深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法

2023-04-24 01:14:11 2

專利名稱：深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法
技術領域：
本發明涉及一種深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，主要適用於各種水 利水電工程中，特別是深埋軟巖大斷面隧洞。
背景技術：
近些年，隨著社會發展的需要，深埋隧洞工程逐漸增多，已有的研究和工程實踐表 明，巖體在高埋深條件下將會發生諸多不同於常規淺埋條件下的破壞現象，比如巖爆、應力 型鬆弛垮塌、持續性變形等，圍巖的塑性大變形是深埋軟巖洞室最為常見的破壞現象，常常 伴隨著隧洞塌方、頂拱下沉、底臌以及圍巖的異常變形等情況的發生，隧洞拱肩、拱腳以及 底拱是相對較為明確的最可能產生破壞的重點部位。深埋高地應力軟巖洞段，圍巖變形大且持續時間長，圍巖穩定性差，容易發生塌 方，僅僅靠系統噴錨支護所提供的支護力還不足以保證隧洞圍巖穩定安全，常常需要進一 步採用系統鋼拱架支撐，甚至配套管棚支護體系形成複合支護結構體系，實現高地應力軟 巖洞室的圍巖整體穩定，而系統鋼拱架結構需要牢固的基礎才能發揮承載支護作用。深埋軟巖大斷面隧洞一般採用臺階法(一般分上、下兩個斷面，上斷面開挖一定 長度後再開挖下斷面)或分部開挖法(一般分左右上下四個斷面，分部開挖前進)進行隧 洞開挖，通過超前支護(超前導管、管棚等)或及時施加的強力支護(鋼拱架支撐、砂漿錨 杆、噴射混凝土等)確保洞室的穩定。無論是臺階法還是分部開挖法，不同的施工階段和施 工步驟對洞室的穩定均會產生不同程度的影響。對於臺階法開挖的軟巖洞段，下臺階落底 施工過程中，必然存在打破上半斷面支護後的圍巖穩定平衡狀態，特別是上半斷面的系統 鋼拱架基礎將隨著下半斷面的開挖而懸空失去支撐與承載能力，使得上半斷面圍巖存在失 穩的風險，極有可能出現上斷面軟巖整體下沉、塌方、大變形或底臌等現象，需要提前採取 必要的工程措施，對可預見的破壞部位和情況進行有針對性的加固。鑑於洞室規模、施工方 式、地質條件的不同以及施工現場的諸多不確定因素，目前對於深埋大型軟巖隧洞落底開 挖的支護設計和施工尚缺乏系統性的處理方法。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述存在的問題提供一種深埋軟巖大型隧洞落 底開挖支護的施工方法，在落底開挖之前採用基礎錨筋樁、預應力錨杆對洞室上下半斷面 分別進行針對性的預先加固，隨後再進行隧洞左右分幅落底開挖、及時引接上臺階洞室鋼 拱架立腿，封閉全斷面支護拱架，以達到確保隧洞結構安全穩定的目的。本發明所採用的技術方案是深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，其特 徵在於步驟如下a、根據開挖揭露的地質條件，在已開挖的上半斷面洞室內依次布置上半斷面砂漿 錨杆、上半斷面鋼拱架和混凝土噴層，形成系統支護；b、分別在上半斷面洞室的拱肩、腰部、拱腳部位布置預應力錨杆進行加固；
C、在上半斷面洞室兩側拱腳部位實施超前系統基礎錨筋樁；d、採用左右分幅方式對下半斷面洞室進行落底開挖，任選半幅開挖l_2m進尺後， 及時引接上半斷面鋼拱架立腿，安裝下半斷面鋼拱架並施工下半斷面砂漿錨杆，然後噴射 混凝土封閉，隨後採用相同方法進行另半幅開挖和支護，形成環形支護整體；e、依次重複上述步驟a、b、C、d，直至整個隧洞貫通。所述預應力錨杆外端部與水平設置於上半斷面洞室內的通長槽鋼固定連接，通長 槽鋼與巖壁之間布置砂漿整平層。所述基礎錨筋樁端部制有鋼板，該鋼板另一側焊接有布置於上半斷面洞室拱腳處 的通長槽鋼。所述上半斷面鋼拱架和下半斷面鋼拱架之間採用墊板螺栓機械連接方式連接。本發明的有益效果是本發明在深埋軟巖大型隧洞落底開挖之前採用基礎錨筋 樁、預應力錨杆對洞室上下半斷面分別進行針對性的預先加固，隨後採用左右分幅方式對 下半斷面洞室進行落底開挖、及時引接上半斷面鋼拱架立腿，封閉全斷面支護拱架，形成環 形支護整體，經實踐證明，有效的限制了落底開挖過程中隧洞圍巖的不利變形與塌方破壞， 確保了隧洞圍巖的整體穩定安全，保證了施工的順利進行。


圖1、圖2、圖3、圖4是本發明施工步驟示意圖。圖5是本發明中預應力錨杆端部連接細部圖。圖6是本發明中基礎錨筋樁端部連接細部圖。
具體實施例方式本發明結合西部某水電工程深埋軟巖大型隧洞設計和施工的實踐，提出在深埋軟 巖大型隧洞落底開挖之前採用基礎錨筋樁7、預應力錨杆6對洞室上下半斷面分別進行針 對性的預先加固，隨後再進行隧洞左右分幅落底開挖、及時引接上臺階洞室鋼拱架立腿，封 閉全斷面支護拱架的開挖支護設計和施工的系統性方法，以達到確保隧洞結構安全穩定的 目的。本實施例的具體施工步驟如下a、根據開挖揭露的地質條件，對隧洞上臺階已開挖的上半斷面洞室1實施必要的 系統支護，包括上半斷面砂漿錨杆3、上半斷面鋼拱架4和混凝土噴層5等，形成如圖1所示 的上半斷面洞室系統支護，確保上半斷面洞室1的安全；施工時，依次布置上半斷面砂漿錨 杆3和上半斷面鋼拱架4，最後噴射混凝土形成混凝土噴層5。b、如圖2所示，分別在上半斷面洞室1的拱肩、腰部、拱腳部位布置預應力錨杆6， 實施有針對性的加固，每排預應力錨杆6外端部與通長槽鋼10固定連接，通長槽鋼10通過 預應力錨杆6的拉壓作用，以及通長槽鋼10同混凝土噴層5之間的砂漿整平層12的傳力 作用形成對洞壁上半斷面鋼拱架4立腿的整體預壓支護條帶(即預應力錨杆通過通長槽鋼 和砂漿整平層向上半斷面鋼拱架立腿施加沿隧洞徑向方向的力，作為支護)，避免在落底開 挖過程中，上半斷面鋼拱架4的基礎在懸空後完全喪失對頂拱圍巖的承載支撐能力，同時 也可以限制落底開挖過程中相應部位圍巖的變形，避免失穩；如圖5所示，本例中通長槽鋼 10水平布置於上半斷面洞室1內的洞壁上，通長槽鋼10上、對應於預應力錨杆6的埋設位置開設通孔，預應力錨杆6從該通孔穿過後採用錨杆螺母11擰緊施加預應力，此時通長槽 鋼10兼做錨杆墊板，通長槽鋼10與洞壁之間布置砂漿整平層12找平，增加預應力錨杆的 穩定性和傳力作用。C、在上半斷面洞室1兩側拱腳部位實施超前系統基礎錨筋樁，以便進一步加固上 半斷面洞室1拱腳部位的巖體，提高其承載能力，並提供對上半斷面鋼拱架4基礎的強力支 撐。同時，這些在下半斷面落底開挖之前超前實施的拱腳兩側(沿隧洞軸線方向看)的系 統基礎錨筋樁7，起到對下半斷面洞室2兩側邊牆的「基坑圍護樁」效果的承載維穩作用，在 沒有及時完成下半斷面支護施工之前，限制落底開挖過程中下半斷面洞室2邊牆的不利變 形和隧洞底臌。如圖6所示，錨筋樁7端部制有鋼板13，該鋼板另一側焊接有布置於上半斷 面洞室1拱腳處的通長槽鋼10，進一步增加整體加固效果；d、進行下半斷面洞室2的落底開挖。如圖3、圖4所示，落底開挖採用左右分幅方 式，分幅比例以滿足施工要求和對圍巖穩定的不利影響最低為原則進行合理分配，分幅開 挖可以避免上半斷面鋼拱架4的兩側基礎同時懸空，最大限度保留上半斷面鋼拱架4的承 載支撐能力。落底開挖循環進尺控制在1 2m，即任選半幅開挖l_2m進尺後，及時引接上 半斷面鋼拱架4立腿，安裝下半斷面鋼拱架9並施工下半斷面砂漿錨杆8，然後噴射混凝土 封閉，隨後採用相同方法進行另半幅開挖和支護，形成環形支護整體；通過及時封閉全斷面 支護鋼拱架形成具有牢固支撐基礎的環向支護整體，下半斷面噴錨支護形成洞室整體表層 支護結構；上、下半斷面鋼拱架4、9連接採用墊板螺栓機械連接的方式連接。e、依次重複上述步驟a、b、C、d，直至整個隧洞貫通。
權利要求
1.一種深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，其特徵在於步驟如下a、根據開挖揭露的地質條件，在已開挖的上半斷面洞室(1)內依次布置上半斷面砂漿 錨杆(3)、上半斷面鋼拱架(4)和混凝土噴層(5)，形成系統支護；b、分別在上半斷面洞室(1)的拱肩、腰部、拱腳部位布置預應力錨杆(6)進行加固；C、在上半斷面洞室(1)兩側拱腳部位實施超前系統基礎錨筋樁(7)；d、採用左右分幅方式對下半斷面洞室(2)進行落底開挖，任選半幅開挖l_2m進尺 後，及時引接上半斷面鋼拱架(4)立腿，安裝下半斷面鋼拱架(9)並施工下半斷面砂漿錨 杆(8)，然後噴射混凝土封閉，隨後採用相同方法進行另半幅開挖和支護，形成環形支護整 體；e、依次重複上述步驟a、b、c、d，直至整個隧洞貫通。
2.根據權利要求1所述的深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，其特徵在於 所述預應力錨杆(6)外端部與水平設置於上半斷面洞室(1)內的通長槽鋼(10)固定連接， 通長槽鋼(10)與巖壁之間布置砂漿整平層(12)。
3.根據權利要求1所述的深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，其特徵在於 所述基礎錨筋樁(7)端部制有鋼板(13)，該鋼板另一側焊接有布置於上半斷面洞室(1)拱 腳處的通長槽鋼(10)。
4.根據權利要求1所述的深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，其特徵在於 所述上半斷面鋼拱架(4)和下半斷面鋼拱架(9)之間採用墊板螺栓機械連接方式連接。
全文摘要
本發明涉及一種深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法。本發明所要解決的技術問題是提供一種深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，以確保隧洞施工過程中結構安全穩定。解決該問題的技術方案是深埋軟巖大型隧洞落底開挖支護的施工方法，其步驟如下a、在已開挖的上半斷面洞室內依次布置上半斷面砂漿錨杆、上半斷面鋼拱架和混凝土噴層；b、分別在上半斷面洞室的拱肩、腰部、拱腳部位布置預應力錨杆；c、在上半斷面洞室兩側拱腳部位實施基礎錨筋樁；d、採用左右分幅方式對下半斷面洞室進行落底開挖，形成環形支護整體；e、依次重複上述步驟直至整個隧洞貫通。本發明主要用於各種水利水電工程中，特別是深埋軟巖大斷面隧洞。
文檔編號E21D9/00GK102003187SQ20101050725
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者侯靖, 吳旭敏, 張偉, 張洋, 陳祥榮 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院