CN114837700A - 一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法 - Google Patents
一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114837700A CN114837700A CN202210442129.2A CN202210442129A CN114837700A CN 114837700 A CN114837700 A CN 114837700A CN 202210442129 A CN202210442129 A CN 202210442129A CN 114837700 A CN114837700 A CN 114837700A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- arch
- steel
- tunnel
- locking anchor
- excavating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 144
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 144
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 16
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 31
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 29
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 27
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims description 26
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 claims description 22
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 239000011378 shotcrete Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/14—Lining predominantly with metal
- E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
- E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,包括如下步骤:S1、进行上台阶开挖;S2、错位开挖中台阶两侧,预留中台阶核心土;S3、进行下台阶开挖,错位开挖下台阶两侧,预留下台阶核心土;S4、进行中台阶、下台阶预留核心土开挖;S5、每循环开挖长度2m~3m后,对仰拱部分进行开挖,并及时封闭钢拱架;完成3个隧底开挖、支护循环后,在初期支护上方铺设10cm~20cm聚乙烯缓释消能层,并施作仰拱;S7、隧洞开挖进尺25m~30m后,铺设边顶拱聚乙烯缓释消能层并进行边顶拱二次衬砌施工;S8、隧洞上台阶、中台阶、下台阶及仰拱按上述步骤交替施工,直至隧洞开挖完成。
Description
技术领域
本发明涉及隧洞工程的技术领域,具体来说,涉及一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法。
背景技术
我国在长距离调水工程建设的难度和规模上均居世界前列,在高山峻岭地区修建调水工程,大多采用隧洞输水方式,长距离输水隧洞是调水工程建设的关键控制性工程。中国目前在建和拟建的长距离输水隧洞大多要穿越西部地质构造背景复杂的山岭地区,面临自然环境恶劣、地震烈度高、地形地质条件复杂等不利因素,无论是工程建设难度还是运营风险都将大大增加,面临更为复杂的科学技术难题。
泥岩、砂质泥岩、粘土岩等膨胀性软岩是修建这些输水隧洞常遇到的地层,此类岩层往往具有强度低,遇水明显软化膨胀、泥化及快速崩解等特性。围岩膨胀大变形是膨胀性软岩隧洞施工过程中时常遇到的地质灾害,且具有变形量值大、速率快、持续时间长等特点,往往引起支护结构破坏、初期支护侵限等现象。若处理不当将造成隧洞围岩塌方,甚至将完全堵塞,极易造成施工人员伤亡、毁坏施工设备、延误工期、增加工程成本。
应对隧洞围岩膨胀大变形传统的思路是增加初期支护强度,如采用高规格型钢或可缩式钢拱架,并采用较小间距;增加锚杆支护长度或改进锚杆类型;采用多重初期支护结构并预留足够的允许变形量和二次支护空间等。在膨胀性软岩隧洞施工过程中,由于围岩的特殊性质,上述传统的支护措施往往存在以下缺点:
(1)水泥浆液难以进入膨胀性软岩微小裂隙内部,传统锚固支护达不到理想的注浆加固效果;
(2)多重初期支护措施工序繁杂,造价高,施工工期长;
(3)膨胀性软岩变形速率快,持续时间长,往往造成早期喷层局部挤碎掉块及后期二衬的开裂,隧洞运行期的安全性得不到保障。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题,本发明提供一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,能够解决上述问题。
为实现上述技术目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,包括如下步骤:
步骤一:首先进行上台阶开挖,上台阶开挖一个进尺后立即对掌子面及两侧围岩喷射纳米硅粉合成纤维混凝土;进一步的,上台阶架设H型钢拱架并挂设钢筋网;进一步的,在拱顶及上台阶拱脚处采用工字钢将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上台阶拱梁式结构;进一步的,为防止上台阶拱拱梁式结构中钢拱架出现侧向屈曲失稳,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋;施作超前大管棚,管棚出露围岩端部插入预留在钢拱架腹板的圆孔内,使得钢拱架与超前大管棚连为一体;进一步的,在上台阶两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接;进一步的,通过注浆设备对超前管棚和锁脚锚管进行注浆;进一步的,复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成上台阶初期支护。
步骤二:进行中台阶开挖支护,错位开挖中台阶两侧,预留中台阶核心土,中台阶两侧开挖完成后,立即喷射纳米硅粉合成纤维混凝土,接长中台阶钢拱架并挂设钢筋网;进一步的,在中台阶两侧拱脚处采用工字钢将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上、中台阶拱梁式结构;进一步的,为防止中台阶拱拱梁式结构中钢拱架出现侧向屈曲失稳,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,纵向连接筋间距确定方法与上台阶一致;进一步的,在中台阶两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接;进一步的,通过注浆设备对锁脚锚管进行注浆;进一步的,复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成中台阶初期支护。
步骤三:进行下台阶开挖支护,错位开挖下台阶两侧,预留下台阶核心土,下台阶两侧开挖完成后,立即喷射纳米硅粉合成纤维混凝土,接长下台阶钢拱架并挂设钢筋网;进一步的,在下台阶拱脚处采用工字钢将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上、中、下台阶拱梁式结构;进一步的,为防止下台阶拱拱梁式结构中钢拱架出现侧向屈曲失稳,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,纵向连接筋间距确定方法与上、中台阶一致;进一步的,在下台阶两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接;进一步的,通过注浆设备对锁脚锚管进行注浆;进一步,复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成下台阶初期支护。
步骤四:进行中、下台阶预留核心土开挖,开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
步骤五:每循环开挖长度2m~3m后,对仰拱部分进行开挖,并及时封闭钢拱架,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,布设底拱两侧外八字锁脚锚管并通过注浆设备对锁脚锚管进行注浆,复喷底拱纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度。
步骤六:完成3个隧底开挖、支护循环后,在初期支护上方铺设10cm~20cm聚乙烯缓释消能层,并施作仰拱。
步骤七:隧洞开挖进尺25m~30m后,铺设边顶拱聚乙烯缓释消能层并进行边顶拱二次衬砌施工。
步骤八:隧洞上、中、下台阶及仰拱按上述步骤交替施工,直至隧洞开挖完成。
优选的,步骤一中,超前大管棚的外倾角≤5°。
优选的,步骤一、二和三中采用工字钢将相邻钢拱架的顶拱、上、中、下台阶拱脚处进行牢固焊接,形成一种可有效控制隧洞围岩膨胀大变形的三台阶拱梁式支护结构。
优选的,步骤一、二、三和五中相邻钢拱架纵向连接筋间距基于钢拱架侧向失稳临界压力和钢拱架材料强度确定,其公式如下:
其中,l为纵向连接筋间距,E为钢拱架弹性模量,Iy为钢拱架惯性矩,σs为钢拱架材料屈服强度,As为钢拱架截面面积。
优选的,步骤一、二、三和五中锁脚锚管为一对外八字锁脚锚管,长度为大于隧洞直径,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接。
优选的,步骤一、二、三和四中要求开挖进尺≤1.0m。
优选的,步骤一、二、三和五中要求喷射混凝土为纳米硅粉合成纤维混凝土。
优选的,步骤六和七中要求在初期支护和二次衬砌之间铺设一层10cm~20cm聚乙烯缓释消能层。
优选的,步骤七中要求掌子面距离二次衬砌安全步距为25m~30m。
本发明的有益效果:
(1)本发明根据三台阶施工法台阶分布位置,将工字钢在每台阶拱脚处形成一条纵向整体托梁,利用纵向托梁的刚性连接将一次支护钢拱架连接成一个整体,组成拱梁支护结构,有效控制围岩膨胀大变形,解决初期支护结构侵限及失稳问题。
(2)本发明基于钢拱架侧向失稳临界压力和钢拱架材料强度提出了相邻钢拱架纵向连接筋的间距确定公式,可有效防止拱梁支护结构中钢拱架出现侧向屈曲失稳。
(3)本发明针对发生膨胀大变形隧洞特性,取消了隧洞系统锚杆,选择分别在上台阶、中台阶和下台阶钢拱架两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,能有效限制边墙围岩水平收敛。
(4)本发明采用纳米硅粉合成纤维混凝土作为初期支护中喷层的材料,其良好的早强及抗裂性能可有效抑制隧洞围岩前期过早变形并防止喷层开裂。
(5)本发明利用大管棚施工加强超前支护强度及开挖支护安全系数,超前管棚外插角规定不大于5°,避免外插角过大对拱部围岩造成扰动,管棚尾部与型钢拱架牢固焊接,形成有效的超前加固、棚户作用,能有效的限制顶拱围岩下沉。
(6)本发明在初期支护和二次衬砌之间铺设了一层10cm~20cm聚乙烯缓释消能层,聚乙烯缓释消能层是一种具有质量轻、低弹性模量和一定变形能力的材料,用来吸收部分围岩变形能量并改善二衬受力特征,减小二次衬砌由于泥岩流变作用所承受的形变压力,防止二次衬砌开裂并保证二次衬砌的长期稳定性。
(7)本发明每循环开挖进尺控制在1.0m之内,并将掌子面距离二次衬砌安全步距调整为25m ~30m,这样既能确保初期支护及二次衬砌安全质量,又能实现掌子面开挖与二次衬砌施工同步进行,加快施工进度的同时,还能确保一次支护施工的连续性。
(8)与传统软岩隧洞支护设计相比,本发明取消了隧洞系统锚杆,采用单层钢拱架支护措施,可充分发挥支护材料的强度,节约工程投资,并缩短施工工期。
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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法的流程图;
图2是本发明实施例所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护结构的示意图;
图3是本发明实施例所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护结构的内部开挖施工图;
图4是本发明实施例所述的上台阶外八字锚管的连接简图;
图5是本发明实施例所述的中台阶外八字锚管的连接简图;
图6是本发明实施例所述的下台阶外八字锚管的连接简图。
图中:
1、超前大管棚;2、上台阶工字钢纵向托梁;3、中台阶工字钢纵向托梁;4、下台阶工字钢纵向托梁;5、上台阶外八字锁脚锚管;6、中台阶外八字锁脚锚管;7、下台阶外八字锁脚锚管;8、底拱外八字锁脚锚管;9、钢拱架纵向连接筋;10、底拱聚乙烯缓释消能层;11、仰拱;12、边顶拱聚乙烯缓释消能层;13、边顶拱混凝土衬砌;14、L型钢筋;15、钢拱架;16、隧洞开挖轮廓线;17、上台阶;18、左侧中台阶;19、右侧中台阶;20、中台阶核心土;21、左侧下台阶;22、右侧下台阶;23、下台阶核心土。
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所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,具体包括:
步骤一:首先进行上台阶17(见图3)开挖,开挖循环进尺根据钢拱架间距确定,一般小于1.0m,开挖后立即喷射混凝土封闭掌子面,并对两侧边墙初喷3cm~5cm厚纳米硅粉合成纤维混凝土;进一步的,上台阶架立HW150钢拱架并挂设钢筋网,钢拱架间距为50cm~60cm,钢筋网规格为φ8´φ8,20cm´20cm;进一步的,架设钢拱架完成后,在拱顶及上台阶拱脚处采用I16工字钢2(见图2)将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上台阶拱梁式结构;进一步的,为防止上台阶拱拱梁式结构中钢拱架出现侧向屈曲失稳,在相邻钢拱架之间增设钢拱架纵向连接筋9,钢拱架纵向连接筋9的间距基于钢拱架侧向失稳临界压力和钢拱架材料强度确定,其公式如下:
其中,l为纵向连接筋间距,E为钢拱架弹性模量,Iy为钢拱架惯性矩,σs为钢拱架材料屈服强度,As为钢拱架截面面积。
进一步的,施作超前大管棚1(见图2),采用长9m、直径63mm的热压无缝钢花管,沿隧道开挖轮廓线16的140°~160°范围内,环向间距设置为30cm~40cm,以不大于5°的外插角穿过拱部外层钢拱架腹板上的预留孔,伸入至掌子面前方地层并进行注浆加固,管棚尾部与型钢拱架牢固焊接,完成超前支护施作;然后在上台阶两侧拱脚以上处打设第一对上台阶外八字锁脚锚管5(见图2),锁脚锚管采用长6m,直径63mm的热压无缝钢花管,以下倾角30°~45°,水平角度15°的方式穿过预留在上台阶工字钢纵向托梁2(上台阶工字钢纵向托梁2采用I16工字钢,见图2)的圆孔打入两侧边墙围岩内,采用L型钢筋14(见图4)对上台阶外八字锁脚锚管5和钢拱架15进行牢固焊接;进一步的,通过注浆设备对超前大管棚1和上台阶外八字锁脚锚管5进行注浆,最后复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成上台阶开挖和初期支护的施工。
步骤二:错位开挖中台阶两侧,具体为左侧中台阶18和右侧中台阶19(见图3),预留中台阶核心土20(见图3);进一步的,中台阶两侧开挖完成后,立即喷射纳米硅粉合成纤维混凝土3cm~5cm;初喷完成后,接长中台阶钢拱架并挂设钢筋网,上台阶钢拱架与中台阶钢拱架采用4根高强度螺栓连接,连接板保证相互密贴;进一步的,在中台阶两侧拱脚处采用中台阶工字钢纵向托梁3(中台阶工字钢纵向托梁3采用I16工字钢3,见图2)将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上、中台阶拱梁式结构;进一步的,为防止中台阶拱梁式结构中钢拱架出现侧向屈曲失稳,在相邻钢拱架之间增设钢拱架纵向连接筋9,钢拱架纵向连接筋9间距确定方法与上台阶一致;进一步的,在中台阶两侧拱脚处打设第二对中台阶外八字锁脚锚管6(见图2),锁脚锚管采用长6m,直径63mm的热压无缝钢花管,以下倾角30°~45°,水平角度15°的方式穿过预留在中台阶工字钢纵向托梁3(见图2)的圆孔打入两侧边墙围岩内,采用L型钢筋14(见图5)对中台阶外八字锁脚锚管6和钢拱架15两侧进行牢固焊接,锁脚锚管长度应大于隧洞直径;进一步的,通过注浆设备对中台阶外八字锁脚锚管6进行注浆;最后复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成中台阶开挖及初期支护的施工。
步骤三:在中台阶开挖及初期支护完后,错位开挖下台阶两侧,具体为左侧下台阶21和右侧下台阶22(见图3),预留下台阶核心土23(见图3);下台阶两侧开挖完成后,立即喷射纳米硅粉合成纤维混凝土3cm~5cm;初喷完成后,接长下台阶钢拱架并挂设钢筋网,中台阶钢拱架与下台阶钢拱架采用4根高强度螺栓连接,连接板保证相互密贴;进一步的,在下台阶两侧拱脚处采用下台阶工字钢纵向托梁4(中台阶工字钢纵向托梁4采用I16工字钢3,见图2)将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上、中、下台阶拱梁式结构;进一步的,在下台阶两侧拱脚处,打设第三对下台阶外八字锁脚锚管7(见图2),锁脚锚管采用长6m,直径63mm的热压无缝钢花管,以下倾角30°~45°,水平角度15°的方式穿过预留在I16工字钢4(见图2)的圆孔打入两侧边墙围岩内,采用L型钢筋14(见图6)对下台阶外八字锁脚锚管7和钢拱架15两侧进行牢固焊接;进一步的,通过注浆设备对下台阶外八字锁脚锚管7进行注浆;最后复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成下台阶开挖及初期支护的施工。
步骤四:中台阶和下台阶分别开挖预留的核心土,具体为中台阶核心土20和下台阶核心土23(见图3),开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
步骤五:每循环开挖长度2m~3m后,对仰拱部分进行开挖,及时封闭钢拱架,在底拱两侧布设底拱外八字锁脚锚管8(见图2)并通过注浆设备对底拱外八字锁脚锚管8进行注浆,复喷底拱纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度。
步骤六:完成3个隧底开挖、支护循环后,在初期支护上方再次铺设10cm~20cm厚的底拱聚乙烯缓释消能层10(见图3),并施作仰拱11(见图3),仰拱分段长度为9m。
步骤七:隧洞开挖进尺25m~30m(见图3中L1)后,铺设边顶拱10cm~20cm厚的边顶拱聚乙烯缓释消能层12(见图3)并进行边顶拱二次衬砌13(见图3)的施工。
步骤八:在超前管棚支护下,隧洞上、中、下台阶及仰拱按上述步骤交替施工,直至隧洞开挖支护完成。
本发明是一种适用于隧洞控制围岩膨胀大变形的三台阶拱梁式支护施工方法,其主要特点为:
本发明的初期支护结构形式包括超前大管棚、H型钢拱架、钢筋网、喷混凝土、外八字锁脚锚管、聚乙烯缓释消能层。初期支护结构核心为由工字钢及H型钢拱架组成的拱梁式支护结构,即根据三台阶施工法台阶分布位置,将工字钢在每台阶拱脚处形成一条纵向整体托梁,利用纵向托梁的刚性连接将一次支护钢拱架连接而成的支护结构,配之超前大管棚、每台阶拱脚处和底拱处设置的外八字锁脚锚管及聚乙烯缓释消能层,可有效控制软岩隧洞围岩膨胀大变形,解决初期支护结构侵限、失稳及二次衬砌开裂等问题。
本发明步骤一、二、三及五中采用纳米硅粉合成纤维混凝土作为初期支护中喷层的材料,其良好的早强及抗裂性能可有效抑制隧洞围岩前期过早变形并防止喷层开裂。喷层施作分为初喷和复喷两个阶段,初喷可使得拱梁式支护结构中的H型钢拱架与围岩紧密接触,有效防止隧洞围岩松动圈的进一步扩展。
针对易发生膨胀大变形的隧洞特性,本发明步骤一、二、三、五、六和七中,在初喷混凝土和初期支护和二次衬砌之间铺设了一层聚乙烯缓释消能层,聚乙烯缓释消能层是一种具有质量轻、低弹性模量和一定变形能力的材料,用来吸收部分围岩变形能量并改善二衬受力特征,减小二次衬砌由于泥岩流变作用所承受的形变压力,防止二次衬砌开裂并保证二次衬砌的长期稳定性。
针对易发生膨胀大变形的隧洞特性,本发明步骤一、二、三、四、五中的开挖方式,采用弱爆破和机械开挖相结合的方式,且每循环开挖进尺控制在1.0m之内,并将掌子面距离二次衬砌安全步距调整为25m~30m,这样既能确保初期支护及二次衬砌安全质量,又能实现掌子面开挖与二次衬砌施工同步进行,加快施工进度的同时,还能确保一次支护施工的连续性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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 (5)
1.一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1、进行上台阶开挖,上台阶开挖一个进尺后立即对掌子面及两侧围岩喷射纳米硅粉合成纤维混凝土,对上台阶架设H型钢拱架并挂设钢筋网,在拱顶及上台阶拱脚处采用工字钢将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上台阶拱梁式结构,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,然后施作超前大管棚,管棚出露围岩端部插入预留在钢拱架腹板的圆孔内,使得钢拱架与超前大管棚连为一体,在上台阶两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接,最后通过注浆设备对超前管棚和锁脚锚管进行注浆,注浆完成后复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成上台阶初期支护;
S2、错位开挖中台阶两侧,预留中台阶核心土,中台阶两侧开挖完成后,立即喷射纳米硅粉合成纤维混凝土,接长钢拱架并挂设钢筋网,在中台阶两侧拱脚处采用工字钢将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上、中台阶拱梁式结构,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,纵向连接筋间距确定方法与上台阶一致,在中台阶两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接,最后通过注浆设备对锁脚锚管进行注浆,注浆完成后复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成中台阶初期支护;
S3、进行下台阶开挖,错位开挖下台阶两侧,预留下台阶核心土,下台阶两侧开挖完成后,立即喷射纳米硅粉合成纤维混凝土,接长下台阶钢拱架并挂设钢筋网,在下台阶拱脚处采用工字钢将相邻钢拱架进行牢固焊接,形成上、中、下台阶拱梁式结构,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,纵向连接筋间距确定方法与上台阶、中台阶一致,在下台阶两侧拱脚处各打设一对外八字锁脚锚管,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接,最后通过注浆设备对锁脚锚管进行注浆,注浆完成后复喷纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度,完成下台阶初期支护;
S4、进行中台阶、下台阶预留核心土开挖,开挖进尺与各台阶循环进尺相一致;
S5、每循环开挖长度2m~3m后,对仰拱部分进行开挖,并及时封闭钢拱架,在相邻钢拱架之间增设纵向连接筋,在底拱两侧布设外八字锁脚锚管并通过注浆设备对锁脚锚管进行注浆,复喷底拱纳米硅粉合成纤维混凝土至设计厚度;
S6、完成3个隧底开挖、支护循环后,在初期支护上方铺设10cm~20cm聚乙烯缓释消能层,并施作仰拱;
S7、隧洞开挖进尺25m~30m后,铺设边顶拱聚乙烯缓释消能层并进行边顶拱二次衬砌施工;
S8、隧洞上台阶、中台阶、下台阶及仰拱按上述步骤交替施工,直至隧洞开挖完成。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,其特征在于:S1中超前大管棚的外倾角不大于5°。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,其特征在于:S1、S2、S3和S5中锁脚锚管为一对外八字锁脚锚管,长度大于隧洞直径,锁脚锚管和钢拱架采用L型钢筋牢固焊接。
5.根据权利要求1所述的一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法,其特征在于:S1、S2、S3和S5中的开挖进尺不大于1.0m。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210442129.2A CN114837700A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210442129.2A CN114837700A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114837700A true CN114837700A (zh) | 2022-08-02 |
Family
ID=82565425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210442129.2A Pending CN114837700A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114837700A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115949410A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-04-11 | 儋州市水务项目建设管理中心 | 三台阶预留核心土法施工工艺 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103277106A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-09-04 | 云南云岭高速公路桥梁工程有限公司 | 公路隧道三台阶五步开挖施工方法 |
CN106761769A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 长安大学 | 一种大断面软岩大变形隧道的施工工艺 |
-
2022
- 2022-04-25 CN CN202210442129.2A patent/CN114837700A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103277106A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-09-04 | 云南云岭高速公路桥梁工程有限公司 | 公路隧道三台阶五步开挖施工方法 |
CN106761769A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 长安大学 | 一种大断面软岩大变形隧道的施工工艺 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
张春生 等: "白鹤滩水电站巨型地下洞室群围岩稳定分析与设计方法", vol. 1, 31 December 2019, pages: 307 * |
苏振超 等: "建筑力学", vol. 1, 31 August 2021, 武汉理工大学出版社, pages: 176 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115949410A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-04-11 | 儋州市水务项目建设管理中心 | 三台阶预留核心土法施工工艺 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110005434B (zh) | 一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法 | |
CN102021911B (zh) | 边坡加固方法及加固结构 | |
CN108798702B (zh) | 一种大断面软岩大变形隧道的支护方法 | |
CN109989777B (zh) | 用于控制隧道小里程挤压变形段初支大变形的方法 | |
CN211258623U (zh) | 穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道支护体系 | |
CN110541721A (zh) | 一种富水流砂地层全风化围岩隧道的支护体系及施工方法 | |
CN112663625A (zh) | 一种高寒区浅埋偏压软弱围岩隧道洞口施工及防护方法 | |
CN110617067A (zh) | 一种极软弱围岩隧道全断面边界超前管棚低风险施工方法 | |
CN112963156A (zh) | 一种土岩复合地层浅埋隧道的复合加固方法及复合加固结构 | |
CN115898416A (zh) | 高原地区隧道施工方法 | |
CN114837700A (zh) | 一种用于隧道中的三台阶拱梁式支护施工方法 | |
CN114542086A (zh) | 一种受地下水影响的大跨度断面暗挖隧道的施工方法 | |
CN112443331B (zh) | 扰动敏感地层超小净距大断面群洞并行地铁隧道施工方法 | |
CN114352292A (zh) | 用于风化千枚岩地层的浅埋偏压连拱隧道施工方法 | |
CN110159276A (zh) | 一种遇水崩解极软岩地层中隧洞开挖施工工艺 | |
CN210622819U (zh) | 管棚与钢支架联合支护装置 | |
CN114622574B (zh) | 一种富水抛填土深基坑截水开挖支护方法、支护装置 | |
CN113803077B (zh) | 一种水平节理泥质页岩富水隧道超前支护施工方法 | |
CN215057408U (zh) | 一种公路隧道斜井与正洞交叉口的加强装置 | |
CN114991783A (zh) | 一种适用于浅埋富水砂土状软弱围岩隧道的开挖方法 | |
CN111764932B (zh) | 一种泥质富水破碎浅埋隧道低风险施工方法 | |
CN114086993A (zh) | 一种超大断面隧道的支护体系及开挖方法 | |
CN112664248A (zh) | 一种软岩淋水巷道支护方法 | |
CN112647978A (zh) | 一种软岩大变形隧道超前小导洞施工方法 | |
CN114876474B (zh) | 一种矿山法扩挖盾构井结构的施工方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |