CN113622978B - 一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，偏压隧洞包括明洞和暗洞，该施工工艺包括：在暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔；向锚固孔中放入刚性锚固件，刚性锚固件与锚固孔的孔壁之间存在间隙；向锚固孔填入填充料，直至填满锚固孔，填充料凝固后可与刚性锚固件结合形成隧洞支护，以支护隧洞。本发明可解决偏压隧洞洞身段、侧边墙深层支护问题，并解决因爆破作业震动而损坏支护措施导致的支护措施失效，进而引发隧洞边墙变形及塌方等工程领域中常见问题。

Description

一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，特别涉及一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺。

背景技术

在水利水电工程施工过程中，时常需要在山体中建造隧洞。由于地质构造及进出洞口自然地形不对称等原因，隧洞常会出现偏压情况，此时隧洞的结构受力复杂，为了保证地下结构施工及周边环境的安全，需采用支护措施保证隧洞的稳定。

目前常见的隧洞建造方法有暗挖法、明挖法及半明半暗法。其中，采用半明半暗法开设偏压隧洞时，进洞时常见的支护措施为在套拱上增设管棚，并在应力集中的边墙设置锚杆或小导管。以上这些支护措施只能实现浅层支护，在隧洞开挖过程中，边坡可能会因为坡脚开挖而发生结构变形，进而出现塌方现象。此外，在隧洞进洞开挖采用爆破作业后，爆破作业产生的震动可能会损坏支护措施，导致支护措施失效，进而引发隧洞洞身全断面变形，乃至引发隧洞大面积塌方。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，旨在解决当前隧洞施工支护不到位，易引发塌方的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，所述偏压隧洞包括明洞和暗洞，该施工工艺包括：

在所述暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔；

向所述锚固孔中放入刚性锚固件，所述刚性锚固件与所述锚固孔的孔壁之间存在间隙；

向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔，所述填充料凝固后可与所述刚性锚固件结合形成隧洞支护，以支护隧洞。

可选地，在所述暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔之前，所述工艺还包括：

探测所述暗洞的洞壁侧的地质条件；

根据所述地质条件确定锚固孔的造孔区域、造孔深度、造孔数量及造孔密度。

可选地，在所述暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔，包括：

自所述暗洞的洞壁起，向斜下方开设锚固孔。

可选地，所述锚固孔的轴线与水平面的夹角不小于2°，且不大于8°；和/或所述锚固孔的深度不小于8米，且不大于15米。

可选地，所述刚性锚固件包括锚筋束；

向所述锚固孔中放入刚性锚固件，包括：

自所述锚固孔的孔口插入所述锚筋束，并校准所述锚筋束的位置，以使所述锚筋束与所述锚固孔的轴线基本保持同轴。

可选地，校准所述锚筋束的位置，包括：

沿所述锚筋束的长度方向，在所述锚筋束间隔设置多个对中支架；所述对中支架包括多个抵接臂，所述多个抵接臂环设于所述锚筋束的周侧，所述多个抵接臂可与所述锚固孔的孔壁相抵接，以使所述锚筋束与所述锚固孔的轴线基本保持同轴。

可选地，所述锚筋束的长度与所述锚固孔的深度的比值不小于0.7且不大于0.9。

可选地，向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔，包括：

在锚固孔的孔口处设置孔塞，所述孔塞上设有第一避位孔，

通过所述第一避位孔向所述锚固孔插入注浆管，直至注浆管的插入深度与所述锚固孔的孔深满足预设条件；

通过所述注浆管向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔。

可选地，所述孔塞上还设有第二避位孔；

在通过所述注浆管向所述锚固孔填入填充料之前，向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔，还包括：

通过所述第二避位孔向所述锚固孔插入回浆管，所述回浆管的插入深度不小于0.6米，不大于1.5米。

可选地，所述填充料为水泥砂浆，所述水泥砂浆通过水、水泥、砂以1∶2.5∶4.8～1∶3.0∶5.5的质量配比混合而成。

本申请技术方案的施工工艺，通过在暗洞的洞壁开始锚固孔，再于锚固孔中设置刚性锚固件和填充料，该填充料在凝固后可与刚性锚固件结合形成隧洞知乎，如此，即可在隧洞的暗洞侧的地质深处埋入隧洞支护，进而可增强山体的内部结构强度，以极大地降底隧洞进洞过程中出现塌方的概率。可见，本申请技术方案的施工工艺具有降低隧洞塌方概率，提高隧洞进洞安全性的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的一实施例的流程示意图；

图2为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的另一实施例的流程示意图；

图3为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的再一实施例的结构示意图；

图4为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的又一实施例的流程示意图；

图5为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的一实施例的向锚固孔填入填充料的流程示意图；

图6为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的另一实施例的向锚固孔填入填充料的流程示意图；

图7为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的隧洞的结构示意图；

图8为本发明一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺的锚固孔及锚固件的示意图；

图9为图8中锚固件的横截面的示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	半明半暗偏压隧洞	11	明洞部分
12	暗洞部分	2	锚固孔
				3	锚固件	31	锚筋束
32	对中支架	4	注浆管
				5	回浆管	6	孔塞
7	地面线	8	隧洞中心线

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，其基于半明半暗进洞法进行隧洞施工。如图7所示，由于采用半明半暗进洞法，因此在隧洞施工时，以隧洞中心线8将隧洞分为明洞部分11和暗洞部分12。

基于该半明半暗进洞法，如图1所示，在一实施例中，本发明的半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，包括以下步骤：

S10、在暗洞12的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔2。

具体地，暗洞12是指采用暗挖法的洞体，该暗洞12的洞壁具体是指暗洞12侧除地面外的墙壁，在本实施例中，该洞壁具体为暗洞12的侧壁，当然，于其他实施例中，也可包括暗洞12的顶壁。

该预设的进洞要求则是用以限定锚固孔2的开设方式、开设数量、开设深度、开设区域、开设孔径、开设密度、开设方向等条件的要求，其可以根据具体施工环境及施工要求而做适应性的调整，本申请对此不作具体限定。

示例性的，在实际施工过程中，可在潜孔钻机上采用适当直径的钻头(如)，以在暗洞12的侧壁上开设符合开孔要求的锚固孔2。

S20、向锚固孔2中放入刚性锚固件3，刚性锚固件3与锚固孔2的孔壁之间存在间隙。

具体地，刚性锚固件3是指该锚固件3满足一定程度的刚性，在外力作用下不易发生形变。

刚性锚固件3与锚固孔2的孔壁之间存在间隙是指，当刚性锚固件3放入锚固孔2后，该刚性锚固件3与锚固孔2的孔壁之间有部分接触。

示例性的，在实际施工过程中，采用人工配合挖掘机将刚性锚固件3将入锚固孔2中，在此过程中，若因空间限制，导致挖掘机及人工作业受限，可使用底部封堵的钢管作为中间件，以抵推刚性锚固件3移动，直至到达锚固孔2底部；刚性锚固件3与锚固孔2的孔壁之间留有间隙，便于后续的灌注作业。

S30、向锚固孔2填入填充料，直至填满锚固孔2，填充料凝固后可与刚性锚固件3结合形成隧洞支护，以支护隧洞。

具体地，该填充料为可塑性浆体，具有可加工性。随着时间的推移，该浆体会逐渐凝结和硬化。

示例性的，在实际施工过程中，通过砂浆泵及灌浆管将填充料填入锚固孔2中，直至填满锚固孔2，等待填充料凝固，填充料凝固后可与刚性锚固件3结合形成隧洞支护，增大隧洞洞壁的结构强度，进而提高隧洞的安全稳定性。

可以理解，本申请技术方案的施工工艺，通过在暗洞的洞壁开始锚固孔，再于锚固孔中设置刚性锚固件和填充料，该填充料在凝固后可与刚性锚固件结合形成隧洞知乎，如此，即可在隧洞的暗洞侧的地质深处埋入隧洞支护，进而可增强山体的内部结构强度，以极大地降底隧洞进洞过程中出现塌方的概率。可见，本申请技术方案的施工工艺具有降低隧洞塌方概率，提高隧洞进洞安全性的优点。

在一实施例中，在暗洞12的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔2之前，该施工工艺还包括：

S101、探测暗洞12的洞壁侧的地质条件；

S102、根据地质条件确定锚固孔2的造孔区域、造孔深度、造孔数量及造孔密度。

结合图2所示，地质条件是指岩土的类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件及地表地质作用。地质条件的探测可根据实际施工环境及施工要求而做适应性的调整，本申请对此不作具体限定。

在本实施例中，在钻设锚固孔2之前，对暗洞12的洞壁侧的地质条件进行探测，得到岩土的类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件、地表地质作用等的相关数据，根据地质条件确定锚固孔2的造孔区域、造孔深度、造孔数量及造孔密度，然后才可进行锚固孔2的钻设作业。

在一实施例中在暗洞12的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔2，包括：

S111、自暗洞12的洞壁起，向斜下方开设锚固孔2。

具体地，在本实施例中，自暗洞12的洞壁向斜下方设置的锚固孔2可以在保证支护强度的条件下，提高填充料填入作业的效率。

进一步地，锚固孔2的轴线与水平面的夹角不小于2°且不大于8°；和/或锚固孔2的深度不小于8米且不大于15米。

在一实施例中，锚固孔2的轴线与水平面之间的夹角不小于2°且不大于8°，可在保证支护强度的条件下，提高填充料填入作业的效率，可根据具体的地质条件在此范围内选取合适的角度。优选地，在本实施例中，锚固孔2的轴线与水平面的夹角不小于3°且不大于5°；

锚固孔2的深度不小于8米且不大于15米，此处的深度为锚固孔2的孔口至锚固孔2孔底的距离，过小会导致支护的深度不够，过大则会增大施工成本，可根据具体的地质条件在此范围内选取合适的锚固孔2深度。优选地，在本实施例中，锚固孔2的深度不小于10米且不大于12米。

在一实施例中，刚性锚固件3包括锚筋束31；

具体地，刚性锚固件3包括锚筋束31，锚筋束31由多根环绕同一中轴线设置的钢筋组成，在本实施例中，将3根C25钢筋环绕同一中轴线设置，每隔1米采用电弧焊焊接，焊接长度为25厘米，进而加工制成锚筋束31。在其他实施例中，可根据施工环境选择不同数量的不同直径的钢筋，环绕同一中轴线设置后，采用焊接的方式相互固定，进而加工制成锚筋束31。

向锚固孔2中放入刚性锚固件3，包括：

S211、自锚固孔2的孔口插入锚筋束31，并校准锚筋束31的位置，以使锚筋束31与锚固孔2的轴线基本保持同轴。

具体地，基本保持同轴是指，在锚筋束31的插入过程中，锚筋束31的中轴线与锚固孔2的中轴线重合或呈较小的夹角。

结合图3所示，在实际施工过程中，将加工制成的锚筋束31自锚固孔2孔口处插入，校准锚筋束31的位置，使得锚筋束31的中轴线与锚固孔2的轴线基本保持同轴，即在插入过程中维持锚筋束31处于锚固孔2的中部，保证整体结构的强度，而且可避免因钢筋的底部与锚固孔2的侧壁抵接而使施工人员产生误判，导致锚筋束31插入不到位，影响结构强度。

在一实施例中，校准锚筋束31的位置，包括：

S221、沿锚筋束31的长度方向，在锚筋束31间隔设置多个对中支架32；

对中支架32包括多个抵接臂，多个抵接臂环设于锚筋束31的周侧，多个抵接臂可与锚固孔2的孔壁相抵接，以使锚筋束31与锚固孔2的轴线基本保持同轴。

结合图4所示，在本实施例中，沿锚筋束31的长度方向，在锚筋束31间隔设置多个对中支架32。对中支架32包括多个抵接臂，多个抵接臂环设于锚筋束31的周侧，以抵接于锚固孔2的孔壁，使得锚筋束31与锚固孔2的轴线基本保持同轴。而且，在后续填充料凝固后，增加锚筋束31与固态填充料之间的阻力，增强支护强度。

结合图8和图9所示，示例性的，对中支架32采用钢筋加工制成，相邻两对中支架32之间的间距为1.5米，多个对中支架32均焊接至锚筋束31上。在其他实施例中，可根据当前施工环境的地质条件，选择合适的钢筋直径，在将对中支架32焊接至锚筋束31上时，适当调整相邻两对中支架32之间的间距。

进一步地，锚筋束31的长度与锚固孔2的深度的比值不小于0.7且不大于0.9。

在一实施例中，锚筋束31的长度与锚固孔2的深度的比值不小于0.7且不大于0.9，过小会导致锚筋束31的长度不足，进而影响支护强度，过大会增加施工成本。优选地，在本实施例中，锚筋束31的长度与锚筋束31的深度的比值为不小于0.75且不大于0.9。

在一实施例中，向锚固孔2填入填充料，直至填满锚固孔2，包括：

S321、在锚固孔2的孔口处设置孔塞6，孔塞6上设有第一避位孔；

S322、通过第一避位孔向锚固孔2插入注浆管4，直至注浆管4的插入深度与锚固孔2的孔深满足预设条件；

S323、通过注浆管4向锚固孔2填入填充料，直至填满锚固孔2。

结合图5和图8所示，在本实施例中，在锚固孔2的孔口处设置由棉纱及砂浆制成的孔塞6以封闭锚固孔2，防止填充料从锚固孔2的孔口处漏出。选用棉纱及砂浆制成孔塞6是因为这两种材料在本实施例的施工环境中易于获得，可降低成本，砂浆填充在棉纱的缝隙之间，待砂浆凝固即可成型。在其他实施例中，可根据当前的施工环境选择合适的材料制成孔塞6以封闭锚固孔2。

孔塞6上设有第一避位孔，自第一避位孔向锚固孔2插入注浆管4，直至注浆管4的插入深度与锚固孔2的孔深满足预设条件，在本实施例中，注浆管4的底部与锚筋孔孔底之间的距离不小于0.5米且不大于1米，以保证填入填充料时的填充效果。

将砂浆泵和灌浆管与注浆管4连接，通过砂浆泵将填充料通过灌浆管和注浆管4泵入锚固孔2内，直至填满锚固孔2。

在一实施例中，孔塞6上还设有第二避位孔；在通过注浆管4向锚固孔2填入填充料之前，向锚固孔2填入填充料，直至填满锚固孔2，还包括：

S334、通过第二避位孔向锚固孔2插入回浆管5，回浆管5的插入深度不小于0.6米，不大于1.5米。

结合图6和图8所示，孔塞6上还设有第二避位孔，自第二避位孔向锚固孔2插入回浆管5，回浆管5的插入深度不小于0.6米且不大于1.5米，回浆管5外露于锚固孔2空外的长度大致为1米，保证锚固孔2孔内被填满后才有填充料自回浆管5溢出。

优选地，在本实施例中，回浆管5的插入深度不小于0.8米且不大于1.2米。

在一实施例中，填充料为水泥砂浆，水泥砂浆通过水、水泥、砂以1∶2.5∶4.8～1∶3.0∶5.5的质量配比混合而成。

具体地，选用水泥砂浆作为填充料，水泥砂浆与水泥浆液相比具有收缩性小、成本低的优点。水泥砂浆中水、水泥、砂的质量配比范围为1∶2.5∶4.8～1∶3.0∶5.5。根据此配比得到的水泥砂浆具有抗压强度高、耗浆量低、粘结力高、摩擦系数大的优点。

优选地，在本实施例中，水泥砂浆通过水、水泥、砂以1∶2.7∶5.2的质量配比混合而成，具体地，每立方米水泥砂浆中含285千克水、770.3千克水泥、1484.9千克砂。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，所述偏压隧洞包括明洞和暗洞，其特征在于，包括：

在所述暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔；

向所述锚固孔中放入刚性锚固件，所述刚性锚固件与所述锚固孔的孔壁之间存在间隙；

向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔，所述填充料凝固后可与所述刚性锚固件结合形成隧洞支护，以支护隧洞；

在所述暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔之前，所述施工工艺还包括：

探测所述暗洞的洞壁侧的地质条件；

根据所述地质条件确定锚固孔的造孔区域、造孔深度、造孔数量及造孔密度；

在所述暗洞的洞壁上基于预设进洞要求开设多个锚固孔包括：

自所述暗洞的洞壁起，向斜下方开设锚固孔；

所述锚固孔的轴线与水平面的夹角不小于2°，且不大于8°；和/或所述锚固孔的深度不小于8米，且不大于15米；

向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔，包括：

在锚固孔的孔口处设置孔塞，所述孔塞上设有第一避位孔；

通过所述第一避位孔向所述锚固孔插入注浆管，直至注浆管的插入深度与所述锚固孔的孔深满足预设条件；

通过所述注浆管向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔；

所述孔塞上还设有第二避位孔；

在通过所述注浆管向所述锚固孔填入填充料之前，向所述锚固孔填入填充料，直至填满所述锚固孔，还包括：通过所述第二避位孔向所述锚固孔插入回浆管，所述回浆管的插入深度不小于0.6米，不大于1.5米。

2.如权利要求1所述的半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，其特征在于，所述刚性锚固件包括锚筋束；

向所述锚固孔中放入刚性锚固件，包括：

自所述锚固孔的孔口插入所述锚筋束，并校准所述锚筋束的位置，以使所述锚筋束与所述锚固孔的轴线基本保持同轴。

3.如权利要求2所述的半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，其特征在于，校准所述锚筋束的位置，包括：

沿所述锚筋束的长度方向，在所述锚筋束间隔设置多个对中支架；所述对中支架包括多个抵接臂，所述多个抵接臂环设于所述锚筋束的周侧，所述多个抵接臂可与所述锚固孔的孔壁相抵接，以使所述锚筋束与所述锚固孔的轴线基本保持同轴。

4.如权利要求2所述的半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，其特征在于，所述锚筋束的长度与所述锚固孔的深度的比值不小于0.7且不大于0.9。

5.如权利要求1所述的半明半暗偏压隧洞埋藏式深层支护的施工工艺，其特征在于，所述填充料为水泥砂浆，所述水泥砂浆通过水、水泥、砂以1∶2.5∶4.8～1∶3.0∶5.5的质量配比混合而成。