CN113513337A - 无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构及其施工方法 - Google Patents

无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构及其施工方法，所述方法包括：排险步骤：采用机械结合人工方式进行排险，对裸露围岩初喷第一止浆层；破碎地带临时拱架施工步骤：沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架，于拱形支架背面铺设钢筋网，并对拱形支架及钢筋网喷挂第二止浆层；加固步骤：沿隧道径向间隔配置多个中空注浆锚杆，沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置多个超前小导管；对中空注浆锚杆及超前小导管进行注浆；隧道开挖步骤：注浆8h后，降低围岩等级，掘进施工；二衬施工步骤：当二衬施工至临时拱架前，拆除拱形支架，进行破碎带二衬施工。该方法可应用于无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段施工，其施工过程安全系数高。

Description

无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体地说，是涉及一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构及其施工方法。
背景技术
目前公路隧道在Ⅲ级围岩喷锚暗挖法施工中，初期支护大多采用无拱架支护设计，支护参数较低，掌子面的稳定性全靠围岩的自稳能力，但在隧道施工过程中难免会突遇围岩局部破碎地段，尤其是拱顶破碎地段，检测手段较难发现，开挖后易出现拱顶掉块，甚至坍塌。基于此，隧道开挖后，发现掌子面拱顶围岩较破碎时，应该如何施工才能在保证安全前提下继续掘进，是目前隧道施工中的一大难题。
公开号为CN111997623A的中国专利针对隧道施工过程中，隧道围岩极易发生溜塌掉块或初支变形的情况，公开了一种隧道帷幕注浆施工方法，该方法通过施加止浆墙及超前注浆的方式，在不需过大扰动前方软弱围岩的前提下，在一定程度上确保了施工安全。但该方法在施工过程中需要配合前期支护，同时，其止浆墙与围墙之间通过导管固定，整体结构强度不佳。基于此，针对无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段暂没有较佳的施工方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工方法，采用该方法可应用于无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段施工，其施工过程安全系数高。
本发明的第二目的是提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，该支护结构整体强度高，可用于为无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段提供支护。
基于上述目的，本发明的一个方面，提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工方法，该方法包括：
排险步骤：采用机械结合人工方式进行排险，然后对裸露围岩初喷第一止浆层；
破碎地带临时拱架施工步骤：沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架，相邻两拱形支架之间间隔配置多个连接筋，最内侧一个拱形支架紧贴掌子面，拱形支架腰部搭设锁脚锚杆，于拱形支架背面铺设钢筋网，并对拱形支架及钢筋网喷挂第二止浆层；
加固步骤：沿隧道径向间隔配置多个中空注浆锚杆，沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置多个超前小导管；对中空注浆锚杆及超前小导管进行注浆，确保破碎带凝结成整体；
隧道开挖步骤：注浆8h后，降低围岩等级，采用台阶法掘进；
二衬施工步骤：当二衬施工至临时拱架前，凿除覆盖拱形支架处的第二止浆层，切断拱形支架之间的连接筋，拆除拱形支架，进行破碎带二衬施工。
作为优选，所述第一止浆层及第二止浆层的厚度均不低于4cm。
作为优选，所述拱形支架包括多个弯制的工字钢，各弯制的工字钢首尾连接限定出拱形。
本发明的另一个方面，提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，该结构包括：
第一止浆层，喷挂于隧道围岩上，以暂稳掌子面围岩；
临时支护层，包括沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架，相邻两拱形支架之间配置有连接筋，最内侧一个拱形支架紧贴掌子面，拱形支架腰部搭设锁脚锚杆；
钢筋网层，铺设于第一止浆层与临时支护层之间；
第二止浆层，喷挂于临时支护层和钢筋网层外侧；
中空注浆锚杆，多个中空注浆锚杆沿隧道径向间隔配置；
超前小导管，多个超前小导管沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置。
作为优选，所述第一止浆层及第二止浆层的厚度均不低于4cm。
作为优选，所述钢筋网层包括φ6mm冷轧带肋钢筋。
作为优选，所述锁脚锚杆的规格为φ25×5mm，长度不低于3m。
作为优选，所述中空注浆锚杆为先锚后灌式结构，所述超前小导管长度不低于4m。
作为优选，所述临时支护层包括沿隧道延伸方向间隔设置的三个拱形支架，相邻两拱形支架间隔0.8-1.2m。
作为优选，所述拱形支架包括多个弯制的工字钢，各弯制的工字钢首尾连接限定出拱形。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明可用于无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工过程中，所述方法可在对隧道围岩提供临时支护的前提下继续掘进，既不需过大扰动前方软弱围岩，又可提供安全可靠的施工环境；此外，拱形支架与第一止浆层之间铺设钢筋网，不仅有利于提高支护的整体结构强度，亦可为后续拆除作业提供便利及安全保障，不会影响二衬施工进度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例的无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构示意图之一（钢筋网及第二止浆层未示出）；
图2是本发明实施例中无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构施纵断面图。
其中，100、III级围岩；200、IV级围岩；300、破碎带；400、掌子面；500、二衬；
101、III级围岩表面；
1、第一止浆层；2、拱形支架；3、连接筋；4、超前小导管；5、中空注浆锚杆；
21、锁脚锚杆；22、垫板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工方法，该方法包括：
排险步骤：采用机械结合人工方式进行排险，然后对裸露围岩初喷第一止浆层1；
破碎地带临时拱架施工步骤：沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架2，相邻两拱形支架2之间间隔配置多个连接筋3，最内侧一个拱形支架2紧贴掌子面400，拱形支架2腰部搭设锁脚锚杆21，于拱形支架2背面铺设钢筋网，并对拱形支架2及钢筋网喷挂第二止浆层；
加固步骤：沿隧道径向间隔配置多个中空注浆锚杆5，沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置多个超前小导管4；对中空注浆锚杆5及超前小导管4进行注浆，确保破碎带300凝结成整体；
隧道开挖步骤：注浆8h后，降低围岩等级，采用台阶法掘进；
二衬500施工步骤：当二衬500施工至临时拱架前，凿除覆盖拱形支架2处的第二止浆层，切断拱形支架2之间的连接筋3，拆除拱形支架2，进行破碎带300二衬500施工。
在一种较优的实施方式中，所述第一止浆层1及第二止浆层的厚度均不低于4cm。
在一种较优的实施方式中，所述拱形支架2包括多个弯制的工字钢，各弯制的工字钢首尾连接限定出拱形。
在一种较优的实施方式中，为加快二衬500施工进度，当二衬500施工至临时拱架前，拆除临时拱架。拆除方式为：人工凿除覆盖在I14工字钢上的喷射混凝土，切断连接筋3，拆除拱架，然后进行破碎带300二衬500施工。
在一种较优的实施方式中，注浆浆液采用0.8~1:1水泥浆，注浆压力0.5-1.0Mpa。
一般情况下，在隧道拱顶破碎地段施工时，将围岩等级由原Ⅲ级围岩降低为Ⅳ级围岩，这样，加强初期支护，开挖方式由全断面变为台阶法，及时进行初期支护，确保施工安全。
本发明的另一个方面，提供一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，如图1及图2所示，该结构包括：
第一止浆层1，喷挂于隧道围岩上，以暂稳掌子面400围岩；
临时支护层，包括沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架2，相邻两拱形支架2之间配置有连接筋3，最内侧一个拱形支架2紧贴掌子面400，拱形支架2腰部搭设锁脚锚杆21；
钢筋网层，铺设于第一止浆层1与临时支护层之间；
第二止浆层，喷挂于临时支护层和钢筋网层外侧；
中空注浆锚杆5，多个中空注浆锚杆5沿隧道径向间隔配置；
超前小导管4，多个超前小导管4沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置。
需要说明：公路隧道Ⅲ级围岩一般采用全断面开挖法，循环进尺一次开挖3m左右，当进行掌子面400爆破开挖后，拱顶围岩较破碎时，使用机械结合人工方式进行排险，然后对裸露围岩初喷一层5cm厚喷射混凝土，即喷射第一止浆层1。
在一种较优的实施方式中，所述第一止浆层1及第二止浆层的厚度均不低于4cm。
在一种较优的实施方式中，所述连接筋3沿拱形支架2的周向间隔设置，相邻两连接筋3的周向间距优选为1m。
在一种较优的实施方式中，所述钢筋网层包括φ6mm冷轧带肋钢筋网，钢筋网的优选规格为15×15cm。
在一种较优的实施方式中，所述锁脚锚杆21的规格为φ25×5mm，长度不低于3m。拱腰部位设置锁脚锚杆21，该锁脚锚杆21优选φ25×5mm的中空注浆锚杆5，其长度优选3.5m，进一步优选地，如图1所示，锁脚锚杆21的一端焊接于拱形支架2的腰部。
在一种较优的实施方式中，所述中空注浆锚杆5为先锚后灌式结构，所述超前小导管4长度不低于4m。优选地，沿着开挖轮廓线120度范围设置φ42mm的超前小导管4，小导管优选长度为4m，间距30-50cm，管壁四周钻φ6溢浆孔间距15cm，搭接长度1m，端部安装止浆阀。
在一种较优的实施方式中，所述临时支护层包括沿隧道延伸方向间隔设置的三个拱形支架2，相邻两拱形支架2间隔0.8-1.2m。
在一种较优的实施方式中，所述拱形支架2包括多个弯制的工字钢，各弯制的工字钢首尾连接限定出拱形。优选地，保持围岩相对稳定后，采用I14工字钢弯制临时拱架，拱架与初喷后岩面贴合，间距1.0m，设置3榀，紧贴掌子面400，底部通过垫板22支撑于仰拱岩面上。
综上，本发明可用于无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工过程中，所述方法可在对隧道围岩提供临时支护的前提下继续掘进，既不需过大扰动前方软弱围岩，又可提供安全可靠的施工环境；此外，拱形支架与第一止浆层之间铺设钢筋网，不仅有利于提高支护的整体结构强度，亦可为后续拆除作业提供便利及安全保障，不会影响二衬施工进度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工方法，其特征在于，包括：
排险步骤：采用机械结合人工方式进行排险，然后对裸露围岩初喷第一止浆层；
破碎地带临时拱架施工步骤：沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架，相邻两拱形支架之间间隔配置多个连接筋，最内侧一个拱形支架紧贴掌子面，拱形支架腰部搭设锁脚锚杆，于拱形支架背面铺设钢筋网，并对拱形支架及钢筋网喷挂第二止浆层；
加固步骤：沿隧道径向间隔配置多个中空注浆锚杆，沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置多个超前小导管；对中空注浆锚杆及超前小导管进行注浆，确保破碎带凝结成整体；
隧道开挖步骤：注浆8h后，降低围岩等级，采用台阶法掘进；
二衬施工步骤：当二衬施工至临时拱架前，凿除覆盖拱形支架处的第二止浆层，切断拱形支架之间的连接筋，拆除拱形支架，进行破碎带二衬施工。
2.根据权利要求1所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工方法，其特征在于，所述第一止浆层及第二止浆层的厚度均不低于4cm。
3.根据权利要求1所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段的施工方法，其特征在于，所述拱形支架包括多个弯制的工字钢，各弯制的工字钢首尾连接限定出拱形。
4.一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，其包括：
第一止浆层，喷挂于隧道围岩上，以暂稳掌子面围岩；
临时支护层，包括沿隧道延伸方向间隔设置的多个拱形支架，相邻两拱形支架之间配置有连接筋，最内侧一个拱形支架紧贴掌子面，拱形支架腰部搭设锁脚锚杆；
钢筋网层，铺设于第一止浆层与临时支护层之间；
第二止浆层，喷挂于临时支护层和钢筋网层外侧；
中空注浆锚杆，多个中空注浆锚杆沿隧道径向间隔配置；
超前小导管，多个超前小导管沿隧道开挖轮廓线120°范围内间隔配置。
5.根据权利要求4所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，所述第一止浆层及第二止浆层的厚度均不低于4cm。
6.根据权利要求4所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，所述钢筋网层包括φ6mm冷轧带肋钢筋。
7.根据权利要求4所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，所述锁脚锚杆的规格为φ25×5mm，长度不低于3m。
8.根据权利要求4所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，所述中空注浆锚杆为先锚后灌式结构，所述超前小导管长度不低于4m。
9.根据权利要求4所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，所述临时支护层包括沿隧道延伸方向间隔设置的三个拱形支架，相邻两拱形支架间隔0.8-1.2m。
10.根据权利要求4所述的一种无拱架支护隧道穿越拱顶破碎地段支护结构，其特征在于，所述拱形支架包括多个弯制的工字钢，各弯制的工字钢首尾连接限定出拱形。
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