山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法技术

本发明专利技术提供一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，包括：一、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度，隧道单洞跨度；判断是否符合采用本方法的工程条件；二、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度、钢拱架间距以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度；查阅地质勘查报告，确定围岩孔隙率；三、确定注浆小导管超前注浆管加工参数；四、确定纵向钢梁加工参数；五、施工超前注浆强化加固；六、施工纵向钢梁加固。本发明专利技术有效减小小净距隧道中夹岩的变形和作用在支护结构上的荷载，提高钢拱架稳定性，减小因先行洞、后行洞不对称施工引起的剪切应力，强化支护结构，简化施工工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种隧道工程
中的施工方法，具体地，涉及一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法。
技术介绍
在小净距隧道施工中，软弱围岩指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，常见为IV级、V级和VI级围岩，中夹岩指位于小净距隧道双拱结构中间部位的岩体，对保持隧道稳定及支撑隧道上部结构具有重要作用。在软弱围岩条件下的小净距隧道施工过程中，中夹岩部位出现应力集中和二次应力场叠加，易发生开裂和掉块，V级围岩条件下还会发生坍塌现象，因此在施工时如何保证软弱围岩条件下中夹岩的稳定性，是小净距隧道施工的关键。现有中夹岩加固措施通常为超前注浆管预加固和水平贯通锚杆施加预应力加固，一方面超前注浆管预加固对中夹岩的加固作用效果有限，另一方面水平贯通锚杆施加预应力加固是在左右隧道开挖完成后进行，加固措施相对滞后，同时会减弱超前注浆管的预加固作用；现有中夹岩加固措施未考虑不同围岩等级对加固效果的影响；此外，该方法还存在工序繁多、工艺复杂和施工进度缓慢等缺点。如何在保证中夹岩加固强度的同时，结合围岩条件，简化施工工艺，减少施工成本，已成为小净距隧道施工的重点之一。经对现有技术文献检索发现，申请专利号为：201210311959.8，公开号为：CN103628884A，专利名称为：小净距隧道中夹岩加固方法。该专利自述为“a、在隧洞开挖前施作超前大管棚，其布置于隧洞外围岩体内，且布置范围从原理中夹岩一侧的拱肩处经拱顶后延伸至靠近中夹岩一侧的拱脚处，各大管棚均沿隧洞轴向布置；b、进行隧洞的分部开挖支护，并在开挖靠近中夹岩侧土体前，施作小导管进行注浆，二次加固，小导管位于隧洞靠近中夹岩一侧，并从隧洞的拱肩延伸至拱脚处。”该专利虽然简化了水平贯通锚杆施加预应力加固的施工步骤，但对中夹岩进行了超前管棚和超前注浆管注浆重复性加固，工序复杂；超前注浆管布置范围从隧道远离中夹岩一侧的拱肩延伸至靠近中夹岩一侧的拱脚，布设范围大，施工周期长；未提出针对不同围岩条件的中夹岩加固措施。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提出一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，针对软弱围岩条件的中夹岩，在隧道开挖前对中夹岩进行超前注浆加固，将超前支护和中夹岩稳定性加固相结合，简化施工步骤；施加纵向钢梁对中夹岩进行加固，强化支护结构。本专利技术不仅能够保证中夹岩的稳定性，而且能够有效地简化施工工艺，加快施工进度。本专利技术方法是通过以下技术方案实现的：一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，所述方法包括如下步骤：第一步、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D，隧道单洞跨度B；判断是否符合采用本方法的工程条件；第二步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度H、钢拱架间距d1以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度d2；查阅地质勘查报告，确定围岩孔隙率n；第三步、确定超前注浆管加工参数，参数包括：超前注浆管材质、超前注浆管长度L、超前注浆管外径、超前注浆管壁厚、超前注浆管的圆环钢筋箍外径、超前注浆管溢浆孔孔径及孔距；第四步、确定纵向钢梁加工参数，参数包括：纵向钢梁材质、纵向钢梁腹板长度、纵向钢梁翼缘长度、纵向钢梁焊接端形式；第五步、施工超前注浆强化加固，包括：(1)隧道开挖前，根据施工现场地质围岩等级，沿开挖面和中夹岩的连接线布设超前注浆孔；(2)采用冲击风钻进行超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将超前注浆管顶入超前注浆孔中，注入注浆浆液，单管注浆量为Q，注浆压力为P；第六步、施工纵向钢梁加固，包括：(1)在隧道完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁：对于IV级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处；对于V级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.2H、0.5H和0.9H处；对于VI级围岩，纵向钢梁施作位置为拱肩处、拱脚处、距离拱脚0.2H、0.4H、和0.7H处；(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，保持腹板水平，将纵向钢梁的突出腹板置于钢拱架翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接。优选地，第一步中，所述中夹岩为先行洞与后行洞之间、隧道内侧墙拱肩至拱脚部位，其中：先行洞为小净距隧道中先进行开挖的隧道，后行洞为小净距隧道中后进行开挖的隧道。优选地，第一步中，所述中夹岩厚度D为先行洞与后行洞之间距离。优选地，第一步中，所述隧道单洞跨度B为先行洞跨度与后行洞跨度之间的较大值。优选地，第一步中，所述工程条件为：施工现场地质围岩等级为IV级、V级或VI级围岩，且中夹岩厚度D满足条件0.1B≤D≤0.5B。优选地，第二步中，所述中夹岩高度H为隧道内侧墙拱肩至拱脚距离。优选地，第二步中，所述钢拱架为小净距隧道初期支护钢拱架。优选地，第二步中，所述钢拱架间距d1为相邻钢拱架翼缘之间的距离。优选地，第三步中，所述超前注浆管材质为热轧无缝钢管，其在工厂进行预制加工。优选地，第三步中，所述超前注浆管长度L按下式计算：L=2αD]]>式中：α为长度折减系数，当0.1B≤D＜0.3B时取值为0.8～0.9，当0.3B≤D＜0.5B时取值为0.7～0.8，当0.5B≤D≤0.75B时取值为0.6～0.7；D为中夹岩厚度，m。优选地，第三步中，所述超前注浆管外径为40～50mm、壁厚为4～6mm。优选地，第三步中，所述超前注浆管圆环钢筋箍外径为6mm，并设置在超前注浆管管尾10cm处。优选地，第三步中，所述超前注浆管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直；优选地，第三步中，所述超前注浆管用于先行洞时为先行洞超前注浆管、用于后行洞时为后行洞超前注浆管，其中：所述先行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm，溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列，先行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔；所述后行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm；后行洞超前注浆管管身前端至0.8L范围内溢浆孔孔距20cm，其余部位溢浆孔孔距12cm，且呈梅花形排列；后行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔。优选地，第四步中，所述纵向钢梁的材质为与钢拱架型号相同的工字钢，其在工程现场隧道外进行预制加工。优选地，第四步中，所述纵向钢梁腹板长度为相邻钢拱架腹板之间的距离。优选地，第四步中，所述纵向钢梁翼缘长度为相邻钢拱架翼缘之间的距离。优选地，第四步中，所述纵向钢梁焊接端形式为在纵向钢梁两端的突出腹板及翼缘端。更优选地，所述突出腹板为纵向钢梁中超出两侧翼缘的腹板部分，长度为0.5d2。优选地，第五步的(1)中，所述超前注浆孔分为先行洞超前注浆孔、后行洞超前注浆孔，其中：先行洞超前注浆孔最底部布设点位于先行洞拱脚处；后行洞超前注浆孔沿隧道环向布设位置与先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设位置交错布设，后行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设位置与先行洞超前注浆孔沿隧道纵向布设位置对称布设。更优选地，所述沿隧道环向布设间隔为布设点与其下部临近布设点的垂直距离；所述沿隧道纵向布设间隔为布设点与其沿隧道轴向临近布设点的水平距离。优选地，第五步的(1)中，所述先行洞超前注浆孔沿隧道环向布设间隔为l1，l1按下式计算：l1=βl01+H01H1H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一步、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D，隧道单洞跨度B；判断是否符合采用本方法的工程条件；第二步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度H、钢拱架间距d1以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度d2；查阅地质勘查报告，确定围岩孔隙率n；第三步、确定超前注浆管加工参数，参数包括：超前注浆管材质、超前注浆管长度L、超前注浆管外径、超前注浆管壁厚、超前注浆管的圆环钢筋箍外径、超前注浆管溢浆孔孔径及孔距；第四步、确定纵向钢梁加工参数，参数包括：纵向钢梁材质、纵向钢梁腹板长度、纵向钢梁翼缘长度、纵向钢梁焊接端形式；第五步、施工超前注浆强化加固，包括：(1)隧道开挖前，根据施工现场地质围岩等级，沿开挖面和中夹岩的连接线布设超前注浆孔；(2)采用冲击风钻进行超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将超前注浆管顶入超前注浆孔中，注入注浆浆液，单管注浆量为Q，注浆压力为P；第六步、施工纵向钢梁加固，包括：(1)在隧道完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁：对于IV级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处；对于V级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.2H、0.5H和0.9H处；对于VI级围岩，纵向钢梁施作位置为拱肩处、拱脚处、距离拱脚0.2H、0.4H、和0.7H处；(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，保持腹板水平，将纵向钢梁的突出腹板置于钢拱架翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接。...

【技术特征摘要】
1.一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一步、查阅地质勘查报告，确定施工现场地质围岩等级；查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩厚度D，隧道单洞跨度B；判断是否符合采用本方法的工程条件；第二步、查阅隧道设计与施工方案，确定中夹岩高度H、钢拱架间距d1以及钢拱架所选用工字钢的型号和翼缘宽度d2；查阅地质勘查报告，确定围岩孔隙率n；第三步、确定超前注浆管加工参数，参数包括：超前注浆管材质、超前注浆管长度L、超前注浆管外径、超前注浆管壁厚、超前注浆管的圆环钢筋箍外径、超前注浆管溢浆孔孔径及孔距；第四步、确定纵向钢梁加工参数，参数包括：纵向钢梁材质、纵向钢梁腹板长度、纵向钢梁翼缘长度、纵向钢梁焊接端形式；第五步、施工超前注浆强化加固，包括：(1)隧道开挖前，根据施工现场地质围岩等级，沿开挖面和中夹岩的连接线布设超前注浆孔；(2)采用冲击风钻进行超前注浆孔钻孔；钻孔后彻底清孔，利用冲击风钻将超前注浆管顶入超前注浆孔中，注入注浆浆液，单管注浆量为Q，注浆压力为P；第六步、施工纵向钢梁加固，包括：(1)在隧道完成钢拱架的施工后，在各排钢拱架之间施作纵向钢梁：对于IV级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.3H和0.7H处；对于V级围岩，纵向钢梁施作位置为拱脚处、距离拱脚0.2H、0.5H和0.9H处；对于VI级围岩，纵向钢梁施作位置为拱肩处、拱脚处、距离拱脚0.2H、0.4H、和0.7H处；(2)将纵向钢梁平置于钢拱架之间，保持腹板水平，将纵向钢梁的突出腹板置于钢拱架翼缘之间，采用焊接方式在纵向钢梁焊接端将纵向钢梁和钢拱架连接。2.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第一步中：所述中夹岩为先行洞与后行洞之间、隧道内侧墙拱肩至拱脚部位，其中：先行洞为小净距隧道中先进行开挖的隧道，后行洞为小净距隧道中后进行开挖的隧道；所述中夹岩厚度D为先行洞与后行洞之间距离；所述隧道单洞跨度B为先行洞跨度与后行洞跨度之间的较大值；所述工程条件为：施工现场地质围岩等级为IV级、V级或VI级围岩，且中夹岩厚度D满足条件0.1B≤D≤0.5B。3.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第二步中：所述中夹岩高度H为隧道内侧墙拱肩至拱脚距离；所述钢拱架为小净距隧道初期支护钢拱架；所述钢拱架间距d1为相邻钢拱架翼缘之间的距离。4.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第三步中：所述超前注浆管材质为热轧无缝钢管；所述超前注浆管在工厂进行预制加工；所述超前注浆管长度L按下式计算：L=2αD]]>式中：α为长度折减系数，当0.1B≤D＜0.3B时取值为0.8～0.9，当0.3B≤D＜0.5B时取值为0.7～0.8，当0.5B≤D≤0.75B时取值为0.6～0.7；D为中夹岩厚度，m；所述超前注浆管外径为40～50mm、壁厚为4～6mm；所述超前注浆管的圆环钢筋箍外径为6mm，并设置在超前注浆管管尾10cm处；所述超前注浆管的端头加工成圆锥形并封焊密实，且保持管身顺直。5.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第三步中，所述超前注浆管用于先行洞时为先行洞超前注浆管、用于后行洞时为后行洞超前注浆管，其中：所述先行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm，溢浆孔孔距为12cm且呈梅花形排列，先行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔；所述后行洞超前注浆管的溢浆孔沿管身设置四排，溢浆孔孔径为6mm；后行洞超前注浆管管身前端至0.8L范围内溢浆孔孔距20cm，其余部位溢浆孔孔距12cm，且呈梅花形排列；后行洞超前注浆管后端40cm范围内不设溢浆孔。6.根据权利要求1所述的一种山区软弱围岩小净距隧道中夹岩稳定性控制方法，其特征在于，第四步中，所述纵向钢梁的材质为与钢拱架型号相同的工字钢，纵向钢梁在工程现场隧道外进行预制加工；所述纵向钢梁腹板长度为相邻钢拱架腹板之间的距离；所述纵向钢梁翼缘长度为相邻钢拱架翼缘之间的距离；所述纵向钢梁焊接端形式为在纵向钢梁两端的突出腹板及翼缘端，其中突出腹板为纵向钢梁中超出两侧翼缘的腹板部分，长度为0.5d2。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵相浩，沈水龙，张宁，袁垚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31