適用于陡傾層狀巖體的大斷面隧道支護(hù)體系施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及公路隧道、鐵路隧道圍巖支護(hù)領(lǐng)域，尤其是適用于陡傾層狀巖體的大斷面隧道支護(hù)體系施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖體結(jié)構(gòu)通常分為完整結(jié)構(gòu)、塊裂結(jié)構(gòu)、破碎結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)等五大類。而在工程中經(jīng)常見以層面為控制結(jié)構(gòu)面的層狀巖體，這類巖體可分為互層、間層、薄層和軟層，隧道開挖中這類巖體強(qiáng)度主要受巖塊強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度、層面與隧道開挖斷面之間空間關(guān)系控制。層狀巖體多為沉積巖，可以由單一巖層組成，也可以由不同巖性的巖層護(hù)層或者夾層組成。這類巖體中以陡傾小交角層狀巖體最易發(fā)生失穩(wěn)，陡傾巖體傾角較大(一般為40° -60° )，而小交角指的是巖層走向與隧道軸向一致或者小角度相交(一般小于20° )。當(dāng)隧道在陡傾層狀巖體中開始時(shí)，層狀巖體容易沿層面發(fā)生順層滑移從而引起施工事故。對(duì)于在成層性好且軟弱夾層發(fā)育的陡傾狀巖體中開挖大斷面隧道時(shí)，圍巖穩(wěn)定性問題尤為突出，圍巖易沿層面出露處產(chǎn)生滑動(dòng)，由于巖體抗拉強(qiáng)度較低，此時(shí)沿層面出露處巖層折斷、滑塌，如果支護(hù)強(qiáng)度、剛度不夠或者支護(hù)時(shí)機(jī)選擇不對(duì)，拱部巖層出露處發(fā)生坍塌帶動(dòng)拱頂發(fā)生冒落，對(duì)大斷面隧道施工極為不利。
[0003]目前大斷面隧道施工依然多數(shù)采用以錨噴支護(hù)技術(shù)為核心的新奧法施工，初期支護(hù)層由錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等組成，錨桿在隧道上沿徑向打入，鋼筋網(wǎng)通常沿拱墻部位均允布置，噴射混凝土厚度沿拱墻一般相等，這種常規(guī)的隧道支護(hù)體系未能對(duì)陡傾狀圍巖未有針對(duì)性的效果，只能通過加大支護(hù)的規(guī)模等來提高支護(hù)效果，特別是對(duì)于大斷面隧道許多現(xiàn)有的設(shè)計(jì)單位對(duì)二襯厚度取值過大，最多甚至達(dá)到900mm厚，這既造成了工程材料和投資的浪費(fèi)，同時(shí)不能重點(diǎn)解決拱部層面出露處圍巖滑塌以及由此產(chǎn)生的拱頂塌落的問題，容易發(fā)生工程事故。
[0004]因此針對(duì)在陡傾巖層中開挖的大斷面隧道工程，亟需重點(diǎn)研究能針對(duì)性加固或者支撐圍巖，能夠解決隧道拱部特別是拱部穩(wěn)定性的特殊支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。
[0005]因此針對(duì)在陡傾巖層中開挖的大斷面隧道工程，亟需重點(diǎn)研究能針對(duì)性加固或者支撐圍巖，能夠解決隧道拱部特別是拱部穩(wěn)定性的特殊支護(hù)結(jié)構(gòu)體系及其相應(yīng)的施工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了適用于陡傾層狀巖體的大斷面隧道支護(hù)體系施工方法，通過設(shè)置三層支護(hù)結(jié)構(gòu)并且在三層支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置臨時(shí)支撐、在三層支護(hù)結(jié)構(gòu)外圍設(shè)置圍巖加強(qiáng)型支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效加固隧道頂板和拱部層面出露處巖體，同時(shí)能夠防止圍巖順層滑動(dòng)的位移，有效地控制圍巖變形和失穩(wěn)，保證開挖后圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定，降低隧道開挖施工的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。
[0007]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成: 一種適用于陡傾層狀巖體的大斷面隧道支護(hù)體系施工方法，其特征在于:所述支護(hù)體系按其自身位置以及其與陡傾層狀巖體的相對(duì)位置分為:順傾斜層導(dǎo)洞、逆傾斜層導(dǎo)洞、上部中導(dǎo)洞、下部導(dǎo)洞和核心土區(qū)域，所述施工方法至少包括以下步驟:
開挖所述順傾斜層導(dǎo)洞和所述上部中導(dǎo)洞時(shí)，施作臨時(shí)支撐和所述順傾斜層導(dǎo)洞、所述上部中導(dǎo)洞的位置處的第一、第二層襯砌；
開挖所述逆傾斜層導(dǎo)洞和所述下部導(dǎo)洞時(shí)，施作所述臨時(shí)支撐和所述逆傾斜層導(dǎo)洞和所述下部導(dǎo)洞位置處的第一層襯砌；
開挖所述核心土區(qū)域，施作所述臨時(shí)支撐和所述核心土區(qū)域的第一層襯砌；
切除所述臨時(shí)支撐，施作所述順傾斜層導(dǎo)洞和所述上部中導(dǎo)洞的第三層襯砌，施作所述逆傾斜層導(dǎo)洞、所述下部導(dǎo)洞和所述核心土區(qū)域的第二、地三層襯砌。
[0008]所述支護(hù)體系按其自身位置以及其與陡傾層狀巖體的相對(duì)位置分為:上部順傾斜層導(dǎo)洞、上部逆傾斜層導(dǎo)洞、中部順傾斜層導(dǎo)洞、中部逆傾斜層導(dǎo)洞、下部導(dǎo)洞、所述上部中導(dǎo)洞和所述核心土區(qū)域，所述施工方法包括以下步驟:
開挖所述上部順傾斜層導(dǎo)洞，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一、第二層襯砌；
開挖所述上部逆傾斜層導(dǎo)洞，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一層襯砌；
開挖所述中部順傾斜層導(dǎo)洞，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一層、第二層襯砌；
開挖所述中部逆傾斜層導(dǎo)洞，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一層襯砌；
開挖所述下部導(dǎo)洞，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一層襯砌；
開挖所述上部中導(dǎo)洞，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一層、第二層襯砌；
開挖所述核心土區(qū)域，施作所述臨時(shí)支撐和所述第一層襯砌；
切除所述臨時(shí)支撐，同時(shí)施作所述上部順傾斜層導(dǎo)洞的第三層襯砌、所述上部逆傾斜層導(dǎo)洞的第二、第三層襯砌、所述中部順傾斜層導(dǎo)洞的第三層襯砌，所述中部逆傾斜層導(dǎo)洞的第二、第三層襯砌、所述下部導(dǎo)洞的第二、第三層襯砌；所述上部中導(dǎo)洞的第三層襯砌；所述核心土區(qū)域的第二、第三層襯砌。
[0009]所述上部順傾斜層導(dǎo)洞、所述中部順傾斜層導(dǎo)洞以及所述上部中導(dǎo)洞的第一層襯砌為格柵鋼架加固層，其余導(dǎo)洞的第一層襯砌由噴射混凝土和鋼筋網(wǎng)組成；所述第二、第三層襯砌由鋼筋混凝土組成；所述臨時(shí)支撐由定位錨桿、噴射混凝土層以及埋設(shè)于內(nèi)的鋼架結(jié)構(gòu)組成。
[0010]在所述上部順傾斜層導(dǎo)洞、所述上部逆傾斜層導(dǎo)洞和所述上部中導(dǎo)洞的范圍內(nèi)布置有超前銷桿或超前小導(dǎo)管。
[0011]在所述上部逆傾斜層導(dǎo)洞與所述上部中導(dǎo)洞的逆傾斜層部位之間的范圍內(nèi)，沿隧道輪廓徑向均勻布置有徑向錨桿，所述徑向錨桿的一端與襯砌相固定，另一端打入所述陡傾層狀巖體中。
[0012]在所述上部中導(dǎo)洞的順傾斜層部位與所述中部順傾斜層導(dǎo)洞之間的范圍內(nèi)，分別布置有豎向錨桿和水平錨桿，所述豎向錨桿和所述水平錨桿的一端與襯砌相固定，另一端打入所述陡傾層狀巖體中。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:針對(duì)陡傾層狀巖體隧道開挖破壞特征，重點(diǎn)加固頂部和拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，能有效地加固隧道頂部和層面出露處圍巖的強(qiáng)度和變形特性，控制這兩個(gè)薄弱位置圍巖的變形和失穩(wěn)，保證拱部或者層面出露處巖體穩(wěn)定。
[0014]超前預(yù)支護(hù)與拱部加強(qiáng)支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)充分保證開挖后圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定，并能維持開挖面穩(wěn)定，減小拱頂沉降，保證施工安全。
[0015]上部中導(dǎo)洞及順傾斜層豎向錨桿、上中部順傾斜層水平錨桿的組合克服了陡傾角巖層沿徑向打設(shè)錨桿與傾斜巖層錨固力不足、錨固效果不佳的缺陷，且這兩種錨桿長度的增長更是增強(qiáng)了錨桿對(duì)傾斜巖層的加固效果。
[0016]格柵加固型初襯對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，結(jié)構(gòu)輕巧，加工難度低，受力條件好，能及時(shí)支護(hù)且快速承擔(dān)荷載，可在圍巖變形初期有效控制變形，防止圍巖發(fā)生有害變形，而且格柵鋼架鋼量少，人工及機(jī)械費(fèi)用低，其與圍巖間的間隙不易漏噴混凝土。
[0017]采用三層襯砌圈，在有臨時(shí)支撐的情況下，施工順傾斜層導(dǎo)洞的格柵鋼架加固層以及噴射混凝土二襯，使隧道危險(xiǎn)區(qū)域在臨時(shí)支撐切除后支護(hù)結(jié)構(gòu)具有更好的強(qiáng)度和剛度，使支護(hù)結(jié)構(gòu)在這一危險(xiǎn)時(shí)刻能保持穩(wěn)定，為后續(xù)施工打下良好基礎(chǔ)，在陸傾層狀巖體情況下快速、安全地修建大斷面隧道。
【附圖說明】
[0018]圖1為是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明拆除臨時(shí)支撐后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
如圖1-2所示，圖中標(biāo)記分別表示為:上部順傾斜層導(dǎo)洞1、上部逆傾斜層導(dǎo)洞I1、中部順傾斜層導(dǎo)洞II1、中部逆傾斜層導(dǎo)洞IV、下部導(dǎo)洞V、上部中導(dǎo)洞V1、核心土區(qū)域VII ;超前圍巖加固支護(hù)1、上部逆傾斜層徑向錨桿2、上部中導(dǎo)洞及順傾斜層豎向錨桿3、上部中導(dǎo)洞及順傾斜層水平錨桿4、陡傾層狀圍巖5、臨時(shí)支撐6、上部順傾斜層格柵鋼架加固層11、上部順傾斜層二襯12、上部順傾斜層內(nèi)襯13、上部逆傾斜層初襯21、上部順傾斜層二襯22、上部逆傾斜層內(nèi)襯23、中部順傾斜層格柵鋼架加固層31、中部順傾斜層二襯32、中部順傾斜層內(nèi)襯33、中部逆傾斜層初襯41、中部逆傾斜層二襯42、中部逆傾斜層內(nèi)襯43、下部導(dǎo)洞初襯51、下部導(dǎo)洞二襯52、下部導(dǎo)洞內(nèi)襯53、上部中導(dǎo)洞格柵鋼架加固層61、上部中導(dǎo)洞二襯62、上部中導(dǎo)洞內(nèi)襯63。
[0020]實(shí)施例:如圖1所示，本實(shí)施例中適用于陡傾層狀巖體的大斷面隧道支護(hù)體系按其所處位置分為:上部順傾斜層導(dǎo)洞1、上部逆傾斜層導(dǎo)洞I1、中部順傾斜層導(dǎo)洞II1、中部逆傾斜層導(dǎo)洞IV、下部導(dǎo)洞V、上部中導(dǎo)洞V1、核心土區(qū)域VII，其中順傾斜層導(dǎo)洞和逆傾斜層導(dǎo)洞中的順傾斜層和逆傾斜層指的都是導(dǎo)洞與陡傾層狀圍巖5之間的相對(duì)位置。
[0021]本實(shí)施例中支護(hù)體系的施工方法包括以下步驟:
①先行開挖上部順傾斜層導(dǎo)洞I，施作格柵鋼架加固層11、臨時(shí)支撐6、上部順傾斜層格柵鋼架加固層11和上部順傾斜層二襯12，其中上部順傾斜層格柵鋼架加固層11和上部順傾斜層二襯12分別作為上部順傾斜層導(dǎo)洞I的第一層襯砌和第二層襯砌，而臨時(shí)支撐6用于支撐該兩層襯砌。
[0022]②開挖上部逆傾斜層導(dǎo)洞II，上部逆傾斜層初襯21和臨時(shí)支撐6。
[0023]③開挖中部順傾斜層導(dǎo)洞III，施作中部順傾斜層格柵鋼架加固層31、臨時(shí)支撐6和中部順傾斜層二襯32。
[0024]④開挖中部逆傾斜層導(dǎo)洞IV，施作中部逆傾斜層初襯41和臨時(shí)支撐6。
[0025]⑤開挖下部導(dǎo)洞V，施作下部導(dǎo)洞初襯51和臨時(shí)支撐6。
[0026]⑥開挖上部中導(dǎo)洞VI，施作上部中導(dǎo)洞格柵鋼架加固層61、臨時(shí)支撐6和上部中導(dǎo)洞二襯62。
[0027]⑦開挖核心土區(qū)域VII，施作該部分下部導(dǎo)洞初襯51。
[0028]⑧切除臨時(shí)支撐6，施作上部順傾斜層內(nèi)襯13、上部中導(dǎo)洞內(nèi)襯63、上部順傾斜層二襯22和上部逆傾斜層內(nèi)襯23、中部順傾斜層內(nèi)襯33、中部逆傾斜層二襯42和中部逆傾斜層內(nèi)襯43、下部導(dǎo)洞二襯52和下部導(dǎo)洞內(nèi)襯53。上述每個(gè)步驟中施作臨時(shí)支撐6指的是施作臨時(shí)支撐6的一部分，即如圖1所示，臨時(shí)支撐6的每一部分分別對(duì)應(yīng)配合各個(gè)導(dǎo)洞處的襯砌以支撐陡傾層狀巖體5。
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