一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法技术

本发明专利技术公开了一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法，该快速主动支护方法包括以下步骤：隧道上台阶安装若干液压支柱对围岩进行临时支护；在上台阶隧道施工预应力短锚索；完成锚索张拉后的区域拆除液压支柱，并在该区域范围的围岩表面喷射混凝土薄层；混凝土薄层凝固至预设强度后，在其表面施工预应力长锚索；上台阶围岩架立钢拱架并焊接钢筋网、连接筋，复喷混凝土；隧道中台阶围岩表面施工预应力短锚索和预应力长锚索，完成后架立钢拱架并焊接钢筋网、连接筋，复喷混凝土；下台阶施作仰拱将初期支护封闭成环；铺设防水板、绑扎钢筋网，浇筑二次衬砌。本发明专利技术能有效抑制围岩收拢变形，提升围岩自身承载能力，充分发挥支护效果，具有支护及时、准确、高效及安全的技术特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法


[0001]本专利技术涉及软岩隧道工程支护
，具体是一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法。

技术介绍

[0002]随着隧道工程的大量建设，隧道支护体系与修建技术日渐完善，但随着大跨、深埋和特长等隧道的大兴修建，我国地下工程技术的发展也面临着新的挑战。其中在西部大开发的过程中，由于山区中分布有大范围的软岩地层，高地应力下开挖隧道而诱发软岩大变形的情况屡见不鲜，支护超限等问题也时有发生。因此，传统的被动强支护理念受到质疑，而针对于该类软岩隧道工程，主动支护理念得以试验与应用。预应力锚杆/索作为最常见的主动支护构件，其可主动快速对洞壁施加径向支护力，从而有效消除因洞壁周边约束解除而造成的高应力差及带来的岩体力学性状恶化问题。随着木寨岭隧道中预应力锚索的成功试验，主动支护已被认可在大变形灾害治理中是一种行之有效的方法。
[0003]但是，在实际施工过程中，由于预应力锚索施工是一道完整支护工序，其与初支施工的顺序受到争议。当前，先锚后支、先支后锚两种观念相比之下各有优劣：先锚后支的优势在于可以尽早发挥围岩的自承能力，然而预应力锚索施工所需时间较久，如在木寨岭公路隧道的一个施工断面循环中预应力锚索所花时间为6～8小时，在此期间，围岩未得到支撑且围岩承载拱尚未有效形成，围岩早期变形未能有效控制，极易造成围岩收拢、变形，且存在岩块掉落的可能，施工人员的安全受到威胁；先支后锚的优势在于初支可以快速对洞周围岩形成支撑作用，且预应力锚索的垫板贴于圆滑的混凝土，预应力施加效果较佳，但是初支施工与混凝土凝固时间不短，再加上锚索施工还需一定时间，整个支护过程和各个工序间隔时间长，这势必会错过改善围岩应力状态的最佳时期，无法充分利用支护特点和围岩特性起到较好的支撑，主动支护理念中的及时性未能得以体现。
[0004]因此，针对先锚后支、先支后锚各自的缺陷，我们需要重新提出一种新的支护方案，以便于充分、快速发挥围岩特性和保障支护效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法，该快速主动支护方法能有效抑制围岩收拢变形，提升围岩自身承载能力，充分发挥支护效果，具有支护及时、准确、高效及安全的技术特点。
[0006]本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法，该快速主动支护方法包括以下步骤：
[0007]S1隧道上台阶开挖、出渣及整平，沿隧道纵向或断面间隔安装若干液压支柱抵紧至上台阶围岩裸露处，对围岩进行临时支护；
[0008]S2临时支护完成后，在上台阶隧道的围岩断面径向方向间隔施工预应力短锚索，恢复围岩三向受力状态并形成承载拱；
[0009]S3施工预应力短锚索过程中，完成锚索张拉后的区域拆除液压支柱，取消该区域范围内的临时支护，并在该区域范围的围岩表面喷射覆盖一层混凝土薄层；
[0010]S4混凝土薄层凝固至预设强度后，在其表面施工预应力长锚索，与预应力短锚索形成增强组合拱；
[0011]S5上台阶围岩架立钢拱架并焊接钢筋网、连接筋，复喷混凝土至设计厚度，上台阶初期支护施工完成；
[0012]S6隧道中台阶开挖出渣后，在中台阶围岩表面直接施工预应力短锚索和预应力长锚索，完成后架立钢拱架并焊接钢筋网、连接筋，复喷混凝土至设计强度；
[0013]S7下台阶开挖出渣后，施作仰拱将初期支护封闭成环；
[0014]S8铺设防水板、绑扎钢筋网，浇筑二次衬砌，结束隧道整体支护。
[0015]在该快速主动支护方法中，所述步骤S1中，隧道上台阶高度低于2m，液压支柱竖直间隔放置，且间隔距离大于50cm。
[0016]需要说明的是，由于软岩存在流变性，且围岩压力随着时间发展而存在变化，软岩会变形收拢，隧道洞壁周边约束解除而造成高应力差及带来岩体力学性状恶化，不仅影响隧道定型效果和质量，也存在较多安全隐患。现有技术中，一般采用先锚后支、先支后锚两种方式来进行围岩支护，二者相比各有优势：先锚后支的优势在于可以尽早发挥围岩的自承能力，然而预应力锚索施工所需时间较久，如在木寨岭公路隧道的一个施工断面循环中预应力锚索所花时间为6～8小时，在此期间，围岩未得到支撑且围岩承载拱尚未有效形成，围岩早期变形未能有效控制，极易造成围岩收拢、变形，且存在岩块掉落的可能，施工人员的安全受到威胁；而先支后锚的优势在于初支可以快速对洞周围岩形成支撑作用，且预应力锚索的垫板贴于圆滑的混凝土，预应力施加效果较佳，但是初支施工与混凝土凝固时间不短，再加上锚索施工是较为重要和繁琐的一个施工步骤，施工时需要大量人力和工时，施工时机和工期无法精确把控，整个支护过程和各个工序间隔时间长，这势必会错过改善围岩应力状态的最佳时期，有可能导致前面步骤形成的结构无法及时进行加固，无法充分利用支护特点和围岩特性起到较好的支撑，主动支护理念中的及时性未能得以体现。
[0017]而反观本专利技术，本专利技术在实施时，先在上台阶施工过程中采用液压支柱作为临时支撑，快速抑制围岩变形，有效减少洞周围岩应力释放，且及时施工预应力短锚索对围岩施加反向约束力，改善了围岩应力状态，并在初喷之后，及时封闭围岩面，岩块掉落风险降低，长锚索预应力施加效果更佳，长、短锚索结合与围岩组成承载拱，极大提高围岩的抗剪切能力，有效提升围岩自身承载性能，最终预应力锚索协同初支、二衬组成支护体系，软岩大变形灾害问题得以治理。
[0018]在该快速主动支护方法中，所述步骤S2中，预应力短锚索施工方式如下:
[0019]以处于隧道上台阶的同一断面内的预应力短锚索为一组，沿上台阶隧道的纵向设置多组；
[0020]每组预应力短锚索沿上台阶隧道的断面径向方向环向间隔设置，环向间距为1.5m，每组预应力短锚索按照拱顶向两侧、两侧底部向拱顶的顺序以四处工作面同时施工的方式进行施工；
[0021]以两组预应力短锚索为一个施工循环进行循环施工，直至所有的预应力短锚索完成施工。
[0022]在该快速主动支护方法中，所述步骤S4中，预应力长锚索与预应力短锚索施工方式相同，且同一断面内的预应力短锚索与预应力长锚索呈环向交叉设置。
[0023]在该快速主动支护方法中，单个所述预应力短锚索或预应力长锚索的具体施工方法为：
[0024]S51在围岩或初喷混凝土上标记预设锚孔位置，按照标记位置人工钻孔并清孔；
[0025]S52将树脂锚固剂送至孔底，将预应力短锚索或预应力长锚索安装至孔内并在推进过程中旋转搅拌锚固；
[0026]S53预应力短锚索或预应力长锚索上依次安装W型钢带、垫板、锚具，且垫板与围岩或混凝土相互贴紧；
[0027]S54树脂锚固剂凝胶后，施工人员手持千斤顶对预应力短锚索或预应力长锚索进行张拉，张拉方式采用分级持荷张拉，预应力短锚索的预应力张拉至200kN，预应力长锚索的预应力张拉至300kN；
[0028]S55预应力短锚索或预应力长锚索张拉自锁后，切除预应力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高应力软岩大变形隧道的快速主动支护方法，其特征在于，该快速主动支护方法包括以下步骤：S1隧道上台阶开挖、出渣及整平，沿隧道纵向或断面间隔安装若干液压支柱抵紧至上台阶围岩裸露处，对围岩进行临时支护；S2临时支护完成后，在上台阶隧道的围岩断面径向方向间隔施工预应力短锚索，恢复围岩三向受力状态并形成承载拱；S3施工预应力短锚索过程中，完成锚索张拉后的区域拆除液压支柱，取消该区域范围内的临时支护，并在该区域范围的围岩表面喷射覆盖一层混凝土薄层；S4混凝土薄层凝固至预设强度后，在其表面施工预应力长锚索，与预应力短锚索形成增强组合拱；S5上台阶围岩架立钢拱架并焊接钢筋网、连接筋，复喷混凝土至设计厚度，上台阶初期支护施工完成；S6隧道中台阶开挖出渣后，在中台阶围岩表面直接施工预应力短锚索和预应力长锚索，完成后架立钢拱架并焊接钢筋网、连接筋，复喷混凝土至设计强度；S7下台阶开挖出渣后，施作仰拱将初期支护封闭成环；S8铺设防水板、绑扎钢筋网，浇筑二次衬砌，结束隧道整体支护。2.根据权利要求1所述的快速主动支护方法，其特征在于，所述步骤S1中，隧道上台阶高度低于2m，液压支柱竖直间隔放置，且间隔距离大于50cm。3.根据权利要求1所述的快速主动支护方法，其特征在于，所述步骤S2中，预应力短锚索施工方式如下:以处于隧道上台阶的同一断面内的预应力短锚索为一组，沿上台阶隧道的纵向设置多组；每组预应力短锚索沿上台阶隧道的断面径向方向环向间隔设置，环向间距为1.5m，每组预应力短锚索按照拱顶向两侧、两侧底部向拱顶的顺序以四处工作面同时施工的方式进行施工；以两组预应力短锚索为一个施工循环进行循环施工，直至所有的预应力短锚索完成施工。4.根据权利要求3所述的快速主动支护方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭新新，于家武，王睿，龙文华，熊良，余跃新，梁振，赵宝锋，王建军，王白泉，逯长清，刘国平，汪现伟，杨晨光，李昌旭，荣禹涵，王帅，许成汉，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司中铁隧道集团二处有限公司四川师范大学，
类型：发明
国别省市：