一种隧洞开挖支护方法

摘要

本发明公开了一种隧洞开挖支护方法，包括S1、上台阶弧形导洞超前支护、开挖、初期支护；S2、下台阶两侧交错开挖、施作两侧边墙初期支护；S3、核心土开挖；S4、仰拱初期支护；所述步骤S1、S2和S4中初期支护采用的混凝土包括以下重量份的组分：水泥100‑150份、砂子300‑450份、石子500‑600份、减水剂2‑2.5份和强化剂20‑30份。本发明通过混凝土组分的改进，改善了混凝土的强度和混凝时间，提高了开挖支护的稳定性，相比传统V类围岩施工中的隧洞开挖支护方法，混凝土的养护时间更短，缩短了施工周期，同时，喷射混凝土的用量少，降低了施工成本。

权利要求

1.一种隧洞开挖支护方法，开挖与衬砌同步施工，其特征在于，包括以下步骤：S1、上台阶弧形导洞超前支护、开挖、初期支护；

S2、下台阶两侧交错开挖、施作两侧边墙初期支护；

S3、核心土开挖；

S4、仰拱初期支护；

S5、浇筑仰拱：仰拱紧跟开挖面施工，控制在40m以上，仰拱施工采用液压仰拱栈桥进行全幅一次性施工；

S6、铺设防水层，衬砌台车全断面一次浇筑二次衬砌：仰拱施作完成后，利用作业平台人工铺设防水板、绑扎钢筋后，采用衬砌台车进行二次衬砌，拱墙一次性整体浇筑施工；

其中，所述步骤S1、S2和S4中初期支护顺序为：初喷混凝土、打设锚杆、架钢拱架、挂钢筋网和复喷混凝土；所述混凝土包括以下重量份的组分：水泥120份、砂子350份、石子580份、减水剂2.2份和强化剂25份，水灰比为0.5；

所述强化剂为质量比为4：1.5：1：1的硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精；

所述初喷混凝土的厚度为5cm；所述复喷混凝土的厚度为18cm。

2.根据权利要求1所述的隧洞开挖支护方法，其特征在于，所述超前支护中超前小导管为Ф42超前小导管，L=5.0m，间距0.3m，排距3m。

3.根据权利要求1所述的隧洞开挖支护方法，其特征在于，所述锚杆为Ф25*7中空注浆锚杆，L=4.5m，梅花型布置，间排距1.0m。

4.根据权利要求1所述的隧洞开挖支护方法，其特征在于，所述钢拱架为I20a钢拱架，排距0.5m，C25连接筋@100mm。

5.根据权利要求1所述的隧洞开挖支护方法，其特征在于，所述钢筋网为Ф8钢筋网片，@200*200mm。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的隧洞开挖支护方法在V类围岩施工中的应用。

说明书

一种隧洞开挖支护方法

技术领域

[0001] 本发明属于支护技术领域，具体涉及一种隧洞开挖支护方法。

背景技术

[0002] 水工隧洞一般深埋且为长大隧洞，穿越地质条件复杂，隧洞开挖之后，洞周围岩应力会进行二次重分布，在某些部位可能出现应力集中的情况，当超出了岩石所能承受的范围时，会发生大变形破坏，随之降低了围岩的稳定性。尤其是在隧洞穿越软岩等地质区域时，此类问题尤为明显。

[0003] 深埋软岩大断面隧洞一般采用台阶法(一般分上、下两个断面，上断面开挖一定长度后再开挖下断面)或分部开挖法(一般分左右上下四个断面，分部开挖前进)进行隧洞开挖，通过超前支护(超前导管、管棚等)或及时施加的强力支护(钢拱架支撑、砂浆锚杆、喷射混凝土等)确保洞室的稳定。无论是台阶法还是分部开挖法，不同的施工阶段和施工步骤对洞室的稳定均会产生不同程度的影响。

[0004] CN102003187A公开了一种深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其步骤如下：a、在已开挖的上半断面洞室内依次布置上半断面砂浆锚杆、上半断面钢拱架和混凝土喷层；b、分别在上半断面洞室的拱肩、腰部、拱脚部位布置预应力锚杆；c、在上半断面洞室两侧拱脚部位实施基础锚筋桩；d、采用左右分幅方式对下半断面洞室进行落底开挖，形成环形支护整体；e、依次重复上述步骤直至整个隧洞贯通。该发明软岩大型隧洞落底开挖之前采用基础锚筋桩、预应力锚杆对洞室上下半断面分别进行针对性的预先加固，随后采用左右分幅方式对下半断面洞室进行落底开挖、及时引接上半断面钢拱架立腿，封闭全断面支护拱架，形成环形支护整体，有效的限制了落底开挖过程中隧洞围岩的不利变形与塌方破坏，确保了隧洞围岩的整体稳定安全，但该发明中支护施工中，混凝土养护周期长，用量多，施工成本较高。

[0005] 引水隧洞作为一种重要的地下工程建筑物，隧洞开挖支护施工的理性直接关系到隧洞施工的安全，因此，有必要提供一种稳定性好，施工周期短，成本合理的隧洞开挖支护方法。

发明内容

[0006] 为了解决以上技术问题，本发明提供了一种隧洞开挖支护方法，其开挖与衬砌同步施工，缩短了开挖与衬砌施工间隔时间，减少衬砌施工占用工期的时间，既能及早施工隧洞永久结构确保安全，又能缩短隧洞施工工期。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种隧洞开挖支护方法，开挖与衬砌同步施工，包括以下步骤：

[0009] S1、上台阶弧形导洞超前支护、开挖、初期支护；

[0010] S2、下台阶两侧交错开挖、施作两侧边墙初期支护：开挖上台阶与下台阶距离15m；

[0011] S3、核心土开挖；

[0012] S4、仰拱初期支护；

[0013] S5、浇筑仰拱：仰拱紧跟开挖面施工，控制在40m以上，仰拱施工采用液压仰拱栈桥进行全幅一次性施工；

[0014] 仰拱混凝土浇筑共有三层：C30衬砌混凝土厚500mm、回填C20混素凝土找平、路面混凝土；仰拱施工时，C30衬砌混凝土浇筑完成后表面铺一层彩条布隔离，之上连续浇筑C20混素凝土；路面混凝土待隧洞施工完成后最后浇筑；

[0015] 仰拱衬砌混凝土墙脚模板采用弧形定型钢模，用液压油缸支撑在液压仰拱栈桥上，方便安装拆卸，衬砌混凝土一次浇筑成型，施工缝设置在边墙以上20cm，两个浇筑段之间按设计要求设置橡胶止带；

[0016] 混凝土浇筑采用直卸入仓，采有棒式振动器和平板振动器振捣密实；

[0017] 7天强度后移动液压仰拱栈桥，进行下一段施工；

[0018] S6、铺设防水层，衬砌台车全断面一次浇筑二次衬砌：仰拱施作完成后，利用作业平台人工铺设防水板、绑扎钢筋后，采用衬砌台车进行二次衬砌，拱墙一次性整体浇筑施工；

[0019] 其中，所述步骤S1、S2和S4中初期支护顺序为：初喷混凝土、打设锚杆、架钢拱架、挂钢筋网和复喷混凝土；所述混凝土包括以下重量份的组分：水泥100‑150份、砂子300‑450份、石子500‑600份、减水剂2‑2.5份和强化剂20‑30份。

[0020] 优选地，所述增强剂由硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精组成；进一步优选地所述硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精的质量比为3‑5：1‑2：1：0.5‑1；最优选为4：1.5：1：1。

[0021] 优选地，所述初喷混凝土厚度为5‑8cm。

[0022] 优选地，所述复喷混凝土厚度为18‑22cm。

[0023] 优选地，所述超前支护中超前小导管为Ф42超前小导管，L=5.0m，间距0.3m，排距3m。

[0024] 优选地，所述锚杆为Ф25*7中空注浆锚杆，L=4.5m，梅花型布置，间排距1.0m。

[0025] 优选地，所述钢拱架为I20a钢拱架，排距0.5m，C25连接筋@100mm。

[0026] 优选地，所述钢筋网为Ф8钢筋网片，@200*200mm。

[0027] 本发明还提供了上述隧洞开挖支护方法在V类围岩施工中的应用。

[0028] 本发明的有益效果为：

[0029] （1）本发明的隧洞开挖支护方法通过混凝土组分的改进，改善了混凝土的强度和混凝时间，提高开挖支护稳定性的同时，缩短了混凝土的养护时间，相比传统V类围岩施工中的隧洞开挖支护方法，混凝土的养护时间更短，缩短了施工周期，同时，喷射混凝土的用量少，降低了施工成本。

[0030] （2）本发明其开挖与衬砌同步施工，缩短了开挖与衬砌施工间隔时间，减少衬砌施工占用工期的时间，即及早施工隧洞永久结构确保安全，又能缩短隧洞施工工期。

具体实施方式

[0031] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0032] 本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。

[0033] 茂名市化州市合江镇的高州至鹤地输水干线（简称：高鹤输水干线）合江支洞作为环北部湾广东水资源配置工程试验段项目，位于高鹤输水干线穿越化州市合江镇段的北侧5km处，支洞口位于合江闸坝上游6km的凌江右岸山洼地。合江支洞主要作为主洞盾构设备步进、出渣及进料通道，同时兼顾作为处理主洞断层破碎带的备用通道。支洞进口高程
36.0m，与支洞交汇处主洞高程为‑5.0m，支洞斜长约677.94m，纵坡约6.54%，净断面尺寸为
8.0m×8.0m（宽×高），建筑物级别为4级。其桩号HZ0+097.00‑HZ0+469.00，长度为472m，为V类围岩，将其分为5段，分别采用以下施工方法分段施工，每段开挖预留80‑120mm变形量。

[0034] 实施例1 一种隧洞开挖支护方法，包括以下步骤：

[0035] S1、上台阶弧形导洞超前支护、开挖、初期支护；

[0036] S2、下台阶两侧交错开挖、施作两侧边墙初期支护；开挖上台阶与下台阶距离15m；

[0037] S3、核心土开挖；

[0038] S4、仰拱初期支护；

[0039] S5、浇筑仰拱：仰拱紧跟开挖面施工，控制在40m以上，仰拱施工采用液压仰拱栈桥进行全幅一次性施工；

[0040] 仰拱混凝土浇筑共有三层：C30衬砌混凝土厚500mm、回填C20混素凝土找平、路面混凝土；仰拱施工时，C30衬砌混凝土浇筑完成后表面铺一层彩条布隔离，之上连续浇筑C20混素凝土；路面混凝土待隧洞施工完成后最后浇筑；

[0041] 仰拱衬砌混凝土墙脚模板采用弧形定型钢模，用液压油缸支撑在液压仰拱栈桥上，方便安装拆卸，衬砌混凝土一次浇筑成型，施工缝设置在边墙以上20cm，两个浇筑段之间按设计要求设置橡胶止带；

[0042] 混凝土浇筑采用直卸入仓，采有棒式振动器和平板振动器振捣密实；

[0043] 7天强度后移动液压仰拱栈桥，进行下一段施工；

[0044] S6、铺设防水层，衬砌台车全断面一次浇筑二次衬砌：

[0045] 仰拱施作完成后，利用作业平台人工铺设防水板、绑扎钢筋后，采用衬砌台车进行二次衬砌，拱墙一次性整体浇筑施工；

[0046] 采用C30混凝土，厚度为50cm；

[0047] 具体地，所述步骤S1、S2和S4中初期支护顺序为：

[0048] （1）打Ф42超前小导管，L=5.0m，间距0.3m，排距3m，在隧洞中线两侧60°范围内布置；

[0049] （2）初喷混凝土，厚度5cm；

[0050] （3）打设Ф25*7中空注浆锚杆，L=4.5m，梅花型布置，间排距1.0m；

[0051] （4）架设I20a钢拱架，排距0.5m，C25连接筋@100mm；

[0052] （5）铺挂Ф8钢筋网片，@200*200mm；

[0053] （6）复喷混凝土，厚度18cm；

[0054] 其中，初喷和复喷中所采用的混凝土，包括以下重量份的组分：水泥120份、砂子350份、石子580份、减水剂2.2份和强化剂25份，水灰比为0.5；

[0055] 所述增强剂为质量比为4：1.5：1：1的硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精。

[0056] 实施例2 一种隧洞开挖支护方法，

[0057] 本实施例与实施例1的区别在于，初期支护时，初喷混凝土，厚度7cm；复喷混凝土，厚度18cm；

[0058] 其中，初喷和复喷中所采用的混凝土，包括以下重量份的组分：水泥150份、砂子450份、石子500份、减水剂2份和强化剂30份，水灰比为0.5；

[0059] 所述增强剂为质量比为5：1：1：0.5的硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精。

[0060] 实施例3一种隧洞开挖支护方法

[0061] 本实施例与实施例1的区别在于，初期支护时，初喷混凝土，厚度8cm；复喷混凝土，厚度22cm；

[0062] 其中，初喷和复喷中所采用的混凝土，包括以下重量份的组分：水泥100份、砂子300份、石子600份、减水剂2.5份和强化剂20份，水灰比为0.5；

[0063] 所述增强剂为质量比为3： 2：1：0.5的硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精。

[0064] 对比例1

[0065] 本实施例与实施例1的区别在于，初期支护时，初喷混凝土，厚度10cm；复喷混凝土，厚度25cm；

[0066] 其中，初喷和复喷中所采用常规C20混凝土。

[0067] 对比例2

[0068] 本实施例与实施例1的区别在于，初期支护时，初喷和复喷中所采用的混凝土，包括以下重量份的组分：水泥100份、砂子300份、石子600份、减水剂2.5份和强化剂40份，水灰比为0.5；

[0069] 所述增强剂为质量比为11： 1：2：3的硅灰、三乙醇胺、782型水泥速凝剂和环状糊精。

[0070] 各施工段完成后，经施工现场监理人员抽样检测，均达到设计要求。对各隧洞开挖支护方法完工进度指标如表1所示。

[0071] 表1

[0072] 组别 进度指标m/月实施例1 60
实施例2 66
实施例3 64
对比例1 75
对比例2 70

[0073] 由上表可知，采用本发明的隧洞开挖支护方法，通过改进混凝土的组分，改善了混凝土的强度和混凝时间，在提高开挖支护稳定性的同时，缩短了混凝土的养护时间。相比传统V类围岩施工中的隧洞开挖支护方法，混凝土的养护时间更短，缩短了施工周期，同时，喷射混凝土的用量少，降低了施工成本。

[0074] 同时，本发明其开挖与衬砌同步施工，缩短了开挖与衬砌施工间隔时间，减少衬砌施工占用工期的时间，即及早施工隧洞永久结构确保安全，又能缩短隧洞施工工期。

[0075] 以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。