穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺，涉及隧道施工的技术领域，解决了现有采空及塌陷区施工容易出现坍塌危险的问题，其技术方案要点是包括以下步骤：（一）采空区和塌陷区注浆处理：a．定点；b．钻探成孔；c．埋设孔口封闭装置；d．灌浆施工；（二）三台阶法开挖：a．爆破；b．出渣；c．初期支护；d．超前支护；（三）循环操作；水泥粉煤灰砂浆在固化后与周边的岩体形成整体，使得岩体变的稳定，在进行隧道开挖施工的过程中不容易出现塌陷的危险。

【技术实现步骤摘要】
穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺
本专利技术涉及隧道施工的
，更具体的说，它涉及一种穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺。
技术介绍
隧道在穿越采空区以及塌陷区进行施工时，经常会面临突水突泥、掌子面坍塌的风险，这样给隧道的施工带来了很大的施工难度，并且采空区和塌陷区的地层较松软，处于不稳定的状态，隧道开挖扰动之后容易出现虽大坍塌的危险，穿越采空区和塌陷区的隧道施工是现在隧道施工中的一大难题。现阶段工程在穿越采空区和塌陷区隧道施工时，采用先灌注水泥浆，然后再进行隧道施工的方法，水泥浆存在浆液结石率低、抗水分散性差的问题，在后期进行隧道施工的能够当中，仍然容易因为隧道开挖的扰动，出现坍塌危险，现在亟需一种在穿越采空区及塌陷区进行隧道施工时不容易出现坍塌危险的隧道施工工艺。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺，其通过采用水泥粉煤灰砂浆，水泥粉煤灰砂浆在固化后与周边的岩体形成整体，使得岩体变的稳定，在进行隧道开挖施工的过程中不容易出现塌陷的危险。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：（一）采空区和塌陷区注浆处理：a．定点：在钻孔之前需要对注浆孔进行定点，定点的时候采用全站仪进行实地测量放样，钻孔的实际位置误差不应该超过0.5m；b．钻探成孔：钻探前根据注浆孔以及检查孔的钻孔深度和直径选择合适的钻头和钻机，先用大直径的钻头开孔到指定深度，然后在孔中下入井口套管，在井口套管的外侧与孔壁之间用黏土进行填实，然后换用小直径的钻头继续钻进至设计深度；c．埋设孔口封闭装置：钻孔结束并且进行充分洗孔之后，埋设孔口封闭装置，封闭装置为带有法兰托盘的孔口注浆管；向孔内注入水固比为1:1.5～1:2.0的水灰浆，浆液在孔内的高度为4～6m，水泥浆液当中加入水泥重量的2％的速凝剂，然后拔出孔口套管；d．灌浆施工：注浆液采用水泥粉煤灰浆由水、水泥、粉煤灰、速凝剂和砂组成；注浆浓度先稀后稠，注浆时，注浆泵压力应大于注浆最大设计压力1.5倍，注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和泵压，当泵压逐渐升高，注浆量小于70L/min，孔口管压力在1.O～3.0Mpa之间，稳定10～15min或注浆孔周围有冒浆现象时，方可结束该孔的注浆施工；（二）三台阶法开挖：三台阶共分为上中下三级，上台阶高3m，中台阶为上台阶至起拱线以上部分，其余部分为下台阶，每级台阶宽5m，且左右侧相互错开2m；三台阶法开挖包括以下步骤：a．爆破：先掏槽眼，掏槽眼结束之后，在槽眼当中填充炸药，进行爆破；b．出渣：将爆破过程当中产生的各种泥渣和碎石输送到隧道外侧；c．初期支护：对围岩进行初期支护；支撑接头应焊接牢固，每根钢拱架面用钢筋连接；钢拱架应按设计位置架设，拱脚必须放在牢固的基础上；钢拱架应垂直于隧道中线，上、下、左、右允许偏差5cm，并且竖直倾斜度不得大于2°，拱脚高度应低于上半断面底线15～20cm；钢拱架与初喷混凝土面的间隙必须用喷射混凝土充填密实；间隙过大时，可用钢模板或混凝土楔块顶紧，其点数单侧不准少于8个；喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢拱架覆盖；拱脚部位易发生塑性剪切破坏,该部位钢架除栓接外,还必须四面帮焊,以确保接头的刚度和强度；钢架的截面高度应与喷射混凝土厚度相适应；为增强钢架的整体稳定性,将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位系筋和锁脚锚杆连接牢固；因锁脚锚杆在控制工字钢沉降方面，起到了决定性作用，所以在上中下台阶拱脚处，均布设了锁脚锚杆，锁脚锚杆打入角度与围岩成45°为宜，并与工字钢焊接牢固；在断层带或围岩相对破碎，初期支护收敛变形相对较大的段落，在上中下台阶拱脚处锁脚采用φ42注浆小导管进行加强；小导管长4m，每处2根，锁脚导管打入角度与围岩成45°，并与工字钢焊接牢固；d．超前支护：为保证掌子面的开挖安全，超前支护采用直径为φ42×4㎜的热轧无缝钢管，其前端为尖锥状，管壁四周钻8㎜压浆孔，孔间距15cm,尾部1.2m不设压浆孔，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，外插角为15°；然后进行小导管安装，小导管安设采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出；小导管安设后，用泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防工作面坍塌；隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一循环的止浆墙；注浆时的浆液选择水灰比为1：1的水泥浆液，为了获得良好的固结效果，必须注入足够的浆液量，确保有效扩散范围，注浆范围按开挖轮廓线外0.3～0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散，注浆时注浆压力控制在0.5～1Mpa，注浆过程中采用的止浆塞为5～10cm厚喷射混凝土；（三）循环操作：循环进行爆破、出渣、初期支护和超前支护直至隧道施工完成。通过采用上述技术方案，采用水泥粉煤灰砂浆进行注浆操作，并且注浆压力采用注浆最大设计压力的1.5倍，使得水泥粉煤灰砂浆能够充分的扩散到周围的岩体当中，并且在持续的加压过程当中能够通过水泥粉煤灰砂浆体积的不断增大而对岩体产生挤密作用，并且使得水泥粉煤灰砂浆与岩体之间的接触更加紧密，使得固化之后的水泥粉煤灰砂浆与周边的岩体形成一个整体，起到了加固和支撑的作用，使得在后续进行隧道开挖的过程当中，不容易出现坍塌的风险。本专利技术进一步设置为：所述步骤C，埋设孔口封闭装置时，安装孔口注浆管之后，在孔内放入少量砂石用于堵塞较大的缝隙，然后在放入少量黏土将缝隙彻底封堵住。通过采用上述技术方案，通过孔口封闭装置，并且采用砂石和黏土将缝隙堵塞住，使得在进行水泥粉煤灰砂浆灌注的过程当中，能够更好的对灌注孔中的水泥粉煤灰砂浆的压力进行控制，使得水泥粉煤灰砂浆更加容易在压力的作用下扩散到周围的岩体当中。本专利技术进一步设置为：所述步骤d，进行灌浆施工时，注浆液的水固比为按照1:1.0～1:1.5进行配制，水泥、粉煤灰和砂的比例控制在3:7：2，在浆液当中掺加水泥重量2%的速凝剂。通过采用上述技术方案，通过添加速凝剂能够加速水泥粉煤灰砂浆灌注到注浆孔中之后能够在更短的时间之内凝固。本专利技术进一步设置为：所述步骤d，进行灌浆施工时，注浆材料选取是需要保证水是洁净的，不含有有害物质，水泥采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，速凝剂选用水玻璃，粉煤灰应符合《用于水泥和混凝土土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）Ⅲ级粉煤灰要求，砂应洁净、坚硬、干燥、无风化、无杂质，符合规定级配，其泥土杂物含量应小于5%。通过采用上述技术方案，通过选择合适的水泥和速凝剂，并且对粉煤灰、水和砂石的质量进行严格的控制，能够更好的提高水泥粉煤灰砂浆凝固之后的固定效果，使得后续进行隧道开挖的过程当中更加不容易出现坍塌的危险。本专利技术进一步设置为：所述步骤d，进行灌浆施工时，当灌注量超过钻孔设计注浆量，孔口仍不起压力时，可采用间歇式注浆工艺；间歇时间控制在10～12h左右；间歇后注浆，仍采用先稀后稠的注浆工序；二次注浆控制在设计量的25%左右，如果仍不起压力，再次进行间歇注浆，直到达到符合要求的停止注浆标准为止。通过采用上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：（一）采空区和塌陷区注浆处理：a．定点：在钻孔之前需要对注浆孔进行定点，定点的时候采用全站仪进行实地测量放样，钻孔的实际位置误差不应该超过0.5m；b．钻探成孔：钻探前根据注浆孔以及检查孔的钻孔深度和直径选择合适的钻头和钻机，先用大直径的钻头开孔到指定深度，然后在孔中下入井口套管，在井口套管的外侧与孔壁之间用黏土进行填实，然后换用小直径的钻头继续钻进至设计深度；c．埋设孔口封闭装置：钻孔结束并且进行充分洗孔之后，埋设孔口封闭装置，封闭装置为带有法兰托盘的孔口注浆管；向孔内注入水固比为1:1.5～1:2.0的水灰浆，浆液在孔内的高度为4～6m，水泥浆液当中加入水泥重量的2％的速凝剂，然后拔出孔口套管；d．灌浆施工：注浆液采用水泥粉煤灰浆由水、水泥、粉煤灰、速凝剂和砂组成；注浆浓度先稀后稠，注浆时，注浆泵压力应大于注浆最大设计压力1.5倍，注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和泵压，当泵压逐渐升高，注浆量小于70L/min，孔口管压力在1.O～3.0Mpa之间，稳定10～15min或注浆孔周围有冒浆现象时，方可结束该孔的注浆施工；（二）三台阶法开挖：三台阶共分为上中下三级，上台阶高3m，中台阶为上台阶至起拱线以上部分，其余部分为下台阶，每级台阶宽5m，且左右侧相互错开2m；三台阶法开挖包括以下步骤：a．爆破：先掏槽眼，掏槽眼结束之后，在槽眼当中填充炸药，进行爆破；b．出渣：将爆破过程当中产生的各种泥渣和碎石输送到隧道外侧；c．初期支护：对围岩进行初期支护；支撑接头应焊接牢固，每根钢拱架面用钢筋连接；钢拱架应按设计位置架设，拱脚必须放在牢固的基础上；钢拱架应垂直于隧道中线，上、下、左、右允许偏差5cm，并且竖直倾斜度不得大于2°，拱脚高度应低于上半断面底线15～20cm；钢拱架与初喷混凝土面的间隙必须用喷射混凝土充填密实；间隙过大时，可用钢模板或混凝土楔块顶紧，其点数单侧不准少于8个；喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢拱架覆盖；拱脚部位易发生塑性剪切破坏,该部位钢架除栓接外,还必须四面帮焊,以确保接头的刚度和强度；钢架的截面高度应与喷射混凝土厚度相适应；为增强钢架的整体稳定性,将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位系筋和锁脚锚杆连接牢固；因锁脚锚杆在控制工字钢沉降方面，起到了决定性作用，所以在上中下台阶拱脚处，均布设了锁脚锚杆，锁脚锚杆打入角度与围岩成45°为宜，并与工字钢焊接牢固；在断层带或围岩相对破碎，初期支护收敛变形相对较大的段落，在上中下台阶拱脚处锁脚采用φ42注浆小导管进行加强；小导管长4m，每处2根，锁脚导管打入角度与围岩成45°，并与工字钢焊接牢固；d．超前支护：为保证掌子面的开挖安全，超前支护采用直径为φ42×4㎜的热轧无缝钢管，其前端为尖锥状，管壁四周钻8㎜压浆孔，孔间距15cm,尾部1.2m不设压浆孔，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，外插角为15°；然后进行小导管安装，小导管安设采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出；小导管安设后，用泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防工作面坍塌；隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一循环的止浆墙；注浆时的浆液选择水灰比为1：1的水泥浆液，为了获得良好的固结效果，必须注入足够的浆液量，确保有效扩散范围，注浆范围按开挖轮廓线外0.3～0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散，注浆时注浆压力控制在0.5～1Mpa，注浆过程中采用的止浆塞为5～10cm厚喷射混凝土；（三）循环操作：循环进行爆破、出渣、初期支护和超前支护直至隧道施工完成。...

【技术特征摘要】
1.一种穿越采空及塌陷区的隧道施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：（一）采空区和塌陷区注浆处理：a．定点：在钻孔之前需要对注浆孔进行定点，定点的时候采用全站仪进行实地测量放样，钻孔的实际位置误差不应该超过0.5m；b．钻探成孔：钻探前根据注浆孔以及检查孔的钻孔深度和直径选择合适的钻头和钻机，先用大直径的钻头开孔到指定深度，然后在孔中下入井口套管，在井口套管的外侧与孔壁之间用黏土进行填实，然后换用小直径的钻头继续钻进至设计深度；c．埋设孔口封闭装置：钻孔结束并且进行充分洗孔之后，埋设孔口封闭装置，封闭装置为带有法兰托盘的孔口注浆管；向孔内注入水固比为1:1.5～1:2.0的水灰浆，浆液在孔内的高度为4～6m，水泥浆液当中加入水泥重量的2％的速凝剂，然后拔出孔口套管；d．灌浆施工：注浆液采用水泥粉煤灰浆由水、水泥、粉煤灰、速凝剂和砂组成；注浆浓度先稀后稠，注浆时，注浆泵压力应大于注浆最大设计压力1.5倍，注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和泵压，当泵压逐渐升高，注浆量小于70L/min，孔口管压力在1.O～3.0Mpa之间，稳定10～15min或注浆孔周围有冒浆现象时，方可结束该孔的注浆施工；（二）三台阶法开挖：三台阶共分为上中下三级，上台阶高3m，中台阶为上台阶至起拱线以上部分，其余部分为下台阶，每级台阶宽5m，且左右侧相互错开2m；三台阶法开挖包括以下步骤：a．爆破：先掏槽眼，掏槽眼结束之后，在槽眼当中填充炸药，进行爆破；b．出渣：将爆破过程当中产生的各种泥渣和碎石输送到隧道外侧；c．初期支护：对围岩进行初期支护；支撑接头应焊接牢固，每根钢拱架面用钢筋连接；钢拱架应按设计位置架设，拱脚必须放在牢固的基础上；钢拱架应垂直于隧道中线，上、下、左、右允许偏差5cm，并且竖直倾斜度不得大于2°，拱脚高度应低于上半断面底线15～20cm；钢拱架与初喷混凝土面的间隙必须用喷射混凝土充填密实；间隙过大时，可用钢模板或混凝土楔块顶紧，其点数单侧不准少于8个；喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢拱架覆盖；拱脚部位易发生塑性剪切破坏,该部位钢架除栓接外,还必须四面帮焊,以确保接头的刚度和强度；钢架的截面高度应与喷射混凝土厚度相适应；为增强钢架的整体稳定性,将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位系筋和锁脚锚杆连接牢固；因锁脚锚杆在控制工字钢沉降方面，起到了决定性作用，所以在上中下台阶拱脚处，均布设了锁脚锚杆，锁脚锚杆打入角度与围岩成45°为宜，并与工字钢焊接牢固；在断层带或围岩相对破碎，初期支护收敛变形相对较大的段落，在上中下台阶拱脚处锁脚采用φ42注浆小导管进行加强；小导管长4m，每处2根，锁脚导管打入角度与围岩成45°，并与工字钢焊接牢固；d．超前支护：为保证掌子面的开挖安全，超前支护采用直径为φ42×4㎜的热轧无缝钢管，其前端为尖锥状，管壁四周钻8㎜压浆孔，孔间距15cm,尾部1.2m不设压浆孔，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于10...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱连臣，王有旗，刘普前，辛柱桥，李苗，宋昱宇，
申请(专利权)人：中铁二十五局集团第五工程有限公司，中铁二十五局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37