CN114809039A - 山体边坡支护结构和山体边坡支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程技术领域，具体而言，涉及一种山体边坡支护结构和山体边坡支护方法。山体边坡支护结构包括锚固组件以及管桩组件；锚固组件位于隧道的上方，锚固组件包括多个预应力锚固件，多个预应力锚固件均锚固于边坡；管桩组件位于隧道靠近边坡的一侧，管桩组件包括多个钢管，多个钢管均沿竖直方向插入边坡；其中，多个预应力锚固件及多个钢管均呈阵列式布置。山体边坡支护结构能够对隧道外的山体边坡进行加固和支护，有效控制山体水平位移，维持山体稳定，降低地形势能对连拱隧道及隧道外边坡稳定性的影响，进而能够提升隧道开挖施工的安全系数，保证隧道结构完好，可保障隧道后期运营畅通顺利。

Description

山体边坡支护结构和山体边坡支护方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体而言，涉及一种山体边坡支护结构和山体边坡支护方法。

背景技术

山区隧道受地表形态和地质等条件制约，隧道选线困难，造价过高的问题日益突出。相比分离式隧道，无中导洞连拱隧道在线型布置和工程数量等方面具有独特优势，但其几何形状不对称、结构特殊和受力不匀，对施工措施要求更高；无中导洞连拱隧道的受力情况复杂，开挖施工危险系数高，支护结构失稳破坏的风险大。而且在浅埋偏压条件下，由于偏压明显，地质围岩复杂，存在不良地质接触带，易发生滑坡落石灾害，山体自稳性差，从而导致浅埋偏压无中导洞连拱隧道的施工风险极高，后期安全运营也存在隐患。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种山体边坡支护结构和山体边坡支护方法，其能够对隧道外的山体边坡进行加固和支护，有效控制山体水平位移，维持山体稳定，降低地形势能对连拱隧道及隧道外边坡稳定性的影响，进而能够提升隧道开挖施工的安全系数，保证隧道结构完好，可保障隧道后期运营畅通顺利。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种山体边坡支护结构，用于对设计有隧道或开挖有隧道的边坡进行支护固定，山体边坡支护结构包括锚固组件以及管桩组件；

锚固组件位于隧道的上方，锚固组件包括多个预应力锚固件，多个预应力锚固件均锚固于边坡；

管桩组件位于隧道靠近边坡的一侧，管桩组件包括多个钢管，多个钢管均沿竖直方向插入边坡；

其中，多个预应力锚固件及多个钢管均呈阵列式布置。

在可选的实施方式中，锚固组件与隧道的顶部至少间隔3m，多个预应力锚固件均与水平方向呈15°夹角；

管桩组件与隧道靠近边坡的一侧至少间隔2m。

在可选的实施方式中，多个预应力锚固件均为预应力钢绞线。

在可选的实施方式中，锚固组件还包括框格梁，框格梁浇筑于边坡，所有的预应力锚固件均与框格梁连接；

管桩组件还包括地系梁以及多个工字钢，相邻的两个钢管露出边坡的端部均通过工字钢连接，且所有的钢管的端部及所有的工字钢均浇筑于地系梁内。

第二方面，本发明提供一种山体边坡支护方法，用于制作上述的山体边坡支护结构，山体边坡支护方法包括：

根据设计于山体边坡内的隧道或开挖于山体边坡内的隧道，确定锚固组件相对于边坡的第一支护位置，以及确定管桩组件相对于边坡的第二支护位置；

在第一支护位置安装锚固组件；

在第二支护位置安装管桩组件。

在可选的实施方式中，在第一支护位置安装锚固组件的步骤，包括：

钻设多个锚固孔，且锚固孔的轴线与水平方向呈15°夹角；

将多个预应力锚固件一一对应的装入多个锚固孔，向锚固孔内注浆；

锚孔内注浆达到预设强度后，平整第一支护位置的坡面，放样框格梁的位置；

安装框格梁的钢筋骨架及模板，并浇筑混凝土；

在锚固孔内的浆液强度达到15MPa后，对预应力锚固件进行张拉锁定。

在可选的实施方式中，对预应力锚固件进行张拉锁定的步骤，包括：

对预应力锚固件的预应力张拉实施分级加载，且每级张拉加载的轴向拉力依次增大；

预应力锚固件张拉锁定完成后，切去多余的预应力锚固件，浇筑混凝土封锚。

在可选的实施方式中，在第二支护位置安装管桩组件的步骤，包括：

在第二支护位置钻设多个钢管孔；

将多个钢管一一对应的装入多个钢管孔；

在每个钢管内安插钢筋束，钢筋束分段焊接制作；

对钢管内注浆；

将外露的钢管的端部用工字钢连成一体后，浇筑混凝土形成地系梁。

在可选的实施方式中，钢管为钢花管，钢管包括多个分节，相邻的分节间采用丝扣连接；

钢筋束包括多个分段，相邻的两个分段焊接连接。

在可选的实施方式中，山体边坡支护方法的步骤还包括：

在隧道内外采取注浆加固。

本发明实施例的有益效果包括：

该山体边坡支护结构包括锚固组件以及管桩组件；其中，锚固组件位于隧道的上方，锚固组件包括多个预应力锚固件，多个预应力锚固件均锚固于边坡；管桩组件位于隧道靠近边坡的一侧，管桩组件包括多个钢管，多个钢管均沿竖直方向插入边坡；而且，多个预应力锚固件及多个钢管均呈阵列式布置。

由此，山体边坡支护结构能够对隧道外的山体边坡进行加固和支护，有效控制山体水平位移，维持山体稳定，降低地形势能对连拱隧道及隧道外边坡稳定性的影响，进而能够提升隧道开挖施工的安全系数，保证隧道结构完好，可保障隧道后期运营畅通顺利。

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为本发明实施例中山体边坡支护结构的结构示意图。

图标：200-山体边坡支护结构；10-边坡；20-隧道；210-锚固组件；220-管桩组件；211-预应力锚固件；221-钢管；212-框格梁；222-地系梁。

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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，本实施例提供一种山体边坡支护结构200，用于对设计有隧道20或开挖有隧道20的边坡10进行支护固定，山体边坡支护结构200包括锚固组件210以及管桩组件220；

锚固组件210位于隧道20的上方，锚固组件210包括多个预应力锚固件211，多个预应力锚固件211均锚固于边坡10；

管桩组件220位于隧道20靠近边坡10的一侧，管桩组件220包括多个钢管221，多个钢管221均沿竖直方向插入边坡10；

其中，多个预应力锚固件211及多个钢管221均呈阵列式布置。

需要说明的是，在本实施例中，是以预应力锚固件211位于山体边坡10内的长度为25m以及钢管221位于山体边坡10内的长度为20m为例进行说明；而在本发明的其他实施例中，预应力锚固件211位于山体边坡10内的长度还可以大于或小于25m，而钢管221位于山体边坡10内的长度还可以大于或小于20m。

还需要说明的是，多个预应力锚固件211在呈阵列式布置时，多个预应力锚固件211的纵向间距和横向间距可以为3m；而，多个钢管221在呈阵列式布置时按纵向间距可以为0.8m，横向间距可以为1m。

请参照图1，该山体边坡支护结构200的工作原理是：

该山体边坡支护结构200包括锚固组件210以及管桩组件220；其中，锚固组件210位于隧道20的上方，管桩组件220位于隧道20靠近边坡10的一侧，由此，该山体边坡支护结构200能够对隧道20外的山体边坡10进行加固和支护，有效控制山体水平位移，维持山体稳定，降低地形势能对连拱隧道20及隧道20外边坡10稳定性的影响；

而且该山体边坡支护结构200能够根据实际的地勘情况，在隧道20开挖前或隧道20开挖后进行施工建设，从而能够提升隧道20开挖施工的安全系数，保证隧道20结构完好，可保障隧道20后期运营畅通顺利。

进一步地，在本实施例中，在设置锚固组件210及管桩组件220时，锚固组件210与隧道20的顶部至少间隔3m，多个预应力锚固件211均与水平方向呈15°夹角；而管桩组件220与隧道20靠近边坡10的一侧至少间隔2m。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，预应力锚固件211均水平方向的夹角还可以为其他角度，如：10°、20°及30°等。

进一步地，请参照图1，在本实施例中，在设置预应力锚固件211时，多个预应力锚固件211均为预应力钢绞线。比如：锚索可以采用φ15.2mm的高强度低松弛预应力钢绞线制作。而在本发明的其他实施例中，预应力锚固件211还可以为锚杆。

进一步地，请参照图1，为提高锚固组件210及管桩组件220的稳定性，故，多个锚固件在锚固后其端部露出于边坡10，同理，多个钢管221在插入边坡10后其端部露出于边坡10，由此，通过对锚固件及钢管221外露的端部进行固定，从而能够提高提高锚固组件210及管桩组件220的稳定性。

具体的，锚固组件210还包括框格梁212，框格梁212浇筑于边坡10，所有的预应力锚固件211均与框格梁212连接；管桩组件220还包括地系梁222以及多个工字钢，相邻的两个钢管221露出边坡10的端部均通过工字钢连接，且所有的钢管221的端部及所有的工字钢均浇筑于地系梁222内。

请参照图1，基于上述的山体边坡支护结构200，本发明提供一种山体边坡10支护方法，用于制作上述的山体边坡支护结构200，山体边坡10支护方法包括：

根据设计于山体边坡10内的隧道20或开挖于山体边坡10内的隧道20，确定锚固组件210相对于边坡10的第一支护位置，以及确定管桩组件220相对于边坡10的第二支护位置；

在第一支护位置安装锚固组件210；

在第二支护位置安装管桩组件220。

在本实施例中，在第一支护位置安装锚固组件210的步骤，包括：

钻设多个锚固孔，且锚固孔的轴线与水平方向呈15°夹角；将多个预应力锚固件211一一对应的装入多个锚固孔，向锚固孔内注浆；

锚孔内注浆达到预设强度后，平整第一支护位置的坡面，放样框格梁212的位置；

安装框格梁212的钢筋骨架及模板，并浇筑混凝土；

在锚固孔内的浆液强度达到15MPa后，对预应力锚固件211进行张拉锁定。

需要说明的是，首先，在钻设锚固孔时，可以采用风动干钻法成孔，锚固孔的孔径为130mm，锚固孔与水平方向成15°夹角，锚固孔纵向间距和横向间距可以为3m，且孔深可以为25m；在成孔后必须将钻渣和灰尘用风动压力吹洗干净，孔底不得存余钻渣；

其次，在本实施例中，预应力锚固件211采用φ15.2mm的高强度低松弛预应力钢绞线制作，在预应力锚固件211入孔后进行注浆，注浆采用注浆机进行，并从孔底到孔口返浆式注浆，注浆压力0.6～0.8MPa，注浆材料采用P42.5早强型普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45～0.5；在实施的过程中，还可以在浆液中加1％的早强剂及6‰的减水剂，水泥浆过筛放入注浆桶中开始注浆，以缩短施工周期；

另外，在放样框格梁212的位置时，先放样横梁及竖梁位置，并在施工前先填补坑凹，使边坡10的坡面大体平整，随后安装钢筋骨架，钢筋采用HRB400钢筋制作；成型框格梁212的模板用脚手架钢管221支撑固定，采用泵送方式浇筑C25框格梁212(锚墩)混凝土，边浇筑边振捣密实；

而对预应力锚固件211进行张拉锁定的步骤，包括：

对预应力锚固件211的预应力张拉实施分级加载，且每级张拉加载的轴向拉力依次增大；

预应力锚固件211张拉锁定完成后，切去多余的预应力锚固件211，浇筑混凝土封锚。

需要说明的是，在进行张拉分级加载时，张拉分级加载依0.10～0.20、0.50、1.00、1.05～1.10倍的轴向拉力设计值依次分级进行，每级持续5分钟，分级记录预应力伸长值并及时填写施工记录表；

在本实施例中，在第二支护位置安装管桩组件220的步骤，包括：

在第二支护位置钻设多个钢管221孔；

将多个钢管221一一对应的装入多个钢管221孔；

在每个钢管221内安插钢筋束，钢筋束分段焊接制作；

对钢管221内注浆；

将外露的钢管221的端部用工字钢连成一体后，浇筑混凝土形成地系梁222。

需要说明的是，在本实施例中，首先，管桩组件220包括临空面仰拱对应位置设置的两排Φ108的钢管221桩，且管内安置3个Φ32钢筋束增强桩体刚度；由此，在第二支护位置安装管桩组件220时，按纵向间距0.8m，横向间距1m交错钻设钢管221孔；在钻孔时，可采用风动干钻法成孔，钻孔孔径130mm，钻孔深度20m，且成孔后必须将钻渣和灰尘用风动压力吹洗干净；

其次，在对钢管221内注浆时，注浆压力为：初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa稳压2min后停止注浆；

而在成型地系梁222时，每个钢管221外露的长度均为1m，由此，通过将外露的钢管221的端部用I18工字钢纵向和横向连成一体后，浇筑C30混凝土形成纵向地系梁222，地系梁222的长为2.6m，宽为1.4m。

在设置钢管221时，钢管221为φ108mm钢花管，钢管221包括多个分节，相邻的分节间采用丝扣连接；钢筋束包括多个分段，相邻的两个分段焊接连接。具体的，钢管221采用φ108mm无缝钢花管，长21m，壁厚6mm，分节制作和安装，节间丝扣连接；钢管221上的注浆孔Φ12mm，间距30cm四排交错布置；钢管221桩内安插3个φ32钢筋束，钢筋束分段焊接制作，根间钢筋接头应断面错开35d，制作完成的钢筋束采用手动吊葫芦放入钢管221内。

在本实施例中，针对山体围岩极差及不稳定地段，还可以在隧道20洞内外采取注浆加固措施，增强岩层刚性，确保隧道20施工安全，故，山体边坡10支护方法的步骤还包括：在隧道20内外采取注浆加固。

综上，该山体边坡支护结构200及方法具备以下优点：

针对浅埋偏压无中导洞连拱隧道20地质工况复杂，施工难度大，安全风险高的情况，通过山体边坡支护结构200及方法可成功抑制山体边坡10对隧道20施工及运营的负作用；使得工程得以顺利实施，具有实用价值；

先行洞受到山体偏压力影响最为明显，会出现初支混凝土开裂、初支结构侵线造成换拱、山体地表开裂等一系列病害状况；通过现场实际施工情况及后续测量观测表明，山体边坡支护结构200及方法成功约束了山体对隧道20的作用，保证了隧道20结构整体安全的同时，同样稳固了山体，达到了预期效果；

山体边坡支护结构200及方法可提高山体稳定性，降低洞身施工风险，连拱隧道20施工速度加快，即缩短工期，节省工时，也节约成本。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种山体边坡支护结构，用于对设计有隧道或开挖有隧道的边坡进行支护固定，其特征在于：

所述山体边坡支护结构包括锚固组件以及管桩组件；

所述锚固组件位于隧道的上方，所述锚固组件包括多个预应力锚固件，多个所述预应力锚固件均锚固于边坡；

所述管桩组件位于所述隧道靠近边坡的一侧，所述管桩组件包括多个钢管，多个所述钢管均沿竖直方向插入所述边坡；

其中，多个所述预应力锚固件及多个所述钢管均呈阵列式布置。

2.根据权利要求1所述的山体边坡支护结构，其特征在于：

所述锚固组件与所述隧道的顶部至少间隔3m，多个所述预应力锚固件均与水平方向呈15°夹角；

所述管桩组件与所述隧道靠近边坡的一侧至少间隔2m。

3.根据权利要求1所述的山体边坡支护结构，其特征在于：

多个所述预应力锚固件均为预应力钢绞线。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的山体边坡支护结构，其特征在于：

所述锚固组件还包括框格梁，所述框格梁浇筑于所述边坡，所有的所述预应力锚固件均与所述框格梁连接；

所述管桩组件还包括地系梁以及多个工字钢，相邻的两个所述钢管露出所述边坡的端部均通过所述工字钢连接，且所有的所述钢管的端部及所有的所述工字钢均浇筑于所述地系梁内。

5.一种山体边坡支护方法，用于制作如权利要求1-4中任意一项所述的山体边坡支护结构，其特征在于，所述山体边坡支护方法包括：

根据设计于山体边坡内的隧道或开挖于所述山体边坡内的隧道，确定所述锚固组件相对于边坡的第一支护位置，以及确定所述管桩组件相对于边坡的第二支护位置；

在所述第一支护位置安装所述锚固组件；

在所述第二支护位置安装所述管桩组件。

6.根据权利要求5所述的山体边坡支护方法，其特征在于：

所述在所述第一支护位置安装所述锚固组件的步骤，包括：

钻设多个锚固孔，且所述锚固孔的轴线与水平方向呈15°夹角；

将多个所述预应力锚固件一一对应的装入多个所述锚固孔，向所述锚固孔内注浆；

锚孔内注浆达到预设强度后，平整第一支护位置的坡面，放样框格梁的位置；

安装所述框格梁的钢筋骨架及模板，并浇筑混凝土；

在所述锚固孔内的浆液强度达到15MPa后，对预应力锚固件进行张拉锁定。

7.根据权利要求6所述的山体边坡支护方法，其特征在于：

所述对预应力锚固件进行张拉锁定的步骤，包括：

对所述预应力锚固件的预应力张拉实施分级加载，且每级张拉加载的轴向拉力依次增大；

所述预应力锚固件张拉锁定完成后，切去多余的预应力锚固件，浇筑混凝土封锚。

8.根据权利要求6所述的山体边坡支护方法，其特征在于：

所述在所述第二支护位置安装所述管桩组件的步骤，包括：

在所述第二支护位置钻设多个钢管孔；

将多个所述钢管一一对应的装入多个所述钢管孔；

在每个所述钢管内安插钢筋束，钢筋束分段焊接制作；

对所述钢管内注浆；

将外露的钢管的端部用工字钢连成一体后，浇筑混凝土形成地系梁。

9.根据权利要求8所述的山体边坡支护方法，其特征在于：

所述钢管为钢花管，所述钢管包括多个分节，相邻的分节间采用丝扣连接；

所述钢筋束包括多个分段，相邻的两个所述分段焊接连接。

10.根据权利要求6所述的山体边坡支护方法，其特征在于：

所述山体边坡支护方法的步骤还包括：

在所述隧道内外采取注浆加固。

Images