CN217501671U - 隧道预加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种隧道预加固结构，涉及隧道施工技术领域。该隧道预加固结构包括注浆管组和注浆通道组；注浆管组包括多个注浆管，多个注浆管均打设于隧道的掌子面及掌子面前方的土体中，且多个注浆管呈拱形间隔分布于掌子面的顶部边缘内侧；注浆通道组包括多个注浆通道，多个注浆通道设于掌子面及掌子面前方的土体中，且多个注浆通道呈拱形间隔分布于注浆管组的拱内侧；注浆管上设有出浆孔，注浆管内及注浆通道内均填充有浆液。该隧道预加固结构通过注有浆液的注浆管组和注浆通道可以在掌子面及其前方的土体中连接形成近似拱形的加固结构，不仅可以保证施工安全，且不需打设过多注浆孔，以及不需切除大量加固结构，可以提升隧道开挖效率。

Description

隧道预加固结构

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道预加固结构。

背景技术

在富水砂层等含水率较高的薄弱土层中开挖隧道时，为防止掌子面(开挖隧道时不断向前推进的工作面)出现砂层坍塌等安全事故，必须对掌子面及其前方的土体进行预加固。现有的预加固方式通常是采用半断面深孔注浆方法或全断面深孔注浆方法对地层进行加固后再进行隧道开挖施工。

半断面深孔注浆方法是指在开挖隧道前，在隧道掌子面的上半面范围内打设多个注浆孔(每个注浆孔均以掌子面为起点沿隧道前进方向延伸)，然后在注浆孔内进行注浆。全断面深孔注浆是指在开挖隧道前，在隧道掌子面的全面范围内打设多个注浆孔，然后在注浆孔内进行注浆。对于半断面深孔注浆方法和全断面深孔注浆方法，其注浆孔内的浆液均可以渗透至土体中并相互连接，待浆液凝固后，其近似可以形成沿隧道长度方向延伸的柱形结构，可以起到加固土体的作用。

但无论是半断面深孔注浆方法还是全断面深孔注浆方法，施工过程中需打设的注浆孔均较多，导致打设注浆孔的时间较长，注浆的成本较高，并且由于注入的浆液多为水泥浆，在注浆加固后土体强度大幅提高，后续需切断挖除大量混合有水泥的土体才可进行隧道开挖，导致开挖较为困难，大大的降低了隧道开挖效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道预加固结构，以缓解现有技术中存在的隧道开挖前需采用半断面深孔注浆方法或全断面深孔注浆方法对掌子面及其前方的土体进行预加固，但加固过程中需打设的注浆孔较多，导致打设注浆孔的时间较长，注浆的成本较高，并且后续需切断挖除大量混合有水泥的土体才可进行隧道开挖，导致开挖较为困难，降低了隧道开挖效率的技术问题。

第一方面，本实用新型提供一种隧道预加固结构，包括注浆管组和注浆通道组；

所述注浆管组包括多个注浆管，多个所述注浆管均打设于隧道的掌子面及掌子面前方的土体中，且多个所述注浆管呈拱形间隔分布于掌子面的顶部边缘内侧；

所述注浆通道组包括多个注浆通道，多个所述注浆通道设于掌子面及掌子面前方的土体中，且多个所述注浆通道呈拱形间隔分布于所述注浆管组的拱内侧；

所述注浆管上设有出浆孔，所述注浆管内及所述注浆通道内均填充有浆液。

在可选的实施方式中，所述注浆管倾斜设置，且所述注浆管从其位于掌子面的一端至另一端，朝向远离隧道中轴线的方向倾斜。

在可选的实施方式中，所述注浆通道倾斜设置，且所述注浆通道从其位于掌子面的一端至另一端，向远离隧道中轴线的方向倾斜。

在可选的实施方式中，所述注浆管相对水平面的夹角大于所述注浆通道相对水平面的夹角。

在可选的实施方式中，所述注浆管相对水平面的夹角为9度，所述注浆通道相对水平面的夹角为6度。

在可选的实施方式中，还包括次注浆通道组；

所述次注浆通道组包括多个次注浆通道，多个所述次注浆通道设于掌子面及掌子面前方的土体中，且多个所述次注浆通道呈拱形间隔分布于所述注浆通道组的拱内侧；

所述次注浆通道内填充有浆液。

在可选的实施方式中，所述次注浆通道倾斜设置，且所述次注浆通道从其位于掌子面的一端至另一端，向远离隧道中轴线的方向倾斜。

在可选的实施方式中，所述浆液的材质包括磷酸和水玻璃。

在可选的实施方式中，沿所述注浆管组的拱形延伸方向，多个所述注浆管等间距分布；

沿所述注浆通道组的拱形延伸方向，多个所述注浆通道等间距分布。

在可选的实施方式中，相邻两个所述注浆管之间的环向间距等于相邻两个所述注浆通道之间的环向间距。

本实用新型提供的隧道预加固结构包括注浆管组和注浆通道组；注浆管组包括多个注浆管，多个注浆管均打设于隧道的掌子面及掌子面前方的土体中，且多个注浆管呈拱形间隔分布于掌子面的顶部边缘内侧；注浆通道组包括多个注浆通道，多个注浆通道设于掌子面及掌子面前方的土体中，且多个注浆通道呈拱形间隔分布于注浆管组的拱内侧；注浆管上设有出浆孔，注浆管内及注浆通道内均填充有浆液。在开挖隧道过程中，通常是沿隧道的延伸方向分节段进行开挖，每节开挖过程均是以掌子面作为初始开挖面向前推进的，掌子面也是隧道的径向断面。为保证每节隧道开挖过程的安全性，需对掌子面及其前方土体进行加固。在加固时，可以将本实用新型的隧道预加固结构中的注浆管组打设于掌子面及掌子面前方的土体中，并在掌子面及掌子面前方的土体中挖出注浆通道组，同时，还需向注浆管和注浆通道内注入浆液。由于土体是具有空隙的，因而注浆管内的浆液可以通过出浆孔渗入注浆管周侧的土体中，注浆通道内的浆液可以渗入注浆通道周侧的土体中，上述渗入土体中的浆液还会在土体中相互连接，待浆液凝固后，固体浆液、注浆管和注浆通道可以在掌子面及其前方土体之间形成位于掌子面顶部边缘内侧的近似为拱形的壳体结构。该壳体结构即为加固结构，可以起到加固支护作用，在掌子面进行隧道开挖作业时，开挖过程可以在上述加固结构内侧进行，此时加固结构不仅可以防止掌子面顶部砂层坍塌，且不会对开挖过程造成阻碍，不需施工人员切除大量固体浆液，可以提升隧道开挖效率。并且，相较于半断面深孔注浆方法中的上半掌子面范围内的注浆孔，以及相较于全断面深孔注浆方法中的全掌子面范围内的注浆孔，本实用新型中的呈拱形分布的多个注浆通道的数量更少，所需进行的打孔作业也更少，同样可以提升隧道开挖效率。

因此与现有技术相比，本实用新型提供的隧道预加固结构通过注有浆液的注浆管组和注浆通道可以在掌子面及其前方的土体中连接形成近似拱形的加固结构，不仅可以保证施工安全，且不需打设过多注浆孔，以及不需切除大量加固结构，可以提升隧道开挖效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的隧道预加固结构的剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的隧道预加固结构的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的隧道预加固结构的另一剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的隧道预加固结构的另一侧视图。

图标：1-注浆管组；10-注浆管；2-注浆通道组；20-注浆通道；3-隧道；30-掌子面；300-初支轮廓线；4-壳体结构；5-次注浆通道组；50-次注浆通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例：

如图1和图2所示，本实施例提供的隧道预加固结构包括注浆管组1和注浆通道组2；注浆管组1包括多个注浆管10，多个注浆管10均打设于隧道3的掌子面30及掌子面30前方的土体中，且多个注浆管10呈拱形间隔分布于掌子面30的顶部边缘内侧；注浆通道组2包括多个注浆通道20，多个注浆通道20设于掌子面30及掌子面30前方的土体中，且多个注浆通道20呈拱形间隔分布于注浆管组1的拱内侧；注浆管10上设有出浆孔，注浆管10内及注浆通道20内均填充有浆液。

在开挖隧道过程中，通常是沿隧道3的延伸方向分节段进行开挖，每节开挖过程均是以掌子面30作为初始开挖面向前推进的，掌子面30也是隧道3的径向断面。为保证每节隧道开挖过程的安全性，需对掌子面30及其前方土体进行加固。其中，掌子面30的前方土体是指沿隧道开挖方向，后于掌子面30被开挖的土体。

在加固时，可以将本实施例的隧道预加固结构中的注浆管组1打设于掌子面30及掌子面30前方的土体中，并在掌子面30及掌子面30前方的土体中挖出注浆通道组2，同时，还需向注浆管10和注浆通道20内注入浆液。由于土体是具有空隙的，因而注浆管10内的浆液可以通过出浆孔渗入注浆管10周侧的土体中，注浆通道20内的浆液可以渗入注浆通道20周侧的土体中，上述渗入土体中的浆液还会在土体中相互连接，待浆液凝固后，固体浆液、注浆管10和注浆通道20可以在掌子面30及其前方土体之间形成位于掌子面30顶部边缘内侧的近似为拱形的壳体结构4。

上述壳体结构4即为加固结构，可以起到加固支护作用，在掌子面30进行隧道开挖作业时，开挖过程可以在上述加固结构内侧进行，此时加固结构不仅可以防止掌子面30顶部砂层坍塌，且不会对开挖过程造成阻碍，不需施工人员切除大量固体浆液，可以提升隧道开挖效率。并且，相较于半断面深孔注浆方法中的上半掌子面30范围内的注浆孔，以及相较于全断面深孔注浆方法中的全掌子面30范围内的注浆孔，本实施例中的呈拱形分布的多个注浆通道20的数量更少，所需进行的打孔作业也更少，同样可以提升隧道开挖效率。

因此与现有技术相比，本实施例提供的隧道预加固结构通过注有浆液的注浆管组1和注浆通道20可以在掌子面30及其前方的土体中连接形成近似拱形的加固结构，不仅可以保证施工安全，且不需打设过多注浆孔，以及不需切除大量加固结构，可以提升隧道开挖效率。

在实际施工过程中，为保证打设注浆管10和挖设注浆通道20过程的稳定性，还可以在打孔前对掌子面30进行封闭加固，具体的，可以在掌子面30挂设钢网片等加固构件，以及向掌子面30喷射混凝土。

在本实施例中，向注浆通道20内注入浆液的过程可以采用后退注浆的方式实现。具体的，可以先利用注浆钻机上的钻管钻入掌子面30及掌子面30后方土体中，然后再退出钻管，并在退出过程中同时向钻管内注入浆液。其中，钻管设有通孔，在钻管退出过程中其内部的浆液可以通过上述通孔流入钻管退出后形成的注浆通道20内，至此可完成注浆通道20内注入浆液的过程。

本实施例中的注浆管组1中的注浆管10在开挖隧道过程中不需从土体中抽出，可以保留在土体内，此时注浆管10的作用与现有隧道施工过程中采用的超前导管作用类似，同样可以利用管身强度加固土体。

需要说明的是，为加固掌子面30及其前方土体，现有隧道施工过程中还会采用超前导管加固方式，该加固方式是在掌子面30及其前方土体之间打设多个超前导管，此时主要依靠超前导管的管身强度支撑土体，从而达到加固效果。由于超前导管的管身起主要支撑作用，因而为提升整体稳定性，采用超前导管加固方式时，超前导管的数量较多，且每节超前导管的长度不宜过长(通常为3米)，在隧道3延伸方向上，超前导管还需保留较长的搭接长度(通常为1米)，因此超前导管加固方式不仅施工效率较低，且搭接长度在总长度的占比较高(通常为33.3％)，造成了较大的材料浪费。并且，对于含水率较高的富水砂层等薄弱土层，打设超前导管的过程也会对土体造成越来越大的扰动，反而会降低土体的整体稳定性。

而本实施例中的隧道预加固结构采用注浆管组1和注浆通道组2相配合的方式进行加固，相较于超前导管主要依靠其管身强度支撑土体的加固方式，本实施例的隧道预加固结构的加固效果更好。又由于本实施例中的注浆管组1的多个注浆管10呈拱形分布于掌子面30及掌子面30前方土体之间，因而相较于现有的超前导管加固方式，本实施例的注浆管组1的注浆管10数量较少，施工效率更高且对土体扰动更小。此外，本实施例的隧道预加固结构的加固体系相较于超前导管的加固体系更稳定，因而本实施例中的注浆管10长度可以大于现有的超前导管的长度，如采用12米长度的注浆管10，进一步的，相邻两节隧道施工过程中，注浆管10于隧道3延伸方向上的搭接长度可以为2米，此时注浆管10的搭接长度在总长度中的占比为16.7％，与超前导管加固方式相比，极大的减少了材料浪费及频繁的工序转换。

与每节隧道施工过程中的注浆管10的长度和搭接长度相对应，注浆通道20的长度也可以为12米，注浆通道20于隧道3延伸方向上的搭接长度也可以为2米。

如图2所示，注浆管10倾斜设置，且注浆管10从其位于掌子面30的一端至另一端，朝向远离隧道3中轴线的方向倾斜。

注浆管10倾斜设置，不仅可以扩大注浆管10的加固范围，且可以使得注浆管10内的浆液更易于渗入至注浆管10周侧的土体中，从而可以有效提升加固效果。

进一步的，如图2所示，注浆通道20倾斜设置，且注浆通道20从其位于掌子面30的一端至另一端，向远离隧道3中轴线的方向倾斜。

同理，注浆通道20倾斜设置，不仅可以扩大注浆通道20的加固范围，且可以使得注浆通道20内的浆液更易于渗入至注浆通道20周侧的土体中。

在实际应用中，为便于指导隧道施工过程，掌子面30上通常预设有初支轮廓线300，初支轮廓线300可以视为土体开挖临界线。由于注浆管10和注浆通道20倾斜设置，因而注浆管10和注浆通道20均可能侵入初支轮廓线300内侧。在开挖土体过程中，若注浆通道20具有侵入初支轮廓线300内侧的部分，可以对注浆通道20内固体浆液的侵入初支轮廓线300内侧的部分进行切断挖除；若注浆管10具有侵入初支轮廓线300内侧的部分，可以对注浆管10的侵入初支轮廓线300内侧的部分进行切割挖除。

进一步的，注浆管10相对水平面的夹角大于注浆通道20相对水平面的夹角。

当注浆管10相对水平面的夹角大于注浆通道20相对水平面的夹角时，可以进一步的扩大该隧道预加固结构的加固范围。

为防止影响加固效果，本实施例优选注浆管10相对水平面的夹角以及注浆通道20相对水平面的夹角均不大于10度。

具体的，注浆管10相对水平面的夹角可以为9度，注浆通道20相对水平面的夹角可以为6度。

如图3和图4所示，本实施例提供的隧道预加固结构还可以包括次注浆通道组5；次注浆通道组5包括多个次注浆通道50，多个次注浆通道50设于掌子面30及掌子面30前方的土体中，且多个次注浆通道50呈拱形间隔分布于注浆通道组2的拱内侧；次注浆通道50内填充有浆液。

次注浆通道组5可以进一步的增强该隧道预加固结构的加固效果，从而使得该隧道预加固结构可以更好的适用于富水砂层等含水率较高的薄弱土层。

如图4所示，次注浆通道50倾斜设置，且次注浆通道50从其位于掌子面30的一端至另一端，向远离隧道3中轴线的方向倾斜。

次注浆通道50倾斜设置，不仅可以扩大次注浆通道50的加固范围，且可以使得次注浆通道50内的浆液更易于渗入至次注浆通道50周侧的土体中。

在本实施例中，浆液的材质可以包括磷酸和水玻璃。

相较于现有的半断面深孔注浆方法和全断面深孔注浆方法采用的水泥浆，包括磷酸和水玻璃的浆液强度更高，加固效果更好，因而本实施例优选浆液的材质包括磷酸和水玻璃。

进一步的，浆液还可以包括水。其中，磷酸可以为75％工业磷酸，其与水的比例为1:22，水玻璃与水的比例可以为1:1。

如图1和图3所示，沿注浆管组1的拱形延伸方向，多个注浆管10等间距分布；沿注浆通道组2的拱形延伸方向，多个注浆通道20等间距分布。

多个注浆管10等间距分布时，注浆管组1的加固效果更均匀稳定；多个注浆通道20等间距分布时，注浆通道组2的加固效果也更均匀稳定。

进一步的，相邻两个注浆管10之间的环向间距等于相邻两个注浆通道20之间的环向间距。

在本实施例中，相邻两个注浆管10之间的环向间距可以为600毫米。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (9)

1.一种隧道预加固结构，其特征在于，包括注浆管组(1)和注浆通道组(2)；

所述注浆管组(1)包括多个注浆管(10)，多个所述注浆管(10)均打设于隧道(3)的掌子面(30)及掌子面(30)前方的土体中，且多个所述注浆管(10)呈拱形间隔分布于掌子面(30)的顶部边缘内侧；

所述注浆通道组(2)包括多个注浆通道(20)，多个所述注浆通道(20)设于掌子面(30)及掌子面(30)前方的土体中，且多个所述注浆通道(20)呈拱形间隔分布于所述注浆管组(1)的拱内侧；

所述注浆管(10)上设有出浆孔，所述注浆管(10)内及所述注浆通道(20)内均填充有浆液。

2.根据权利要求1所述的隧道预加固结构，其特征在于，所述注浆管(10)倾斜设置，且所述注浆管(10)从其位于掌子面(30)的一端至另一端，朝向远离隧道(3)中轴线的方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的隧道预加固结构，其特征在于，所述注浆通道(20)倾斜设置，且所述注浆通道(20)从其位于掌子面(30)的一端至另一端，向远离隧道(3)中轴线的方向倾斜。

4.根据权利要求3所述的隧道预加固结构，其特征在于，所述注浆管(10)相对水平面的夹角大于所述注浆通道(20)相对水平面的夹角。

5.根据权利要求4所述的隧道预加固结构，其特征在于，所述注浆管(10)相对水平面的夹角为9度，所述注浆通道(20)相对水平面的夹角为6度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的隧道预加固结构，其特征在于，还包括次注浆通道组(5)；

所述次注浆通道组(5)包括多个次注浆通道(50)，多个所述次注浆通道(50)设于掌子面(30)及掌子面(30)前方的土体中，且多个所述次注浆通道(50)呈拱形间隔分布于所述注浆通道组(2)的拱内侧；

所述次注浆通道(50)内填充有浆液。

7.根据权利要求6所述的隧道预加固结构，其特征在于，所述次注浆通道(50)倾斜设置，且所述次注浆通道(50)从其位于掌子面(30)的一端至另一端，向远离隧道(3)中轴线的方向倾斜。

8.根据权利要求1-5任一项所述的隧道预加固结构，其特征在于，沿所述注浆管组(1)的拱形延伸方向，多个所述注浆管(10)等间距分布；

沿所述注浆通道组(2)的拱形延伸方向，多个所述注浆通道(20)等间距分布。

9.根据权利要求8所述的隧道预加固结构，其特征在于，相邻两个所述注浆管(10)之间的环向间距等于相邻两个所述注浆通道(20)之间的环向间距。

Images