本發(fā)明屬于隧洞的開挖支護(hù)，涉及跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到快速發(fā)展，水工隧洞、交通隧洞等大量新建。隧洞跨越斷層破碎帶的情況非常常見，斷層破碎帶巖石完整性差，強(qiáng)度低，當(dāng)隧洞跨越斷層破碎帶時(shí)，普通開挖支護(hù)措施容易發(fā)生冒頂、坍塌等事故，嚴(yán)重影響施工安全和工程進(jìn)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的當(dāng)隧洞跨越斷層破碎帶時(shí)，普通開挖支護(hù)措施容易發(fā)生冒頂、坍塌事故，嚴(yán)重影響施工安全和工程進(jìn)度的問題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，包括開挖前在隧洞拱頂及拱腳設(shè)置的多個(gè)自進(jìn)式超前大管棚以及在隧洞邊墻設(shè)置的多個(gè)超前小導(dǎo)管，進(jìn)行隧洞開挖時(shí)，采用臺(tái)階式分層開挖，每個(gè)分層底部均為仰拱形式，每層開挖完成后：在對(duì)應(yīng)開挖面的頂拱和側(cè)墻上初步噴射仿鋼纖維混凝土并施做系統(tǒng)錨桿，然后在對(duì)應(yīng)開挖面的頂拱和側(cè)墻上沿隧洞縱向設(shè)置多榀鋼支撐，之后在對(duì)應(yīng)開挖面的頂拱和側(cè)墻均勻設(shè)置多個(gè)固結(jié)灌漿孔進(jìn)行無蓋重固結(jié)灌漿，灌漿結(jié)束后，在開挖面的頂拱和側(cè)墻均勻布置排水系統(tǒng)，之后在鋼支撐之間布設(shè)鋼筋網(wǎng)片，最后進(jìn)行仿鋼纖維混凝土的二次噴射；其中，隧洞最后一層開挖完成后，進(jìn)行無蓋重固結(jié)灌漿時(shí)，在對(duì)應(yīng)的全斷面的頂拱、側(cè)墻和底部均設(shè)置無蓋重固結(jié)灌漿孔。

3、本發(fā)明的特征還在于：

4、自進(jìn)式超前大管棚在隧洞頂拱呈環(huán)向布置，且環(huán)向間距為30cm，自進(jìn)式超前大管棚的布置方向?yàn)樗矶摧S線向外傾2°～4°的方向。

5、自進(jìn)式超前大管棚為熱軋無縫鋼管加工的花管，自進(jìn)式超前大管棚管壁沿其長(zhǎng)度均勻設(shè)置有多排注漿孔，排距15cm，注漿孔每排均勻設(shè)置兩個(gè)，相鄰兩排的各個(gè)注漿孔交錯(cuò)設(shè)置，自進(jìn)式超前大管棚的端頭為錐形。

6、還包括用于隧洞口的管棚套拱，管棚套拱用于自進(jìn)式超前大管棚的定位定向，包括在掌子面前設(shè)置的多榀套拱鋼支撐，套拱鋼支撐之間由縱向鋼筋連接，多排套拱鋼支撐共同固定連接有管棚導(dǎo)向管，管棚導(dǎo)向管通過多個(gè)導(dǎo)向管固定鋼筋焊接在套拱鋼支撐上，管棚導(dǎo)向管安裝時(shí)根據(jù)自進(jìn)式超前大管棚的安裝要求預(yù)留上抬量及仰角。

7、進(jìn)行自進(jìn)式超前大管棚施工前，先按照要求施做管棚套拱，之后對(duì)管棚套拱進(jìn)行噴混凝土回填；

8、其中，施做管棚套拱之前，為避免管棚套拱侵占隧洞二次襯砌混凝土斷面尺寸，同時(shí)為滿足管棚施工設(shè)備空間需求，對(duì)掌子面前5m～6m范圍進(jìn)行擴(kuò)挖并完成擴(kuò)挖段的系統(tǒng)支護(hù)，再進(jìn)行管棚套拱施工；

9、自進(jìn)式超前大管棚接長(zhǎng)時(shí)，接頭應(yīng)采用等壁厚鋼管箍，上滿絲扣，接頭應(yīng)在橫斷面上錯(cuò)開，隧洞縱向同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50％，相鄰鋼管的接頭至少錯(cuò)開0.5m；

10、在自進(jìn)式超前大管棚灌漿前，對(duì)掌子面噴射納米仿鋼纖維混凝土進(jìn)行封閉；

11、自進(jìn)式超前大管棚灌漿時(shí)，注漿壓力為0.5～1.5mpa。

12、超前小導(dǎo)管為采用鋼管加工的花管，超前小導(dǎo)管管壁沿其長(zhǎng)度均勻設(shè)置有多排注漿孔a，排距10cm～20cm，注漿孔a每排均勻設(shè)置兩個(gè)，相鄰兩排的各個(gè)注漿孔a交錯(cuò)設(shè)置，超前小導(dǎo)管的端頭為錐形，超前小導(dǎo)管沿著隧洞邊墻均勻布置，相鄰超前小導(dǎo)管之間的間距30cm～40cm，超前小導(dǎo)管之間搭接長(zhǎng)度不小于1.5m，超前小導(dǎo)管的方向與洞軸線夾角5°～10°。

13、隧洞進(jìn)行臺(tái)階式分層開挖時(shí)，上層開挖、支護(hù)完成后，待圍巖穩(wěn)定后，再逐層開挖至設(shè)計(jì)斷面，分層開挖前后距離不得小于30m，每個(gè)分層底部均采用仰拱的形式。

14、初步噴射仿鋼纖維混凝土的厚度為5cm，噴射后8h抗壓強(qiáng)度不小于12mpa，24h抗壓強(qiáng)度不小于25mpa，二次噴射的厚度為20cm。

15、系統(tǒng)錨桿采用熱軋ⅲ級(jí)鋼筋制作成的全長(zhǎng)灌注水泥砂漿的錨桿，布置在開挖面的頂拱和側(cè)墻，錨桿直徑、長(zhǎng)度及間排距可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整；

16、鋼支撐采用熱軋普通工字鋼，相鄰兩排鋼支撐的間距不大于1.5m，相鄰兩個(gè)鋼支撐之間由多個(gè)均勻設(shè)置的縱向鋼筋a連接，相鄰兩根縱向鋼筋a的間距為0.5～1.0m；

17、進(jìn)行分層開挖時(shí)，每層開挖完成后架設(shè)的鋼支撐腳部均設(shè)置沿隧洞縱向分布的連接槽鋼，鋼支撐的腳部與連接槽鋼焊接固定，鋼支撐上對(duì)應(yīng)頂拱和側(cè)墻位置處還均勻設(shè)置有多個(gè)鎖定錨桿，鎖定錨桿的外露端頭彎折連接在鋼支撐上并與鋼支撐焊接固定，每層開挖完成后的鋼支撐腳部還設(shè)置兩束鎖腳錨筋樁。

18、排水系統(tǒng)包括在開挖面的頂拱和側(cè)墻均勻布置多個(gè)排水孔、繞開挖面的頂拱和側(cè)墻布置的軟式透水管以及在隧洞底部靠近兩個(gè)側(cè)墻的位置設(shè)置的排水溝，巖壁滲水由排水孔流到軟式透水管，軟式透水管兩端通過排水硬管分別連接對(duì)應(yīng)一側(cè)的排水溝。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、本發(fā)明跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，自進(jìn)式超前大管棚和管棚套拱形成一個(gè)梁式結(jié)構(gòu)，能有效抑制圍巖松動(dòng)和垮塌，并通過注漿使松散巖體固結(jié)，改善了軟弱圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)了圍巖的自承能力；超前小導(dǎo)管可以對(duì)松散巖層起到加固作用，注漿后增強(qiáng)了松散軟弱圍巖的穩(wěn)定性；臺(tái)階式分層開挖并能降低對(duì)隧洞圍巖造成的擾動(dòng)，降低對(duì)原狀土層造成的破環(huán)；設(shè)置仰拱能使巖層應(yīng)力得到釋放，降低局部圍巖壓力，避免圍巖突然失穩(wěn)，有效防止圍巖整體破壞；仿鋼纖維噴混凝土作為一種新型材料，施做后其抗壓強(qiáng)度能夠快速達(dá)到設(shè)計(jì)值，配合鋼筋網(wǎng)片可以有效的支撐圍巖，阻止圍巖松動(dòng)；鋼支撐能限制圍巖變形，承受部分松弛荷載，作為超前支護(hù)支點(diǎn)，阻止圍巖松動(dòng)；固結(jié)灌漿可以提高巖體的整體性和強(qiáng)度，減少巖體的變形；系統(tǒng)錨桿可以限制約束圍巖變形，加固圍巖；排水系統(tǒng)將圍巖的裂隙水引進(jìn)隧洞，降低地下水壓力，避免圍巖及后續(xù)襯砌結(jié)構(gòu)受地下水的壓力而破壞，綜上，本發(fā)明的開挖支護(hù)體系，能夠有效的應(yīng)對(duì)跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞的支護(hù)需求，保障了施工安全和工程進(jìn)度。

技術(shù)特征：

1.跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，包括開挖前在隧洞拱頂設(shè)置的多個(gè)自進(jìn)式超前大管棚(2)以及在隧洞邊墻設(shè)置的多個(gè)超前小導(dǎo)管(3)，進(jìn)行隧洞開挖時(shí)，采用臺(tái)階式分層開挖，每個(gè)分層底部均為仰拱(4)形式，每層開挖完成后：在對(duì)應(yīng)開挖面(1)的頂拱和側(cè)墻上初步噴射仿鋼纖維混凝土(5)并施做系統(tǒng)錨桿(9)，然后在對(duì)應(yīng)開挖面(1)的頂拱和側(cè)墻沿隧洞縱向設(shè)置多榀鋼支撐(6)，在開挖面(1)的頂拱和側(cè)墻均勻設(shè)置多個(gè)無蓋重固結(jié)灌漿孔(8)進(jìn)行無蓋重固結(jié)灌漿，灌漿結(jié)束后，在開挖面(1)的頂拱和側(cè)墻布置排水系統(tǒng)，之后在鋼支撐(6)之間布設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后再進(jìn)行仿鋼纖維混凝土的二次噴射；其中，隧洞最后一層開挖完成后，進(jìn)行無蓋重固結(jié)灌漿時(shí)，在對(duì)應(yīng)的全斷面的頂拱、側(cè)墻和底部均設(shè)置無蓋重固結(jié)灌漿孔(8)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，所述自進(jìn)式超前大管棚(2)在隧洞頂拱呈環(huán)向布置，且環(huán)向間距為30cm，所述自進(jìn)式超前大管棚(2)的布置方向?yàn)樗矶摧S線向外傾2°～4°的方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，所述自進(jìn)式超前大管棚(2)為熱軋無縫鋼管加工的花管，所述自進(jìn)式超前大管棚(2)管壁沿其長(zhǎng)度均勻設(shè)置有多排注漿孔(23)，排距15cm，注漿孔(23)每排均勻設(shè)置兩個(gè)，相鄰兩排的各個(gè)注漿孔(23)交錯(cuò)設(shè)置，自進(jìn)式超前大管棚(2)的端頭為錐形。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，還包括用于隧洞口的管棚套拱(16)，所述管棚套拱(16)用于自進(jìn)式超前大管棚(2)的定位定向，包括布設(shè)在隧洞口成洞面設(shè)置的多榀套拱鋼支撐(18)，相鄰兩榀所述套拱鋼支撐(18)之間由縱向鋼筋(19)連接，多榀套拱鋼支撐(18)共同固定連接有管棚導(dǎo)向管(20)，所述管棚導(dǎo)向管(20)通過多個(gè)導(dǎo)向管固定鋼筋(21)焊接在套拱鋼支撐(18)上，所述管棚導(dǎo)向管(20)安裝時(shí)根據(jù)自進(jìn)式超前大管棚(2)的安裝要求預(yù)留上抬量及仰角。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，進(jìn)行自進(jìn)式超前大管棚(2)施工前，先按照要求施做管棚套拱(16)，之后對(duì)管棚套拱(16)進(jìn)行噴混凝土(17)回填；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，所述超前小導(dǎo)管(3)為采用鋼管加工的花管，所述超前小導(dǎo)管(3)管壁沿其長(zhǎng)度均勻設(shè)置有多排注漿孔a(24)，排距10cm～20cm，注漿孔a(24)每排均勻設(shè)置兩個(gè)，相鄰兩排的各個(gè)注漿孔a(24)交錯(cuò)設(shè)置，所述超前小導(dǎo)管(3)的端頭為錐形，所述超前小導(dǎo)管(3)沿著隧洞邊墻均勻布置，相鄰超前小導(dǎo)管(3)之間的間距30cm～40cm，超前小導(dǎo)管(3)之間搭接長(zhǎng)度不小于1.5m，超前小導(dǎo)管(3)的方向與洞軸線夾角5°～10°。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，隧洞進(jìn)行臺(tái)階式分層開挖時(shí)，上層開挖、支護(hù)完成后，待圍巖穩(wěn)定后，再逐層開挖至設(shè)計(jì)斷面，分層開挖前后距離不得小于30m，每個(gè)分層底部均采用仰拱(4)的形式。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，所述初步噴射仿鋼纖維混凝土的厚度為5cm，噴射后8h抗壓強(qiáng)度不小于12mpa，24h抗壓強(qiáng)度不小于25mpa，二次噴射的厚度為20cm。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，所述系統(tǒng)錨桿(9)采用熱軋ⅲ級(jí)鋼筋制作成的全長(zhǎng)灌注水泥砂漿的錨桿。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，其特征在于，所述鋼支撐(6)采用熱軋普通工字鋼，相鄰兩榀鋼支撐(6)的間距不大于1.5m，相鄰兩榀鋼支撐(6)之間由多個(gè)均勻設(shè)置的縱向鋼筋a(27)連接，相鄰像個(gè)縱向鋼筋a(27)的間距為0.5～1.0m；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了跨越斷層破碎帶的大斷面隧洞開挖支護(hù)體系，包括開挖前在隧洞拱頂設(shè)置的多個(gè)自進(jìn)式超前大管棚以及在隧洞邊墻設(shè)置的多個(gè)超前小導(dǎo)管，開挖時(shí)采用臺(tái)階式分層開挖，每層開挖完成后：在對(duì)應(yīng)開挖面的頂拱和側(cè)墻上初步噴射仿鋼纖維混凝土并施做系統(tǒng)錨桿，然后在對(duì)應(yīng)開挖面的頂拱和側(cè)墻上沿隧洞縱向設(shè)置多榀鋼支撐，在全斷面的頂拱和側(cè)墻均勻設(shè)置多個(gè)無蓋重固結(jié)灌漿孔灌漿，然后在開挖面的頂拱和側(cè)墻均勻布置多個(gè)系統(tǒng)錨桿和排水系統(tǒng)，之后在鋼支撐之間布設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后再進(jìn)行仿鋼纖維混凝土的二次噴射。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的當(dāng)隧洞跨越斷層破碎帶時(shí)，普通開挖支護(hù)措施容易發(fā)生冒頂、坍塌事故，嚴(yán)重影響施工安全和工程進(jìn)度的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：杜慧超,劉寅,王寬,陳晶晶,薛石平,馮孝鵬,楊洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9