本發(fā)明屬于水利水電工程中的水工建筑
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種逆作法處理隧洞塌方的施工方法。
背景技術(shù)：
：隧道塌方是由應(yīng)力的作用造成洞頂與側(cè)壁的部分巖石、軟弱結(jié)構(gòu)帶大量塌落的現(xiàn)象。造成塌落的主要原因是隧道開挖時(shí)，隧道圍巖的松軟巖體在應(yīng)力釋放的作用下產(chǎn)生了裂縫破壞、以及圍巖存在的節(jié)理和層理松弛剝落。受復(fù)雜、多變的地質(zhì)條件影響，如地下水、巖溶、斷層破碎帶、高地應(yīng)力、巖爆、瓦斯、偏壓淺埋、膨脹土等條件，尤其是水滲入圍巖使軟化系數(shù)大的巖石強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減小，施工難度大，安全性差，都很容易產(chǎn)生塌方事故。因此，隧道塌方事故可能隨時(shí)發(fā)生在整個(gè)隧道施工的過程中，隧道開挖、施工支護(hù)甚至在隧道襯砌之后都有可能發(fā)生塌方。在當(dāng)前中國(guó)國(guó)內(nèi)，塌方處理主要采取如下幾種方式：(1)注漿錨固法：該方法是以“非套管成孔技術(shù)”和“中高壓注漿”為基礎(chǔ)的注漿錨固法塌方處理方案。此方案中“非套管成孔技術(shù)”是方案成敗的關(guān)鍵，它可以保證鉆孔的穩(wěn)定，“中高壓注漿”式壓力注漿，擴(kuò)大有效注漿半徑，連接超前長(zhǎng)錨桿使之與壓力注漿加固體成為有機(jī)整體，可以最大程度地發(fā)揮了超前錨桿的支護(hù)效果。(2)大管棚注漿超前支護(hù)法：該方法主要采用注漿大管棚輔以注漿小導(dǎo)管，對(duì)塌方體進(jìn)行預(yù)支護(hù)。采用短進(jìn)尺、分階段開挖，但管棚和注漿的施工必須達(dá)到預(yù)期效果，即形成一個(gè)能支撐上面松散巖石的殼體。(3)塌坑注漿法：該方法是利用地表塌坑向塌方體注漿加固，再進(jìn)行塌方體的開挖施工。但此方法代價(jià)太高，質(zhì)量不易控制。(4)塌落拱加固法：采取掛網(wǎng)、噴混凝土(鋼纖維、聚丙烯纖維)、錨桿及預(yù)應(yīng)力錨桿、輕型鋼格柵及工字鋼支護(hù)、混凝土澆筑等各項(xiàng)施工措施對(duì)塌落拱進(jìn)行加固后，再采取自上而下分層開挖，在挖除塌方體時(shí)，超前做好上述支護(hù)工作，此方法的前提是拱落拱跨度已明顯變小且穩(wěn)定，即塌穴形成“冒尖”形狀、且塌穴內(nèi)的圍巖結(jié)構(gòu)相對(duì)完整。例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01510488563.4的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種隧洞塌方的處理方法及隧洞塌方支護(hù)結(jié)構(gòu)，該發(fā)明是在一期支護(hù)的鋼拱架頂部再設(shè)置一道與塌方空腔形狀和范圍相對(duì)應(yīng)的拱上拱結(jié)構(gòu)，通過拱上拱結(jié)構(gòu)對(duì)塌方空腔進(jìn)行支撐，同時(shí)輔以網(wǎng)噴混凝土和錨桿，以防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷是：上述(1)～(3)塌方處理技術(shù)的前提條件不適用于隧道圍巖的松軟巖體在應(yīng)力釋放的作用下產(chǎn)生了裂縫破壞的狀況；采用(4)塌落拱加固法，因塌落拱為層厚僅20cm的堆砌體結(jié)構(gòu)，支護(hù)處理安全風(fēng)險(xiǎn)大，堆砌體結(jié)構(gòu)隨時(shí)會(huì)因機(jī)械擾動(dòng)造成坍塌，給施工作業(yè)的人身和機(jī)械設(shè)備帶來安全威脅。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種逆作法處理隧洞塌方的施工方法。本發(fā)明所述施工方法，包括以下具體步驟：步驟1、搭設(shè)塌穴內(nèi)的安全棚護(hù)鋼構(gòu)步驟1.1、將塌穴內(nèi)兩側(cè)的渣堆整理平緩后，利用洞頂塌方后形成的空腔，在渣堆上安裝鋼支撐，鋼支撐間距55cm，鋼支撐采用i20a型工字鋼制作，控制鋼支撐的凈空尺寸大于隧洞設(shè)計(jì)開挖斷面50～100cm，在鋼支撐與混凝土澆筑形成的鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)不占隧洞設(shè)計(jì)斷面的同時(shí)，使鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)形成后具有防止上部再次塌方?jīng)_擊的能力；步驟1.2、鋼支撐間采用ф28mm螺紋的縱向連接筋焊接成整體，縱向連接筋間距為75cm，將鋼支撐分段焊接固定在連接鋼板上；局部洞段塌穴空腔高于12m，則鋼支撐采用雙層工字鋼的組合梁，兩層工字鋼間距為50cm，每根組合梁在安裝時(shí)分段組裝，螺栓連接，螺栓間距為15cm，形成搭設(shè)塌穴內(nèi)的安全棚護(hù)鋼構(gòu)；步驟2、在塌穴內(nèi)的安全棚護(hù)鋼構(gòu)上澆筑混凝土步驟2.1、利用鋼支撐懸掛圓弧模板成型鋼構(gòu)混凝土，圓弧模板每塊長(zhǎng)度100cm，厚度5cm，圓弧方向?qū)挾?1.4cm，采用8#鉛絲與鋼支撐綁扎牢固，以固定并支撐圓弧模板，當(dāng)塌方體上部空腔高度大于2m，安裝模板時(shí)，輔以鋼管腳手架安裝圓弧模板；當(dāng)鋼構(gòu)混凝土頂部一次澆筑厚度超過100cm時(shí)，將鋼管腳手架固定牢靠，支撐圓弧模板，完成混凝土澆筑后再拆除鋼管腳手架；步驟2.2、澆筑混凝土采用具有流動(dòng)性的自密實(shí)混凝土，為便于混凝土振搗密實(shí)，在鋼支撐間構(gòu)成的拱排架下方安裝3～4臺(tái)附著式振搗器，附著式振搗器采取梅花型布置，布置在拱排架的拱腳和拱頂部位，混凝土澆筑時(shí)，控制拱頂混凝土厚度為100cm，并對(duì)拱排架兩側(cè)混凝土實(shí)施振搗，以使混凝土與圍巖密實(shí)結(jié)合，以加固拱頂、拱腳；步驟3、對(duì)鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的邊墻基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿步驟3.1、在步驟2的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)邊頂拱襯砌完成后，進(jìn)行固結(jié)灌漿，具體步驟如下：步驟3.1.1、確定待鉆孔位置，采用潛孔鉆鉆孔，鉆孔孔深為5m；步驟3.1.2、對(duì)鉆孔進(jìn)行清洗；步驟3.2、對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行灌漿，由里向外分段灌漿，段長(zhǎng)為5m，固結(jié)灌漿的水灰比采用1:1，在灌漿壓力達(dá)到0.5mpa、吸漿量小于0.4l/min后，再連續(xù)灌漿30min，即結(jié)束本次孔灌漿工序，轉(zhuǎn)入下一孔灌漿；步驟3.3、對(duì)鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的邊墻基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，采用自上而下逆作法分層進(jìn)行，先由灌漿區(qū)下部孔開始，遂孔由下而上進(jìn)行，下部灌漿孔灌漿時(shí)，單孔吸漿大于5t，對(duì)灌漿孔采取限流方式或間歇方式灌注；步驟4、錨固上部的鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)采取鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)塌落拱進(jìn)行支撐加固、并完成本層邊墻塌渣體固結(jié)加固后，及時(shí)對(duì)鋼構(gòu)混凝土形成的穩(wěn)定拱圈布置鎖腳或懸掛錨桿予以錨定；步驟5、清除塌穴內(nèi)渣體與托換鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系步驟5.1、塌穴內(nèi)渣體的清理，每側(cè)的每次清理高度按5m進(jìn)行控制，清理過程中，每一榀鋼支撐的支腿露出后及時(shí)焊接加長(zhǎng)支腿至底部渣體面，下部設(shè)置混凝土預(yù)制墊塊與渣體間隙搗實(shí)，以使鋼構(gòu)混凝土將頂部承載傳至下部渣體；步驟5.2、在步驟5.1的基礎(chǔ)上，先完成邊墻1m厚工字鋼混凝土澆筑，混凝土澆筑完成后，按照1.5×1.5m的間距安裝錨筋樁或錨桿，作為懸掛和挾持上部鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的承載結(jié)構(gòu)；步驟5.3、鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)邊墻每層自上而下施工時(shí)，上部混凝土支撐體系的轉(zhuǎn)換過程均為由渣體承擔(dān)，遂步向側(cè)壁圍巖錨桿、錨筋樁及型鋼柱轉(zhuǎn)換，最后由錨桿、錨筋樁、型鋼柱及其邊墻混凝土共同承擔(dān)；步驟6、塌方段空腔混凝土襯砌混凝土襯砌隨塌方段處理逐步展開，混凝土襯砌采用4臺(tái)液壓鋼模臺(tái)車，4臺(tái)鋼筋臺(tái)車，8臺(tái)混凝土泵，15輛混凝土攪拌運(yùn)輸罐車，按常規(guī)空腔段襯砌混凝土施工方式進(jìn)行空腔段襯砌施工；步驟7、對(duì)塌方段襯砌混凝土頂拱回填灌漿塌方洞段襯砌混凝土澆筑完成后，襯砌混凝土與鋼構(gòu)混凝土間收縮縫采取回填灌漿進(jìn)行處理，回填灌漿采取常規(guī)回填灌漿方式，灌漿壓力控制在0.3mpa，漿液濃度采用3:1、1:1、0.6:1，共有三級(jí)，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定的灌漿壓力下，單位注入量小于0.4l/min，再連續(xù)灌注30min結(jié)束。進(jìn)一步地，所述步驟1.1中，在鋼支撐架立后，當(dāng)鋼拱架頂部仍有小于300cm的空腔時(shí)，則在安裝的鋼支撐頂部增加鋼支撐復(fù)拱，根據(jù)空穴表面形狀調(diào)整復(fù)拱頂部圓弧段半徑，使復(fù)拱與圍巖表面支撐密實(shí)貼合；當(dāng)鋼拱架頂部空腔大于300cm時(shí)，先利用鋼支撐快速形成鋼構(gòu)混凝土拱后，再利用其具有的支撐作用，在頂部空腔內(nèi)回填輕質(zhì)混凝土，防止塌方再次發(fā)生后的沖擊破壞，同時(shí)通過減小塌穴頂部塌落拱的跨度，以穩(wěn)定塌落拱。進(jìn)一步地，所述步驟1.2中，連接鋼板為10mm厚鋼板。進(jìn)一步地，所述步驟3.3中，在灌漿時(shí)加入速凝劑，以減少灌漿時(shí)間。進(jìn)一步地，所述步驟4.2中，預(yù)應(yīng)力錨桿采用中空自進(jìn)式φ32mm、l＝12m高強(qiáng)度材質(zhì)錨桿。進(jìn)一步地，所述步驟4.2中，普通長(zhǎng)錨桿采用φ32mm、l＝15m的鋼筋制成，錨筋樁采用3根φ28mm、l＝15m的鋼筋制成。進(jìn)一步地，所述步驟5.2中，錨筋樁采用3根φ28mm的鋼筋制成。進(jìn)一步地，所述步驟6中，液壓鋼模臺(tái)車的長(zhǎng)度為6m。本發(fā)明所述施工方法的有益效果是：采用鋼構(gòu)混凝土逆作法的方案，避免了塌方處理過程中因塌落拱不穩(wěn)定發(fā)生局部滑塌而造成人身和機(jī)械安全事故的發(fā)生；采用錨索或錨筋樁鎖定鋼構(gòu)混凝土或固結(jié)灌漿形成的拱圈，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土挑梁施工方案，簡(jiǎn)化了工序，避免了出渣、澆筑混凝土挑梁與塌方處理推進(jìn)的相互干擾，縮短了塌方處理工期。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的做進(jìn)一步說明。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種逆作法處理隧洞塌方的施工方法。本發(fā)明所述施工方法，包括以下具體步驟：步驟1、搭設(shè)塌穴內(nèi)的安全棚護(hù)鋼構(gòu)步驟1.1、將塌穴內(nèi)兩側(cè)的渣堆整理平緩后，利用洞頂塌方后形成的空腔，在渣堆上安裝鋼支撐，鋼支撐間距55cm，鋼支撐采用i20a型工字鋼制作，控制鋼支撐的凈空尺寸大于隧洞設(shè)計(jì)開挖斷面50～100cm，在鋼支撐與混凝土澆筑形成的鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)不占隧洞設(shè)計(jì)斷面的同時(shí)，使鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)形成后具有防止上部再次塌方?jīng)_擊的能力；步驟1.2、鋼支撐間采用ф28mm螺紋的縱向連接筋焊接成整體，縱向連接筋間距為75cm，將鋼支撐分段焊接固定在連接鋼板上；局部洞段塌穴空腔高于12m，則鋼支撐采用雙層工字鋼的組合梁，兩層工字鋼間距為50cm，每根組合梁在安裝時(shí)分段組裝，螺栓連接，螺栓間距為15cm，形成搭設(shè)塌穴內(nèi)的安全棚護(hù)鋼構(gòu)；步驟2、在塌穴內(nèi)的安全棚護(hù)鋼構(gòu)上澆筑混凝土步驟2.1、利用鋼支撐懸掛圓弧模板成型鋼構(gòu)混凝土，圓弧模板每塊長(zhǎng)度100cm，厚度5cm，圓弧方向?qū)挾?1.4cm，采用8#鉛絲與鋼支撐綁扎牢固，以固定并支撐圓弧模板，當(dāng)塌方體上部空腔高度大于2m，安裝模板時(shí)，輔以鋼管腳手架安裝圓弧模板；當(dāng)鋼構(gòu)混凝土頂部一次澆筑厚度超過100cm時(shí)，將鋼管腳手架固定牢靠，支撐圓弧模板，完成混凝土澆筑后再拆除鋼管腳手架；步驟2.2、澆筑混凝土采用具有流動(dòng)性的自密實(shí)混凝土，為便于混凝土振搗密實(shí)，在鋼支撐間構(gòu)成的拱排架下方安裝3～4臺(tái)附著式振搗器，附著式振搗器采取梅花型布置，布置在拱排架的拱腳和拱頂部位，混凝土澆筑時(shí)，控制拱頂混凝土厚度為100cm，并對(duì)拱排架兩側(cè)混凝土實(shí)施振搗，以使混凝土與圍巖密實(shí)結(jié)合，以加固拱頂、拱腳；步驟3、對(duì)鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的邊墻基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿步驟3.1、在步驟2的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)邊頂拱襯砌完成后，進(jìn)行固結(jié)灌漿，具體步驟如下：步驟3.1.1、確定待鉆孔位置，采用潛孔鉆鉆孔，鉆孔孔深為5m；步驟3.1.2、對(duì)鉆孔進(jìn)行清洗；步驟3.2、對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行灌漿，由里向外分段灌漿，段長(zhǎng)為5m，固結(jié)灌漿的水灰比采用1:1，在灌漿壓力達(dá)到0.5mpa、吸漿量小于0.4l/min后，再連續(xù)灌漿30min，即結(jié)束本次孔灌漿工序，轉(zhuǎn)入下一孔灌漿；步驟3.3、對(duì)鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的邊墻基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，采用自上而下逆作法分層進(jìn)行，先由灌漿區(qū)下部孔開始，遂孔由下而上進(jìn)行，下部灌漿孔灌漿時(shí)，單孔吸漿大于5t，對(duì)灌漿孔采取限流方式或間歇方式灌注；步驟4、錨固上部的鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)采取鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)塌落拱進(jìn)行支撐加固、并完成本層邊墻塌渣體固結(jié)加固后，及時(shí)對(duì)鋼構(gòu)混凝土形成的穩(wěn)定拱圈布置鎖腳或懸掛錨桿予以錨定；步驟5、清除塌穴內(nèi)渣體與托換鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系步驟5.1、塌穴內(nèi)渣體的清理，每側(cè)的每次清理高度按5m進(jìn)行控制，清理過程中，每一榀鋼支撐的支腿露出后及時(shí)焊接加長(zhǎng)支腿至底部渣體面，下部設(shè)置混凝土預(yù)制墊塊與渣體間隙搗實(shí)，以使鋼構(gòu)混凝土將頂部承載傳至下部渣體；步驟5.2、在步驟5.1的基礎(chǔ)上，先完成邊墻1m厚工字鋼混凝土澆筑，混凝土澆筑完成后，按照1.5×1.5m的間距安裝錨筋樁或錨桿，作為懸掛和挾持上部鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的承載結(jié)構(gòu)；步驟5.3、鋼構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)邊墻每層自上而下施工時(shí)，上部混凝土支撐體系的轉(zhuǎn)換過程均為由渣體承擔(dān)，遂步向側(cè)壁圍巖錨桿、錨筋樁及型鋼柱轉(zhuǎn)換，最后由錨桿、錨筋樁、型鋼柱及其邊墻混凝土共同承擔(dān)；步驟6、塌方段空腔混凝土襯砌混凝土襯砌隨塌方段處理逐步展開，混凝土襯砌采用4臺(tái)液壓鋼模臺(tái)車，4臺(tái)鋼筋臺(tái)車，8臺(tái)混凝土泵，15輛混凝土攪拌運(yùn)輸罐車，按常規(guī)空腔段襯砌混凝土施工方式進(jìn)行空腔段襯砌施工；步驟7、對(duì)塌方段襯砌混凝土頂拱回填灌漿塌方洞段襯砌混凝土澆筑完成后，襯砌混凝土與鋼構(gòu)混凝土間收縮縫采取回填灌漿進(jìn)行處理，回填灌漿采取常規(guī)回填灌漿方式，灌漿壓力控制在0.3mpa，漿液濃度采用3:1、1:1、0.6:1，共有三級(jí)，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定的灌漿壓力下，單位注入量小于0.4l/min，再連續(xù)灌注30min結(jié)束。進(jìn)一步地，所述步驟1.1中，在鋼支撐架立后，當(dāng)鋼拱架頂部仍有小于300cm的空腔時(shí)，則在安裝的鋼支撐頂部增加鋼支撐復(fù)拱，根據(jù)空穴表面形狀調(diào)整復(fù)拱頂部圓弧段半徑，使復(fù)拱與圍巖表面支撐密實(shí)貼合；當(dāng)鋼拱架頂部空腔大于300cm時(shí)，先利用鋼支撐快速形成鋼構(gòu)混凝土拱后，再利用其具有的支撐作用，在頂部空腔內(nèi)回填輕質(zhì)混凝土，防止塌方再次發(fā)生后的沖擊破壞，同時(shí)通過減小塌穴頂部塌落拱的跨度，以穩(wěn)定塌落拱。進(jìn)一步地，所述步驟1.2中，連接鋼板為10mm厚鋼板。進(jìn)一步地，所述步驟3.3中，在灌漿時(shí)加入速凝劑，以減少灌漿時(shí)間。進(jìn)一步地，所述步驟4.2中，預(yù)應(yīng)力錨桿采用中空自進(jìn)式φ32mm、l＝12m高強(qiáng)度材質(zhì)錨桿。進(jìn)一步地，所述步驟4.2中，普通長(zhǎng)錨桿采用φ32mm、l＝15m的鋼筋制成，錨筋樁采用3根φ28mm、l＝15m的鋼筋制成。進(jìn)一步地，所述步驟5.2中，錨筋樁采用3根φ28mm的鋼筋制成。進(jìn)一步地，所述步驟6中，液壓鋼模臺(tái)車的長(zhǎng)度為6m。較佳地，所述步驟2.2中，自密實(shí)混凝土的配合比，如下表所示：水170水泥水泥b類364混合材料石粉170細(xì)砂325細(xì)骨料粗砂500粗骨料小石770外加劑減水劑9.0本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改進(jìn)、替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12