CN211598669U - 隧道塌方空腔回填结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隧道开挖技术领域，提供了一种隧道塌方空腔回填结构。包括用于封闭掌子面上部的缺口的封闭墙，所述掌子面的已开挖侧设有反压回填土，所述反压回填土与已开挖隧道的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔自下而上回填有初次吹砂层、混凝土层及二次吹砂层，所述初次吹砂层处于所述拱部空腔的下部区域，所述混凝土层处于未开挖隧道的拱部轮廓线的外周，所述二次吹砂层处于所述拱部空腔的中部区域；初次吹砂层起到了垫层的作用，混凝土层主要起到加强未开挖隧道的拱部轮廓线的外围结构的作用，二次吹砂层起到了缓冲层的作用；通过上述结构对拱部空腔进行回填，确保了回填结构的稳定性，有效的控制且避免隧道二次塌方。

Description

隧道塌方空腔回填结构

技术领域

本实用新型属于隧道开挖技术领域，特别涉及一种隧道塌方空腔回填结构。

背景技术

在隧道开挖时会遇到软岩失稳段，此区域不良地质类型多、规模大、地质构造复杂，特殊岩土分布广泛，工程处理量大。开挖时很有可能会遇到溶洞坍塌，进而影响工程的施工，如果处理不得当，很有可能造成二次坍塌，直接导致隧道整体的稳定。

如图1所示，在开挖某隧道时，已开挖隧道1的掌子面2的上部出现缺口3且产生大面积掉块，随即沿洞顶产生向掌子面2后方的纵向开裂；原设计该处围岩级别为Ⅲ级，采用锚喷支护方式，开挖方式为全断面。此次大面积塌方形成的拱部空腔4高达7～9m，拱部空腔4 的下部延伸至未开挖隧道5的上部，掌子面前方岩层变化为炭质页岩夹炭质千枚岩，受地震影响较为破碎且炭质千枚岩遇水即软强度极低，后续发现岩面有较多围岩裂隙水渗出，整体结构呈现软岩大变形趋势。针对上述拱部空腔4，需要设计回填结构以避免隧道二次塌方，同时回填之后由掌子面2继续向前开挖时，还需对拱部空腔4下方的未开挖隧道5进一步的进行防护处理。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道塌方空腔回填结构，对拱部空腔进行回填，避免隧道二次塌方。

为了实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种隧道塌方空腔回填结构，包括用于封闭掌子面上部的缺口的封闭墙，所述掌子面的已开挖侧设有反压回填土，所述反压回填土与已开挖隧道的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔自下而上回填有初次吹砂层、混凝土层及二次吹砂层，所述初次吹砂层处于所述拱部空腔的下部区域，所述混凝土层处于未开挖隧道的拱部轮廓线的外周，所述二次吹砂层处于所述拱部空腔的中部区域。

可选的，还包括吹砂管一和吹砂管二，所述吹砂管一的出砂端由所述已开挖隧道穿过所述封闭墙延伸至所述拱部空腔的下部区域，所述吹砂管一用于形成所述初次吹砂层；所述吹砂管二的出砂端由所述已开挖隧道穿过所述封闭墙延伸至所述拱部空腔的中部区域，所述吹砂管二用于形成所述混凝土层及所述二次吹砂层。

可选的，所述吹砂管二包括可拆卸式连接的斜管段和竖管段，所述斜管段由所述已开挖隧道斜向延伸至所述拱部空腔的下部区域，所述竖管段由所述拱部空腔的下部区域竖向延伸至所述拱部空腔的中部区域。

可选的，所述已开挖隧道的内壁设有加固钢架，所述加固钢架与所述已开挖隧道的既有锚喷支护连接。

可选的，所述反压回填土自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，所述上台阶回填土、所述中台阶回填土及所述下台阶回填土的长度逐渐增加，且所述上台阶回填土仅为中部核心土。

可选的，所述拱部空腔下方的上台阶开挖段的后段和前段均设有上台阶拱架、中段设置有吊拱，所述吊拱包括与所述混凝土层连接的吊挂锚杆和与所述吊挂锚杆的下端连接的拱形钢模板。

可选的，所述吊挂锚杆包括同轴配合的外中空杆和内中空杆，所述外中空杆的上端设置有楔缝式端头，所述内中空杆的上端设置有与所述楔缝式端头的内壁配合的楔形端头，所述内中空杆的下端设置有紧固螺母与垫板，所述外中空杆的外周镀有玻璃纤维，所述外中空杆的外周还设置有水泥砂浆卷。

可选的，所述已开挖隧道及所述未开挖隧道的内壁设有排水管。

与现有技术相比，本申请在遇到塌方段时，首先要对掌子面施工反压回填土，以控制掌子面及隧道内壁的坍塌变形趋势，反压回填土与已开挖隧道的洞顶间隔布置形成施工空间，便于人员利用反压回填土在其上方施工封闭墙而封堵缺口，先将拱部空腔的下部区域即未开挖隧道的上部区域填满以构成初次吹砂层，初次吹砂层起到了垫层的作用，便于在其上方回填混凝土层，混凝土层主要起到加强未开挖隧道的拱部轮廓线的外围结构的作用，使得未开挖隧道拱顶稳定，避免开挖未开挖隧道时发生坍塌变形，二次吹砂层起到了缓冲层的作用，避免拱部空腔掉落石块对混凝土层造成伤害；通过上述结构对拱部空腔进行回填，确保了回填结构的稳定性，有效的控制且避免隧道二次塌方。

附图说明

图1为拱部空腔形成示意图；

图2为施工反压回填土、加固钢架、封闭墙、吹砂管一及吹砂管二示意图；

图3为回填初次吹砂层、混凝土层及二次吹砂层示意图；

图4为图3的主视图；

图5为开挖待开挖隧道的上台阶示意图；

图6为回填三次吹砂层及水泥浆层示意图；

图7为图6的主视图；

图8为吊拱示意图；

图9为吊挂锚杆示意图。

附图标记：

1、已开挖隧道；2、掌子面；3、缺口；4、拱部空腔；5、未开挖隧道；6、封闭墙；7、反压回填土；8、初次吹砂层；9、混凝土层； 10、二次吹砂层；11、吹砂管一；12、吹砂管二；13、加固钢架；15、吊拱；16、吊挂锚杆；161、外中空杆；162、楔缝式端头；163、内中空杆；164、楔形端头；165、紧固螺母；166、垫板；167、水泥砂浆卷；17、拱形钢模板；18、三次吹砂层、19、水泥浆层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图9所示，本实用新型提供的一种隧道塌方空腔回填结构，包括用于封闭掌子面2上部的缺口3的封闭墙6，掌子面2的已开挖侧设有反压回填土7，反压回填土7与已开挖隧道1的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔4自下而上回填有初次吹砂层8、混凝土层9 及二次吹砂层10，初次吹砂层8处于拱部空腔4的下部区域，混凝土层9处于未开挖隧道5的拱部轮廓线的外周，二次吹砂层10处于拱部空腔4的中部区域。

与现有技术相比，本申请在遇到塌方段时，首先要对掌子面2施工反压回填土7，以控制掌子面2及隧道内壁的坍塌变形趋势，反压回填土7与已开挖隧道1的洞顶间隔布置形成施工空间，便于人员利用反压回填土7在其上方施工封闭墙6而封堵缺口3，先将拱部空腔4 的下部区域即未开挖隧道5的上部区域填满以构成初次吹砂层8，初次吹砂层8起到了垫层的作用，便于在其上方回填混凝土层9，混凝土层 9主要起到加强未开挖隧道5的拱部轮廓线的外围结构的作用，使得未开挖隧道5拱顶稳定，避免开挖未开挖隧道5时发生坍塌变形，二次吹砂层10起到了缓冲层的作用，避免拱部空腔4掉落石块对混凝土层 9造成伤害；通过上述结构对拱部空腔4进行回填，确保了回填结构的稳定性，有效的控制且避免隧道二次塌方。

在一些实施例中，如图2和图3所示，还包括吹砂管一11和吹砂管二12，吹砂管一11和吹砂管二12可根据实际施工布置一个或多个，吹砂管一11的出砂端由已开挖隧道1穿过封闭墙6延伸至拱部空腔4 的下部区域，吹砂管一11用于形成初次吹砂层8；吹砂管二12的出砂端由已开挖隧道1穿过封闭墙6延伸至拱部空腔4的中部区域，吹砂管二12用于形成混凝土层9及二次吹砂层10。吹砂管一11为斜管，吹砂管二12由斜管段和竖管段构成，在施工封闭墙6时，即预埋吹砂管一11使其延伸至拱部空腔4的下部区域，预埋吹砂管二12使其延伸至拱部空腔4的中部区域。

在一些实施例中，如图2、图3、图5及图6所示，已开挖隧道1 的内壁设有加固钢架13，加固钢架13与已开挖隧道1的既有锚喷支护连接。已开挖隧道1原支护类型为Ⅲ级锚喷支护，当发现塌方段时，在施工反压回填土7时也应同时紧邻既有锚喷支护施工加固钢架13，进一步的确保控制掌子面2及隧道内壁的坍塌变形趋势，提供稳定的支护结构抵抗后续可能存在的二次塌方。

在一些实施例中，如图2、图3和图4所示，反压回填土7自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土的长度逐渐增加，且上台阶回填土仅为中部核心土。逐级回填已开挖隧道1，便于人员进行施工。

在一些实施例中，如图5和图8所示，拱部空腔4下方的上台阶开挖段的后段和前段均设有上台阶拱架14、中段设置有吊拱15，吊拱 15包括与混凝土层9连接的吊挂锚杆16和与吊挂锚杆16的下端连接的拱形钢模板17。考虑到采用多台阶同时开挖未开挖隧道5会对围岩扰动大，所以采用长台阶法首先开挖未开挖隧道5的上台阶，上台阶开挖段的后段和前段与围岩交接，所以便于施工上台阶拱架14，上台阶开挖段的中段不与围岩交接处于架空的状态，这时需在混凝土层9 下方施工吊拱15而充当上台阶初期支护，具体为在混凝土层9下方打设吊挂锚杆16，随后安装拱形钢模板17，最后浇注成型吊拱15。

在一些实施例中，如图9所示，吊拱15整体施工需要足够的稳定性所以需要能提供足够锚固力的锚杆，吊挂锚杆16包括同轴配合的外中空杆161和内中空杆163，外中空杆161的上端设置有楔缝式端头 162，内中空杆163的上端设置有与楔缝式端头162的内壁配合的楔形端头164，内中空杆163的下端设置有紧固螺母165与垫板166，外中空杆161的外周镀有玻璃纤维，外中空杆161的外周还设置有水泥砂浆卷167。在混凝土层9上钻孔，将吊挂锚杆16放入钻孔，旋紧紧固螺母165，外中空杆161在钻孔内保持不动，内中空杆163的下端被拉出，楔形端头164相对楔缝式端头162的内壁滑动，楔缝式端头162 涨开并与钻孔内壁紧固连接，随后通过内中空杆163的下端高压注浆，水泥浆自楔形端头164流出填充整个钻孔，水泥砂浆卷167遇水泥浆中的水分而膨胀与钻孔内壁紧固连接，垫板166与止浆塞配合封堵钻孔，最终完成吊挂锚杆16的固定，随后即可进行拱形钢模板17的安装。

在一些实施例中，已开挖隧道1及未开挖隧道5的内壁设有排水管。纵向、横向及环向排水管通过三通与隧道拱脚纵向排水管连通，拱脚纵向排水管通过三通与隧底横向引水管连通，横向引水管和隧道中央排水沟相连，及时将隧道渗水排出。

一种隧道塌方空腔回填结构的施工方法，包括如下步骤：

A、清理掌子面2后方坍塌的渣土，由已开挖隧道1的内壁打设锁脚锚杆与砂浆锚杆，紧邻既有锚喷支护施工加固钢架13，利用锁脚锚杆与砂浆锚杆将加固钢架13固定；

B、紧邻掌子面2向其后方施工反压回填土7，可利用掌子面2后方坍塌的渣土作为反压回填土7，反压回填土7自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土的长度逐渐增加，且上台阶回填土仅为中部核心土；按照三台阶施工工法进行，将上中下三个台阶进行回填，台阶长度分别为：上台阶1-2m、中台阶2-5m、下台阶4-8m，总的回填长度至少保证为1.5dm(米)，其中d＝隧道洞径；步骤A和步骤B可同时施工，两者共同构成支护体系而控制掌子面2及隧道内壁的坍塌变形趋势，重新构造掌子面2后方的整体截面应力结构；

C、施工封闭墙6将掌子面2上部的缺口3封闭，吹砂管一11为斜管，吹砂管二12由斜管段和竖管段构成，在封闭缺口3时：预埋吹砂管一11使其延伸至拱部空腔4的下部区域，预埋吹砂管二12使其延伸至拱部空腔4的中部区域；

D、由吹砂管一11进行吹砂回填，将拱部空腔4的下部区域填满形成初次吹砂层8，确保吹砂管一11的末端延伸至未开挖隧道5的上部的拱顶位置，采用喷射机及时吹入粗砂，应交替注入清水，通过水的流动性带动粗砂流动，可使粗砂能填满拱部空腔4的下部区域即未开挖隧道5的上部区域，同时可调平初次吹砂层8；

再由吹砂管二12泵送混凝土，混凝土覆盖在初次吹砂层8的上方形成混凝土层9，混凝土层9处于未开挖隧道5的拱部轮廓线的外周，混凝土层9高度应为2.0-2.5m，在混凝土泵送完毕后紧接着泵送2～3m³的砂浆，旨在将泵送管及吹砂管二12清洗，同时也可以进一步将混凝土层9找平；

混凝土初凝后再由吹砂管二12进行吹砂回填，将拱部空腔4的中部区域填满形成二次吹砂层10，同时应交替注入清水，通过水的流动性带动粗砂流动，使得粗砂铺满混凝土层9表面，同时可调平二次吹砂层10。

E、由上台阶回填土向前开挖，先破除封闭墙6，随后拆卸吹砂管一11及吹砂管二12的斜管段，将初次吹砂层8的流砂及上台阶土体挖出；开挖过程中及时对未开挖隧道5的上台阶开挖段的后段和前段施作上台阶拱架14，在施作上台阶拱架14之前同样的也需要施工锚喷支护；

F、未开挖隧道5的上台阶开挖段的中段离围岩有一定距离，没有任何基础安装拱架作为初期支护，所以对未开挖隧道5的上台阶开挖段的中段施作吊拱15：首先对混凝土层9钻孔，随后安装吊挂锚杆16 并进行注浆，紧接着将拱形钢模板17与吊挂锚杆16连接，拱形钢模板17预留让吹砂管二12的竖管段的下端伸出的通孔，最后安装堵板浇注混凝土形成吊拱15，吊拱15加固了未开挖隧道5中段的拱顶支护结构；

G、由中台阶回填土及下台阶回填土向前开挖，开挖过程中及时对未开挖隧道5的中台阶内壁和下台阶内壁施作永久初期支护，永久初期支护由现有技术中锚喷支护加钢架构成，此为本领域技术人员的常规技术手段，在此不再赘述；再施工未开挖隧道5的仰拱，使得未开挖隧道5的初期支护整体成环，随后即可先进行仰拱填充；

H、二次吹砂层10可采用细砂，二次吹砂层10仅填充拱部空腔4 的中部区域，如果一次回填过多，其重量过大仍有可能会对混凝土层9 造成一定的压力影响，所以二次吹砂层10仅仅起到一定的缓冲作用即可，在未开挖隧道5开挖完成初期支护整体成环且结构稳定之后，由吹砂管二12的竖管段的下端进行吹砂回填，如图6和图7所示，将拱部空腔4的中上部区域填满形成三次吹砂层18，三次吹砂层18可为粗砂，随后再泵送水泥浆，水泥浆可为磷酸、水玻璃及水泥搭配的浆液，水泥浆由拱部空腔4上部区域逐渐渗入三次吹砂层18的粗砂的间隙中，使得三次吹砂层18构成结构性能更为稳定的水泥砂浆层，同时水泥浆还渗入拱部空腔4外围的岩层裂隙中，进一步的提高了拱部空腔4 整体的稳定性，最终水泥浆将拱部空腔4的上部填满形成水泥浆层19；此时拱部空腔4完全被填满，二次吹砂层10、水泥砂浆层、水泥浆层 19起到了填充限制围岩变形的作用，避免围岩变形直接影响到混凝土层9及未开挖隧道5的初期支护，最后完成未开挖隧道5的二次衬砌，至此隧道修建完毕，完全解决了隧道塌方段问题、避免隧道开挖时的二次塌方及确保成型隧道的使用稳定性。

需注意的是，回填三次吹砂层18及水泥浆层19时，因为吹砂管二12的竖管段仅延伸至拱部空腔4的中部，所以可额外的由吹砂管二12的竖管段的下端向上打入内管延伸至拱部空腔4的上部用于吹砂及泵送水泥浆。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：包括用于封闭掌子面(2)上部的缺口(3)的封闭墙(6)，所述掌子面(2)的已开挖侧设有反压回填土(7)，所述反压回填土(7)与已开挖隧道(1)的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔(4)自下而上回填有初次吹砂层(8)、混凝土层(9)及二次吹砂层(10)，所述初次吹砂层(8)处于所述拱部空腔(4)的下部区域，所述混凝土层(9)处于未开挖隧道(5)的拱部轮廓线的外周，所述二次吹砂层(10)处于所述拱部空腔(4)的中部区域。

2.根据权利要求1所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：还包括吹砂管一(11)和吹砂管二(12)，所述吹砂管一(11)的出砂端由所述已开挖隧道(1)穿过所述封闭墙(6)延伸至所述拱部空腔(4)的下部区域，所述吹砂管一(11)用于形成所述初次吹砂层(8)；所述吹砂管二(12)的出砂端由所述已开挖隧道(1)穿过所述封闭墙(6)延伸至所述拱部空腔(4)的中部区域，所述吹砂管二(12)用于形成所述混凝土层(9)及所述二次吹砂层(10)。

3.根据权利要求2所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：所述吹砂管二(12)包括可拆卸式连接的斜管段和竖管段，所述斜管段由所述已开挖隧道(1)斜向延伸至所述拱部空腔(4)的下部区域，所述竖管段由所述拱部空腔(4)的下部区域竖向延伸至所述拱部空腔(4)的中部区域。

4.根据权利要求1所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：所述已开挖隧道(1)的内壁设有加固钢架(13)，所述加固钢架(13)与所述已开挖隧道(1)的既有锚喷支护连接。

5.根据权利要求1所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：所述反压回填土(7)自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，所述上台阶回填土、所述中台阶回填土及所述下台阶回填土的长度逐渐增加，且所述上台阶回填土仅为中部核心土。

6.根据权利要求5所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：所述拱部空腔(4)下方的上台阶开挖段的后段和前段均设有上台阶拱架(14)、中段设置有吊拱(15)，所述吊拱(15)包括与所述混凝土层(9)连接的吊挂锚杆(16)和与所述吊挂锚杆(16)的下端连接的拱形钢模板(17)。

7.根据权利要求6所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：所述吊挂锚杆(16)包括同轴配合的外中空杆(161)和内中空杆(163)，所述外中空杆(161)的上端设置有楔缝式端头(162)，所述内中空杆(163)的上端设置有与所述楔缝式端头(162)的内壁配合的楔形端头(164)，所述内中空杆(163)的下端设置有紧固螺母(165)与垫板(166)，所述外中空杆(161)的外周镀有玻璃纤维，所述外中空杆(161)的外周还设置有水泥砂浆卷(167)。

8.根据权利要求1所述的隧道塌方空腔回填结构，其特征在于：所述已开挖隧道(1)及所述未开挖隧道(5)的内壁设有排水管。

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