CN112901185A - 控制高地应力软岩隧道变形的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其包括以下步骤：1)采用三台阶带仰拱法掘进掌子面，并每循环对掌子面以及开挖出来的隧道洞拱部、拱墙喷砼封闭；2)架设初期支护拱架，打设锁脚锚杆，安装钢筋网片，喷射混凝土，完成第一层初期支护施工；3)在第一层初期支护上打设系统锚杆，铺设钢筋网，利用系统锚杆的锚垫板压紧钢筋网以使钢筋网紧贴第一层初期支护，喷射混凝土，完成第二次初期支护施工，随后采用常规工艺进行仰拱填充以及拱墙二次衬砌，即完成施工。本发明通过抗放结合，避免应力集中造成的初期支护剪切破坏，达到初期支护体系均匀受力，减缓变形速率，以及避免拆换拱造成工期、成本的损失和安全事故。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工领域。更具体地说，本发明涉及一种控制高地应力软岩隧道变形的施工方法。
背景技术
目前国内外隧道工程中，所遇到的大变形不良地质问题较多，而大变形问题一直是困扰隧道施工的首要难题，尤其是高地应力围岩大变形给工程施工带来极大的困难。如中义隧道自2016年开年以来，遇高地应力围岩大变形，由于前期认识不到位，导致初支全部侵限，换拱率达100％，部分地段还进行了二次换拱，月平均进度不到20米，以致工期严重滞后，成本巨额亏损。为了解决大变形给隧道施工带来的问题和确保围岩稳定及作业安全，针对大变形工程现象进行了许多实验性的和工程性的研究，并在工程施工过程中采取了许多措施，如通常会在开挖后打设系统锚杆，但随着钻机的扰动和暴露时间的延长，围岩会持续坍塌掉块，存在安全隐患。因此，设计一种适于该地质情况的施工方法，具有很重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其通过抗放结合，避免应力集中造成的初期支护剪切破坏，达到初期支护体系均匀受力，减缓变形速率，避免拆换拱造成工期、成本的损失和安全事故。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其包括以下步骤：
1)采用三台阶带仰拱法掘进掌子面，并每循环对掌子面以及开挖出来的隧道洞拱部、拱墙喷砼封闭；
2)架设初期支护拱架，打设锁脚锚杆，安装钢筋网片，喷射混凝土，完成第一层初期支护施工；
3)在第一层初期支护上打设系统锚杆，铺设钢筋网，利用系统锚杆的锚垫板压紧钢筋网以使钢筋网紧贴第一层初期支护，喷射混凝土，完成第二次初期支护施工，随后采用常规工艺进行仰拱填充以及拱墙二次衬砌，即完成制高地应力软岩隧道变形的施工。
优选的是，步骤1)开挖过程中，采用铣挖法为主，局部爆破为辅的开挖方法，以减少掌子面围岩扰动。
优选的是，步骤3)施工前，检测围岩松弛变形是否将初期支护背后的空隙填满，若围岩松弛变形并已将初期支护背后空隙填满，且累计变形≤1/3-1/2预留变形量时，进行步骤3)施工。
优选的是，步骤1)中，初喷砼的厚度为4-5cm。
优选的是，第一层初期支护拱架为型钢钢架，型钢钢架采用HW175×175型钢，型钢钢架各单元在洞外预制，洞内组装，架设在隧道的拱墙、边墙以及仰拱上形成钢架全环，钢架纵向间距为0.5-0.6m。
优选的是，初期支护拱架与喷砼封闭面紧密接触，空隙处用砼垫块楔紧。
优选的是，初期支护拱架放在牢固的基础上，初期支护拱架的拱脚和边墙角处均设置锁脚锚管，每处锁脚锚管的数量为2-3根，每根长4-5m，第一根锁脚锚管与水平地面的夹角为20-30°，第二根锁脚锚杆位于第一根锁脚锚管的下方，且两根锁脚锚管的夹角为20-30°。
优选的是，步骤2)完成第一层初期支护施工后钻孔埋设监控测量点。
优选的是，所述系统锚杆的长度为4-5m，所述系统锚杆在横断面径向方向的间距为1m，所述系统锚杆在隧道的纵向方向的间距为1m。
优选的是，步骤3)中，拱墙、边墙、仰拱喷射5cm厚C25混凝土。
本发明至少包括以下有益效果：
一、由于围岩的自稳定性差，存在围岩破碎松散的状况，开挖时隧道洞坍塌掉块严重，使得开挖的隧道洞的轮廓不圆顺，开挖成型无法保证，在施做初期支护后，会在初期支护的背后形成空隙，且初支背后的空隙无法通过喷射混凝土彻底填满。本发明通过对隧道洞拱墙进行喷浆封闭，能够减少围岩暴露的时间，并及时进行第一层初期支护施工，第一层初期支护背后围岩在应力作用下不断变形挤压，将第一层初期支护背后空隙填满，并不断挤密，达到自密实后再在第一层初期支护上打设系统锚杆铺设钢筋网，喷射混凝土，按照新奥法原理，形成主动支护体系。
二、打设系统锚杆时，由于钻机的震动而使得掉块的自密实程度进一步的增强，以进一步增强系统锚杆与围岩的接触，增强抗拉拔能力，以起到加固、稳定围岩的作用。
三、本发明通过抗放结合，避免应力集中造成的初期支护剪切破坏，达到初期支护体系均匀受力，减缓变形速率，避免拆换拱造成工期、成本的损失和安全事故。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明为一个实施例中施做系统锚杆的结构示意图。
1、系统锚杆；2、锁脚锚杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例
如图1所示，一种控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其包括以下步骤：
1)采用三台阶带仰拱法掘进掌子面，即上台阶开挖、中台阶开挖、以及下台阶-仰拱开挖，所述下台阶-仰拱开挖包括下台阶开挖与仰拱开挖两部分，下台阶与仰拱作为整体同步开挖，并每循环对掌子面以及开挖出来的隧道洞拱部、拱墙喷砼封闭；
2)在拱部、边墙和仰拱处架设初期支护拱架支护拱墙、边墙和仰拱，并形成闭合的环形支护，打设锁脚锚杆2，安装钢筋网片，喷射混凝土，完成第一层初期支护施工；
3)在第一层初期支护上打设系统锚杆1，铺设钢筋网，利用系统锚杆1的锚垫板压紧钢筋网以使钢筋网紧贴第一层初期支护，喷射混凝土，完成第二次初期支护施工，随后采用常规工艺进行仰拱填充以及拱墙二次衬砌，即完成制高地应力软岩隧道变形的施工。
每循环是完成一次开挖、安装拱架、铺设钢筋网、打设系统锚杆、喷射混凝土等的整个过程，至下一次开挖之前称为一个循。
本实施例中，通过对开挖出来的隧道洞拱部、拱墙喷浆封闭，减少围岩在空气中暴露的时间，完成第一层初期支护施工后再打设系统锚杆1，避免开挖后立即打设系统锚杆1所造成的围岩长时间暴露以及钻机振动围岩会持续坍塌掉块。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，步骤1)开挖过程中，采用铣挖法为主，局部爆破为辅的开挖方法，以减少掌子面围岩扰动。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，步骤3)施工前，检测围岩松弛变形是否将初期支护背后的空隙填满，若围岩松弛变形并已将初期支护背后空隙填满，且累计变形≤1/3-1/2预留变形量时，进行步骤3)施工。让围岩有一定的松弛变形，达到释放地应力、挤密初期支护背后空隙的目的，但又要控制变形量，防止变形过大造成初期支护破坏失效。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，步骤1)中，初喷砼的厚度为4-5cm。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，第一层初期支护拱架为型钢钢架，型钢钢架采用HW175×175型钢，型钢钢架各单元在洞外预制，洞内组装，架设在隧道的拱墙、边墙以及仰拱上形成钢架全环，钢架纵向间距即隧道纵向方向的间距为0.5-0.6m。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，初期支护拱架与喷砼封闭面紧密接触，空隙处用砼垫块楔紧。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，初期支护拱架放在牢固的基础上，初期支护拱架的拱脚和边墙角处均设置锁脚锚管，每处锁脚锚管的数量为2-3根，每根长4-5m，第一根锁脚锚管与水平地面的夹角为20-30°，第二根锁脚锚杆2位于第一根锁脚锚管的下方，且两根锁脚锚管的夹角为20-30°。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，步骤2)完成第一层初期支护施工后钻孔埋设监控测量点。监控量测点在完成第一层初期支护施工后钻孔埋设，量测桩为定制，埋入深度25cm，外露5cm，埋设完成后在外露端头粘贴带十字丝的反光贴；量测内容纵向每个断面拱顶沉降1个点，水平收敛3条测线，量测工具采用全站仪。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，所述系统锚杆1的长度为4-5m，所述系统锚杆1在横断面径向方向的间距为1m，所述系统锚杆1在隧道的纵向方向的间距为1m。
在上述实施例的基础上，在另一个技术方案中，步骤3)中，拱墙、边墙、仰拱喷射5cm厚C25混凝土。
本发明方法在中义隧道施工过程中的应用
中义隧道位于云南省丽江市玉龙纳西族自治县龙蟠乡境内，进口里程DK36+549，出口里程DK51+294，全长14745m。最大埋深约1240m，最小埋深约37m。隧道洞身设置辅助坑道横洞2座，平导1座。中义隧道2#横洞正洞大里程方向掌子面围岩岩性为玄武岩夹凝灰岩，褐灰色夹灰绿。斑块或斑点状碎裂结构，杏仁块状构造，弱风化(W2)～强风化(W3)，Rc＝5～15MPa约占3/4；RC＝15～25MPa约占1/4；受构造影响，岩体节理裂隙呈网格状发育，可见四组，一般发育10～18条，局部大于20条；岩体破碎～较破碎，局部极破碎，构造面光滑，结合差。多夹有软弱层，呈条带及团块状分布；开挖后呈块状及角砾状；块状玄武岩挤压擦痕多见。掌子面潮湿无水。围岩级别为Ⅴ级，围岩自稳性差，拱顶局部存在掉块现象，掌子面存在溜坍现象。因围岩破碎松散，开挖时围岩坍塌掉块严重，开挖轮廓不圆顺，隧道洞开挖成型无法保证，在施做第一层初期支护后，第一层初期支护的背后形成较大的空隙，且空隙无法通过喷射混凝土彻底填满。因此，根据本发明的施工方法，第一层初期支护背后围岩在应力作用下不断开裂掉块，将第一层初期支护背后空隙填满，并不断挤密，从而达到自密实，此时再打设系统锚杆1使其具有较强的抗拉拔力，通过系统锚杆1的锚杆垫片挂设钢筋网以使钢筋网密贴第一层初期支护，进行喷砼封闭完成第二层初期支护的施工，最后及时跟进仰拱填充及拱墙二次衬砌进，采用“强撑”的方式抵抗隧道变形。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用三台阶带仰拱法掘进掌子面，并每循环对掌子面以及开挖出来的隧道洞拱部、拱墙喷砼封闭；
2)架设初期支护拱架，打设锁脚锚杆，安装钢筋网片，喷射混凝土，完成第一层初期支护施工；
3)在第一层初期支护上打设系统锚杆，铺设钢筋网，利用系统锚杆的锚垫板压紧钢筋网以使钢筋网紧贴第一层初期支护，喷射混凝土，完成第二次初期支护施工，随后采用常规工艺进行仰拱填充以及拱墙二次衬砌，即完成制高地应力软岩隧道变形的施工。
2.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，步骤1)开挖过程中，采用铣挖法为主，局部爆破为辅的开挖方法，以减少掌子面围岩扰动。
3.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，步骤3)施工前，检测围岩松弛变形是否将初期支护背后的空隙填满，若围岩松弛变形并已将初期支护背后空隙填满，且累计变形≤1/3-1/2预留变形量时，进行步骤3)施工。
4.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，步骤1)中，初喷砼的厚度为4-5cm。
5.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，第一层初期支护拱架为型钢钢架，型钢钢架采用HW175×175型钢，型钢钢架各单元在洞外预制，洞内组装，架设在隧道的拱墙、边墙以及仰拱上形成钢架全环，钢架纵向间距为0.5-0.6m。
6.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，初期支护拱架与喷砼封闭面紧密接触，空隙处用砼垫块楔紧。
7.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，初期支护拱架放在牢固的基础上，初期支护拱架的拱脚和边墙角处均设置锁脚锚管，每处锁脚锚管的数量为2-3根，每根长4-5m，第一根锁脚锚管与水平地面的夹角为20-30°，第二根锁脚锚杆位于第一根锁脚锚管的下方，且两根锁脚锚管的夹角为20-30°。
8.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，步骤2)完成第一层初期支护施工后钻孔埋设监控测量点。
9.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，所述系统锚杆的长度为4-5m，所述系统锚杆在横断面径向方向的间距为1m，所述系统锚杆在隧道的纵向方向的间距为1m。
10.根据权利要求1所述的控制高地应力软岩隧道变形的施工方法，其特征在于，步骤3)中，拱墙、边墙、仰拱喷射5cm厚C25混凝土。
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