本发明涉及一种隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，属于隧道施工方法技术领域。该方法包括选取工作地段，对该工作地段进行加固，加固后进行扩挖并在扩挖中进行新支护的基本步骤；以及在基本步骤中进行监控并设置安全装置；加固基本步骤含有沿隧道拱形环面打入注浆导管并向注浆导管内注浆；扩挖和新支护基本步骤含有间隔去除工作地段的初支，然后从拱形环面扩挖至新拱形环面，割除扩挖后露出的注浆导管，在新拱形环面处进行新支护，重复上述步骤，完成余下工作地段的去除初支、扩挖、割除注浆导管及进行新支护。该方法可直接在隧道内已成初支的软弱围岩地段扩挖管棚工作室，从而利于管棚施工并降低管棚施工成本。
1.一种隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，包括顺序在隧道内已完成初支的软弱围岩地段选取至少十个初支一榀拱架间距的工作地段，对该工作地段进行加固，加固后进行扩挖并在扩挖中进行新支护的基本步骤；以及在所述基本步骤中进行监控并设置安全装置；其特征在于：所述加固基本步骤含有：
1)对所述工作地段沿隧道的拱形环面呈扇面间隔打入带有溢浆孔的注浆导管，所述注浆导管沿隧道拱形环面的横向打设成排并沿隧道拱形环面的纵向打设成列，每排注浆导管沿隧道拱形环面的纵向按一定值距离和半定值距离交替间隔，每列注浆导管沿隧道拱形环面的横向按半定值距离彼此间隔，每排注浆导管与隧道的横截面成一夹角，相邻两排注浆导管彼此交叉；2)向所述注浆导管内注浆；
3)对完成加固的所述工作地段，先沿隧道掘进方向按初支一榀拱架间距间隔去除所述工作地段的初支，然后从去除初支后所述工作地段的间隔地段的拱形环面扩挖至设计要求的新拱形环面；4)割除扩挖后露出新拱形环面的注浆导管；5)在所述新拱形环面处进行新支护；6)重复上述第3)至第5)步骤，完成所述工作地段余下间隔地段的去除初支、扩挖、割除注浆导管及进行新支护。
2.根据权利要求1所述隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，其特征在于：所述新支护是架设两个新一榀拱架，并将该两个新一榀拱架与割除后的注浆导管露出新拱形环面的一端焊接。
3.根据权利要求3所述隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，其特征在于：所述新一榀拱架间距是初支一榀拱架间距的一半。
4.根据权利要求3所述隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，其特征在于：所述初支一榀拱架间距至少是68cm，所述定值距离是500-1000mm，所述夹角是5-30度，所述扇面角度是180-250度；所述溢浆孔彼此间隔距离是100-300mm并布置呈梅花形，其孔径是6～8mm。
5.根据权利要求4所述隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，其特征在于：所述初支一榀拱架间距是75cm，所述定值距离是500mm，所述夹角是15度，所述扇面角度是240度，所述溢浆孔彼此间隔距离是200mm。
6.根据权利要求5所述隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，其特征在于：相邻两排两列的注浆导管布置呈近似梅花形。
7.根据权利要求1-6之任一所述隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，其特征在于：所述监控含有在所述加固和扩挖步骤中按排人员监测地面沉降、管线沉降、掌子面土体、掌子面后方30m范围内的拱顶下沉、洞内渗水围岩收敛值的变化，当沉降累计、沉降速率报警时停止开挖并封闭已开挖面；所述设置安全装置含有在所述加固步骤之前，在掌子面前方20m处设置地下水位观测孔，按照10m每断面设置洞内拱顶下沉测量点并同洞外测量点对应，在掌子面30m范围内布设3个断面围岩收敛值监测仪。
隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种对隧道内已成初支地段进行扩挖施工的方法，尤其是一种在隧道内已成初支的软弱围岩地段进行扩挖管棚工作室的方法，属于隧道施工方法技术领域。
背景技术
[0002] 管棚施工方法是目前针对浅埋隧道开挖中常用的超前支护技术，由于管棚施工设备占地大、需要较大的作业环境，因此管棚施工一般用于初开挖时对隧道洞口段的软弱围岩进行超前支护。而对于已成隧道内软弱围岩地段的管棚施工，通常是先根据前期勘探确定隧道内所存在软弱围岩地段的准确位置后，按预先设计，在隧道掘进开挖中，距离该软弱围岩地段之前某处提前进行扩挖形成以足够进行管棚施工的空间(即管棚工作室)，然后对该软弱围岩地段进行管棚施工。
[0003] 然而，在实际隧道开挖工程中，因前期勘探不准或因地质条件复杂变化，常常会在已正常开挖并完成初期支护(以下简称初支)的长距离隧道中突遇超出预料的恶劣(软弱围岩)地质地段；此时往往已进入软弱围岩地质地段一段距离并完成了初期支护，如直接在该已成初支的软弱围岩地质地段进行扩挖的风险和困难很大。因此，目前在隧道内正常掘进施工中突遇软弱围岩地质地段时，往往是在隧道的已成初支地段中寻找出一段尽量靠近软弱围岩地质地段的地质较好初支地段，对该地质较好初支地段进行扩挖以形成管棚工作室，然后从该管棚工作室处向软弱围岩地质地段进行管棚施工。这样扩挖的管棚工作室距离软弱围岩地质地段的距离较长，打设管棚的长度就很长，从而造成管棚施工复杂不便且成本过高，有时因距离过长以至于无法进行管棚施工。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是：提出一种直接在隧道内已成初支的软弱围岩地段扩挖以形成管棚工作室的方法，从而方便管棚施工并降低管棚施工成本。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法，包括顺序在隧道内已完成初支的软弱围岩地段选取至少十个初支一榀拱架间距的工作地段，对该工作地段进行加固，加固后进行扩挖并在扩挖中进行新支护的基本步骤；以及在所述基本步骤中进行监控并设置安全装置；
[0006] 所述加固基本步骤含有：
[0007] 1)对所述工作地段沿隧道的拱形环面呈扇面间隔打入带有溢浆孔的注浆导管，所述注浆导管沿隧道拱形环面的横向打设成排并沿隧道拱形环面的纵向打设成列，每排注浆导管沿隧道拱形环面的纵向按一定值距离和半定值距离交替间隔，每列注浆导管沿隧道拱形环面的横向按半定值距离彼此间隔，相邻两排注浆导管彼此交叉；2)向所述注浆导管内注浆；
[0008] 所述扩挖和扩挖中进行新支护基本步骤含有：
[0009] 3)对完成加固的所述工作地段，先沿隧道掘进方向按初支一榀拱架间距间隔去除所述工作地段的初支，然后从去除初支后所述工作地段的间隔地段的拱形环面扩挖至设计要求的新拱形环面；4)割除扩挖后露出新拱形环面的注浆导管；5)在所述新拱形环面处进行新支护；6)重复上述第3)至第5)步骤，完成所述工作地段余下间隔地段的去除初支、扩挖、割除注浆导管及进行新支护。
[0010] 本发明人经长期工程实践，总结出本发明的方法，按照本发明的方法可直接在隧道内已成初支的软弱围岩地段扩挖管棚工作室，为后续管棚施工创造条件，从而利于管棚施工并降低管棚施工成本。
附图说明
[0011] 下面结合附图对本发明的作进一步说明。
[0012] 图1是本发明具体实施方式中选取的工作地段的纵向断面图。
[0013] 图2是本发明具体实施方式中进行加固步骤时工作地段的横向断面图。
[0014] 图3是图2中沿A-A向断面展开图。
[0015] 图4是图3的仰视图。
[0016] 图5是本发明具体实施方式中进行间隔扩挖和新支护步骤时工作地段拱顶部分的纵向断面展开图。
[0017] 图6是本发明具体实施方式中完成间隔扩挖和新支护步骤时工作地段拱顶部分的纵向断面展开图。
[0018] 图7是本发明具体实施方式中完成所有步骤时形成管棚工作室的隧道内纵向断面图。
[0019] 图8是图7中B-B向视图。
具体实施方式
[0020] 本发明的一个具体实施方式以某地的地铁线路TA08标段为例。该TA08标段是浅埋暗挖区间隧道，地处城市的中心地段，地表埋深仅9～15m，属长江I级阶地地貌单元，地质条件变化复杂。前期由于地质勘察未能准确地反映隧道所处地层的地质状况，在进行隧道开挖掘进施工过程中突然发现了部分软弱围岩地质，采用传统的超前小导管等支护方法很难保证开挖施工掌子面的安全，因此需增设管棚，施工管棚前则先要在已成初支地段施工管棚工作室。但是此时隧道施工已进入地层软弱围岩地段，采用正常扩大断面开挖形成管棚工作室随着地质条件逐步变差，安全风险将进一步加大；向后倒退到地质条件较好地段扩挖管棚工作室必然会增加管棚施工的长度。发明人结合多年对软弱围岩施工的研究经验，制定了直接在已完成初支的软弱围岩地段现场进行扩挖管棚工作室的施工方案(即隧道内已成初支软弱围岩地段扩挖管棚工作室的方法)。
[0021] 该施工方案如图1所示，包括顺序在隧道1内已完成初支的软弱围岩地段选取7.5m长(等于十个初支一榀拱架5的间距，一个初支一榀拱架5的间距是75cm)的工作地段2，对该工作地段2进行加固，加固后进行扩挖和扩挖中进行新支护的基本步骤；以及在上述基本步骤中进行监控并设置安全装置。
[0022] 上述施工方案的加固基本步骤含有：
[0023] 1)如图2所示，对选取的7.5m长工作地段2，沿隧道1的拱形环面3呈240°扇面间隔打入直径32mm壁厚3.25mm并带有溢浆孔的注浆导管4。如图3、图4所示，注浆导管4沿隧道1拱形环面3的横向打设成排并沿隧道1拱形环面3的纵向打设成列，每排注浆导管4沿隧道1拱形环面3的纵向按500mm距离和250mm距离交替间隔，每列注浆导管4沿隧道1拱形环面3的横向按250mm距离彼此间隔，每排注浆导管4与隧道1的横截面成15°夹角，相邻两排注浆导管4彼此交叉。从图4中可看出，相邻两排两列的注浆导管4布置呈近似梅花形。注浆导管4上的溢浆孔彼此间隔200mm并布置呈梅花形，溢浆孔的孔径是6～8mm。
[0024] 2)向注浆导管4内注浆，注浆的浆液选用1:1水泥-水玻璃双液浆，注浆压力为0.5～1.2MPa，通过对注浆压力和注浆量的测量来控制停止注浆；注浆结束后对注浆导管4行开孔检查以确认注浆效果。
[0025] 上述施工方案的扩挖和扩挖中支护基本步骤含有：
[0026] 3)人工风镐配合采用分上下断面分段间隔跳挖法，对完成注浆加固的工作地段2进行扩挖和扩挖中支护的施工。如图5所示，先沿隧道1掘进方向按初支一榀拱架间距(75cm)间隔去除工作地段2上五个75cm地段的初支，即顺序间隔凿除五个75cm地段拱形环面3上的混凝土4并拆除五个初支一榀拱架5(拱架5是格栅钢架)；然后对去除初支的五个间隔的75cm地段从拱形环面3进行扩挖，一直扩挖至设计要求的五个间隔的新拱形环面6。
[0027] 4)割除扩挖后五个75cm间隔地段露出五个间隔的新拱形环面6的注浆导管4。
[0028] 5)如图5所示，在五个间隔的新拱形环面6处进行新支护，即架设两个新一榀拱架7(新一榀拱架7的间距是37.5cm，即新一榀拱架间距是初支一榀拱架5间距的一半)，并将该两个新一榀拱架7与割除后的注浆导管4露出新拱形环面6的一端焊接。
[0029] 6)如图6所示，重复上述第3)至第5)过程，完成工作地段2余下的另五个75cm间隔地段的去除初支、扩挖、割除注浆导管4及进行新支护，。
[0030] 完成上述所有步骤后，在已成初支软弱围岩地段的隧道1内即形成管棚工作室9，其结构如图7、图8所示，管棚机10可在管棚工作室9内从掌子面11处向尚未开挖的软弱围岩地段打设管棚管12，从而实现直接在已完成初支的软弱围岩地段现场进行管棚施工。
[0031] 上述施工方案的监控含有：在上述加固和扩挖步骤中按排人员监测地面沉降、管线沉降、掌子面11土体、掌子面11后方30m范围内的拱顶下沉、洞内渗水围岩收敛值的变化；当沉降累计、沉降速率报警时停止开挖并封闭已开挖面。
[0032] 上述施工方案的设置安全装置含有：在上述加固步骤之前，在掌子面11前方20m处设置地下水位观测孔，按照10m每断面设置洞内拱顶下沉测量点并同洞外测量点对应，在掌子面30m影响范围内布设3个断面围岩收敛值监测仪。
[0033] 显然，本发明的不局限于上述具体实施方式所述的具体施工方案，比如在上述本发明具体实施方式中：1)工作地段2也可以选取其他长度数值；2)每排注浆导管4的纵向交替间隔距离和每列注浆导管4的间隔距离也可以选取其他距离数值，只要满足每排注浆导管4的纵向按一定值距离和半定值距离交替间隔、每列注浆导管按半定值距离彼此间隔即可；3)每排注浆导管4与隧道1的横截面所成夹角也可是其他角度数值；4)扇面角度也可是180°、210°或其他角度数值；5)注浆导管4上的溢浆孔彼此间隔距离也可是其他数值；6)新支护也可是架设一个或多个新一榀拱架，新一榀拱架也可以不与割除后的注浆导管一端焊接；等等。经发明人实际测算：1)工作地段2的长度至少应选取6.8m，即初支一榀拱架间距至少是68cm；2)上述定值距离的范围是500-1000mm；3)上述夹角的范围是5-30度；4)扇面夹角的范围是180-250度；5)溢浆孔彼此间隔距离的范围是100-300mm。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
