一种水平节理泥质页岩富水隧道超前支护施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种水平节理泥质页岩富水隧道的超前支护施工方法。

背景技术

目前，我国在隧道工程施工中，虽然整套流程工艺工法已经成熟完整，但是部分隧道工程在施工过程中安全事故依然时有发生，主要原因是隧道工程的地层岩性、地质构造、地下水分布等各种原因的不确定性、不可预见性，导致在施工过程中遇到特殊地质、地貌没有可借鉴的施工经验。

超前支护作为保证隧道开挖过程施工安全一种常用措施，主要有超前管棚、超前小导管、超前锚杆、超前注浆等方式。目前隧道暗洞内超前支护大部分采用超前小导管的方式，但对于水平节理裂隙泥质页岩地质，不能有效保证掌子面围岩安全及稳定性。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提高一种针对水平节理泥质页岩富水隧道的开挖方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水平节理泥质页岩富水隧道超前支护施工方法，包括：

步骤S1，确定隧道的注浆固结外缘线，并在隧道断面上进行预注浆孔点位放样并进行钻孔，其中，所述预注浆孔有多圈，每圈所述预注浆孔关于隧道断面周向均布，任意一圈所述预注浆孔在隧道开挖方向上向注浆固结外缘线呈伞形倾斜延伸；

步骤S2，按照设计图纸进行放样，在放样坐标上通过钻机进行支护管顶入孔的钻孔，并将支护管顶入后进行注浆；

步骤S3，对预注浆孔进行预注浆，待注浆完成后以台阶法进行开挖；

步骤S4，在隧道所对应上台阶开挖完成后，在上台阶所对应的隧道拱顶打设砂浆锚杆并注浆，注浆完成在砂浆锚杆上连接对应格栅钢架的模具，并进行混凝土初喷；

步骤S5，初喷完成后在相邻模具之间设置网片；并在初喷混凝土初凝后取下模具形成放置槽；

步骤S6，在放置槽内安设格栅钢架，所述格栅钢架与隧道拱顶部分相匹配；

步骤S7，进行隧道的下台阶开挖，开挖完成后设置仰拱及拱脚钢架，将拱脚钢架与格栅钢架对应连接，并对隧道拱脚处进行初喷；

步骤S8，隧道拱脚处初喷完成后即对上台阶和下台阶对应的隧道部分进行复喷，复喷过程中自隧道拱顶向拱脚进行施作，直至对仰拱部分进行混凝土封底，完成初期支护。

优选地，在进行隧道开挖初期，对山体边坡进行开挖以形成隧道断面，并在隧道断面处设置导向墙对支护管进行导向，其所采取的支护管为管棚。

优选地，步骤S2中，支护管包括超前小导管和超前锚杆，所述超前小导管与超前锚杆在隧道延伸方向上间隔交错布置。

优选地，上台阶与下台阶的距离控制在5m~10m之内、下台阶与仰拱的距离控制在25m~30m之内。

优选地，隧道初支完成后，待隧道水平变形速率小于0.2mm/d，拱部下沉速率小于0.15mm/d或累计位移值已达到极限位移量的90%以上，进行二次衬砌施工；仰拱与二次衬砌的距离控制在30m-40m之内。

优选地，隧道初期支护与二次衬砌之间敷设防水板和土工布。

优选地，，初期支护结构封闭成环后进行回填注浆，回填注浆管为PVC注浆花管，注浆材料选用微膨胀性水泥砂浆，回填注浆液压力达到0.2mpa时即可结束注浆。

优选地，回填注浆管预埋在格栅钢架外侧与安装槽之间、拱脚钢架外侧与隧道围岩之间。

优选地，通过孔口管对隧道进行预注浆，待隧道初凝后拔出孔口管，以预注浆孔洞作为爆破炮孔进行爆破。

有益效果：设置模具在初喷后预留对应格栅钢架的安装槽，有助于提高安装效率，降低安装难度，增强隧道支护的整体性。

在进行下台阶初喷后即可进行复喷，一次性完成复喷和封底，简化了支护流程，提高了工作效率，且增强了初喷和复喷之间的连接强度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明所提供具体实施例中预注浆孔分布示意图；

图2为本发明所提供具体实施例中预注浆孔延伸方向示意图；

图3为本发明所提供具体实施例中隧道断面示意图；

图4为本发明所提供具体实施例中栅格钢架安装示意图；

图5为本发明所提供具体实施例中栅格钢架展开示意图；

图6为本发明所提供具体实施例中栅格钢架与砂浆锚杆连接示意图；

图7为本发明所提供具体实施例中锁脚锚杆分布示意图。

图中：1、注浆固结外缘线；2、隧道轮廓线；3、预注浆孔；4、初期支护；5、二次衬砌；6、支护管；7、砂浆锚杆；8、格栅钢架；9、加固筋；10、压板；11、锁脚锚杆；12、拱脚钢架；13、仰拱；21、上台阶；22、下台阶；61、超前小导管；62、超前锚杆。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-7所示，一种水平节理泥质页岩富水隧道超前支护施工方法，包括：步骤S1，确定隧道轮廓线2和隧道的注浆固结外缘线1，并在隧道断面上进行预注浆孔3点位放样并进行钻孔，其中，预注浆孔有多圈，每圈预注浆孔关于隧道断面周向均布，任意一圈预注浆孔在隧道开挖方向上向注浆固结外缘线1呈伞形倾斜延伸；以此对隧道周围围岩进行注浆加固，提高注浆过程中的隧道稳定性，保证施工的安全；步骤S2，按照设计图纸进行放样，在放样坐标上通过钻机进行支护管6顶入孔的钻孔，钻孔完成后进行钻孔清理，并将支护管6顶入钻孔后进行注浆；钻孔直径比支护管6直径略大，钻孔倾角外插角不大于12°，钻孔清孔完毕后，使用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的95%，并用高压风再次将钢管内砂石吹出。步骤S3，对预注浆孔3进行预注浆，待注浆完成后以台阶法进行开挖；步骤S4，在隧道所对应上台阶21开挖完成后，上台阶21每循环开挖进尺不大于2榀拱架间距，每榀拱架的间距为0.6m；对开挖后的上台阶21及时进行砂浆锚杆7打设，并及时注浆，砂浆锚杆7沿拱顶的径向延伸，且在拱顶展开面上呈梅花状分布，且相邻两个砂浆锚杆7的间距不应大于0.6m；注浆完成在砂浆锚杆7上以可拆卸的方式连接对应格栅钢架8的模具，并进行混凝土初喷，步骤S5，初喷完成后在相邻模具之间设置网片，网片与砂浆锚杆7对应连接；并在初喷混凝土初凝后取下模具形成放置槽；步骤S6，在放置槽内安设格栅钢架8，格栅钢架8与隧道拱顶部分相匹配，模具拆除后形成的放置槽深度取决于初喷混凝土的厚度，用于对格栅钢架8进行定位，避免格栅钢架8精度不够（尤其是偏大）造成的安装难度大的问题，提高施工效率，除此之外，格栅钢架8介于初期支护4与二次衬砌5之间，能够提高内衬的整体性，提高支撑强度。步骤S7，进行隧道的下台阶22开挖，开挖完成后设置仰拱13及拱脚钢架12，将拱脚钢架12与格栅钢架8对应连接，将仰拱13与拱脚钢架12进行连接，下台阶22每循环开挖支护进尺不应大于3榀拱架间距，并对隧道拱脚处进行初喷。步骤S8，隧道拱脚处初喷完成后即对上台阶21和下台阶22所对应的隧道部分全部进行复喷，复喷过程中自隧道拱顶向拱脚进行施作，对下台阶22所对应部分及仰拱喷射至预设初支混凝土厚度，直至对仰拱13部分进行混凝土封底，以完成初期支护4；喷浆过程中沿S形水平往复向下喷浆，喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。其中，拱脚钢架12和仰拱13可以为栅格结构或者工字钢结构，相邻的两个栅格钢架之间设有加固筋9。

在本实施例中，每循环预注浆每次的注浆长度为30米，每开挖22米进行一次预注浆，以此循环向前开挖。重复步骤S2-S8，对每循环预注浆后的隧道进行挖掘。

在另一可选实施例中，在进行隧道开挖初期，对山体边坡进行开挖以形成隧道断面，并在该断面上进行预注浆；在隧道断面处设置导向墙对支护管6进行导向，其所采取的支护管6为管棚。管棚采用Φ108无缝钢管，进口处共45根，长度40m，环距80cm（钢管到钢管，钢管到钢花管40cm），每节长4-6m的热轧无缝钢管（外径Ф108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管）前端呈锥形；导向墙主要由2榀I18热轧轻型工字钢架与C20砼构成。导向墙施工工艺如下：测量放样→搭设支撑架及型钢→安装底模→架立定位钢筋→导向管定位焊接→安装边模→砼浇筑养护→拆模。

在进行支护管6顶入孔钻孔作业前，将导向墙施工作业平台小里程侧向下切除，切除深度1.5m；切除后，形成钻机施工平台，平台距导向管2-3m。采用大孔引导和管棚钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用改装后钻机的冲击和推力，将安有工作管头的棚管沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底。最后在支护管6内注入水灰比1:1纯水泥浆（重量比）,注浆水泥的强度等级为42.5。注浆初压力为0.5～2.0Mpa，终压力为2.0Mpa。

在另一可选实施例中，步骤S2中，支护管6包括超前小导管61和超前锚杆62，超前小导管61与超前锚杆62在隧道延伸方向上间隔交错布置，或者在隧道同一截面上超前小导管61和超前锚杆62间隔交错布置。

超前小导管61采用热轧无缝钢花管，单根长3.5m，外径42mm，壁厚3.5mm；超前锚杆62采用直径22mm药卷锚杆或砂浆锚杆，单根长3.5m；每环超前小导管61环向间距0.6m，超前锚杆62环向间距0.6m，小导管与锚杆间隔交错布置。针对水平节理泥质页岩富水隧道采用小导管与锚杆结合方式用于超前支护结构，将小导管的刚度与锚杆的柔性相结合，能更加有效起到支护作用，大大增加了安全性。施作过程中，结合水平节理围岩裂隙分层情况，通过调整超前支护外插角，外插角的角度范围为10°-20°，纵向相邻两排锚杆的水平搭接长度不小于100cm，与钢架焊接在一起。以此更好保护拱部围岩整体稳定性，避免拱顶塌方。由于水平节理泥质页岩裂隙较密集，通过加密小导管注浆孔，增加掌子面前方围岩注浆量，起到封闭围岩作用，达到止水效果。

在另一可选实施例中，上台阶21与下台阶22的距离控制在5m~10m之内、下台阶22与仰拱13的距离控制在25m~30m之内。隧道初支完成后，待隧道水平变形速率小于0.2mm/d，拱部下沉速率小于0.15mm/d或累计位移值已达到极限位移量的90%以上，可进行二次衬砌5施工；仰拱13与二次衬砌5的距离控制在30m-40m之内。二次衬砌5隧道正洞进口作业面配备12m长全断面衬砌台车一台、9m长全断面衬砌台车两台，衬砌台车与上一模衬砌搭接长度大于10cm，二次衬砌5施工时，在隧道顶部预埋φ20镀锌注浆钢管，镀锌注浆钢管纵向间隔3m一处，且每板衬砌不少于2孔；注浆材料采用水泥浆，回填注浆压力0.2MPa。浆液终凝后，采用地质雷达对注浆质量进行检查，必要时钻孔重注或者利用镀锌注浆钢管进行回填注浆。

在另一可选实施例中，隧道初期支护4与二次衬砌5之间敷设防水板和土工布。以提高隧道的防水能力，在初期支护4结构封闭成环后进行回填注浆，回填注浆管为PVC注浆花管，注浆材料选用微膨胀性水泥砂浆，回填注浆液压力达到0.2mpa时即可结束注浆。

至少在格栅钢架8外侧与安装槽之间、拱脚钢架12外侧与隧道围岩之间、初期支护4拱顶与隧道围岩之间均预埋有回填注浆管。以加固初支背后由于开挖受扰动的围岩及填充喷射混凝土可能有的空隙，以最大限度地减少围岩松动和地表沉降及结构渗水，还能够有效避免格栅钢架8或者拱脚钢架12外侧存在空隙，提高支护质量。

在另一可选实施例中，通过孔口管对隧道进行预注浆，待隧道初凝后拔出孔口管，以预注浆孔3洞作为爆破炮孔进行爆破。在进行掘进过程中，可采取微爆破的方式破开开挖断面，采取爆破的形式能够降低施工难度，由于理泥质页岩的质地较软，无需进行炮孔重新钻进，仅仅在预注浆孔3洞内进行爆破即可，破除表层岩石层后，对隧道继续通过台阶法进行掘进，此方法针对隧道掘进过程中遇到整块岩石时使用，爆破后降低挖掘机的掘进难度，提高施工速度。

在对边坡进行断面挖掘时，自上而下对边坡逐级开挖，并在隧道进口仰坡、边坡进行绿化防护。

在另一可选实施例中，在拱脚钢架12处设置锁脚锚杆11，以提高支护强度。待格栅钢架8设置完成，将网片通过焊接的方式与格栅钢架8连整体；对隧道拱脚处进行初喷后铺设网片，并与拱顶处的网片进行焊接或者具有一定的重合。

模具为对应格栅钢架8轮廓的PVC件或者铝合金件，可以为工字型或者槽钢状结构，在进行砂浆锚杆7打设时，同一栅格钢架对应位置的两侧至少要对应三组砂浆锚杆7，三个砂浆锚杆7分别对应栅格钢架两端和中部，每组砂浆锚杆7有两个，两个砂浆锚杆7之间设有压板10，压板10两端分别通过砂浆锚杆7的锚固螺母进行固定，以此将栅格钢架或者模具进行固定，在栅格钢架安装之后，将压板10与砂浆锚杆7之间、压板10与栅格钢架之间进行焊接。

或者，同一栅格钢架对应位置的至少要对应三个砂浆锚杆7，三个砂浆锚杆7分别对应栅格钢架两端和中部，在栅格钢架架设后，待砂浆初凝，砂浆锚杆7穿过或者伸入栅格钢架，以利于锚固板将栅格钢架进行固定，与之相对应的，在模具上设置有沿其长度方向延伸的、对应砂浆锚杆7的条形穿孔，以便于模具进行安装，砂浆锚杆7穿过砂浆锚杆7后通过锚固板进行固定，并在模具对应砂浆锚杆7的部分设置盖板，避免后期喷浆后拆卸难度大的问题。模具安装过程中，若在非条形穿孔位置有对应的砂浆锚杆7，则对该处的砂浆锚杆7凸出其对应锚固板的部分进行切除。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。