大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构，隧洞分为上中下三层，上层（2）有上层钢支撑架，中层中部（3）两侧边墙有中层钢筋混凝土预衬砌（13），下层中部（6）两侧边墙有下层钢筋混凝土预衬砌（17），底部是底板钢筋混凝土衬砌（19），中层与上层边墙角结合部位均布中层超前固结灌浆孔（10），下层与中层边墙角结合部位均布下层超前固结灌浆孔（11），每组固结灌浆孔中灌浆并插入锚杆。本实用新型专利技术取消了传统双侧壁导坑法、CD法、CRD法施工中所面临的临时支撑拆除，既保证了安全，又提高了效率，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构
本技术涉及一种大变形软弱破碎围岩﹙Ⅴ、Ⅵ级围岩﹚特大断面（开挖断面面积可达345m2以上）隧洞开挖支护结构。
技术介绍
在现阶段公路、铁路隧洞、水工隧洞及其它地下工程中，特大断面软弱围岩隧洞施工传统的开挖方法是双侧壁导坑法、CD法、CRD法或分台阶左右幅开挖法等。针对特大断面及大变形软弱破碎围岩等围岩差的隧洞，采用双侧壁导坑法、CRD法、分台阶左右幅开挖法等具有较好的适应性，但因临时支撑较多，且拆撑困难，拆除临时支撑时施工风险大；此外，各部施工空间较狭小，大型机械使用受限，施工速度慢，施工成本高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：提供一种大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构及其施工方法，有效解决临时支撑多，拆撑困难，拆除临时支撑时施工风险大，作业空间狭小，施工进度缓慢，施工成本高等问题。本技术的技术方案是：一种大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构，隧洞分为上中下三层，上层有上层钢支撑架，中层两侧边墙有中层钢筋混凝土预衬砌，下层两侧边墙有下层钢筋混凝土预衬砌，底部是底板钢筋混凝土衬砌，中层与上层边墙角结合部位均布中层超前固结灌浆孔，下层与中层边墙角结合部位均布一组下层超前固结灌浆孔，每组超前固结灌浆孔中灌浆并插入锚杆。中层钢筋混凝土预衬砌和下层钢筋混凝土预衬砌中有预留接长钢筋。中层钢筋混凝土预衬砌和下层钢筋混凝土预衬砌中分别横向插入中层自进式中空预应力锚杆和下层自进式中空预应力锚杆。所述的中层超前固结灌浆孔或下层超前固结灌浆孔，每组固结灌浆孔在隧洞截面内呈扇形均匀分布，相邻两组固结灌浆孔纵向间距0.8-1.2m，每组固结灌浆孔有5-8个，孔口间距0.2-0.3m，每个固结灌浆孔与竖向的夹角为10-70°。本技术的有益效果：与现有软弱围岩大断面隧洞施工常用的双侧壁导坑法、CD法、CRD法、分台阶左右幅开挖法等技术相比，通过合理的分部开挖支护方法，考虑永久工程与临时工程相结合，采用中下层超前固结灌浆、预衬砌及预应力锚杆联合支护，通过超前固结围岩、初期支护和二次衬砌预衬砌，同时利用自进式中空预应力锚杆将预衬砌结构、软弱围岩与完整基岩良好结合形成整体，加强了隧洞稳定性，增大了施工工作面，取得了如下良好效果：（1）施工空间大，每一步均可引入大型施工机械，多作业面平行作业，工效高，很大程度上加快了施工进度；（2）减少了特大断面施工过程中临时支护数量，加快了施工进度；（3）取消了传统双侧壁导坑法、CD法、CRD法施工中所面临的临时支撑拆除，既保证了安全，又提高了效率，节约了成本；（4）充分考虑了临时工程与永久工程相结合，减少了处理工程数量，节约了工程成本。附图说明：图1为三台阶九部开挖法施工示意图；图2为中下层超前预固结灌浆孔布置示意图；图3为中下层钢筋混凝土预衬砌+自进式中空预应力锚杆处理示意图。1-上层中导洞；2-上层；3-中层中部；4-中层左侧预留保护层；5-中层右侧预留保护层；6-下层中部；7-下层左侧预留保护层；8-下层右侧预留保护层；9-底板预留保护层；10-中层超前预固结灌浆孔；11-下层超前预固结灌浆孔；12-钢支撑及系统喷锚支护；13-中层钢筋混凝土预衬砌；14-接长钢筋；15-中层自进式中空预应力锚杆；16-锚垫板及锚具；17-下层钢筋混凝土预衬砌；18-下层自进式中空预应力锚杆；19-底板钢筋混凝土衬砌；20-边墙及顶拱钢筋混凝土衬砌；21-设计隧洞衬砌线。具体实施方式实施例：如图1～3，一种大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构及其施工方法，包括三台阶九部法开挖方法；中下层超前固结灌浆、钢筋混凝土预衬砌与预应力锚杆联合支护结构体系。采用三台阶九部法开挖支护，分为上层中导洞-1及上层-2、中层中部-3、中层左侧保护层-4、中层右侧保护层-5、下层中部-6、下层左侧保护层-7、下层右侧保护层-8、底板保护层-9。上、中、下各层开挖高度7m，底板保护层预留约1m保护层。上层采用中导洞-1贯通后扩挖，再依次进行中、下层开挖支护施工。中层、下层两侧预留保护层-4、-5、-7、-8，先中部深孔拉槽爆破后再进行两侧保护层刷边开挖及钢支撑系统喷锚支护。中（下）层开挖之前，先从上一层边墙角对中（下）层两侧壁采用超前预固结灌浆-10（-11）超前固结围岩。然后，中层中部-3、下层中部-6（两侧预留保护层）先使用潜孔钻垂直深孔拉槽爆破，完成中部拉槽大方量开挖，两侧保护层再使用风钻水平造孔，采用光面爆破开挖方法刷边施工同步跟进，左右侧保护层施工工作面错开25～40m；然后结合永久钢筋混凝土衬砌考虑，进行中（下）层钢筋混凝土预衬砌-13（-17）+自进式中空预应力锚杆-15、-16（-18、-16）联合支护体系措施，钢筋混凝土预衬砌时，两侧预留接长钢筋-14；最后使用风钻水平造孔施工底板预留保护层-9，同步开展后续底板混凝土衬砌-19、边墙及顶拱混凝土衬砌-20施工，从而快速完成特大断面隧洞施工。具体施工步骤及内容如下：1、上层先施工中导洞-1，中导洞开挖断面为4m×4.5m(宽×高)，采用“短进尺、弱爆破、勤支护”的施工方法，每循环进尺控制在2m左右。开挖之后，初步进行危石清理，立即初喷5cm厚钢纤维混凝土封闭岩面，必要时设临时钢支撑喷混凝土支护。中导洞贯通后进行上层-2扩挖施工，再进行上层钢支撑架立及系统喷锚支护。2、在中层开挖前从上层向中层两侧围岩作中层超前预固结灌浆孔-10进行中层超前预加固处理。在处理段两侧边墙角部位均布置固结灌浆孔，每组固结灌浆孔纵向间距1m，每组固结灌浆孔中各个孔的横向孔口间距0.25m，与竖向夹角分别为10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°，呈扇形分布。采用“孔口封闭、自上而下、分段灌注”纯压式灌浆，先Ⅰ序排后Ⅱ序排，同排先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔。灌浆压力Ⅰ序孔0.3～0.6Mpa，Ⅱ序孔0.5～0.8Mpa。固结灌浆完成后，采用锚杆φ28（L=8m）插入两侧固结灌浆孔进行加固处理。3、中层中部-3深孔拉槽爆破开挖施工，两侧预留2～2.5m中层左侧预留保护层-4和中层右侧预留保护层-5，避免一次性爆破震动过大引起上层围岩失稳垮塌，同时避免两侧边墙深孔爆破引起大量超挖。4、中层开挖完成后，分左右侧进行水平钻爆开挖中层左侧预留保护层-4和中层右侧预留保护层-5，左右侧保护层钻爆开挖工作面错开25～40m，开挖后立即进行钢支撑架立及系统喷锚支护-12。5、中层开挖及喷锚支护完成后，为避免下层开挖扰动影响上、中层围岩稳定，结合隧洞永久衬砌工程考虑，立即进行中层钢筋混凝土预衬砌—13，加强支护，同时预留下层的超前固结注浆管。预衬砌厚度为1/2设计衬砌厚度，预衬砌时，预留接长钢筋—14，预衬砌钢筋混凝土板的钢筋布置形式与设计衬砌结构的钢筋形式一致，受力钢筋和分布筋均伸出板外（板上下及两侧部位），外露长度按0.5m、1.5m间隔预留，以便于后期和衬砌钢筋焊接；预衬砌外露面进行凿毛处理，以保证预衬砌与后期衬砌的良好结合。6、采用50t级自进式中空预应力锚杆打入基岩（间排距2m，孔深25m），中层自进式中空预应力锚杆-15采用锚垫板及锚具-16锚固到预衬砌混凝土面，将隧洞周边的软弱围岩通过钢筋混凝土预衬砌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构，隧洞分为上中下三层，其特征在于：上层（2）有上层钢支撑架，中层中部（3）两侧边墙有中层钢筋混凝土预衬砌（13），下层中部（6）两侧边墙有下层钢筋混凝土预衬砌（17），底部是底板钢筋混凝土衬砌（19），中层与上层边墙角结合部位均布中层超前固结灌浆孔（10），下层与中层边墙角结合部位均布一组下层超前固结灌浆孔（11），每组超前固结灌浆孔中灌浆完成并插入锚杆。

【技术特征摘要】
1.一种大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构，隧洞分为上中下三层，其特征在于：上层（2）有上层钢支撑架，中层中部（3）两侧边墙有中层钢筋混凝土预衬砌（13），下层中部（6）两侧边墙有下层钢筋混凝土预衬砌（17），底部是底板钢筋混凝土衬砌（19），中层与上层边墙角结合部位均布中层超前固结灌浆孔（10），下层与中层边墙角结合部位均布一组下层超前固结灌浆孔（11），每组超前固结灌浆孔中灌浆完成并插入锚杆。2.根据权利要求1所述的大变形软弱破碎围岩特大断面隧洞开挖支护结构，其特征在于：中层钢筋混凝土预衬砌（13）和下层钢筋混凝土预衬砌（17）中预留接长钢筋...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘邦玺，葛爱玲，彭伟平，吴秀雄，高峰，何柯苇，
申请(专利权)人：中铁五局集团第五工程有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖南,43