CN113153317B - 一种适用于软岩大断面隧道的施工方法及注浆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于软岩大断面隧道的施工方法，开挖中导洞并及时施作临时支护和主洞拱部拱顶轮廓线外超前注浆加固；对中导洞左、右采用二台阶分部平行开挖，并及时施作初期支护、临时支护；进行主洞拱部的开挖并及时施作初期支护；拆除临时支护，进行主洞核心土部的开挖并及时施作初期支护；施作仰拱二次衬砌、仰拱回填混凝土和拱墙二次衬砌。本发明通过主洞拱顶上部超前注浆加固，形成拱形超前加固体系；隧道墙脚小导管注浆，有效提高地层承载能力，其与初期支护形成了围岩加固圈，有效避免了软岩打大断面隧道开挖过程中频繁发生的拱顶下沉、围岩收敛等隧道塌方问题，五道工序衔接合理，有效提升了施工效率和施工进度。

Description

一种适用于软岩大断面隧道的施工方法及注浆装置
技术领域
本发明涉及隧道修建工程领域，尤其涉及一种适用于软岩大断面隧道的施工方法及注浆装置。
背景技术
软岩大断面隧道施工过程中的围岩大变形破坏是隧道工程中的一大难题，目前，软岩大断面隧道的施工方法主要有：CRD法、双侧壁导坑法和三台阶法，在工程实践种，这三种开挖方法虽然取得了一些成功的工程案例，但在工程实践中，存在临时支护多、施工操作不便、施工进度低的问题，同时，频繁发生的拱顶下沉、围岩收敛等隧道塌方问题也证明其未能很好解决软岩大断面隧道围岩大变形问题，急需开发一种新的软岩大断面隧道施工方法，保证施工安全，提高工作效率，节约建设成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于软岩大断面隧道的施工方法，解决传统开挖方法导致拱顶下沉、围岩收敛，且存在临时支护多、施工进度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种适用于软岩大断面隧道的施工方法，包括以下步骤：
S1：开挖中导洞并及时施作临时支护和主洞拱部拱顶轮廓线外超前注浆加固；
S2：对所述中导洞左、右采用二台阶分部平行开挖，并及时施作初期支护、临时支护；
S3：进行所述主洞拱部的开挖并及时施作初期支护；
S4：拆除临时支护，进行主洞核心土部的开挖并及时施作仰拱初期支护；
S5：施作仰拱二次衬砌、仰拱回填混凝土和拱墙二次衬砌。
进一步的，所述主洞拱部拱顶轮廓线外超前注浆加固中的注浆装置设置于所述中导洞洞顶120度的范围内，相邻两个所述注浆装置的环向间距为0.2m，纵向间距为0.5m。
进一步的，所述步骤S2中，首先，同时进行主洞左侧上半部分和主洞右侧上半部分的开挖，并及时施作初期支护、临时支护；
然后，同时进行主洞左侧下半部分和主洞右侧下半部分的开挖，并及时施作墙脚注浆、施作初期支护、临时支护。
进一步的，所述主洞左侧下半部分和主洞右侧下半部分的墙脚注浆方式为注浆小导管注浆，所述注浆小导管的材质为无缝钢管，外径为42mm，长度为4m，相邻两个所述注浆小导管的环向间距为0.3m。
进一步的，所述临时支护包括临时型钢钢架、临时型钢横撑和喷射混凝土。
进一步的，所述初期支护包括中空注浆锚杆、钢筋网、型钢钢架和喷射混凝土。
一种适用于软岩大断面隧道的注浆装置，包括注浆段和导浆段，所述注浆段的外圆壁上设置有多个注浆孔眼；
所述导浆段中设置有注浆软管，所述注浆软管的前端延伸至所述注浆段中，所述注浆软管的前部设置有止浆件，所述止浆件位于所述注浆段和导浆段的连接处。
进一步的，所述注浆段的材质为无缝钢管，长度为4.5m，外径为42mm，壁厚为3.5mm，所述注浆孔眼的直径为10mm；
所述导浆段包括多根可拆卸拼接在一起的无缝钢管，所述导浆段的外径为42mm，壁厚为3.5mm，
进一步的，所述止浆件的材质为钢材，通过外螺纹连接所述注浆段和导浆段。
进一步的，所述注浆软管材质为橡胶，外径为12mm，壁厚为4mm，所述注浆软管承受的注浆压力为1.0～1.5MPa。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)本发明先行施工中导洞并及时施作主洞拱顶上部超前注浆加固，形成拱形超前加固体系，控制拱顶围岩变形，确保施工安全的作用，同时，中导洞的施工可以探明前方地质状况，起到超前地质预报的作用。
(2)本发明在软弱地层中通过隧道墙脚小导管注浆，有效提高地层承载能力，其与初期支护形成了围岩加固圈，可效降低围岩变形。
(3)本发明设计的注浆装置各部分采用分体式连接，导浆段拆卸后可多次重复使用，有效的降低了施工成本。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明施工工艺流程图；
图2为本发明施工结构示意图；
图3为本发明步骤S1的施工示意图；
图4为本发明步骤S2中主洞侧上半部分施工示意图；
图5为本发明步骤S2中主洞侧下半部分施工示意图；
图6为本发明步骤S3的施工示意图；
图7为本发明步骤S4的施工示意图；
图8为本发明步骤S5的施工示意图；
图9为本发明注浆装置结构示意图。
附图标记说明：
1-中导洞，1a-中导洞临时支护，21-主洞左侧上半部分，21a-主洞左侧上半部分临时支护，22-主洞右侧上半部分，22a-主洞右侧上半部分临时支护，31-主洞左侧下半部分，31a-主洞左侧下半部分临时支护，32-主洞右侧下半部分，32a-主洞右侧下半部分临时支护，4-主洞拱部，5-主洞核心土部，6-注浆装置，61-注浆段，62-注浆孔眼，63-注浆软管，64-止浆件，65-导浆段，71-主洞左侧墙脚注浆管，72-主洞右侧墙脚注浆管，81-主洞左侧上半部分砂浆锚杆，82-主洞右侧上半部分砂浆锚杆，83-主洞左侧下半部分砂浆锚杆，84-主洞右侧下半部分砂浆锚杆，85-主洞拱部砂浆锚杆，91-主洞左侧上半部分初期支护，92-主洞右侧上半部分初期支护，93-主洞左侧下半部分初期支护，94-主洞右侧下半部分初期支护，95-主洞拱部初期支护，96-仰拱初期支护，10-仰拱二次衬砌，11-仰拱回填混凝土，12-拱墙二次衬砌。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1和2所示，本施工方案将隧道分为中导洞1、左右两部、主洞拱部4和主洞核心土部5五个部分分别开挖，其中，左右两部又包括主洞左侧上半部分21、主洞右侧上半部分22、主洞左侧下半部分31和主洞右侧下半部分32。施工过程中坚持“短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的原则，保证整个施工过程安全可靠运行。
本施工方法包括以下步骤：
S1：开挖中导洞1并及时施作临时支护和主洞拱部4拱顶轮廓线外超前注浆加固。
如图3所示，中导洞1的开挖尺寸控制在5m×5m左右，中导洞1开挖完成后立即对洞壁初喷混凝土并进行掌子面封闭，架立临时钢架及横撑，并喷射混凝土闭合成环，进而形成中导洞临时支护1a。采用注浆装置6施作主洞拱顶上部超前注浆加固，即主洞拱部4拱顶轮廓线外超前注浆加固。主洞拱部4拱顶轮廓线外超前注浆加固中的注浆装置6设置于中导洞1洞顶120度的范围内，相邻两个注浆装置6的环向间距为0.2m，纵向间距为0.5m。
需要说明的是，中导洞1拱顶轮廓线至主洞拱部4拱顶轮廓线为注浆装置6的导浆段，主洞拱部4轮廓线外侧为注浆装置6的注浆段，对主洞拱部4轮廓线外超前注浆，形成拱形超前加固体系，增加施工安全；主洞拱部4非超前注浆，便于后期对主洞拱部4注浆装置的拆除与开挖。
S2：对中导洞1左、右采用二台阶分部平行开挖，开挖完成后立即对洞壁初喷混凝土并进行掌子面封闭，并及时施作初期支护、临时支护。
如图4所示，首先，同时进行主洞左侧上半部分21和主洞右侧上半部分22的开挖，并及时施作初期支护、临时支护。具体来说，对左、右上半部分的洞顶施作临时型钢钢架、临时型钢横撑和喷射混凝土，形成主洞左侧上半部分临时支护21a和主洞右侧上半部分临时支护22a。对左、右上半部分的弧形洞壁施作中空注浆锚杆、钢筋网、型钢钢架和喷射混凝土，形成主洞左侧上半部分初期支护91和主洞右侧上半部分初期支护92。
如图5所示，然后，同时进行主洞左侧下半部分31和主洞右侧下半部分32的开挖，并及时施作墙脚注浆、施作初期支护、临时支护。具体来说，对左、右下半部分的弧形洞壁施作中空注浆锚杆、钢筋网、型钢钢架和喷射混凝土，形成主洞左侧下半部分初期支护93和主洞右侧下半部分初期支护94。对左、右下半部分的立墙施作临时型钢钢架、临时型钢横撑和喷射混凝土，形成主洞左侧下半部分临时支护31a和主洞右侧下半部分临时支护32a。对左、右下半部分的墙角施作墙脚注浆，墙脚注浆为上部结构提供稳定基础，墙脚注浆方式为注浆小导管注浆，主洞左侧墙脚注浆管71和主洞右侧墙脚注浆管72的材质为无缝钢管，外径为42mm，长度为4m，相邻两个注浆小导管的环向间距为0.3m。
S3：进行主洞拱部4的开挖，开挖后立即对洞壁初喷混凝土并进行掌子面封闭并及时施作初期支护。
如图6所示，开挖时拆卸注浆装置6，开挖后立即对洞壁初喷混凝土并进行掌子面封闭，施作中空注浆锚杆、钢筋网、型钢钢架和喷射混凝土，形成主洞拱部初期支护95。
S4：拆除前期的临时支护，进行主洞核心土部5的开挖并及时施作仰拱初期支护。
如图7所示，由上至下拆除主洞左侧上半部分临时支护21a、主洞右侧上半部分临时支护22a、中导洞临时支护1a、主洞左侧下半部分临时支护31a和主洞右侧下半部分临时支护32a，临时支护拆除后立即开挖核心土，及时施作钢筋网、型钢钢架和喷射混凝土，形成仰拱初期支护96，需要说明的是，仰拱初期支护96施作时不需要中空注浆锚杆。
S5：如图8所示，施作仰拱二次衬砌10、仰拱回填混凝土11和拱墙二次衬砌12。
本施工方案通过主洞拱顶上部超前注浆加固，形成拱形超前加固体系，隧道墙脚小导管注浆，有效提高地层承载能力，其与初期支护形成了围岩加固圈，有效避免了软岩打大断面隧道开挖过程中频繁发生的拱顶下沉、围岩收敛等隧道塌方问题。五道工序衔接合理，有效提升了施工效率，提高了软岩大断面隧道的施工进度。
如图9所示，本实施例中还公开了一种适用于软岩大断面隧道的注浆装置，包括注浆段61和导浆段65，注浆段61的外圆壁上设置有多个注浆孔眼62；导浆段65中设置有注浆软管63，注浆软管63的前端延伸至注浆段61中，注浆软管63的前部设置有止浆件64，止浆件64位于注浆段61和导浆段65的连接处并与二者拆卸连接。
具体来说，注浆段61的材质为无缝钢管，长度为4.5m，外径为42mm，壁厚为3.5mm，注浆孔眼62的直径为10mm。导浆段65的材质为无缝钢管，分段可拆卸，各段之间通过螺纹连接在一起。导浆段65的外径为42mm，壁厚为3.5mm。止浆件64的作用是阻止注浆段61的浆液进入导浆段65，止浆件64的材质为钢材，通过外螺纹连接注浆段61和导浆段65。注浆软管63材质为橡胶，外径为12mm，壁厚为4mm，注浆软管63承受的注浆压力为1.0～1.5MPa。
注浆装置6的使用方法为：导浆段65位于中导洞1拱顶轮廓线至主洞拱部4拱顶轮廓线之间，注浆段61位于主洞拱部4轮廓线的外侧，在步骤S3中进行主洞拱部4开挖时，从止浆件64处将导浆段65从注浆段61上拆卸，截断注浆段61的外漏部分，其余部分留在岩体中。而拆卸下来的导浆段65可重复使用。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：开挖中导洞(1)并及时施作临时支护和主洞拱部(4)拱顶轮廓线外超前注浆加固；
S2：对所述中导洞(1)左、右采用二台阶分部平行开挖，并及时施作初期支护、临时支护；
S3：进行所述主洞拱部(4)的开挖并及时施作初期支护；
S4：拆除临时支护，进行主洞核心土部(5)的开挖并及时施作仰拱初期支护；
S5：施作仰拱二次衬砌(10)、仰拱回填混凝土(11)和拱墙二次衬砌(12)；
还包括一种适用于软岩大断面隧道的注浆装置，其特征在于：包括注浆段(61)和导浆段(65)，所述注浆段(61)的外圆壁上设置有多个注浆孔眼(62)；
所述导浆段(65)中设置有注浆软管(63)，所述注浆软管(63)的前端延伸至所述注浆段(61)中，所述注浆软管(63)的前部设置有止浆件(64)，所述止浆件(64)位于所述注浆段(61)和导浆段(65)的连接处。
2.根据权利要求1所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述主洞拱部(4)拱顶轮廓线外超前注浆加固中的注浆装置(6)设置于所述中导洞(1)洞顶120度的范围内，相邻两个所述注浆装置(6)的环向间距为0.2m，纵向间距为0.5m。
3.根据权利要求1所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，首先，同时进行主洞左侧上半部分(21)和主洞右侧上半部分(22)的开挖，并及时施作初期支护、临时支护；
然后，同时进行主洞左侧下半部分(31)和主洞右侧下半部分(32)的开挖，并及时施作墙脚注浆、施作初期支护、临时支护。
4.根据权利要求3所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述主洞左侧下半部分(31)和主洞右侧下半部分(32)的墙脚注浆方式为注浆小导管注浆，所述注浆小导管的材质为无缝钢管，外径为42mm，长度为4m，相邻两个所述注浆小导管的环向间距为0.3m。
5.根据权利要求3所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述临时支护包括临时型钢钢架、临时型钢横撑和喷射混凝土。
6.根据权利要求3所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述初期支护包括中空注浆锚杆、钢筋网、型钢钢架和喷射混凝土。
7.根据权利要求1所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述注浆段(61)的材质为无缝钢管，长度为4.5m，外径为42mm，壁厚为3.5mm，所述注浆孔眼(62)的直径为10mm；
所述导浆段(65)包括多根可拆卸拼接在一起的无缝钢管，所述导浆段(65)的外径为42mm，壁厚为3.5mm。
8.根据权利要求1所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述止浆件(64)的材质为钢材，通过外螺纹连接所述注浆段(61)和导浆段(65)。
9.根据权利要求1所述的适用于软岩大断面隧道的施工方法，其特征在于：所述注浆软管(63)材质为橡胶，外径为12mm，壁厚为4mm，所述注浆软管(63)承受的注浆压力为1.0～1.5MPa。
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