CN114320405A - 一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统及方法，包括第一支护组件、第二支护组件和注浆层，第一支护组件包括第一支护部，第一支护部依次贯穿围岩和注浆层，第一支护部用于增加围岩内部水平受力；第二支护组件包括第二支护部和若干第三支护部，第二支护部和第三支护部位于注浆层内，且位于隧道周围，第三支护部位于第二支护部两侧；围岩和注浆层之间形成有结合面，结合面的中部高度高于结合面两端的高度。本发明可以达到使整个隧道支撑围岩结构更加稳定的目的。

Description

一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统及方法。

背景技术

在开挖有破碎围岩的超浅埋隧道时，破碎围岩的岩性差且容易变形，对隧道的支护性能差，对隧道的支护不稳定容易使隧道失稳，严重时可能会造成隧道塌方。在地下工程中通常使用注浆技术处理软弱破碎围岩，通过选择具有良好性能的注浆材料结合施工方法来对围岩进行注浆加固。注浆加固之后的破碎围岩提高了胶结度，降低了破碎围岩之间的空隙率，增加了结构面的强度，在施工过程中破碎围岩产生的变形较大，单单只用注浆加固技术不能有效的控制整个隧道的变形，因此不能只依靠注浆技术对隧道围岩进行加固，还需要一些其他的加固措施，因此亟需一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统及方法来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统及方法，以解决上述问题，达到使整个隧道支撑围岩结构更加稳定的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，包括第一支护组件、第二支护组件和注浆层，所述第一支护组件包括第一支护部，所述第一支护部依次贯穿围岩和所述注浆层，所述第一支护部用于增加围岩内部水平受力；

所述第二支护组件包括第二支护部和若干第三支护部，所述第二支护部和所述第三支护部位于所述注浆层内，且位于隧道周围，所述第三支护部位于所述第二支护部两侧；

围岩和所述注浆层之间形成有结合面，所述结合面的中部高度高于所述结合面两端的高度。

优选的，所述第一支护部包括若干支护桩，若干所述支护桩沿隧道深度方向排列，所述支护桩由围岩顶部插入到隧道侧边部的所述注浆层内，所述支护桩底部与隧道底部平齐。

优选的，所述第二支护部包括若干锚杆，所述锚杆位于所述注浆层内，所述锚杆位于隧道顶部，所述锚杆沿隧道截面径向设置；

所述第三支护部包括若干所述锚杆，所述锚杆位于所述注浆层内，所述锚杆位于隧道侧边，所述锚杆沿隧道截面径向设置。

优选的，所述结合面为中部向上凸起的拱形，所述结合面两侧为平滑下降的斜面，所述拱形和所述斜面为一体成型结构。

一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护方法，基于所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，包括以下步骤：

步骤一：打桩，由围岩顶部向围岩底部植入所述支护桩；

步骤二：锚杆支护，由隧道内壁向隧道周围的围岩植入所述锚杆；

步骤三：加压，对隧道表面进行加压，使围岩变得更加密实；

步骤四：注浆，向隧道周围的围岩内部注浆，形成所述注浆层。

优选的，所述步骤一中所述支护桩植入围岩的方向为竖直向下。

优选的，所述步骤四中所述注浆层边部的厚度不小于围岩顶部到隧道底部的距离的一半。

本发明具有如下技术效果：第一支护部使围岩和注浆层内部受到水平方向的力，使围岩和注浆层内部变得更加紧凑，降低围岩和注浆层之间的孔隙率，增强围岩顶部的稳定性；第二支护和第三支护部部位于隧道顶部及两侧的围岩中，对隧道周围的围岩进行进一步加固，使围岩内部更加密实，增强隧道周围的围岩的稳定性；注浆层延伸至隧道拱脚两侧，对隧道拱脚部分进行大面积注浆，让拱脚更加稳固，从而从更多角度对整个结构进行支撑，改变整个结构的受力承载方式，使整个结构通过人工干预成为一种新型的拱形，更好的利用拱脚对结构的支撑力，能使整个结构变的更加稳定且美观。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明实施例2结构示意图；

图3为本发明实施例4结构示意图；

其中，1、围岩；2、支护桩；3、锚杆；4、注浆层；5、隧道；6、结合面；7、囊袋。

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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1，本实施例提供一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，包括第一支护组件、第二支护组件和注浆层4，第一支护组件包括第一支护部，第一支护部依次贯穿围岩1和注浆层4，第一支护部用于增加围岩1内部水平受力；

第二支护组件包括第二支护部和若干第三支护部，第二支护部和第三支护部位于注浆层4内，且位于隧道5周围，第三支护部位于第二支护部两侧；

围岩1和注浆层4之间形成有结合面6，结合面6的中部高度高于结合面两端的高度。

第一支护部使围岩1和注浆层4内部受到水平方向的力，使围岩1和注浆层4内部变得更加紧凑，降低围岩1和注浆层4之间的孔隙率，增强围岩1顶部的稳定性；第二支护部和第三支护部位于隧道5顶部及两侧的围岩1中，对隧道5周围的围岩1进行进一步加固，使围岩1内部更加密实，增强隧道5周围的围岩1的稳定性；现有技术往往忽视拱脚对整个隧道5结构的支撑作用，对整个隧道5结构进行统一的注浆加固，可能造成注浆不均匀或者结构的受力不均匀引起结构失稳，而且对整个隧道5结构的注浆加固成本较高，对拱脚进行重点加固可以节省成本，而且拱脚可以提供大部分的支撑力，有效避免受力不均，本实施例的注浆层4延伸至隧道5拱脚两侧，对隧道5拱脚部分进行大面积注浆，让拱脚更加稳固，从而从更多角度对整个结构进行支撑，改变整个结构的受力承载方式，使整个结构通过人工干预成为一种新型的拱形，更好的利用拱脚对结构的支撑力，能使整个结构变的更加稳定且美观。

进一步优化方案，第一支护部包括若干支护桩2，若干支护桩2沿隧道5深度方向排列，支护桩2由围岩1顶部插入到隧道5侧边部的注浆层4内，支护桩2底部与隧道5底部平齐。支护桩2由围岩1顶部插入到围岩1内部，围岩1和注浆层4内部受到一个水平方向的力，围岩1和注浆层4内部变得更加紧凑，围岩1和注浆层4之间的空隙率得到降低，使围岩1和注浆层4稳定性得到提升。

进一步优化方案，第二支护部包括若干锚杆3，锚杆3位于注浆层4内，锚杆3位于隧道5顶部，锚杆3沿隧道5截面径向设置。锚杆3对隧道周围岩体施加一个压力，通过对周围岩土体的挤压，增加岩土体的粘聚力，使锚杆3跟周围岩土体成为一个新的复合体，将围岩1束缚到一起，增加岩土体的稳固性；锚杆3由隧道5侧壁向围岩1内打入，与注浆层4顶部的拱形结构相配合，一方面使围岩1内部变得更加密实，另一方面提高了注浆层4顶部的承载能力，提高了注浆层4中部的稳定性。

第三支护部包括若干锚杆3，锚杆3位于注浆层4内，锚杆3位于隧道5侧边，锚杆3沿隧道5截面径向设置。此处的锚杆3加固了隧道5拱脚处的结构，增大的拱脚处的承载能力，使拱脚更加稳固。

进一步优化方案，结合面6为中部向上凸起的拱形，结合面6两侧为平滑下降的斜面，拱形和斜面为一体成型结构。拱形结构增强注浆层4顶部的抗压能力，提高了整体隧道5结构的稳定性。围岩1的压力作用在锚杆3和注浆层4紧密结合的结构上，拱形结构将压力分散到拱形结构两侧，当遇到强烈震动或者地质灾害时，锚杆3和注浆层4类似钢筋混凝土结构具有较强的抗剪能力，防止隧道5坍塌。注浆材料可选高强度的水玻璃浆液和消除了碱污染的中性、酸性的水玻璃浆液、非石油来源的多种高分子浆液或可注性好的超细水泥浆液等；注浆方法可选脉状注浆、渗透注浆、复合注浆、钻杆法、过滤管法、双层过滤管法或多种形式的双重管瞬凝注浆法。

一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护方法，基于一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，包括以下步骤：

步骤一：打桩，由围岩1顶部向围岩1底部植入支护桩2，直到支护桩2底部与隧道5底部平齐，使围岩1和注浆层4内部变得更加紧凑，降低围岩1和注浆层4之间的孔隙率，增强围岩1顶部的稳定性；

步骤二：锚杆支护，由隧道5内壁向隧道5周围的围岩1植入锚杆3，锚杆3呈放射状植入围岩1内部，对隧道5周围的围岩1进行进一步加固，使围岩1内部更加密实，增强隧道5周围的围岩1的稳定性；

步骤三：加压，利用重压机对整个结构面表面进行碾压加固，在加压完成后用灌砂法进行检测，检查结构面表面的压实度，通过对结构面表面的加压使围岩1变得更加密实；

步骤四：注浆，在隧道的工作面周边按一定角度往地层中打入小导管，通过注浆泵对浆液施加压力，使浆液通过小导管向地层中渗透，对隧道5周围的围岩1内部进行注浆，形成所述注浆层4。浆液扩散到地层破碎围岩之间的孔隙中，通过人工控制浆液注入的角度和浆液的多少，控制隧道周围的注浆效果，使被注浆部分形成一个拱形。

进一步优化方案，步骤一中支护桩2植入围岩1的方向为竖直向下。竖直向下打桩有利于降低施工难度，防止支护桩2对隧道5围岩1内部的过度挤压，防止对隧道5侧壁变形。

进一步优化方案，步骤三中注浆层4边部的厚度不小于围岩1顶部到隧道5底部的距离的一半。注浆层4覆盖到隧道5拱脚外侧，对拱脚周围进行着重加固，从而从更多角度对整个结构进行支撑，改变整个结构的受力承载方式，使整个结构通过人工干预成为一种新型的拱形，更好的利用拱脚对结构的支撑力，能使整个结构变的更加稳定且美观。

实施例2

参照图2，本实施例与实施例1的区别仅在于，位于隧道5侧边的锚杆3一端与支护桩2固接，锚杆3的一端钻入支护桩2内部，使锚杆3与支护桩2连接成为整体结构，本实施例选择每边四根锚杆3与支护桩2固接，明显增强隧道5拱脚强度。锚杆3与支护桩2固定连接后，整体支护装置的强度得到提高，尤其是在隧道5拱脚处的加强作用明显得到提高，围岩1对隧道5向下的压力使锚杆3与支护桩2共同承载，进一步增强了隧道5拱脚处的承压能力。

实施例3

本实施例与实施例2的区别仅在于，每边八根锚杆3与支护桩2固定连接，隧道5拱脚处检测抗压能力为实施例2中的1.4倍。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于，锚杆3置于围岩1内部一端设置有囊袋7，囊袋7与锚杆3内部连通，砂浆可注入到囊袋7内部，充满砂浆的囊袋7将锚杆3与围岩1之间的缝隙填满，增强锚杆3的抗拉强度，和锚杆3的预拉力，从而提高围岩1的稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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 (7)

1.一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，包括第一支护组件、第二支护组件和注浆层(4)，所述第一支护组件包括第一支护部，所述第一支护部依次贯穿围岩(1)和所述注浆层(4)，所述第一支护部用于增加围岩(1)内部水平受力；

所述第二支护组件包括第二支护部和若干第三支护部，所述第二支护部和所述第三支护部位于所述注浆层(4)内，且位于隧道(5)周围，所述第三支护部位于所述第二支护部两侧；

围岩(1)和所述注浆层(4)之间形成有结合面(6)，所述结合面(6)的中部高度高于所述结合面两端的高度。

2.根据权利要求1所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，其特征在于：所述第一支护部包括若干支护桩(2)，若干所述支护桩(2)沿隧道(5)深度方向排列，所述支护桩(2)由围岩(1)顶部插入到隧道(5)侧边部的所述注浆层(4)内，所述支护桩(2)底部与隧道(5)底部平齐。

3.根据权利要求1所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，其特征在于：所述第二支护部包括若干锚杆(3)，所述锚杆(3)位于所述注浆层(4)内，所述锚杆(3)位于隧道(5)顶部，所述锚杆(3)沿隧道(5)截面径向设置；

所述第三支护部包括若干所述锚杆(3)，所述锚杆(3)位于所述注浆层(4)内，所述锚杆(3)位于隧道(5)侧边，所述锚杆(3)沿隧道(5)截面径向设置。

4.根据权利要求1所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，其特征在于：所述结合面(6)为中部向上凸起的拱形，所述结合面(6)两侧为平滑下降的斜面，所述拱形和所述斜面为一体成型结构。

5.一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护方法，基于权利要求1-4任一项所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护系统，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：打桩，由围岩(1)顶部向围岩(1)底部植入所述支护桩(2)；

步骤二：锚杆支护，由隧道(5)内壁向隧道(5)周围的围岩(1)植入所述锚杆(3)；

步骤三：加压，对隧道(5)表面进行加压，使围岩(1)变得更加密实；

步骤四：注浆，向隧道(5)周围的围岩(1)内部注浆，形成所述注浆层(4)。

6.根据权利要求5所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护方法，其特征在于：所述步骤一中所述支护桩(2)植入围岩(1)的方向为竖直向下。

7.根据权利要求5所述一种隧道超浅埋破碎围岩人工成拱支护方法，其特征在于：所述步骤四中所述注浆层(4)边部的厚度不小于围岩(1)顶部到隧道(5)底部的距离的一半。

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