CN117967325A - 一种车行洞交叉口变形塌方处治方法及支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道施工技术领域，提供了一种车行洞交叉口变形塌方处治方法及支撑结构，包括在正洞内对塌方区进行重新加固，所述塌方区位于正洞与车行洞的交叉口；在正洞内往塌方区回填混凝土；在混凝土与岩层交界处进行补浆以及沿正洞径向往塌方区外侧的岩层补浆；重新开挖塌方的正洞并加固；在正洞与车行洞交叉口设置环梁并沿车行洞轴向设置管棚；从未塌方的正洞往塌方的正洞开挖车行洞。本发明在正洞和车行洞的交叉口处安装环梁，通过环梁对交叉口处的初支钢架进行支撑，代替了现有锚杆固定的结构，环梁能够均匀受力，当交叉口处出现应力集中时，环梁能够将集中的应力均匀分散到整个环形结构上，从而降低了交叉口坍塌的风险。

Description

一种车行洞交叉口变形塌方处治方法及支撑结构
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种车行洞交叉口变形塌方处治方法及支撑结构。
背景技术
隧道围岩主要为陡倾的软(泥质页岩或千枚岩)硬(板岩或白云岩)互层的薄层状岩层，掌子面的右侧聚集大量的薄层状软岩(泥质页岩或千枚岩)。其中软岩强度低、自稳性差、流变性能强、遇水易软化，施工时易发生大变形病害，特别是隧道主洞与车行通道的交叉口处。隧道交叉口部位经历了主隧道开挖、初支拆除、车行通道的开挖等工序，这使得交叉口部位的围岩多次重分布，加剧了围岩和支护结构的不稳定趋势。同时，交叉部位主隧道的拱形支撑作用被切割，隧道结构从单一轴向受力转变成部位弯曲受力，交叉口部位出现应力集中，导致隧道发生坍塌。
发明内容
为了解决背景技术中至少一个问题，本发明提出一种车行洞交叉口变形塌方处治方法及支撑结构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，包括以下步骤：
在正洞内对塌方区进行重新加固，所述塌方区位于正洞与车行洞的交叉口；
在正洞内往塌方区回填混凝土；
在混凝土与岩层交界处进行补浆以及沿正洞径向往塌方区外侧的岩层补浆；
重新开挖塌方的正洞并加固；
在正洞与车行洞交叉口设置环梁并沿车行洞轴向设置管棚；
从未塌方的正洞往塌方的正洞开挖车行洞。
优选地，在正洞内对塌方区进行重新加固，包括以下步骤：
在正洞内的塌方区两侧安装若干工字钢拱架，相邻工字钢拱架间距不超过0.5米；
在工字钢拱架的拱腰、拱脚及底脚处设置锁脚锚管进行加固；
工字钢拱架和正洞的初支面之间的间隙采用喷射混凝土喷实。
优选地，在正洞内往塌方区回填混凝土，包括以下步骤：
在塌方区稳定后，正洞堆渣回填反压至正洞拱顶，且堆渣后两侧坡度比不小于1:2；
在塌方区内布设若干支混凝土泵管，分若干次回填至塌方区顶部，将塌腔填充密实。
优选地，在混凝土与岩层交界处进行补浆以及沿正洞径向往塌方区外侧的岩层补浆，包括以下步骤：
在正洞拱顶及塌方区轮廓与正洞的岩体交界处进行补注浆；
沿正洞径向对塌方区外侧岩体进行注浆。
优选地，进行注浆过程中，采用潜孔钻机，孔径不小于60mm，注浆采用水泥净浆，水灰比为0.4—0.5，注浆压力不小于0.5MPa。
优选地，重新开挖塌方的正洞并加固，包括以下步骤：
采用三台阶临时仰拱法开挖正洞，同时持续进行塌体部位注浆加固固结；
重新在挖开的正洞内安装初支钢架，并在初支钢架的拱腰和拱脚处安装若干锚索，所述锚索的锚固段位于松动层外侧，所述松动层位于塌方区外侧。
优选地，在正洞与车行洞交叉口设置环梁并沿车行洞轴向设置管棚，包括以下步骤：
在正洞与车行洞交叉口处安装呈开口环结构的环梁，以支撑交叉口处的初支钢架；
沿车行洞轴向安装管棚，所述管棚与环梁固定连接。
优选地，沿未塌方的正洞一侧往塌方的正洞一侧开挖车行洞，包括以下步骤：
采用台阶法沿塌方的正洞一侧往对向的正洞一侧开挖车行洞。
一种支撑结构，用于上述的车行洞交叉口变形塌方处治方法，包括初支钢架和环梁；
若干所述初支钢架间隔安装在正洞内，用于支撑正洞的拱顶；
所述环梁安装在正洞与车行洞的交叉口，且与初支钢架连接；
所述初支钢架为一体式开口环结构，与正洞内壁相抵；
所述环梁为若干工字钢焊接而成的开口环结构，沿车行洞轴向设置，用于支撑交叉口处的初支钢架。
优选地，所述环梁底部还设置有地梁；
所述环梁顶部安装有若干沿车行洞轴向的管棚。
本发明的有益效果：
1、本发明在正洞和车行洞的交叉口处安装环梁，通过环梁对交叉口处的初支钢架进行支撑，代替了现有锚杆固定的结构，环梁能够均匀受力，当交叉口处出现应力集中时，环梁能够将集中的应力均匀分散到整个环形结构上，从而降低了交叉口坍塌的风险；
2、本发明主要进一步明确软岩大变形车行洞洞口塌方处理施工工艺流程，先对塌腔泵送混凝土回填封堵、再对隧道围岩加固补强、锚索加强及支护结构参数加大等内外兼修的综合加固等措施，保证交叉口处治安全，保证运用结构安全。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1示出了本发明的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法的流程图；
图2示出了本发明的正洞、车行洞和塌方区的位置关系图；
图3示出了本发明的堆渣简图；
图4示出了本发明的注浆示意图；
图5示出了本发明的锚索加固示意图；
图6示出了本发明的支撑结构的三维简图；
图7示出了本发明的支撑结构的正面示意图；
图8示出了本发明的现场施工简图。
图中：1、初支钢架；2、环梁；3、地梁；4、管棚。
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、完整地说明，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。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。
一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：在正洞内对塌方区进行重新加固，塌方区位于正洞与车行洞的交叉口；S2：在正洞内往塌方区回填混凝土；S3：在混凝土与岩层交界处进行补浆以及沿正洞径向往岩层补浆；S4：重新开挖塌方的正洞并加固；S5：在正洞与车行洞交叉口设置环梁2并沿车行洞轴向设置管棚4；S6：从未塌方的正洞往塌方的正洞开挖车行洞。
如图2所示，本发明的塌方区位于正洞与车行洞的交叉处，上述步骤S1-S4需要先将正洞及塌方区域施工完成，然后安装步骤S5和S6对车行洞进一步开挖，下面对步骤S1～S4的过程详细说明。
进一步地，在S1中包括以下步骤：
S101：在正洞内的塌方区两侧安装若干工字钢拱架，相邻工字钢拱架间距不超过0.5米；S102：在工字钢拱架的拱腰、拱脚及底脚处设置锁脚锚管进行加固；S103：工字钢拱架和正洞的初支面之间的间隙采用喷射混凝土喷实。
需要说明的是在S101～S103中，为了防止塌方区域进一步扩大，需要将该区域两侧的增加拱架进行支撑，同时将拱架与正洞的壁面喷实，提高支撑效果。
进一步地，在S2中包括以下步骤：
S201：在塌方区稳定后，正洞堆渣回填反压至正洞拱顶，且堆渣后两侧坡度比不小于1:2；S202：在塌方区内布设若干支混凝土泵管，分若干次回填至塌方区顶部，将塌腔填充密实。
需要说明的是，如图3所示，为堆渣完成后的简图，其中顶部为塌方区，渣堆将其顶住，最顶部的水平线为隧道初支顶面线，最底部为仰拱填充面线。在应对塌方情况时，考虑到时间的紧迫性，可以在塌方区域下方进行了堆渣作业。这一操作旨在稳固正洞顶部，防止塌方区域进一步扩大，为后续安装新的初支钢架1创造条件。堆渣过程中精心选取适当粒度和稳定性的材料，以确保支撑结构的稳固。同时，严格控制堆渣的高度和宽度，使其能够有效地支撑正洞顶部的塌方区域。完成堆渣后，该结构暂时承担起支撑作用。
进一步地，在S3中包括以下步骤：
S301：在正洞拱顶及塌方区轮廓与正洞的岩体交界处进行补注浆；S302：沿正洞径向对塌方区外侧岩体进行注浆。另外进行注浆过程中，采用潜孔钻机，孔径不小于60mm，注浆采用水泥净浆，水灰比为0.4—0.5，注浆压力不小于0.5MPa。
需要说明的是，如图4所示，为本发明的注浆简图。其中注浆的目的在于凝固塌方区及该区域周围的松散土层或岩层(对应图5的松散圈)，通过往该松散土层或岩层注浆后可以提高塌方区域的稳定性，避免进一步塌方。因此在S301中主要是对混凝土与岩层的交界处进行加固，在S302中则是对外侧的松散土层以及掉落在塌方区的土层进行加固。
进一步地，在S4中包括以下步骤：
S401：采用三台阶临时仰拱法开挖正洞，同时持续进行塌体部位注浆加固固结；S402：重新在挖开的正洞内安装初支钢架1，并在初支钢架1的拱腰和拱脚处安装若干锚索，锚索的锚固段位于松动层外侧，松动层位于塌方区外侧。
需要说明的是，在S4中可以对塌方区的正洞进行挖掘，然后重新安装初支钢架1。如图5所示，为了提高初支钢架1的稳定性，可以在初支钢架1的拱脚、腰部和拱顶等位置安装锚索，锚索沿正洞径向安装，其锚固段需要穿过松土层，保证锚索安装牢靠，自由段则穿过塌方区和松土层。
进一步地，S5中包括以下步骤：
S501：在正洞与车行洞交叉口处安装呈开口环结构的环梁2，以支撑交叉口处的初支钢架1；S502：沿车行洞轴向安装管棚4，管棚4与环梁2固定连接。
需要说明的是，在S5中通过环梁2可以使交叉口处的初支钢架1受力均匀，能够有效防止塌方，同时环梁2的承载力强，可以车行洞的洞口形成有效支撑。
进一步地，在S6中采用台阶法沿未塌方的正洞往塌方正洞开挖车行洞。具体如图8所示，其中车行洞分为塌方施工区域和正常施工区域，其施工方法可以从正常施工区域一侧开始。注浆的钢管可以采用φ76规格，管棚4则可以采用φ108mm的规格。
一种支撑结构，用于上述车行洞交叉口变形塌方处治方法，如图6所示，包括初支钢架1和环梁2；若干初支钢架1间隔安装在正洞内，用于支撑正洞的拱顶；环梁2安装在正洞与车行洞的交叉口，且与初支钢架1连接；初支钢架1为一体式开口环结构，与正洞内壁相抵；环梁2可以为若干工字钢焊接而成的开口环结构，沿车行洞轴向设置，用于支撑交叉口处的初支钢架1。
进一步地，如图7所示，环梁2底部还设置有地梁3；环梁2顶部安装有若干沿车行洞轴向的管棚4。
以某地区为例，隧道为高地应力陡倾软岩变形隧道，地质为薄层板岩夹碳质千枚岩，岩质软弱、岩体破碎，岩层有裂隙水，围岩级别为五级，实测地应力16.2MPa,正洞开挖时右侧最大变形量38.6厘米，后进行了换拱处理。在开挖3号车行洞交叉口时发生塌方，塌方持续5天时间，塌方扩大至正洞中线以外2.0m，纵向长度10.5m，径向塌方深度6.5m，塌方体积200m3，安全风险极高。下面结合S1～S6对本地区的施工方法进行说明：
(1)正洞塌方区两侧初支采用I18工字钢护拱加强，防止塌方区扩大，同时保证塌方处治过程中人员安全。I18工字钢拱架间距0.5m，在拱腰、拱脚及底脚处设置锁脚锚管加强，钢架和原隧道初支面采用喷射混凝土喷实，保证拱架受力均匀。
(2)待塌区稳定后，采用湿喷机械对塌腔内进行喷射混凝土封闭加强。正洞堆渣回填反压至拱顶，正洞两侧坡度不小于1:2。回填期间确保人员和机械安全，严禁扰动塌体下方塌落的岩堆。
(3)在塌腔内布设3支混凝土泵管，分三次回填至塌方顶部，回填混凝土采用C15混凝土，将塌腔填充密实。在正洞拱顶及塌腔轮廓与岩体交界处进行补注浆，保证回填体与围岩嵌牢。深孔采用潜孔钻机，孔径不小于60mm，注浆采用水泥净浆，水灰比为0.4—0.5，注浆压力不小于0.5MPa。
(4)超前支护采用φ50超前小导管预支护。采用三台阶临时仰拱法开挖，开挖采用破碎锤凿除，减少对围岩扰动。每循环开挖一榀钢架，钢架采用I20拱架接原钢架，原钢架连接板焊接质量必须保证质量，连接螺栓采用高强螺栓。锁脚锚管每榀钢架设置两根。边开挖边进行塌体部位注浆加固固结，严禁初支背后有空洞。正洞上台阶开挖3m后，在拱腰和拱脚施做2根锚索，锚索锚端长度10m，且锚固段位于松动层以外。锚索纵向间距3.0m，共计设置6根锚索。锚索主要目的是拉住钢架，保证塌方区稳定。
(5)上、中台阶施工完成并周边注浆完成后，利用中台阶平台施工车洞管棚4，管棚4从支撑环梁2中部穿过并与环梁2钢架焊接，并利用管棚4向塌体内注浆固结塌体松散渣体。管棚4长度深入围岩不少于3m，总长度不少于设计值(9m)。在正洞上、中台阶开挖支护过程时，根据车行洞交叉轮廓线钢架之间设置上下两根I18工字钢连接，形成车洞交叉口刚性环梁2。保证正洞支护体系和车洞支护体系建立，形成稳定受力结构。
(6)塌方区处治完成后进行加宽段衬砌施工，对加宽段进行衬砌加强。如图8所示，车行洞从右洞向左洞(塌方一侧)方向开挖支护，开挖采用台阶法弱爆破开挖，靠近右洞15m范围内采用机械开挖，初期支护采用I20拱架加强，间距不大于0.6m，并及时封闭成环，二次衬砌采用钢筋混凝土衬砌结构，在完成开挖后10日内完成塌方区交叉口衬砌。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，包括以下步骤：
在正洞内对塌方区进行重新加固，所述塌方区位于正洞与车行洞的交叉口；
在正洞内往塌方区回填混凝土；
在混凝土与岩层交界处进行补浆以及沿正洞径向往塌方区外侧的岩层补浆；
重新开挖塌方的正洞并加固；
在正洞与车行洞交叉口设置环梁(2)并沿车行洞轴向设置管棚(4)；
从未塌方的正洞往塌方的正洞开挖车行洞。
2.根据权利要求1所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，在正洞内对塌方区进行重新加固，包括以下步骤：
在正洞内的塌方区两侧安装若干工字钢拱架，相邻工字钢拱架间距不超过0.5米；
在工字钢拱架的拱腰、拱脚及底脚处设置锁脚锚管进行加固；
工字钢拱架和正洞的初支面之间的间隙采用喷射混凝土喷实。
3.根据权利要求1所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，在正洞内往塌方区回填混凝土，包括以下步骤：
在塌方区稳定后，正洞堆渣回填反压至正洞拱顶，且堆渣后两侧坡度比不小于1:2；
在塌方区内布设若干支混凝土泵管，分若干次回填至塌方区顶部，将塌腔填充密实。
4.根据权利要求1所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，在混凝土与岩层交界处进行补浆以及沿正洞径向往塌方区外侧的岩层补浆，包括以下步骤：
在正洞拱顶及塌方区轮廓与正洞的岩体交界处进行补注浆；
沿正洞径向对塌方区外侧岩体进行注浆。
5.根据权利要求4所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，进行注浆过程中，采用潜孔钻机，孔径不小于60mm，注浆采用水泥净浆，水灰比为0.4—0.5，注浆压力不小于0.5MPa。
6.根据权利要求1所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，重新开挖塌方的正洞并加固，包括以下步骤：
采用三台阶临时仰拱法开挖正洞，同时持续进行塌体部位注浆加固固结；
重新在挖开的正洞内安装初支钢架(1)，并在初支钢架(1)的拱腰和拱脚处安装若干锚索，所述锚索的锚固段位于松动层外侧，所述松动层位于塌方区外侧。
7.根据权利要求1所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，在正洞与车行洞交叉口设置环梁(2)并沿车行洞轴向设置管棚(4)，包括以下步骤：
在正洞与车行洞交叉口处安装呈开口环结构的环梁(2)，以支撑交叉口处的初支钢架(1)；
沿车行洞轴向安装管棚(4)，所述管棚(4)与环梁(2)固定连接。
8.根据权利要求2所述的一种车行洞交叉口变形塌方处治方法，其特征在于，沿未塌方的正洞一侧往塌方的正洞一侧开挖车行洞，包括以下步骤：
采用台阶法沿塌方的正洞一侧往对向的正洞一侧开挖车行洞。
9.一种支撑结构，用于权利要求1-8任一项所述的车行洞交叉口变形塌方处治方法，包括初支钢架(1)和环梁(2)；
若干所述初支钢架(1)间隔安装在正洞内，用于支撑正洞的拱顶；
所述环梁(2)安装在正洞与车行洞的交叉口，且与初支钢架(1)连接；
所述初支钢架(1)为一体式开口环结构，与正洞内壁相抵；
所述环梁(2)为若干工字钢焊接而成的开口环结构，沿车行洞轴向设置，用于支撑交叉口处的初支钢架(1)。
10.根据权利要求9所述的一种支撑结构，其特征在于，所述环梁(2)底部还设置有地梁(3)；
所述环梁(2)顶部安装有若干沿车行洞轴向的管棚(4)。
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