CN205013007U - 碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，包括对所施工隧道进行超前支护的超前支护结构、用于降低掌子面前方碎屑流地层的水头压力的超前排水通道和对掌子面进行封堵的封堵墙，封堵墙位于掌子面后侧；超前支护结构包括对所施工隧道的拱墙进行支护的管棚超前支护结构和超前小导管注浆加固结构；超前排水通道包括多个由左至右布设在所施工隧道拱部上方的第一超前排水管和多个由左至右布设在所施工隧道拱部上方的第二超前排水管，第一超前排水管和第二超前排水管的外插角均为40°～50°。本实用新型结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能有效控制碎屑流地层隧道的稳定性，安全系数高，且施工难度较小，施工工期短。

Description

碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构

技术领域

本实用新型属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构。

背景技术

碎屑体是指在地质构造运动中形成的以碎屑状的颗粒石、角砾土和黏土、水组成的高密度混合物，被封闭于围岩腔体之中，常常呈有压状态。隧道碎屑流是一种“地下泥石流”，是指当隧道掘进过程中，穿越断层破碎带富水软弱围岩、充填洞穴岩溶、侵入岩接触带时突然引发碎屑体瞬间大规模突涌、流变，淤塞掌子面，甚至引发围岩大变形、大塌方等工程地质灾害。其破坏力极强，给施工带来巨大安全风险。碎屑流一般蕴藏于地层深处、构造断层带之间，呈带压力的封闭腔体，其工程性质与周围其他岩体有显著差异，具有断层交叉面宽、断层泥较厚、富水节理发育、岩体极破碎、局部有拖拉和牵引现象等特征。碎屑流降低了围岩的自稳能力，隧道开挖后应力重分布，导致隧道周边碎屑物质失去支撑，再加上地下水突涌，破碎岩体夹杂大量砂石、粘土等碎屑物质被水流冲出，引起掌子面淤塞、淹埋等安全事故。

隧道碎屑流是大范围内碎屑体的突发性失稳破坏。在断层富水地层中开挖隧道，围岩被断层破碎带以及节理和裂隙互相切割，形成破碎松散体，以角砾石、碎屑和黏土、砂土为主。隧道开挖前，这些结构体处于自然平衡状态，隧道开挖后，由于内部积聚的压力释放和水压的作用，使得结构体失去稳定，从而导致隧道其他块体变形和坍塌，从而与含水构造连通，引发隧道碎屑流突涌，淤塞隧道。与滑坡相比，碎屑流无明显整体的滑动面，是一种碎屑、颗粒及水介质的流动、流变；不同于泥石流的是，碎屑流以颗粒运动为主体，液体在整个运动中相对影响较小。因而，碎屑流具有变形时间长、破环影响范围广、突发性强、预判难、超前支护困难等特点。如对兰新高铁线中的祁连山隧道进行施工时，海拔为3610m，位于青藏高原东北边缘的祁连山之间，工程地质构造复杂，切割深度大，地壳变动强烈，构造、地层复杂，气候干燥，风化强烈，这些特点导致岩体破碎，并且断层带分布较多，其断层碎屑体发育无可循规律，发育规模、蕴藏位置、对工程危害等都不可预见，属于易发生碎屑流的地层(即碎屑流地层)，施工难度非常大，隧道施工过程中稳定性控制至关重要。因而，需设计一种结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，能有效控制碎屑流地层隧道的稳定性，安全系数高，且施工难度较小，施工工期短。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能有效控制碎屑流地层隧道的稳定性，安全系数高，且施工难度较小，施工工期短。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道进行超前支护的超前支护结构、用于降低所施工隧道的掌子面前方碎屑流地层的水头压力的超前排水通道和对所施工隧道的掌子面进行封堵的封堵墙，所述封堵墙位于所述掌子面后侧；

所述超前支护结构包括对所施工隧道的拱墙进行支护的管棚超前支护结构和超前小导管注浆加固结构；所述管棚超前支护结构包括多个沿所施工隧道的开挖轮廓线由左至右布设的管棚注浆管，多个所述管棚注浆管均位于所施工隧道的同一横断面上且其长度均为15m～25m，所述管棚注浆管为钢管且其外径为Φ100mm～Φ120mm；多个所述管棚注浆管包括一个位于所施工隧道的隧道中心线上的中部钢管、多个均位于所述隧道中心线左侧的左侧钢管和多个均位于所述隧道中心线右侧的右侧钢管，多个所述左侧钢管和多个所述右侧钢管呈对称布设；所述超前小导管注浆加固结构包括多个沿所施工隧道的开挖轮廓线由左至右布设的超前注浆管，多个所述超前注浆管均位于所施工隧道的同一横断面上且其长度均为6m～10m，所述超前注浆管为管壁上开有多个注浆孔的钢花管且其外径为Φ38mm～Φ45mm；所述管棚注浆管与超前注浆管呈交错布设；多个所述管棚注浆管和多个所述超前注浆管的外插角均不大于15°；

所述超前排水通道包括多个由左至右布设在所施工隧道拱部上方的第一超前排水管和多个由左至右布设在所施工隧道拱部上方的第二超前排水管，多个所述第一超前排水管分别位于多个所述第二超前排水管上方；多个所述第一超前排水管和多个所述第二超前排水管均为由后向前逐渐向上倾斜的钢管，多个所述第一超前排水管和多个所述第二超前排水管的前端均伸入至碎屑流地层内；所述第一超前排水管和第二超前排水管的外插角均为40°～50°，所述第一超前排水管的外径为Φ100mm～Φ120mm，所述第二超前排水管的外径为Φ38mm～Φ45mm。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：所述第一超前排水管的长度为15m～25m，所述第二超前排水管的长度为6m～10m。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：多个所述管棚注浆管呈均匀布设，且多个所述超前注浆管呈均匀布设，相邻两个所述管棚注浆管之间的环向间距与相邻两个所述超前注浆管之间的环向间距相同。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：多个所述管棚注浆管的长度均相同，且多个所述超前注浆管的长度均相同；相邻两个所述管棚注浆管后端之间的间距以及相邻两个所述超前注浆管后端之间的间距均为50cm～80cm。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：所述封堵墙为混凝土墙，所述混凝土墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方且伸入至所述掌子面下方的下部墙体，所述上部墙体的横截面结构和尺寸均与所述掌子面的结构和尺寸相同，所述下部墙体的高度为0.5m～1.2m。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：多个所述管棚注浆管和多个所述超前注浆管的外插角均为8°～10°。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：多个所述管棚注浆管和多个所述超前注浆管的外插角均相同。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：多个所述第一超前排水管的后端均位于所施工隧道的同一横断面上，多个所述第二超前排水管的后端均位于所施工隧道的同一横断面上，且多个所述第一超前排水管的后端均位于多个所述第二超前排水管的后端后侧。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：还包括多根位于所述掌子面前侧的锚杆，多根所述锚杆均沿所施工隧道的纵向延伸方向进行布设且其均呈平行布设，多根所述锚杆呈梅花形布设且其长度均为8m～12m。

上述碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征是：多根所述锚杆均为玻璃纤维锚杆，相邻两根所述锚杆之间的间距均为1m～1.5m；所述管棚注浆管的壁厚为4mm～6mm，所述超前注浆管的壁厚为3mm～4mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单且施工简便，投入成本较低。

2、结构设计合理，主要包括对所施工隧道进行超前支护的超前支护结构、用于降低掌子面前方碎屑流地层的水头压力的超前排水通道和对掌子面进行封堵的封堵墙，这样通过封堵墙对掌子面进行及时、有效封堵；并且，通过超前排水通道将碎屑流地层中的水流引出，从而达到降低掌子面开挖处水压的目的；同时，采用管棚与超前小导管注浆加固相结合的方式对掌子面周侧围岩进行有效加固。

3、使用效果好且实用价值高，通过封堵墙对掌子面进行及时、有效封堵防止掌子面发生碎屑流突涌情况，并通过超前排水通道降低掌子面开挖处的水压，同时采用管棚与超前小导管注浆加固相结合的方式对拱墙进行有效加固，因而能有效控制碎屑流地层隧道的稳定性，安全系数高，且施工难度较小，施工工期短，尤其适用于碎屑流分布面积非隧道全断面但分布面积占隧道横断面面积50％以上且纵向长度小于5米的隧道施工过程。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能有效控制碎屑流地层隧道的稳定性，安全系数高，且施工难度较小，施工工期短。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型管棚注浆管与超前注浆管在掌子面上的布设位置示意图。

图3为本实用新型掌子面上排水管分布区域的布设位置示意图。

附图标记说明:

1—所施工隧道；2—锚杆；3—管棚注浆管；

4—超前注浆管；5—封堵墙；6—第一超前排水管；

7—第二超前排水管；8—碎屑流地层；9—排水管分布区域。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括对所施工隧道1进行超前支护的超前支护结构、用于降低所施工隧道1的掌子面前方碎屑流地层8的水头压力的超前排水通道和对所施工隧道1的掌子面进行封堵的封堵墙5，所述封堵墙5位于所述掌子面后侧。

所述超前支护结构包括对所施工隧道1的拱墙进行支护的管棚超前支护结构和超前小导管注浆加固结构。所述管棚超前支护结构包括多个沿所施工隧道1的开挖轮廓线由左至右布设的管棚注浆管3，多个所述管棚注浆管3均位于所施工隧道1的同一横断面上且其长度均为15m～25m，所述管棚注浆管3为钢管且其外径为Φ100mm～Φ120mm。多个所述管棚注浆管3包括一个位于所施工隧道1的隧道中心线上的中部钢管、多个均位于所述隧道中心线左侧的左侧钢管和多个均位于所述隧道中心线右侧的右侧钢管，多个所述左侧钢管和多个所述右侧钢管呈对称布设。所述超前小导管注浆加固结构包括多个沿所施工隧道1的开挖轮廓线由左至右布设的超前注浆管4，多个所述超前注浆管4均位于所施工隧道1的同一横断面上且其长度均为6m～10m，所述超前注浆管4为管壁上开有多个注浆孔的钢花管且其外径为Φ38mm～Φ45mm。所述管棚注浆管3与超前注浆管4呈交错布设。多个所述管棚注浆管3和多个所述超前注浆管4的外插角均不大于15°。

所述超前排水通道包括多个由左至右布设在所施工隧道1拱部上方的第一超前排水管6和多个由左至右布设在所施工隧道1拱部上方的第二超前排水管7，多个所述第一超前排水管6分别位于多个所述第二超前排水管7上方。多个所述第一超前排水管6和多个所述第二超前排水管7均为由后向前逐渐向上倾斜的钢管，多个所述第一超前排水管6和多个所述第二超前排水管7的前端均伸入至碎屑流地层8内。所述第一超前排水管6和第二超前排水管7的外插角均为40°～50°，所述第一超前排水管6的外径为Φ100mm～Φ120mm，所述第二超前排水管7的外径为Φ38mm～Φ45mm。

结合图3，所述掌子面前方为碎屑流地层8，所述掌子面上多个所述第一超前排水管6和多个所述第二超前排水管7均布设于排水管分布区域9内，所述排水管分布区域9为位于所施工隧道1的拱部上方的弧形区域。本实施例中，多个所述第一超前排水管6沿所述排水管分布区域9的上边缘线由左至右进行布设，多个所述第二超前排水管7沿所述排水管分布区域9的下边缘线由左至右进行布设。

本实施例中，所述第一超前排水管6的长度为15m～25m，所述第二超前排水管7的长度为6m～10m。

并且，多个所述第一超前排水管6的后端均位于所施工隧道1的同一横断面上，多个所述第二超前排水管7的后端均位于所施工隧道1的同一横断面上，且多个所述第一超前排水管6的后端均位于多个所述第二超前排水管7的后端后侧。

本实施例中，所述第一超前排水管6和第二超前排水管7的外插角均为45°。并且，所述第一超前排水管6的外径为Φ108mm，所述第二超前排水管7的外径为Φ42mm。

实际施工时，可根据具体需要，对第一超前排水管6和第二超前排水管7的外径、长度和外插角分别进行相应调整。

本实施例中，多个所述管棚注浆管3呈均匀布设，且多个所述超前注浆管4呈均匀布设，相邻两个所述管棚注浆管3之间的环向间距与相邻两个所述超前注浆管4之间的环向间距相同。

并且，多个所述管棚注浆管3的长度均相同，且多个所述超前注浆管4的长度均相同；相邻两个所述管棚注浆管3后端之间的间距以及相邻两个所述超前注浆管4后端之间的间距均为50cm～80cm。本实施例中，相邻两个所述管棚注浆管3后端之间的间距以及相邻两个所述超前注浆管4后端之间的间距均为60cm。

本实施例中，多个所述管棚注浆管3和多个所述超前注浆管4的外插角均为8°～10°。多个所述管棚注浆管3和多个所述超前注浆管4均布设在所施工隧道1的拱墙上。

并且，多个所述管棚注浆管3和多个所述超前注浆管4的外插角均相同。

本实施例中，所述管棚注浆管3的外径为Φ108mm，所述超前注浆管4的外径为Φ42mm。

并且，所述管棚注浆管3的壁厚为4mm～6mm，所述超前注浆管4的壁厚为3mm～4mm。

实际施工时，可根据具体需要，对管棚注浆管3和超前注浆管4的外径与壁厚分别进行调整。

本实施例中，所述封堵墙5为混凝土墙，所述混凝土墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方且伸入至所述掌子面下方的下部墙体，所述上部墙体的横截面结构和尺寸均与所述掌子面的结构和尺寸相同，所述下部墙体的高度为0.5m～1.2m。并且，所述混凝土墙体2的厚度为1.5m～2.5m。

同时，本实用新型还包括多根位于所述掌子面前侧的锚杆2，多根所述锚杆2均沿所施工隧道1的纵向延伸方向进行布设且其均呈平行布设，多根所述锚杆2呈梅花形布设且其长度均为8m～12m。

并且，多根所述锚杆2均为玻璃纤维锚杆，相邻两根所述锚杆2之间的间距均为1m～1.5m。

本实施例中，相邻两根所述锚杆2之间的间距均为1.2m。实际施工时。可根据具体需要，对相邻两根所述锚杆2之间的间距进行相应调整。

实际施工时，先在所施工隧道1的掌子面上施工多根所述锚杆2，待多根所述锚杆2施工完成后，在所述掌子面后侧施工封堵墙5，并通过封堵墙5对所述掌子面进行封堵；之后，在所述掌子面后侧，对用于降低所述掌子面前方碎屑流地层8的水头压力的超前排水通道进行施工；然后，对所述管棚超前支护结构和所述超前小导管注浆加固结构分别进行施工。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道(1)进行超前支护的超前支护结构、用于降低所施工隧道(1)的掌子面前方碎屑流地层(8)的水头压力的超前排水通道和对所施工隧道(1)的掌子面进行封堵的封堵墙(5)，所述封堵墙(5)位于所述掌子面后侧；

所述超前支护结构包括对所施工隧道(1)的拱墙进行支护的管棚超前支护结构和超前小导管注浆加固结构；所述管棚超前支护结构包括多个沿所施工隧道(1)的开挖轮廓线由左至右布设的管棚注浆管(3)，多个所述管棚注浆管(3)均位于所施工隧道(1)的同一横断面上且其长度均为15m～25m，所述管棚注浆管(3)为钢管且其外径为Φ100mm～Φ120mm；多个所述管棚注浆管(3)包括一个位于所施工隧道(1)的隧道中心线上的中部钢管、多个均位于所述隧道中心线左侧的左侧钢管和多个均位于所述隧道中心线右侧的右侧钢管，多个所述左侧钢管和多个所述右侧钢管呈对称布设；所述超前小导管注浆加固结构包括多个沿所施工隧道(1)的开挖轮廓线由左至右布设的超前注浆管(4)，多个所述超前注浆管(4)均位于所施工隧道(1)的同一横断面上且其长度均为6m～10m，所述超前注浆管(4)为管壁上开有多个注浆孔的钢花管且其外径为Φ38mm～Φ45mm；所述管棚注浆管(3)与超前注浆管(4)呈交错布设；多个所述管棚注浆管(3)和多个所述超前注浆管(4)的外插角均不大于15°；

所述超前排水通道包括多个由左至右布设在所施工隧道(1)拱部上方的第一超前排水管(6)和多个由左至右布设在所施工隧道(1)拱部上方的第二超前排水管(7)，多个所述第一超前排水管(6)分别位于多个所述第二超前排水管(7)上方；多个所述第一超前排水管(6)和多个所述第二超前排水管(7)均为由后向前逐渐向上倾斜的钢管，多个所述第一超前排水管(6)和多个所述第二超前排水管(7)的前端均伸入至碎屑流地层(8)内；所述第一超前排水管(6)和第二超前排水管(7)的外插角均为40°～50°，所述第一超前排水管(6)的外径为Φ100mm～Φ120mm，所述第二超前排水管(7)的外径为Φ38mm～Φ45mm。

2.按照权利要求1所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：所述第一超前排水管(6)的长度为15m～25m，所述第二超前排水管(7)的长度为6m～10m。

3.按照权利要求1或2所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：多个所述管棚注浆管(3)呈均匀布设，且多个所述超前注浆管(4)呈均匀布设，相邻两个所述管棚注浆管(3)之间的环向间距与相邻两个所述超前注浆管(4)之间的环向间距相同。

4.按照权利要求3所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：多个所述管棚注浆管(3)的长度均相同，且多个所述超前注浆管(4)的长度均相同；相邻两个所述管棚注浆管(3)后端之间的间距以及相邻两个所述超前注浆管(4)后端之间的间距均为50cm～80cm。

5.按照权利要求1或2所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：所述封堵墙(5)为混凝土墙，所述混凝土墙分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方且伸入至所述掌子面下方的下部墙体，所述上部墙体的横截面结构和尺寸均与所述掌子面的结构和尺寸相同，所述下部墙体的高度为0.5m～1.2m。

6.按照权利要求1或2所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：多个所述管棚注浆管(3)和多个所述超前注浆管(4)的外插角均为8°～10°。

7.按照权利要求1或2所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：多个所述管棚注浆管(3)和多个所述超前注浆管(4)的外插角均相同。

8.按照权利要求1或2所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：多个所述第一超前排水管(6)的后端均位于所施工隧道(1)的同一横断面上，多个所述第二超前排水管(7)的后端均位于所施工隧道(1)的同一横断面上，且多个所述第一超前排水管(6)的后端均位于多个所述第二超前排水管(7)的后端后侧。

9.按照权利要求1或2所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：还包括多根位于所述掌子面前侧的锚杆(2)，多根所述锚杆(2)均沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向进行布设且其均呈平行布设，多根所述锚杆(2)呈梅花形布设且其长度均为8m～12m。

10.按照权利要求9所述的碎屑流地层隧道稳定性控制施工结构，其特征在于：多根所述锚杆(2)均为玻璃纤维锚杆，相邻两根所述锚杆(2)之间的间距均为1m～1.5m；所述管棚注浆管(3)的壁厚为4mm～6mm，所述超前注浆管(4)的壁厚为3mm～4mm。