專(zhuān)利名稱(chēng)：深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，主要適用于各種水 利水電工程中，特別是深埋軟巖大斷面隧洞。
背景技術(shù)：
近些年，隨著社會(huì)發(fā)展的需要，深埋隧洞工程逐漸增多，已有的研究和工程實(shí)踐表 明，巖體在高埋深條件下將會(huì)發(fā)生諸多不同于常規(guī)淺埋條件下的破壞現(xiàn)象，比如巖爆、應(yīng)力 型松弛垮塌、持續(xù)性變形等，圍巖的塑性大變形是深埋軟巖洞室最為常見(jiàn)的破壞現(xiàn)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(fā)生，隧洞拱肩、拱腳以及 底拱是相對(duì)較為明確的最可能產(chǎn)生破壞的重點(diǎn)部位。深埋高地應(yīng)力軟巖洞段，圍巖變形大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，圍巖穩(wěn)定性差，容易發(fā)生塌 方，僅僅靠系統(tǒng)噴錨支護(hù)所提供的支護(hù)力還不足以保證隧洞圍巖穩(wěn)定安全，常常需要進(jìn)一 步采用系統(tǒng)鋼拱架支撐，甚至配套管棚支護(hù)體系形成復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)高地應(yīng)力軟 巖洞室的圍巖整體穩(wěn)定，而系統(tǒng)鋼拱架結(jié)構(gòu)需要牢固的基礎(chǔ)才能發(fā)揮承載支護(hù)作用。深埋軟巖大斷面隧洞一般采用臺(tái)階法(一般分上、下兩個(gè)斷面，上斷面開(kāi)挖一定 長(zhǎng)度后再開(kāi)挖下斷面)或分部開(kāi)挖法(一般分左右上下四個(gè)斷面，分部開(kāi)挖前進(jìn))進(jìn)行隧 洞開(kāi)挖，通過(guò)超前支護(hù)(超前導(dǎo)管、管棚等)或及時(shí)施加的強(qiáng)力支護(hù)(鋼拱架支撐、砂漿錨 桿、噴射混凝土等)確保洞室的穩(wěn)定。無(wú)論是臺(tái)階法還是分部開(kāi)挖法，不同的施工階段和施 工步驟對(duì)洞室的穩(wěn)定均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。對(duì)于臺(tái)階法開(kāi)挖的軟巖洞段，下臺(tái)階落底 施工過(guò)程中，必然存在打破上半斷面支護(hù)后的圍巖穩(wěn)定平衡狀態(tài)，特別是上半斷面的系統(tǒng) 鋼拱架基礎(chǔ)將隨著下半斷面的開(kāi)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(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，極有可能出現(xiàn)上斷面軟巖整體下沉、塌方、大變形或底臌等現(xiàn)象，需要提前采取 必要的工程措施，對(duì)可預(yù)見(jiàn)的破壞部位和情況進(jìn)行有針對(duì)性的加固。鑒于洞室規(guī)模、施工方 式、地質(zhì)條件的不同以及施工現(xiàn)場(chǎng)的諸多不確定因素，目前對(duì)于深埋大型軟巖隧洞落底開(kāi) 挖的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工尚缺乏系統(tǒng)性的處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述存在的問(wèn)題提供一種深埋軟巖大型隧洞落 底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，在落底開(kāi)挖之前采用基礎(chǔ)錨筋樁、預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)洞室上下半斷面 分別進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)先加固，隨后再進(jìn)行隧洞左右分幅落底開(kāi)挖、及時(shí)引接上臺(tái)階洞室鋼 拱架立腿，封閉全斷面支護(hù)拱架，以達(dá)到確保隧洞結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的目的。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，其特 征在于步驟如下a、根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件，在已開(kāi)挖的上半斷面洞室內(nèi)依次布置上半斷面砂漿 錨桿、上半斷面鋼拱架和混凝土噴層，形成系統(tǒng)支護(hù)；b、分別在上半斷面洞室的拱肩、腰部、拱腳部位布置預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固；
C、在上半斷面洞室兩側(cè)拱腳部位實(shí)施超前系統(tǒng)基礎(chǔ)錨筋樁；d、采用左右分幅方式對(duì)下半斷面洞室進(jìn)行落底開(kāi)挖，任選半幅開(kāi)挖l_2m進(jìn)尺后， 及時(shí)引接上半斷面鋼拱架立腿，安裝下半斷面鋼拱架并施工下半斷面砂漿錨桿，然后噴射 混凝土封閉，隨后采用相同方法進(jìn)行另半幅開(kāi)挖和支護(hù)，形成環(huán)形支護(hù)整體；e、依次重復(fù)上述步驟a、b、C、d，直至整個(gè)隧洞貫通。所述預(yù)應(yīng)力錨桿外端部與水平設(shè)置于上半斷面洞室內(nèi)的通長(zhǎng)槽鋼固定連接，通長(zhǎng) 槽鋼與巖壁之間布置砂漿整平層。所述基礎(chǔ)錨筋樁端部制有鋼板，該鋼板另一側(cè)焊接有布置于上半斷面洞室拱腳處 的通長(zhǎng)槽鋼。所述上半斷面鋼拱架和下半斷面鋼拱架之間采用墊板螺栓機(jī)械連接方式連接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖之前采用基礎(chǔ)錨筋 樁、預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)洞室上下半斷面分別進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)先加固，隨后采用左右分幅方式對(duì) 下半斷面洞室進(jìn)行落底開(kāi)挖、及時(shí)引接上半斷面鋼拱架立腿，封閉全斷面支護(hù)拱架，形成環(huán) 形支護(hù)整體，經(jīng)實(shí)踐證明，有效的限制了落底開(kāi)挖過(guò)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(wěn)定安全，保證了施工的順利進(jìn)行。


圖1、圖2、圖3、圖4是本發(fā)明施工步驟示意圖。圖5是本發(fā)明中預(yù)應(yīng)力錨桿端部連接細(xì)部圖。圖6是本發(fā)明中基礎(chǔ)錨筋樁端部連接細(xì)部圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合西部某水電工程深埋軟巖大型隧洞設(shè)計(jì)和施工的實(shí)踐，提出在深埋軟 巖大型隧洞落底開(kāi)挖之前采用基礎(chǔ)錨筋樁7、預(yù)應(yīng)力錨桿6對(duì)洞室上下半斷面分別進(jìn)行針 對(duì)性的預(yù)先加固，隨后再進(jìn)行隧洞左右分幅落底開(kāi)挖、及時(shí)引接上臺(tái)階洞室鋼拱架立腿，封 閉全斷面支護(hù)拱架的開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)和施工的系統(tǒng)性方法，以達(dá)到確保隧洞結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的 目的。本實(shí)施例的具體施工步驟如下a、根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件，對(duì)隧洞上臺(tái)階已開(kāi)挖的上半斷面洞室1實(shí)施必要的 系統(tǒng)支護(hù)，包括上半斷面砂漿錨桿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(tǒng)支護(hù)，確保上半斷面洞室1的安全；施工時(shí)，依次布置上半斷面砂漿錨 桿3和上半斷面鋼拱架4，最后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(yù)應(yīng)力錨桿6， 實(shí)施有針對(duì)性的加固，每排預(yù)應(yīng)力錨桿6外端部與通長(zhǎng)槽鋼10固定連接，通長(zhǎng)槽鋼10通過(guò) 預(yù)應(yīng)力錨桿6的拉壓作用，以及通長(zhǎng)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(duì)洞壁上半斷面鋼拱架4立腿的整體預(yù)壓支護(hù)條帶(即預(yù)應(yīng)力錨桿通過(guò)通長(zhǎng)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(hù))，避免在落底開(kāi) 挖過(guò)程中，上半斷面鋼拱架4的基礎(chǔ)在懸空后完全喪失對(duì)頂拱圍巖的承載支撐能力，同時(shí) 也可以限制落底開(kāi)挖過(guò)程中相應(yīng)部位圍巖的變形，避免失穩(wěn)；如圖5所示，本例中通長(zhǎng)槽鋼 10水平布置于上半斷面洞室1內(nèi)的洞壁上，通長(zhǎng)槽鋼10上、對(duì)應(yīng)于預(yù)應(yīng)力錨桿6的埋設(shè)位置開(kāi)設(shè)通孔，預(yù)應(yīng)力錨桿6從該通孔穿過(guò)后采用錨桿螺母11擰緊施加預(yù)應(yīng)力，此時(shí)通長(zhǎng)槽 鋼10兼做錨桿墊板，通長(zhǎng)槽鋼10與洞壁之間布置砂漿整平層12找平，增加預(yù)應(yīng)力錨桿的 穩(wěn)定性和傳力作用。C、在上半斷面洞室1兩側(cè)拱腳部位實(shí)施超前系統(tǒng)基礎(chǔ)錨筋樁，以便進(jìn)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，并提供對(duì)上半斷面鋼拱架4基礎(chǔ)的強(qiáng)力支 撐。同時(shí)，這些在下半斷面落底開(kāi)挖之前超前實(shí)施的拱腳兩側(cè)(沿隧洞軸線方向看)的系 統(tǒng)基礎(chǔ)錨筋樁7，起到對(duì)下半斷面洞室2兩側(cè)邊墻的“基坑圍護(hù)樁”效果的承載維穩(wěn)作用，在 沒(méi)有及時(shí)完成下半斷面支護(hù)施工之前，限制落底開(kāi)挖過(guò)程中下半斷面洞室2邊墻的不利變 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(cè)焊接有布置于上半斷 面洞室1拱腳處的通長(zhǎng)槽鋼10，進(jìn)一步增加整體加固效果；d、進(jìn)行下半斷面洞室2的落底開(kāi)挖。如圖3、圖4所示，落底開(kāi)挖采用左右分幅方 式，分幅比例以滿足施工要求和對(duì)圍巖穩(wěn)定的不利影響最低為原則進(jìn)行合理分配，分幅開(kāi) 挖可以避免上半斷面鋼拱架4的兩側(cè)基礎(chǔ)同時(shí)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(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1 2m，即任選半幅開(kāi)挖l_2m進(jìn)尺后，及時(shí)引接上 半斷面鋼拱架4立腿，安裝下半斷面鋼拱架9并施工下半斷面砂漿錨桿8，然后噴射混凝土 封閉，隨后采用相同方法進(jìn)行另半幅開(kāi)挖和支護(hù)，形成環(huán)形支護(hù)整體；通過(guò)及時(shí)封閉全斷面 支護(hù)鋼拱架形成具有牢固支撐基礎(chǔ)的環(huán)向支護(hù)整體，下半斷面噴錨支護(hù)形成洞室整體表層 支護(hù)結(jié)構(gòu)；上、下半斷面鋼拱架4、9連接采用墊板螺栓機(jī)械連接的方式連接。e、依次重復(fù)上述步驟a、b、C、d，直至整個(gè)隧洞貫通。
權(quán)利要求
1.一種深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，其特征在于步驟如下a、根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件，在已開(kāi)挖的上半斷面洞室(1)內(nèi)依次布置上半斷面砂漿 錨桿(3)、上半斷面鋼拱架(4)和混凝土噴層(5)，形成系統(tǒng)支護(hù)；b、分別在上半斷面洞室(1)的拱肩、腰部、拱腳部位布置預(yù)應(yīng)力錨桿(6)進(jìn)行加固；C、在上半斷面洞室(1)兩側(cè)拱腳部位實(shí)施超前系統(tǒng)基礎(chǔ)錨筋樁(7)；d、采用左右分幅方式對(duì)下半斷面洞室(2)進(jìn)行落底開(kāi)挖，任選半幅開(kāi)挖l_2m進(jìn)尺 后，及時(shí)引接上半斷面鋼拱架(4)立腿，安裝下半斷面鋼拱架(9)并施工下半斷面砂漿錨 桿(8)，然后噴射混凝土封閉，隨后采用相同方法進(jìn)行另半幅開(kāi)挖和支護(hù)，形成環(huán)形支護(hù)整 體；e、依次重復(fù)上述步驟a、b、c、d，直至整個(gè)隧洞貫通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，其特征在于 所述預(yù)應(yīng)力錨桿(6)外端部與水平設(shè)置于上半斷面洞室(1)內(nèi)的通長(zhǎng)槽鋼(10)固定連接， 通長(zhǎng)槽鋼(10)與巖壁之間布置砂漿整平層(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，其特征在于 所述基礎(chǔ)錨筋樁(7)端部制有鋼板(13)，該鋼板另一側(cè)焊接有布置于上半斷面洞室(1)拱 腳處的通長(zhǎng)槽鋼(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，其特征在于 所述上半斷面鋼拱架(4)和下半斷面鋼拱架(9)之間采用墊板螺栓機(jī)械連接方式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，以確保隧洞施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。解決該問(wèn)題的技術(shù)方案是深埋軟巖大型隧洞落底開(kāi)挖支護(hù)的施工方法，其步驟如下a、在已開(kāi)挖的上半斷面洞室內(nèi)依次布置上半斷面砂漿錨桿、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(yù)應(yīng)力錨桿；c、在上半斷面洞室兩側(cè)拱腳部位實(shí)施基礎(chǔ)錨筋樁；d、采用左右分幅方式對(duì)下半斷面洞室進(jìn)行落底開(kāi)挖，形成環(huán)形支護(hù)整體；e、依次重復(fù)上述步驟直至整個(gè)隧洞貫通。本發(fā)明主要用于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(hào)E21D9/00GK102003187SQ20101050725
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者侯靖, 吳旭敏, 張偉, 張洋, 陳祥榮 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院