CN114961796A - 隧道拱顶塌方快速处置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道拱顶塌方快速处置方法，包括以下步骤：塌腔封口：采用发泡胶作为填充材料，无压填充发泡胶封闭塌腔塌腔与拱顶的交界面，进行塌腔封口；填充塌腔：待塌腔封口发泡胶固化后，采用发泡胶作为填充材料，有压填充上部剩余塌腔；上述采用发泡胶作为填充材料，起到包括封口、充填和支撑在内的作用。利于解决目前塌方处治普遍存在的施工复杂，处置时间长，不能快速、有效控制塌方发展等问题。

Description

隧道拱顶塌方快速处置方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道拱顶塌方快速处置方法。

背景技术

隧道塌方是隧道建设中最常见的安全事故之一。在整个隧道施工的过程中塌方事故随时可能发生，隧道开挖、施工支护甚至在隧道衬砌之后都有可能发生塌方。隧道塌方事故不仅严重威胁施工人员人身安全、破坏施工机械设备，还延长了隧道的施工工期、增大了工程预算。隧道塌方有高发性和高危性两大特点，给施工安全带来严重的威胁。

软质围岩段，比如千枚岩隧道，塌方一般表现为持续性流动塌方，塌腔逐渐扩大，直至塌方体填充整个塌腔后逐渐趋于稳定。硬质围岩段塌方多是受节理组合控制，塌方一般发生突然，但很快即稳定。

为确保安全，隧道塌方处理一般是在塌方暂时自稳时进行，处理原则是先加固，防扩展，后处理的原则。目前常用的处理措施是反压塌方体，封闭塌腔在隧道开挖轮廓线上的出露口后施工纵向大管棚，并对轮廓线上方的塌方体进行注浆，形成以管棚为底板，具备一定强度和厚度的围岩保护层，用以承受后续塌方压力，条件允许时还可以对上部塌方空腔进行低压满注浆。

上述传统处置方法以管棚支护、注浆或加砂充填两大主要手段，存在的主要问题有：

1、塌方体松散，注浆浆液扩散损失大，注浆造价高效果差。

2、受重力影响，依靠向上注浆填充塌腔基本无法实现，而有效填充塌腔是防治塌方进一步扩展的最有效手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前塌方处治普遍存在的施工复杂，处置时间长，不能快速、有效控制塌方发展等问题，本发明提供了解决上述问题的隧道拱顶塌方快速处置方法。

本发明通过下述技术方案实现：

隧道拱顶塌方快速处置方法，包括以下步骤：塌腔封口：采用发泡胶作为填充材料，无压填充发泡胶封闭塌腔底部(即塌腔与拱顶的交界面)，进行塌腔封口；填充塌腔：待塌腔封口发泡胶固化后，采用发泡胶作为填充材料，有压填充上部剩余塌腔；上述采用发泡胶作为填充材料，起到包括封口、充填和支撑在内的作用。

本发明采用发泡胶作为塌腔填充材料，具有施工迅速、填充效果好，强度发展快的特点，从而在既保证了一定支撑强度的同时解决了常规注浆或压砂填充效果差、施工缓慢、造价高的问题。

本发明采用二次压胶工艺，即第一次无压填充发泡胶封闭塌腔底部进行塌腔封口，待其消粘凝固后再通过预置管对剩余塌腔再次压胶填充。二次压胶工艺可以显著提高塌腔发泡胶填充的密度，从而提高填充体的强度，有利于提高塌腔和围岩稳定性。

相比于现有工艺步骤顺序以及注浆或压砂填充，本发明改进了填充材料以及施工步骤优化设计，利用发泡胶的粘性，在塌方体松散的情况下，扩散损失小，注胶效果好；且发泡胶质轻，基本不受重力影响，可实现依靠向上注胶填充塌腔，有效填充塌腔是防治塌方进一步扩展。

进一步优选，所述填充材料采用聚氨酯发泡胶。

进一步优选，所述发泡胶的膨胀倍数达到40～80倍。

进一步优选，所述发泡胶与水泥砂浆的粘接强度≥60kPa。

进一步优选，塌腔封口过程中，设置至少两根预置管，分别用于塌腔压胶、排气。

进一步优选，用于塌腔压胶的预置管采用双层套管。

进一步优选，在塌腔封口施工前，先进行塌方体稳固与整修；在塌方结束且塌腔基本稳定后进行塌腔封口工作。稳固可采用堆砌压脚或对塌方体注浆，整修主要是为压胶作业提供空间。具体地，塌方压脚可采用堆填土石、袋装土石或石笼反压塌方，确保塌方稳定并形成施工作业平台。

进一步优选，在填充塌腔后，增加对塌方段完成初期支护加强，增设长系统锚杆加固。

进一步优选，在填充塌腔后，施工管棚支护。

进一步优选，还包括塌方段换拱步骤：在管棚支护的保护下，对塌方段进行换拱，即逐榀更换初期支护钢架，重新施做钢筋网与喷射混凝土。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1本发明采用发泡胶作为塌腔填充材料，具有施工迅速、填充效果好，强度发展快的特点，从而在既保证了一定支撑强度的同时解决了常规注浆或压砂填充效果差、施工缓慢、造价高的问题。

2、本发明采用聚氨酯发泡胶膨胀倍数能达到40～80倍，相对于传统填充料具有用量少，填充速度快的突出优点。原材料能很好地填充缝隙和孔洞，达到密封和粘结的作用，与塌腔壁结合良好。

3、本发明采用二次压胶工艺，即第一次无压填充发泡胶封闭塌腔底部，待其消粘凝固后再通过预置管对剩余塌腔再次压胶。二次压胶工艺可以显著提高塌腔发泡胶填充的密度，从而提高填充体的强度，有利于提高塌腔和围岩稳定性。

4、本发明利用聚氨酯发泡胶整体性好，具有一定强度，不透水，再次开挖时可适当凿除一定厚度的发泡体，改用喷射砼，相当于针对塌方段做了初期支护加强，必要时在辅以长系统锚杆加固。

5、本发明设计的压胶预置管采用一大一小的双层套管，可以避免第一次压胶堵管的问题。

6、本发明发泡胶轻质，可以减轻初期支护和二衬压力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的隧道拱顶塌方快速处置方法原理图：搭建临时钢架支撑示意图。

图2为本发明的隧道拱顶塌方快速处置方法原理图：塌腔封口示意图。

图3为本发明的隧道拱顶塌方快速处置方法原理图：塌腔填充后施工管棚支护示意图。

图4为本发明的隧道拱顶塌方快速处置方法原理图：换拱示意图。

图5为本发明的隧道拱顶塌方快速处置方法流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-塌方体压脚，2-塌方堆积线，3-隧道开挖掌子面，4-塌腔壁，5-发泡胶封口，6-排气预置管，7-压胶预置管，8-发泡机，9-管棚，10-初期支护钢架，11-临时钢架支撑。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。

实施例1

本实施例提供了一种隧道拱顶塌方快速处置方法，主要包括塌腔封口和填充塌腔两个步骤，且两个步骤按顺序依次施工，具体施工如下：

1、塌腔封口：采用发泡胶作为填充材料，无压填充发泡胶封闭塌腔底部(即塌腔与拱顶的交界面)，进行塌腔封口。具体利用发泡胶轻质的特性，首先采用发泡机生产发泡胶对塌腔进行封口，即对塌腔与隧道拱顶相交处先行注胶封闭，如图1所示。

2、填充塌腔：待塌腔封口发泡胶固化后，采用发泡胶作为填充材料，有压填充上部剩余塌腔。具体待塌腔封口的发泡胶消粘固化并具有一定强度(一般取100kPa)后，对上部剩余塌腔进行二次注胶填充。由于此时塌腔为封闭空间，发泡胶注入可保持一定的压力以增加注胶量确保塌腔填充完整密实。上述两个步骤中，都采用发泡胶作为填充材料，起到包括密封和粘接在内的作用，能够与塌腔壁结合良好。

本实施例采用发泡胶作为塌腔填充材料，具有施工迅速、填充效果好，强度发展快的特点，从而在既保证了一定支撑强度的同时解决了常规注浆或压砂填充效果差、施工缓慢、造价高的问题。

本实施例采用二次压胶工艺，即第一次无压填充发泡胶封闭塌腔底部进行塌腔封口，待其消粘凝固后再通过预置管对剩余塌腔再次压胶填充。二次压胶工艺可以显著提高塌腔发泡胶填充的密度，从而提高填充体的强度，有利于提高塌腔和围岩稳定性。

最后，利用发泡胶的粘性，在塌方体松散的情况下，扩散损失小，注胶效果好；且发泡胶质轻，基本不受重力影响，可实现依靠向上注胶填充塌腔，有效填充塌腔是防治塌方进一步扩展。

实施例2

本实施例提供了一种隧道拱顶塌方快速处置方法，在实施例1的基础上进一步优化设计：填充材料采用聚氨酯发泡胶。聚氨酯发泡胶是将聚氨酯预聚体、发泡剂、催化剂等组分装填于耐压气雾罐中的特殊聚氨酯产品，本实施例采用现有的聚氨酯发泡胶产品；当物料从气雾罐中喷出时，沫状的聚氨酯物料会迅速膨胀并与空气或接触到的基体中的水分发生固化反应形成泡沫。固化后的发泡胶泡沫具有填缝、粘结、密封、隔热、吸音等多种效果。发泡胶膨胀倍数能达到40～80倍，能很好地填充缝隙和孔洞，达到密封和粘结的作用；发泡胶的消粘时间大约需要10分钟左右，正常适用的温度范围在5℃～35℃；最佳使用温度18℃～25℃，因此，发泡胶在正常室温下使用即可达到很好的效果。

聚氨酯材料应符合标准《聚氨酯建筑密封胶》(JC/T482-2003)。

此外，塌腔封口过程中，封闭施工时设置两根预置管，两根预置管分别用于塌腔压胶、排气。预置管顶深入塌腔顶部。更优选设计，用于塌腔压胶的预置管采用一大一小的双层套管，可以避免第一次压胶堵管的问题。

实施例3

本实施例提供了一种隧道拱顶塌方快速处置方法，整个流程如图5所示，具体步骤如下所示：

步骤1：塌方体稳固与整修

在保证安全的情况下对塌方体进行适当整修和压脚稳固，压脚可采用袋装土石或格宾挡墙。在塌方结束且塌方稳定后进行塌腔封口工作。如图1所示。

步骤2：塌腔封口

利用发泡胶轻质的特性，首先采用发泡机生产发泡胶对塌腔进行塌腔封口，即对塌腔与隧道拱顶相交处先行注胶封闭(如图1所示)，封闭施工时设置两根预置管，一根用于压胶，另一根用于塌腔排气管(预置管顶深入塌腔顶部)。这一步主要实现无压填充塌腔封口。如图2所示。

步骤3：填充塌腔

待塌腔封口的发泡胶消粘固化并具有一定强度后，对上部剩余塌腔进行二次注胶填充。由于此时塌腔为封闭空间，发泡胶注入可保持一定的压力以增加注胶量确保塌腔填充完整密实。这一步骤主要实现二次压胶填充塌腔。如图3所示。

步骤4：管棚超前支护

待塌腔发泡胶具有一定强度后，在塌腔后方施工插入管棚支护(如图2所示)。管棚长度应穿越塌腔不小于5m。此处管棚超前支护，是基于实际施工需求可选择做管棚超前支护或者不做管棚超前支护。

步骤5：换拱

在管棚支护的保护下，对塌方段进行换拱，即更换初期支护。具体，在管棚支护的保护下，挖除多余填充发泡胶，拆除损坏的初期支护钢架，重建初期支护。如图4所示。

此外，聚氨酯发泡胶整体性好，具有一定强度，不透水，再次开挖时可适当凿除一定厚度的发泡体，改用喷射砼，相当于针对塌方段做了初期支护加强，必要时在辅以长系统锚杆加固。

发泡胶采用实施例2提供聚氨酯发泡胶。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，包括以下步骤：

塌腔封口：采用发泡胶作为填充材料，无压填充发泡胶封闭塌腔与拱顶的交界面，进行塌腔封口；

填充塌腔：待塌腔封口发泡胶固化后，采用发泡胶作为填充材料，有压填充上部剩余塌腔；

上述采用发泡胶作为填充材料，起到包括封口、充填和支撑在内的作用。

2.根据权利要求1所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，所述填充材料采用聚氨酯发泡胶。

3.根据权利要求1所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，所述发泡胶的膨胀倍数达到40～80倍。

4.根据权利要求1所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，所述发泡胶与水泥砂浆的粘接强度≥60kPa。

5.根据权利要求1所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，塌腔封口过程中，设置至少两根预置管，分别用于塌腔压胶、排气。

6.根据权利要求5所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，用于塌腔压胶的预置管采用双层套管。

7.根据权利要求1所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，在塌腔封口施工前，先进行塌方体稳固与整修；在塌方结束且塌腔基本稳定后进行塌腔封口工作。

8.根据权利要求1所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，在填充塌腔后，增加对塌方段完成初期支护加强，增设长系统锚杆加固。

9.根据权利要求1至8任一项所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，在填充塌腔后，施工管棚支护。

10.根据权利要求8所述的隧道拱顶塌方快速处置方法，其特征在于，还包括塌方段换拱步骤：在管棚支护的保护下，对塌方段进行换拱。

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