure FDA0002801434370000021
其中，σi为联络风道开挖当前进尺隧道主洞围岩平均应力值，且
Figure FDA0002801434370000022
σi1、σi2、σi3、σi4、σi5、σi6、σi7和σi8为隧道主洞8个不同深度围岩应力值，σi-1为联络风道开挖前一进尺隧道主洞围岩平均应力值，且
Figure FDA0002801434370000023
所述联络风道上跨隧道主洞收敛变化率为
Figure FDA0002801434370000024
其中，Δst为联络风道开挖当前进尺隧道主洞收敛面积，且Δst＝sr-st，sr为隧道设计断面的面积，st为联络风道开挖当前进尺隧道面积，Δst-1为联络风道开挖前一进尺隧道收敛面积。
5.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，c步骤所述无上跨联络风道正常隧道主洞围岩应力变化率为C，
Figure FDA0002801434370000025
σl为隧道主洞开挖当前进尺围岩平均应力值，且
Figure FDA0002801434370000026
σl1、σl2、σl3、σl4、σl5、σl6、σl7和σl8隧道主洞8个不同深度围岩应力值，σl-1为隧道主洞开挖前一进尺围岩平均应力值，且
Figure FDA0002801434370000027
无上跨联络风道正常隧道主洞收敛变化率为E，
Figure FDA0002801434370000028
Δsf为隧道主洞开挖当前进尺隧道主洞收敛面积，且Δsf＝sr-sf，sr为隧道设计断面的面积，sf为隧道主洞开挖当前进尺隧道主洞面积，Δsf-1为隧道主洞开挖前一进尺隧道主洞收敛面积。
6.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，d步骤所述隧道主洞稳定评价指标包括联络风道上跨隧道主洞稳定评价指标和无上跨联络风道正常隧道主洞稳定性评价指标，联络风道上跨隧道主洞稳定评价指标Q1＝BP1+DP2,P1和P2为相关系数，P1+P2＝1，无上跨联络风道正常隧道主洞稳定性评价指标Q2＝CmaxP1’+EmaxP2’,Cmax和Emax为隧道主洞自开挖到稳定阶段隧道主洞围岩应力变化率最大值和收敛变化率最大值，P1’和P2’为相关系数，P1’+P2’＝1。
7.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，e步骤所述临时支护，是利用混凝土柔膜和托梁对隧道主洞进行临时加固，混凝土柔膜沿隧道主洞纵向设置三列，分别位于隧道主洞的左侧、中间和右侧，当混凝土柔膜强度达到设计强度75％时，安装托梁，将托梁置于混凝土柔膜上，紧贴主洞洞顶。
8.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，f步骤所述对隧道主洞的二次衬砌混凝土进行注浆，采用二次衬砌钢筋混凝土预埋注浆管，套注浆管施打注浆孔，安装注浆锚杆，注浆锚杆采用树脂锚固剂进行端头锚固，注浆锚杆的长度由隧道主洞与联络通道之间的围岩厚度决定。
9.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，f步骤所述二次衬砌混凝土强度达到设计强度75％时，安装注浆锚杆止浆塞，对隧道主洞围岩及二次衬砌混凝土进行注浆，封堵隧道联络风道施工扰动产生的围岩及二次衬砌混凝土裂隙。
10.根据权利要求1所述的一种深长隧道联络风道近净距上跨主洞施工方法，其特征在于，f步骤所述隧道主洞围岩的应力、位移和衬砌应力趋于稳定后，隧道主洞施工三次衬砌钢筋混凝土，保证联络风道上跨主洞位置的衬砌与隧道前后衬砌表面一致。
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