CN114251109A - 一种岩溶隧道土石二元结构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，提供了一种岩溶隧道土石二元结构施工方法，包括超前支护施作、隧道开挖、初期支护施作以及径向小导管施作等步骤。本发明通过合理控制管棚以及超前小导管的各项参数，同时通过合理增大对管棚和超前小导管进行注浆加固时的注浆压力，使得浆液能够在高压作用下在土石体中更好的扩散、填充，从而增大超前支护固结圈，以形成更加有效的超前支护体系，为后续的隧道开挖提供更加安全有效的支撑。此外，本发明通过施作用于固结周边土体的径向小导管，能够进一步提高联合支护体系的支护效果，为后续施工作业提供更加安全有力的支撑。

Description

一种岩溶隧道土石二元结构施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种岩溶隧道土石二元结构施工方法。

背景技术

现有隧道在施工过程中会遇到一种没有明显土石分界线且土石并存的地质条件，此类土石二元结构中的土石体松散，采用常规的施工方法在施工过程中极易出现松散土石体溜坍、初期支护变形开裂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩溶隧道土石二元结构施工方法，其用于解决现有技术中采用常规施工方法无法满足在土石二元结构地质条件下进行隧道施工的技术问题。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种岩溶隧道土石二元结构施工方法，包括以下步骤：

S1.采用管棚和超前小导管沿隧道的掘进方向施作超前支护；所述管棚和所述超前小导管的注浆压力均大于2Mpa；

S2.开挖所述隧道；

S3.施作所述隧道的初期支护；

S4.沿所述隧道的开挖轮廓线施作径向小导管，所述径向小导管沿所述隧道径向打入岩体内；所述径向小导管采用注浆加固，且注浆压力大于2Mpa。

可选的，所述径向小导管采用纯水泥浆注浆加固，所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

可选的，步骤S1中，所述管棚以及所述超前小导管均施作于所述隧道的拱部，所述管棚以及所述超前小导管交错设置。

进一步的，所述管棚的环向间距为40cm，外插角为10-15°，搭接长度不大于3m，并采用纯水泥浆注浆加固；所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

进一步的，所述超前小导管的环向间距为30-40cm，纵向间距1.2m，外插角为3-5°，并采用纯水泥浆注浆加固；所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

可选的，步骤S2中，所述隧道采用三台阶临时仰拱法开挖；其中，所述隧道的上台阶高度为5-5.5m，所述隧道的中台阶高度为3.5-4.5m。

可选的，步骤S3中，所述隧道初期支护的施作包括以下步骤：

S31.对所述隧道的断面初喷混凝土；

S32.安装钢架以及钢筋网；

S33.在所述隧道各台阶的拱脚处施作锁脚锚管；所述锁脚锚管的水平夹角为60°，且采用注浆加固；

S34.复喷混凝土至设计厚度。

进一步的，步骤S33中，所述锁脚锚管采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力为0.5-1Mpa；所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

进一步的，在对所述锁脚锚管进行注浆前，先将钻孔的孔口封闭，并将排气口设置于孔口上侧。

进一步的，在对所述隧道喷射混凝土时，采用自下而上呈“S”型的方式喷射，且喷嘴与所述隧道岩面的距离不大于1.6m；所述隧道拱部的喷射厚度为5-10cm，所述隧道边墙的喷射厚度为7-15cm。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过合理控制管棚以及超前小导管的各项参数，同时通过合理增大对管棚和超前小导管进行注浆加固时的注浆压力，使得浆液能够在高压作用下在土石体中更好的扩散、填充，从而增大超前支护固结圈，以形成更加有效的超前支护体系，为后续的隧道开挖提供更加安全有效的支撑。

2、本发明通过施作用于固结周边土体且固结范围为5m的径向小导管，能够进一步提高联合支护体系的支护效果，为后续施工作业提供更加安全有力的支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的施工流程图；

图2为本发明实施例提供的隧道施工工序断面图。

图标：1-管棚，2-超前小导管，3-锁脚锚管，4-径向小导管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

实施例

请参照图1和图2，本实施例提供了一种岩溶隧道土石二元结构施工方法，包括超前支护施作、隧道开挖、初期支护施作、径向小导管4注浆加固等步骤。

其中，在进行超前支护施作前，还应进行超前地质预报。所谓超前地质预报指的是采用地质雷达、地震波反射法等方式对前方围岩的情况进行探测，以保证后续施工能够顺利进行。需要说明的是，当围岩破碎不宜采用TSP探测法(即地震波反射法)时，应采用瞬变电磁法进行探测。同时，在隧道施工时还应将预留变形量设置为30cm。

待超前地质预报完成后，开始施作超前支护。其中，采用管棚1和超前小导管2沿隧道的掘进方向施作超前支护。考虑到实际施工成本以及超前支护的效力，本实施例中仅对隧道的拱部进行超前支护，且管棚1和超前小导管2采用交错分布的方式设置。

考虑到采用常规的超前支护施工方法进行施工时，低压注浆无法让浆液在土石体中进行有效扩散，这使得在隧道的掌子面封闭不及时条件下，掌子面前方的土石体容易溜坍、超前支护结构容易损坏失效。

为此，本实施例中超前支护的管棚1采用φ76的中管棚，单根管棚1长9m，每环设置50根，且环向间距为40cm，外插角为10-15°，管棚1搭接长度不小于3m。在施工时，采用顶管法进行施工，利用CM458管棚钻机进行钻孔，并采用纯水泥浆对管棚1进行注浆加固，纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1，注浆压力大于2Mpa。

相应的，超前支护的超前小导管2采用φ42的小导管，单根超前小导管2长4.5m，每循环50-76根，且环向间距为30-40cm，纵向间距为1.2m，外插角为3-5°。在施工时，采用ZML-160钻机进行钻孔，相邻孔位间距误差为±5cm，钻进长度大于设计值的10cm，且在钻孔完成后采用高压风清孔。该超前小导管2同样采用纯水泥浆进行注浆加固，纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1，注浆压力大于2Mpa。

本实施例通过合理控制管棚1以及超前小导管2的各项参数，同时通过合理增大对管棚1和超前小导管2进行注浆加固时的注浆压力，使得浆液能够在高压作用下在土石体中更好的扩散、填充，从而增大超前支护固结圈，以形成更加有效的超前支护体系，为后续的隧道开挖提供更加安全有效的支撑。

待超前支护施作完成后，开始开挖隧道。其中，采用三台阶临时仰拱法开挖隧道，并预留隧道上台阶以及中台阶的核心土。

考虑到现有的三台阶临时仰拱法在开挖时往往各台阶的高度较小，对于以垂直松散荷载为主的土石二元结构地层较为不利。为此，在开挖隧道时，隧道上台阶的高度控制在5-5.5m，而隧道中台阶的高度控制在3.4-4.5m。通过合理增加隧道上台阶以及中台阶的高度，一方面能够增大边墙支护与围岩粘结和咬合面积，以提升支护的竖向抗力；另一方面，通过增大矢跨比，能够提高支护的受力效果，以充分发挥支护效力。

在隧道开挖的过程中，及时对隧道断面施作初期支护。其中，初期支护的施作包括：

首先，对隧道的断面初喷混凝土，以形成第一层混凝土支护面；其次，按照设计要求施作钢架、钢筋网以及锁脚锚管3联合支护结构；最后再复喷混凝土至设计厚度。

其中，钢架采用工22a工字钢，0.6m/榀；临时仰拱采用工18工字钢，1.2m/榀。钢架的尺寸根据设计确定，采用加工厂专用机械集中冷弯制作，完成后，在现场1:1样台上试拼装，合格后方可运至现场。需要说明的是，在钢架安装前，应及时复核隧道的超、欠挖情况，立架前严禁欠挖，并由测量组放出钢架安装法线、底部标高线，立架班组根据标高线提前支垫混凝土垫块，为钢架安装做好准备。

同时，为保证钢架置于稳定的地基上，施工中掏出拱脚板下松散土体至原状土(原状土密实度相对较好)，架立钢架时按设计用混凝土垫块支垫，将原状土和拱脚之间的空隙用喷射混凝土回填。其次，钢架应按设计位置安放，在安设过程中当钢架与喷层之间有较大间隙时应增设骑马垫块，原则上垫块沿钢架外缘线每间隔2m设置，施工时可根据实际情况酌情调整垫块数量及设置位置。此外，钢架在安装时，背后按环向间距1.0m布置一道纵向连接钢筋，连接钢筋采用φ22螺纹钢筋，纵向连接与钢架焊接牢固，并超出最后一榀钢架20cm作为下一循环搭接。

钢筋网则采用φ8单层钢筋网片，间距为20cm×20cm，网片搭接长度和超出最后一榀钢架超度不小于20cm。

锁脚锚管3则施作于隧道各台阶的拱脚处，以平衡部分支护结构的竖向荷载。其中，各台阶拱脚处的锁脚锚管3为中φ76中导管并通过注浆加固。考虑到常规的锁脚锚管3的水平夹角α为30°，此时锁脚锚管3能够提供的竖向支撑力较小，隧道拱部沉降明显。为此，本实施例将锁脚锚管3的水平夹角α调整为60°，从而有效改善锁脚锚管3提供的竖向支撑力，能够减小隧道拱部沉降约10cm。

同样的，锁脚锚管3采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力为0.5-1Mpa，且纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。同时，在对锁脚锚管3进行注浆前，先将钻孔的孔口封闭，并将排气口设置于孔口上侧，以保证注浆饱满密实。

需要说明的是，为了进一步提高初期支护的支护效果。在对隧道断面喷射混凝土时，应采用自下而上呈“S”型的方式喷射，且喷嘴与隧道岩面的距离不大于1.6m；隧道拱部的喷射厚度为5-10cm，隧道边墙的喷射厚度为7-15cm。同时，在复喷混凝土时，首先保证钢架的背后喷射密实，当钢架表面喷射的混凝土量过多时，由人工清除钢架表面的混凝土，保证钢架的混凝土层不小于3cm，且混凝土喷射面平整、密实、无空洞。

待隧道的初期支护施作完成后，再沿隧道的开挖轮廓线施作径向小导管4，该径向小导管4沿隧道径向打入岩体内。

其中，径向小导管4为φ42的注浆锚管，径向小导管4的间距(环向间距以及纵向间距)为1.2*1.2m，单根径向小导管4的长度为4.5m。在实际施工时采用ZML-160钻机钻设用于安装径向小导管4的孔，待径向小导管4沿隧道径向打入岩体内后，同样采用纯水泥浆对径向小导管4进行注浆加固，且注浆压力大于2Mpa，纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

本实施例在初期支护的基础上，通过进一步施作用于固结周边土体且固结范围为5m的径向小导管4，能够进一步提高联合支护体系的支护效果，为后续施工作业提供更加安全有力的支撑。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采用管棚和超前小导管沿隧道的掘进方向施作超前支护；所述管棚和所述超前小导管的注浆压力均大于2Mpa；

S2.开挖所述隧道；

S3.施作所述隧道的初期支护；

S4.沿所述隧道的开挖轮廓线施作径向小导管，所述径向小导管沿所述隧道径向打入岩体内；所述径向小导管采用注浆加固，且注浆压力大于2Mpa。

2.根据权利要求1所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，所述径向小导管采用纯水泥浆注浆加固，所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

3.根据权利要求1所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，步骤S1中，所述管棚以及所述超前小导管均施作于所述隧道的拱部，所述管棚以及所述超前小导管交错设置。

4.根据权利要求3所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，所述管棚的环向间距为40cm，外插角为10-15°，搭接长度不大于3m，并采用纯水泥浆注浆加固；所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

5.根据权利要求3所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，所述超前小导管的环向间距为30-40cm，纵向间距1.2m，外插角为3-5°，并采用纯水泥浆注浆加固；所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

6.根据权利要求1所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，步骤S2中，所述隧道采用三台阶临时仰拱法开挖；其中，所述隧道的上台阶高度为5-5.5m，所述隧道的中台阶高度为3.5-4.5m。

7.根据权利要求1所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，步骤S3中，所述隧道初期支护的施作包括以下步骤：

S31.对所述隧道的断面初喷混凝土；

S32.安装钢架以及钢筋网；

S33.在所述隧道各台阶的拱脚处施作锁脚锚管；所述锁脚锚管的水平夹角为60°，且采用注浆加固；

S34.复喷混凝土至设计厚度。

8.根据权利要求7所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，步骤S33中，所述锁脚锚管采用纯水泥浆注浆加固，注浆压力为0.5-1Mpa；所述纯水泥浆的水灰比为0.5:1～0.8:1。

9.根据权利要求8所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，在对所述锁脚锚管进行注浆前，先将钻孔的孔口封闭，并将排气口设置于孔口上侧。

10.根据权利要求7所述的岩溶隧道土石二元结构施工方法，其特征在于，在对所述隧道喷射混凝土时，采用自下而上呈“S”型的方式喷射，且喷嘴与所述隧道岩面的距离不大于1.6m；所述隧道拱部的喷射厚度为5-10cm，所述隧道边墙的喷射厚度为7-15cm。

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