CN115585001A - 一种富水地段超前止水帷幕结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种富水地段超前止水帷幕结构，其包括对掌子面后方的隧道壁进行扩挖形成的扩挖槽口和设置于扩挖槽口内的拱形帷幕结构，所述拱形帷幕结构包括设置于隧道底部的两个砼基础单元、同时连接于两个砼基础单元的拱形型钢单元以及设置于拱形型钢单元的注浆单元，所述拱形型钢单元朝向扩挖槽口的槽底开口，并开设有供注浆管伸入的注浆口。本发明具有改善现有技术中止浆墙的形成与后期开挖存在成本较高，材料浪费，以及止浆墙的形成影响隧道施工进度的问题的效果。

Description

一种富水地段超前止水帷幕结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种富水地段超前止水帷幕结构及施工方 法。

背景技术

目前，我国隧道止水措施通常为在洞内实施超前帷幕注浆，即停止掌子面掘进，在掌 子面与初支拱部结构之间，先采用混凝土浇筑形成凝固于掌子面的竖向止浆墙或台阶形止 浆墙，对掌子面进行封闭、加固，然后在止浆墙上进行超前钻孔，并进行注浆止水；通过 设置这种位于掌子面处的止浆墙，可阻止隧道轮廓线外的水下渗。

采用上述方案进行帷幕注浆时，需要使用大量的混凝土，同时破除止浆墙进行掌子面 的开挖也会导致成本增加，且存在混凝土的浪费，另外，止浆墙的形成导致掌子面的封闭， 致使工期滞后，影响施工进度。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种富水地段超前止水帷幕结构及施工 方法，其可改善现有技术中止浆墙的形成与后期开挖存在成本较高，材料浪费，以及止浆 墙的形成影响隧道施工进度的问题。

一方面，根据本发明的实施例，一种富水地段超前止水帷幕结构，其包括对掌子面后 方的隧道壁进行扩挖形成的扩挖槽口和设置于扩挖槽口内的拱形帷幕结构，所述拱形帷幕 结构包括设置于隧道底部的两个砼基础单元、同时连接于两个砼基础单元的拱形型钢单元 以及设置于拱形型钢单元的注浆单元，所述拱形型钢单元朝向扩挖槽口的槽底开口，并开 设有供注浆管伸入的注浆口。

优选的，所述拱形型钢单元包括多个依次连接的U型钢、用于连接相邻两个U型钢的 螺栓以及封堵于U型钢长度方向两个开口的多块端板，所述U型钢朝向扩挖槽口的槽底开 口，且其中两个U型钢连接于砼基础单元，所述端板开设有供注浆管伸入的注浆口，且所述注浆单元成型于多个U型钢内。

优选的，所述砼基础单元包括砼基础段和预埋于砼基础段内的地脚螺栓，所述地脚螺 栓连接于拱形型钢单元。

优选的，还包括支撑于隧道底部的钢架基础，所述钢架基础支撑于拱形型钢单元沿隧 道延伸方向的两端，且所述钢架基础连接于用于支撑隧道壁的初支拱部结构。

另一方面，根据本发明的实施例，还提供了一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方 法，其包括以下步骤：

S1、隧道断面扩挖：将掌子面后方且被初支拱部结构支撑的隧道壁扩挖，形成扩挖槽 口，并清除虚渣后对两侧基础压实；

S2、基础施工：在扩挖槽口靠近隧道底部处浇筑成型两个砼基础单元；

S3、拱形型钢单元施工：在砼基础单元上架设拱形型钢单元；

S4、注浆：在拱形型钢单元内浇筑成型注浆单元；

S5、加固并循环施工：在隧道内设置对拱形型钢单元进行支护，然后对掌子面进行开 挖、推进，开挖过程中进行初支拱部结构的支护，且开挖一定距离时进行下一止水帷幕结 构的施工，依次循环间隔施工，直至穿越富水岩层。

优选的，步骤S1中扩挖槽口的深度为60cm。

优选的，进行步骤S2中砼基础单元的浇筑时，先浇筑成型砼基础段，并在砼基础段内预埋地脚螺栓，其中，砼基础段长70cm，宽60cm，厚度为30cm。

优选的，步骤S3中架设拱形型钢单元时，将多个U型钢通过螺栓相互连接形成拱形结构，以填充于扩挖槽口，U型钢朝向扩挖槽口的槽底开口，且其中两个U型钢连接于砼 基础单元，形成拱形结构；在U型钢的长度方向两侧均焊接有端板，端板开设有注浆口。

优选的，步骤S4中注浆材料采用超细水泥-水玻璃双浆液，超细水泥与水玻璃体积比 为1:1～1:0.8，水灰比为2:1，水玻璃浓度为1.38g/cm3，原液浓度为35Be’。

优选的，步骤S5中相邻两个止水帷幕结构的间隔为5m。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1、通过在掌子面后方隧道面扩挖形成扩挖槽口，并在槽口处设置拱形帷幕结构，通过 拱形帷幕结构形成对隧道轮廓面下渗的水的阻挡、止水作用，拱形帷幕结构包括砼基础单 元、拱形型钢单元以及注浆单元，砼基础单元和注浆单元成型所需注浆量远小于现有技术 中止浆墙所需用量，从而减少了成本，且本发明的拱形帷幕结构不需拆除，也不影响掌子 面的持续推进工作，即现有技术采用的止浆墙消耗的混凝土用量远大于本发明扩宽回填的 工程量，同时，止水帷幕施工完毕后还需将止浆墙挖除，消耗大量成本，该部分混凝土也 失去了作用，造成了混凝土的浪费，改善了现有技术中止浆墙的形成与后期开挖存在成本 较高，材料浪费，以及止浆墙的形成影响隧道施工进度的问题；同时，本发明回填混凝土 还可控制隧道变形，减小隧道内轮廓变形量，也不会造成混凝土浪费，经济效益较高；

2、注浆单元所采用的注浆材料为超细水泥-水玻璃双液浆，具有良好的渗透性及可灌 性，便于浆液扩散，止水效果更好，解决了富水地段，单液水泥浆的凝结时间长且难以控 制、动水条件下结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的范围，达到快速止水的目的；

3、采用扩大开挖面作为注浆管施工工作面，每个循环间隔、搭接5m，能够使隧道在有止水帷幕的保护下不间断施工，对于隧道施工工期影响较小，避免了因施工止水帷幕造成隧道停工产生窝工，节约了项目成本。

附图说明

图1是本发明实施例的第一局部剖面结构示意图；

图2是本发明实施例的第二局部剖面结构示意图；

图3是本发明实施例的局部结构示意图；

图4是本发明的施工步骤图。

上述附图中：1、掌子面；2、初支拱部结构；3、扩挖槽口；4、砼基础单元；41、砼 基础段；42、地脚螺栓；5、拱形型钢单元；51、U型钢；52、螺栓；53、端板；531、注 浆口；6、注浆单元；7、钢架基础。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明作进一步说明。

参照图1至图3，一方面，本发明实施例提出了一种富水地段超前止水帷幕结构，包括扩挖槽口3和设置于扩挖槽口3内的拱形帷幕结构，扩挖槽口3为在掌子面1后方2-5m 范围内已形成有初支拱部结构2的位置扩挖成型的槽口，本发明实施例中，沿隧道轮廓线 (径向)方向，扩挖槽口3的深度展示为60cm，扩挖之后，对虚渣进行清除并对两侧基础 进行压实。即扩挖之后，扩挖槽口3的槽口面即为隧道壁，也即是掌子面1的轮廓面。

拱形帷幕结构包括两个砼基础单元4、一个拱形型钢单元5以及注浆单元6；两个砼基础单元4设置于隧道底部，其包括砼基础段41和地脚螺栓42，砼基础段41浇筑于压实 的隧道底部，本发明实施例中，砼基础段41为长70cm、宽60cm、厚度为30cm的混凝土 基础；并在浇筑过程中，预埋地脚螺栓42。

拱形型钢单元5同时连接于两个砼基础单元4，其包括多个U型钢51、多个螺栓52以及多块端板53；U型钢51朝向扩挖槽口3的槽底方向开口，且多个U型钢51通过螺栓 52依次拼接在一起，其中两个U型钢51连接于地脚螺栓42，其U型钢51的底端随扩挖 槽口3具有适应性的弧度变化。沿隧道延伸方向，端板53焊接于U型钢51的两端，且端 板53开设有注浆口531，以供注浆管伸入，注浆形成注浆单元6。

本发明实施例中，注浆单元6所采用的材料为超细水泥-水玻璃双浆液，超细水泥与水 玻璃体积比为：1:1～1:0.8，水灰比为：2:1，水玻璃浓度为1.38g/cm3，原液浓度为35Be’。 注浆形成的注浆单元6即可对隧道轮廓线下渗的水进行隔档，相对于现有技术中利用掌子 面1对下渗的水进行隔档的方式，该种隔档结构不仅能对水进行隔档，还能预留出对掌子 面1开挖的空间，改善了现有技术中止浆墙的形成与后期开挖存在成本较高，材料浪费， 以及止浆墙的形成影响隧道施工进度的问题；同时，拱形帷幕结构还可控制隧道变形，减 小隧道内轮廓变形量，具有支撑作用，不会浪费材料。

本发明实施例中，在开挖、推进掌子面1至5米之后，可再度进行该扩挖槽口3的开外和拱形帷幕结构的设置，依次类推，直至通过富水地段，使隧道在有止水帷幕结构的保护下不间断施工，对于隧道施工工期影响较小，避免了因施工止水帷幕造成隧道停工产生窝工，节约了项目成本。当然，在推进掌子面1前，需对隧道推进段预先利用钻机进行注 浆，增强隧道洞方向结构的稳定。

进一步的，本发明实施例中，为增强对拱形帷幕结构的支撑作用，在对掌子面1的推 进工作过程中，可在隧道内设置钢架基础7，钢架基础7支撑于拱形型钢单元5沿隧道延伸方向的两端，且钢架基础7连接于用于支撑隧道壁的初支拱部结构2，增强稳定性。

参照图4，另一方面，本发明实施例还提出了一种富水地段超前止水帷幕结构的施工 方法，其包括以下步骤：

S1、隧道断面扩挖：将掌子面1后方且被初支拱部结构2支撑的隧道壁扩挖，形成槽深为60cm的扩挖槽口3，并清除虚渣后对两侧基础压实。

S2、基础施工：在扩挖槽口3靠近隧道底部处浇筑成型两个砼基础单元4；

浇筑时，先浇筑成型长70cm、宽60cm、厚度为30cm的砼基础段41，并在砼基础段 41内预埋地脚螺栓42。

S3、拱形型钢单元施工：在砼基础单元4上架设拱形型钢单元5；

架设时，将多个U型钢51通过螺栓52相互连接形成拱形结构，以填充于扩挖槽口3，U型钢51朝向扩挖槽口3的槽底开口，且其中两个U型钢51连接于地脚螺栓42，形成拱 形结构；并在U型钢51的长度方向两侧均焊接端板53，端板53开设有注浆口531。

S4、注浆：通过注浆口531向拱形型钢单元5内浇筑成型注浆单元6；

注浆过程中，所采用的材料为超细水泥-水玻璃双浆液，超细水泥与水玻璃体积比为 1:1～1:0.8，水灰比为2:1，水玻璃浓度为1.38g/cm3，原液浓度为35Be’，以便浆液扩散，形成更好的止水效果。

S5、加固并循环施工：通过在隧道内设置钢架基础7对拱形型钢单元5进行支护，增强稳定性；然后对掌子面1进行开挖、推进，开挖过程中进行初支拱部结构2的支护，且 开挖一定距离(本发明实施例为5米)时进行下一止水帷幕结构的施工，依次循环间隔施 工，直至穿越富水岩层。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实 施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种富水地段超前止水帷幕结构，其特征在于：包括对掌子面(1)后方的隧道壁进行扩挖形成的扩挖槽口(3)和设置于扩挖槽口(3)内的拱形帷幕结构，所述拱形帷幕结构包括设置于隧道底部的两个砼基础单元(4)、同时连接于两个砼基础单元(4)的拱形型钢单元(5)以及设置于拱形型钢单元(5)的注浆单元(6)，所述拱形型钢单元(5)朝向扩挖槽口(3)的槽底开口，并开设有供注浆管伸入的注浆口(531)。

2.根据权利要求1所述的一种富水地段超前止水帷幕结构，其特征在于：所述拱形型钢单元(5)包括多个依次连接的U型钢(51)、用于连接相邻两个U型钢(51)的螺栓(52)以及封堵于U型钢(51)长度方向两个开口的多块端板(53)，所述U型钢(51)朝向扩挖槽口(3)的槽底开口，且其中两个U型钢(51)连接于砼基础单元(4)，所述端板(53)开设有供注浆管伸入的注浆口(531)，且所述注浆单元(6)成型于多个U型钢(51)内。

3.根据权利要求1所述的一种富水地段超前止水帷幕结构，其特征在于：所述砼基础单元(4)包括砼基础段(41)和预埋于砼基础段(41)内的地脚螺栓(42)，所述地脚螺栓(42)连接于拱形型钢单元(5)。

4.根据权利要求1所述的一种富水地段超前止水帷幕结构，其特征在于：还包括支撑于隧道底部的钢架基础(7)，所述钢架基础(7)支撑于拱形型钢单元(5)沿隧道延伸方向的两端，且所述钢架基础(7)连接于用于支撑隧道壁的初支拱部结构(2)。

5.一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、隧道断面扩挖：将掌子面(1)后方且被初支拱部结构(2)支撑的隧道壁扩挖，形成扩挖槽口(3)，并清除虚渣后对两侧基础压实；

S2、基础施工：在扩挖槽口(3)靠近隧道底部处浇筑成型两个砼基础单元(4)；

S3、拱形型钢单元施工：在砼基础单元(4)上架设拱形型钢单元(5)；

S4、注浆：在拱形型钢单元(5)内浇筑成型注浆单元(6)；

S5、加固并循环施工：在隧道内设置对拱形型钢单元(5)进行支护，然后对掌子面(1)进行开挖、推进，开挖过程中进行初支拱部结构(2)的支护，且开挖一定距离时进行下一止水帷幕结构的施工，依次循环间隔施工，直至穿越富水岩层。

6.根据权利要求5所述的一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方法，其特征在于：步骤S1中扩挖槽口(3)的深度为60cm。

7.根据权利要求5所述的一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方法，其特征在于：进行步骤S2中砼基础单元(4)的浇筑时，先浇筑成型砼基础段(41)，并在砼基础段(41)内预埋地脚螺栓(42)，其中，砼基础段(41)长70cm，宽60cm，厚度为30cm。

8.根据权利要求5所述的一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方法，其特征在于：步骤S3中架设拱形型钢单元(5)时，将多个U型钢(51)通过螺栓(52)相互连接形成拱形结构，以填充于扩挖槽口(3)，U型钢(51)朝向扩挖槽口(3)的槽底开口，且其中两个U型钢(51)连接于砼基础单元(4)，形成拱形结构；在U型钢(51)的长度方向两侧均焊接有端板(53)，端板(53)开设有注浆口(531)。

9.根据权利要求5所述的一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方法，其特征在于：步骤S4中注浆材料采用超细水泥-水玻璃双浆液，超细水泥与水玻璃体积比为1:1～1:0.8，水灰比为2:1，水玻璃浓度为1.38g/cm3，原液浓度为35Be’。

10.根据权利要求5所述的一种富水地段超前止水帷幕结构的施工方法，其特征在于：步骤S5中相邻两个止水帷幕结构的间隔为5m。

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