不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，包括：第一步、查閱隧道設計與施工方案，確定中夾巖厚度和高度、鋼拱架間距及鋼拱架所選用工字鋼型號和翼緣寬度；查閱地質(zhì)勘查報告，確定施工現(xiàn)場地質(zhì)圍巖等級和圍巖孔隙率；第二步、先行洞施工超前注漿強化加固；第三步、先行洞施工縱向鋼梁加固；第四步、后行洞施工超前注漿強化加固；第五步、后行洞施工縱向鋼梁加固。本發(fā)明針對不同圍巖等級的中夾巖，在隧道開挖前對中夾巖進行超前注漿加固，將超前支護和中夾巖穩(wěn)定性加固相結(jié)合，簡化施工步驟；施加縱向鋼梁對中夾巖進行加固，強化支護結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅能夠保證中夾巖的穩(wěn)定性，而且能夠有效地簡化施工工藝，加快施工進度。
【專利說明】
不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種隧道工程技術(shù)領(lǐng)域中的施工方法，具體地，涉及一種不同圍巖等 級下的小凈距隧道中夾巖加固方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在小凈距隧道施工中，中夾巖是位于小凈距隧道雙拱結(jié)構(gòu)中間部位的巖體，對保 持隧道穩(wěn)定及支撐隧道上部結(jié)構(gòu)具有重要作用。小凈距隧道施工過程中，在中夾巖處出現(xiàn) 應力集中和二次應力場疊加而易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，當圍巖條件為I級、II級圍巖時，中夾巖能 夠保持較好的穩(wěn)定性，當圍巖條件為III級、IV級、V級圍巖時，中夾巖則易發(fā)生開裂和掉塊， V級圍巖條件下還會發(fā)生坍塌現(xiàn)象，因此在施工時如何保證軟弱圍巖條件下中夾巖的穩(wěn)定 性，是小凈距隧道施工的關(guān)鍵?，F(xiàn)有中夾巖加固措施通常為注漿小導管預加固和水平貫通 錨桿施加預應力加固，一方面注漿小導管預加固對中夾巖的加固作用效果有限，另一方面 水平貫通錨桿施加預應力加固是在左右隧道開挖完成后進行，加固措施相對滯后，同時會 減弱注漿小導管的預加固作用;現(xiàn)有中夾巖加固措施未考慮不同圍巖等級對加固效果的影 響;此外，該方法還存在工序繁多、工藝復雜和施工進度緩慢等缺點。如何在保證中夾巖加 固強度的同時，結(jié)合圍巖條件，簡化施工工藝，減少施工成本，已成為小凈距隧道施工的重 點之一〇
[0003] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，申請專利號為：201210311959.8，公開號為： CN103628884A，專利名稱為:小凈距隧道中夾巖加固方法。該專利自述為"a、在隧洞開挖前 施作超前大管棚，其布置于隧洞外圍巖體內(nèi)，且布置范圍從原理中夾巖一側(cè)的拱肩處經(jīng)拱 頂后延伸至靠近中夾巖一側(cè)的拱腳處，各大管棚均沿隧洞軸向布置;b、進行隧洞的分部開 挖支護，并在開挖靠近中夾巖側(cè)土體前，施作小導管進行注漿，二次加固，小導管位于隧洞 靠近中夾巖一側(cè)，并從隧洞的拱肩延伸至拱腳處。"該專利雖然簡化了水平貫通錨桿施加預 應力加固的施工步驟，但對中夾巖進行了超前管棚和注漿小導管注漿重復性加固，工序復 雜;注漿小導管布置范圍從隧道遠離中夾巖一側(cè)的拱肩延伸至靠近中夾巖一側(cè)的拱腳，布 設范圍大，施工周期長;未提出針對不同圍巖條件的中夾巖加固措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加 固方法，針對不同圍巖等級的中夾巖，在隧道開挖前對中夾巖進行超前注漿加固，將超前支 護和中夾巖穩(wěn)定性加固相結(jié)合，簡化施工步驟;施加縱向鋼梁對中夾巖進行加固，強化支護 結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅能夠保證中夾巖的穩(wěn)定性，而且能夠有效地簡化施工工藝，加快施工進 度。
[0005] 本發(fā)明方法是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，包括以下步驟：
[0007] 第一步、查閱隧道設計與施工方案，確定中夾巖厚度D、中夾巖高度H、鋼拱架間距 cU以及鋼拱架所選用工字鋼的型號和翼緣寬度d2;查閱地質(zhì)勘查報告，確定施工現(xiàn)場地質(zhì)圍 巖等級和圍巖孔隙率η;
[0008] 第二步、先行洞施工超前注漿強化加固，包括：
[0009] (1)隧道先行洞開挖前，根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)圍巖等級，沿開挖面和中夾巖的連接線 布設先行洞超前注漿孔，布設范圍為從隧道拱腳至隧道拱肩；
[0010] (2)采用沖擊風鉆進行先行洞超前注漿孔鉆孔，鉆孔后徹底清孔，利用沖擊風鉆將 先行洞注漿小導管頂入先行洞超前注漿孔中，注入注漿漿液，其中：先行洞單管注漿量為 Qi，注漿壓力為Ρ;
[0011] 第三步、先行洞施工縱向鋼梁加固，包括：
[0012] (1)在隧道先行洞完成鋼拱架的施工后，在各排鋼拱架之間施作縱向鋼梁；
[0013] (2)將縱向鋼梁平置于鋼拱架之間，并保持腹板水平，將縱向鋼梁的突出腹板置于 鋼拱架翼緣之間，采用焊接方式在縱向鋼梁焊接端將縱向鋼梁和鋼拱架連接；
[0014] 第四步、后行洞施工超前注漿強化加固，包括：
[0015] (1)隧道后行洞開挖前，根據(jù)先行洞超前注漿孔布設情況，沿開挖面和中夾巖的連 接線布設后行洞超前注漿孔，布設范圍為從隧道拱腳至隧道拱肩；
[0016] (2)采用沖擊風鉆進行后行洞超前注漿孔鉆孔;鉆孔后徹底清孔，利用沖擊風鉆將 后行洞注漿小導管頂入后行洞超前注漿孔中，注入注漿漿液，其中：后行洞單管注漿量為 Q2,注漿壓力為P;
[0017] 第五步、后行洞施工縱向鋼梁加固，包括：
[0018] (1)在隧道后行洞完成鋼拱架的施工后，在各排鋼拱架之間施作縱向鋼梁；
[0019] (2)將縱向鋼梁平置于鋼拱架之間，并保持腹板水平，將縱向鋼梁焊接端的突出腹 板置于鋼拱架前后翼緣之間，在縱向鋼梁焊接端將縱向鋼梁和鋼拱架連接；
[0020] 對于IV級、V級圍巖，所述后行洞中縱向鋼梁布設位置的確定方法與先行洞中縱向 鋼梁的布設位置確定方法相同；
[0021] 對于I級、II級、III級圍巖，無需施作縱向鋼梁。
[0022] 優(yōu)選地，第一步中：
[0023] 所述中夾巖為先行洞與后行洞之間、隧道內(nèi)側(cè)墻拱肩至拱腳部位；
[0024]所述中夾巖厚度D為先行洞與后行洞之間的距離；
[0025]所述中夾巖高度Η為隧道內(nèi)側(cè)墻拱肩至拱腳的距離；
[0026]所述鋼拱架為小凈距隧道初期支護鋼拱架；
[0027]所述鋼拱架間距cb為相鄰鋼拱架翼緣之間的距離。
[0028] 更優(yōu)選地，所述先行洞為小凈距隧道中先進行開挖的隧道;所述后行洞為小凈距 隧道中后進行開挖的隧道。
[0029] 優(yōu)選地，第二步中，所述先行洞施工超前注漿強化加固針對于III級、IV級、V級圍 巖，在I級、II級圍巖條件下無需進行超前注漿強化加固。
[0030] 優(yōu)選地，第二步（1)中，所述先行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間隔為按下式 計算：
[0031 ] 1ι = α1
[0032]式中：α為布設間隔控制系數(shù)，在III級圍巖條件下ct取1.0,在IV級圍巖條件下ct取 0.8，在V級圍巖條件下α取ο. 6; 1為布設間隔基準值，取0.5m。
[0033] 優(yōu)選地，第二步（1)中，所述先行洞超前注漿孔沿隧道縱向布設間隔為12，12按下式 計算：
[0034]
[0035]優(yōu)選地，第二步的（2)中：
[0036]所述先行洞超前注漿孔軸向水平且與隧道軸線成45° ;
[0037] 所述先行洞超前注漿孔直徑大于先行洞注漿小導管外徑10mm;
[0038] 所述先行洞超前注漿孔孔深比先行洞注漿小導管長度Ld、20cm。
[0039] 更優(yōu)選地，所述先行洞注漿小導管的材質(zhì)為熱乳無縫鋼管；
[0040] 所沭先行洞注漿小導管長度U按下式計算：
[0041]
[0042]式中:β為折減系數(shù)，取值為0.8~0.9; D為中夾巖厚度，m。
[0043] 更優(yōu)選地，所述先行洞注漿小導管的外徑為40~50mm、壁厚為4~6mm;在先行洞注 漿小導管的管尾l〇cm處設置有一圓環(huán)鋼筋箍，其外徑為6mm;先行洞注漿小導管的端頭加工 成圓錐形并封焊密實，且保持管身順直。
[0044] 更優(yōu)選地，沿所述先行洞注漿小導管的管身設置四排溢漿孔，溢漿孔孔徑為6mm， 溢漿孔孔距為12cm且呈梅花形排列；先行洞注漿小導管的后端40cm范圍內(nèi)不設溢漿孔。
[0045] 優(yōu)選地，第二步的（2)中，所述注漿漿液選用超細水泥-水玻璃雙漿液，其中：漿液 水灰比為1:1，水泥衆(zhòng)和水玻璃體積比為2:1。
[0046] 優(yōu)選地，第二步的（2)中，所述先行洞單管注漿量&按下式計算：
[0047] Qi=nJiR2Liyi γ λ
[0048] 式中:η為圍巖孔隙率;R為漿液擴散半徑，取0.71UU為先行洞注漿小導管長度，m; μι為先行洞圍巖填充系數(shù)，取〇.65; γ為注漿損耗系數(shù)，取1.1;λ為注漿量控制系數(shù)，在III 級圍巖條件下λ取1.0,在IV級圍巖條件下λ取0.85,在V級圍巖條件下λ取0.75。
[0049] 優(yōu)選地，第二步的（2)中，所述注漿壓力Ρ根據(jù)中夾巖的圍巖等級確定:在III級圍 巖條件下Ρ為l.OMPa，在IV級圍巖條件下Ρ為0.7MPa，在V級圍巖條件下Ρ為0.5MPa。
[0050] 優(yōu)選地，第三步（1)中：
[0051]對于IV級圍巖，所述縱向鋼梁施作位置為拱腳處、距離拱腳0.3H和0.7H處;對于V 級圍巖，縱向鋼梁施作位置為拱腳處、距離拱腳〇. 2H、0.5H和0.9H處;對于I級、II級、III級 圍巖，無需施作縱向鋼梁。
[0052]更優(yōu)選地，所述縱向鋼梁的材質(zhì)為與鋼拱架型號相同的工字鋼，其腹板長度為相 鄰鋼拱架腹板之間的距離、翼緣長度為相鄰鋼拱架翼緣之間的距離。
[0053] 優(yōu)選地，第三步(2)中：
[0054] 所述突出腹板為縱向鋼梁中超出兩側(cè)翼緣的腹板部分，其長度為0.5d2;
[0055] 所述縱向鋼梁焊接端為在縱向鋼梁兩端的突出腹板及翼緣端。
[0056] 優(yōu)選地，第四步中，所述后行洞施工超前注漿強化加固針對于III級、IV級、V級圍 巖，在I級、II級圍巖條件下無需進行超前注漿強化加固。
[0057] 優(yōu)選地，第四步（1)中：
[0058] 所述后行洞超前注漿孔的環(huán)向布設位置與先行洞超前注漿孔交錯布設；
[0059] 所述后行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間隔與先行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布 設間隔相同；
[0060] 所述后行洞超前注漿孔的縱向布設位置與先行洞超前注漿孔對稱。
[0061] 優(yōu)選地，第四步(2)中：
[0062] 所述后行洞超前注漿孔軸向水平且與隧道軸線成45° ;
[0063] 所述后行洞超前注漿孔直徑大于后行洞注漿小導管外徑10_;
[0064] 所述后行洞超前注漿孔孔深比后行洞注漿小導管長度LM、20cm，其中。與先行洞 注漿小導管長度1^相同。
[0065]更優(yōu)選地，所述后行洞注漿小導管的材質(zhì)為熱乳無縫鋼管。
[0066] 更優(yōu)選地，所述后行洞注漿小導管的外徑為40~50mm、壁厚為4~6mm;在后行洞注 漿小導管的管尾l〇cm處設置有一圓環(huán)鋼筋箍，其外徑為6_;后行洞注漿小導管的端頭加工 成圓錐形并封焊密實，且保持管身順直。
[0067]更優(yōu)選地，沿所述后行洞注漿小導管的管身設置四排溢漿孔，溢漿孔孔徑為6mm; 后行洞注漿小導管的管身前端至〇.8L2范圍內(nèi)溢漿孔孔距為20cm，其余部位溢漿孔孔距為 12cm且呈梅花形排列；后行洞注漿小導管的后端40cm范圍內(nèi)不設溢漿孔。
[0068] 優(yōu)選地，第四步(2)中：
[0069]所述后行洞單管注漿量出按下式計算：
[0070] Q2 = nJiR2L2y2 γ 入
[0071] 式中:η為圍巖孔隙率;R為漿液擴散半徑，取0.711;L2為后行洞注漿小導管長度，m; μ2為后行洞圍巖填充系數(shù)，取0.25; γ為注漿損耗系數(shù);λ為注漿量控制系數(shù)。
[0072] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0073] 本發(fā)明提供了一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，針對不同圍巖 等級的中夾巖，能夠有效減小小凈距隧道中夾巖的變形和作用在支護結(jié)構(gòu)上的荷載，提高 鋼拱架穩(wěn)定性，減小因先行洞、后行洞不對稱施工引起的剪切應力，強化支護結(jié)構(gòu)，簡化施 工工藝。
【附圖說明】
[0074]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0075] 圖1為本發(fā)明實施例中超前注漿強化加固橫斷面示意圖；
[0076] 圖2為本發(fā)明實施例中超前注漿強化加固剖面示意圖；
[0077]圖3a、圖3b為本發(fā)明一實施例的先行洞超前注漿管、后行洞超前注漿管示意圖；
[0078] 圖4a、圖4b為本發(fā)明一實施例的縱向鋼梁焊接不意圖；
[0079] 圖中：1為先行洞注漿小導管，2為后行洞注漿小導管，3為隧道拱肩，4為隧道拱腳， 5為中夾巖，6為圓環(huán)鋼筋箍，7為溢漿孔(孔距12cm)，8為溢漿孔(孔距20cm)，9為縱向鋼梁， 10為焊接端，11為鋼拱架。
【具體實施方式】
[0080] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0081] 本實施例提供一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，用于某小凈距 隧道，工程地質(zhì)圍巖等級為IV級圍巖，圍巖孔隙率3%，爆破法開挖，開挖前進行超前注漿小 導管預支護，開挖后進行118工字鋼拱架+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土初期支護，鋼拱架間距74cm。 隧道先行洞與后行洞尺寸一致，單洞跨度11.12m，高8.76m，中夾巖厚度4.5~6m，高度5.2m。
[0082] 如圖所示，本實施例提供一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，所 述方法的具體施工步驟如下：
[0083] 步驟一、查閱隧道設計與施工方案，確定中夾巖厚度D為4.5~6m、高度Η為5.2m，鋼 拱架11間距cU為74cm，鋼拱架11所選用工字鋼的型號為118工字鋼，鋼拱架11所選用工字鋼 的翼緣寬度辦為94_;查閱地質(zhì)勘查報告，確定施工現(xiàn)場地質(zhì)圍巖等級為IV級圍巖、圍巖孔 隙率η為3 %。
[0084] 步驟二、先行洞施作超前注漿強化加固（需要說明的是先行洞施工超前注漿強化 加固針對于III級、IV級、V級圍巖，在I級、II級圍巖條件下無需進行超前注漿強化加固），具 體地：
[0085] (1)隧道先行洞開挖前，根據(jù)施工現(xiàn)場IV級圍巖的地質(zhì)情況，沿開挖面和中夾巖的 連接線布設先行洞超前注漿孔，先行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間隔為h，其滿足公式h =α1 (α為布設間隔控制系數(shù)，在IV級圍巖條件下α取〇. 8; 1為布設間隔基準值，取0.5m)，得 至lj:li = al = 0.8X0.5 = 0.4m，單次環(huán)向布設所需超前注衆(zhòng)孔為14個，布設范圍為從隧道拱 腳至隧道拱肩，先行洞超前注漿孔沿隧道縱向布設間隔為12,其滿足公式& = ，得到： /2 = 7? = W X 0.4 = 0.57m;具體布設情況如圖1、圖2所示。
[0086] (2)采用沖擊風鉆進行先行洞超前注漿孔鉆孔，先行洞超前注漿孔軸向水平且與 隧道軸線成45°，先行洞超前注漿孔直徑為50mm，5.5m注漿小導管的先行洞超前注漿孔孔深 為5.3m，6m注漿小導管的先行洞超前注漿孔孔深為5.8m，6.5m注漿小導管的先行洞超前注 漿孔孔深為6.3m，7m注漿小導管的先行洞超前注漿孔孔深為6.8m;鉆孔后徹底清孔，利用沖 擊風鉆將先行洞注漿小導管1頂入孔中，注入注漿漿液，先行洞單管注漿量滿足公式= 3iR 2Liyi γ λ(η為圍巖孔隙率，n為3 % ; R為漿液擴散半徑，取0.7h; 1^為先行洞注漿小導管長 度;μι為先行洞圍巖填充系數(shù)，取〇.65; γ為注漿損耗系數(shù)，取1.1 ;λ為注漿量控制系數(shù)，在 IV級圍巖條件下λ取0.85)，從而得到Q1:
[0087] Qi = n3iR2LiyiyA = n3i(0.71i)2Liyi γλ = 〇.03X31 X (0.7X0.4)2XLiX0.65X1.1 X 0.85，其中：5.5m先行洞注漿小導管1單管注漿量為2.47 X 10_2m3、6m先行洞注漿小導管1 單管注漿量為2.69 X 10-2m3、6.5m先行洞注漿小導管1單管注漿量為2.92 X 10-2m3、7m先行洞 注漿小導管1單管注漿量為3.14Xl(T2m 3;注漿壓力P根據(jù)中夾巖的圍巖等級確定，在IV級圍 巖條件下P為〇.7MPa。
[0088] 本實施例中，所述先行洞注漿小導管1的材質(zhì)為熱乳無縫鋼管。
[0089] 本實施例中，所述先行洞注漿小導管1的長度按照公式" 計算，式中取 值為0.8~0.9，中夾巖厚度D取值為4.5~6m;
[0090]當先行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為4.5~4.8m時，則所需先行洞注漿小 導管1長度為5.5m;
[0091 ]當先行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為4.8~5.3m時，則所需先行洞注漿小 導管1長度為6m;
[0092] 當先行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為5.3~5.7m時，則所需先行洞注漿小 導管1長度為6.5m;
[0093] 當先行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為5.7~6m時，則所需先行洞注漿小導 管1長度為7m。
[0094] 本實施例中，所述先行洞超前注漿孔單次環(huán)向布設，需:5.5m注漿小導管7根、6m注 衆(zhòng)小導管4根、6.5m注衆(zhòng)小導管1根、7m注衆(zhòng)小導管2根。
[0095]本實施例中，所述先行洞注漿小導管1的外徑為40mm、壁厚為5mm;先行洞注漿小導 管1的圓環(huán)鋼筋箍6的外徑為6_，且設置在管尾10cm處;先行洞注漿小導管1的端頭加工成 圓錐形并封焊密實，且保持管身順直，具體結(jié)構(gòu)如圖3a所示。
[0096]本實施例中，所述先行洞注漿小導管1的溢漿孔7沿管身設置四排，溢漿孔7孔徑為 6mm，溢漿孔7孔距為12cm且呈梅花形排列；先行洞注漿小導管1的后端40cm范圍內(nèi)不設溢漿 孔;具體結(jié)構(gòu)如圖3a所示。
[0097]本實施例中，所述注漿漿液選用超細水泥-水玻璃雙漿液，其中：漿液水灰比為1: 1，水泥衆(zhòng)和水玻璃體積比為2:1。
[0098]步驟三、先行洞施工縱向鋼梁輔助加固，具體地：
[0099] (1)在隧道先行洞完成鋼拱架11的施工后，在各排鋼拱架11之間施作縱向鋼梁;本 實施例所述縱向鋼梁的施作位置為拱腳處、距離拱腳0.3H和0.7H處，單次環(huán)向施作需三根 縱向鋼梁；
[0100] (2)將縱向鋼梁平置于鋼拱架11之間，保持腹板水平，將縱向鋼梁焊接端10的突出 腹板置于鋼拱架11的前后翼緣之間，采用焊接方式在縱向鋼梁焊接端10將縱向鋼梁和鋼拱 架11連接(具體結(jié)構(gòu)如圖4a、圖4b所示）。
[0101] 本實施例中，所述縱向鋼梁材質(zhì)為118工字鋼，其腹板長度為74cm、翼緣長度為 64.6cm〇
[0102] 本實施例中，所述突出腹板長度為47mm。
[0103] 步驟四、后行洞施工超前注漿強化加固（需要說明的是，后行洞施工超前注漿強化 加固針對于III級、IV級、V級圍巖，在I級、II級圍巖條件下無需進行超前注漿強化加固），具 體地：
[0104] (1)隧道后行洞開挖前，根據(jù)先行洞超前注漿孔布設情況，沿開挖面和中夾巖的連 接線布設后行洞超前注漿孔，后行洞超前注漿孔的環(huán)向布設位置與先行洞超前注漿孔交錯 布設，后行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間隔為0.4m，單次環(huán)向布設所需超前注漿孔為13 個，后行洞超前注漿孔的縱向布設位置與先行洞超前注漿孔對稱(具體布設情況如圖1、圖2 所示）；
[0105] (2)采用沖擊風鉆進行后行洞超前注漿孔鉆孔，后行洞超前注漿孔軸向水平且與 隧道軸線成45°，后行洞超前注漿孔直徑為50mm，5.5m注漿小導管的先行洞超前注漿孔孔深 為5.3m，6m注漿小導管的先行洞超前注漿孔孔深為5.8m，6.5m注漿小導管的先行洞超前注 漿孔孔深為6.3m，7m注漿小導管的先行洞超前注漿孔孔深為6.8m;鉆孔后徹底清孔，利用沖 擊風鉆將后行洞注漿小導管2頂入孔中，注入注漿漿液，后行洞單管注漿量Q 2滿足公式:Q2 = nJiR2L2y2 γ λ(η為圍巖孔隙率，為3 % ; R為漿液擴散半徑；L2為后行洞注漿小導管長度；μ2為后 行洞圍巖填充系數(shù)，取〇. 25; γ為注漿損耗系數(shù);λ為注漿量控制系數(shù)），從而得到Q2:
[0106] Q2 = nJiR2L2y2 γ λ = η3?(0 · 71i)2L2y2 γλ = 0·03ΧπΧ(0·7Χ0·4)2ΧΙ^Χ0·25Χ1·1 X 0.85:其中：5.5m后行洞注漿小導管2單管注漿量為9.50 X 10_3m3、6m后行洞注漿小導管2 單管注漿量為1.04X 10_2m3、6.5m后行洞注漿小導管2單管注漿量為1.12X 10_2m3、7m后行洞 注漿小導管2單管注漿量為1.21 X 10_2m3;注漿壓力P為0.7MPa。
[0107] 本實施例中，所述后行洞注漿小導管2的材質(zhì)為熱乳無縫鋼管。
[0108] 本實施例中，所述后行洞注漿小導管2的長度L2與先行洞注漿小導管1的長度。相 同，分別為：
[0109] 當后行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為4.5~4.8m時，則所需后行洞注漿小 導管2的長度為5.5m;
[0110] 當后行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為4.8~5.3m時，則所需后行洞注漿小 導管2的長度為6m;
[0111] 當后行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為5.3~5.7m時，則所需后行洞注漿小 導管2的長度為6.5m;
[0112] 當后行洞超前注漿孔布設點處中夾巖厚度為5.7~6m時，則所需后行洞注漿小導 管2的長度為7m。
[0113] 本實施例中，所述后行洞超前注漿孔單次環(huán)向布設需：5.5m注漿小導管7根、6m注 衆(zhòng)小導管3根、6.5m注衆(zhòng)小導管2根、7m注衆(zhòng)小導管1根。
[0114] 本實施例中，所述后行洞注漿小導管2的外徑為40mm、壁厚為5_;后行洞注漿小導 管2的圓環(huán)鋼筋箍6外徑為6mm，且設置在管尾10cm處;后行洞注漿小導管2的端頭加工成圓 錐形并封焊密實，且保持管身順直(具體結(jié)構(gòu)如圖3b所示）。
[0115] 本實施例中，所述后行洞注漿小導管2的溢漿孔7、8沿管身設置四排，溢漿孔7、8孔 徑均為6mm;后行洞注漿小導管2的管身前端至0.8L范圍內(nèi)的溢漿孔8的孔距為20cm，其余部 位溢漿孔7的孔距為12cm，且呈梅花形排列；后行洞注漿小導管2的后端40cm范圍內(nèi)不設溢 漿孔(具體結(jié)構(gòu)如圖3b所示）。
[0116] 本實施例中，所述注漿漿液選用超細水泥-水玻璃雙漿液:漿液水灰比為1:1，水泥 漿和水玻璃體積比為2:1。
[0117] 步驟五、后行洞施工縱向鋼梁輔助加固，具體地：
[0118] (1)在隧道后行洞完成鋼拱架11的施工后，在各排鋼拱架11之間施作縱向鋼梁，本 實施例中縱向鋼梁施作位置為拱腳處、距離拱腳0.3H和0.7H處，單次環(huán)向施作需3根縱向鋼 梁；
[0119] (2)將縱向鋼梁平置于鋼拱架11之間，并保持腹板水平，將縱向鋼梁焊接端10的突 出腹板置于鋼拱架11前后翼緣之間，采用焊接方式在縱向鋼梁焊接端10將縱向鋼梁和鋼拱 架11連接(具體結(jié)構(gòu)如圖4a、圖4b所示）。
[0120] 本實施例很好地克服了現(xiàn)有技術(shù)中小凈距隧道中夾巖加固工序多、工藝復雜、進 度緩慢等缺點，在保證中夾巖的穩(wěn)定性上，施工工藝簡單，操作性強，易組織，可以達到加快 施工進度的目的。
[0121] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述描 述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多 種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
[0122] 以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影 響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1. 一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步、查閱隧道設計與施工方案，確定中夾巖厚度D、中夾巖高度H、鋼拱架間距cb以及 鋼拱架所選用工字鋼的型號和翼緣寬度d2;查閱地質(zhì)勘查報告，確定施工現(xiàn)場地質(zhì)圍巖等 級和圍巖孔隙率η; 第二步、先行洞施工超前注漿強化加固，包括： (1) 隧道先行洞開挖前，根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)圍巖等級，沿開挖面和中夾巖的連接線布設 先行洞超前注漿孔； (2) 采用沖擊風鉆進行先行洞超前注漿孔鉆孔;鉆孔后徹底清孔，利用沖擊風鉆將先行 洞注漿小導管頂入先行洞超前注漿孔中，注入注漿漿液，其中：先行洞單管注漿量為Q 1，注 漿壓力為P; 第三步、先行洞施工縱向鋼梁加固，包括： (1) 在隧道先行洞完成鋼拱架的施工后，在各排鋼拱架之間施作縱向鋼梁； (2) 將縱向鋼梁平置于鋼拱架之間，并保持腹板水平，將縱向鋼梁的突出腹板置于鋼拱 架翼緣之間，采用焊接方式在縱向鋼梁焊接端將縱向鋼梁和鋼拱架連接； 第四步、后行洞施工超前注漿強化加固，包括： (1) 隧道后行洞開挖前，根據(jù)先行洞超前注漿孔布設情況，沿開挖面和中夾巖的連接線 布設后行洞超前注漿孔； (2) 采用沖擊風鉆進行后行洞超前注漿孔鉆孔;鉆孔后徹底清孔，利用沖擊風鉆將后行 洞注漿小導管頂入后行洞超前注漿孔中，注入注漿漿液，其中：后行洞單管注漿量為Q 2，注 漿壓力為P; 第五步、后行洞施工縱向鋼梁加固，包括： (1) 在隧道后行洞完成鋼拱架的施工后，在各排鋼拱架之間施作縱向鋼梁； (2) 將縱向鋼梁平置于鋼拱架之間，并保持腹板水平，將縱向鋼梁焊接端的突出腹板置 于鋼拱架前后翼緣之間，在縱向鋼梁焊接端將縱向鋼梁和鋼拱架連接； 對于IV級、V級圍巖，所述后行洞中縱向鋼梁布設位置的確定方法與先行洞中縱向鋼梁 的布設位置確定方法相同； 對于I級、II級、III級圍巖，無需施作縱向鋼梁。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第一步中： 所述中夾巖為先行洞與后行洞之間、隧道內(nèi)側(cè)墻拱肩至拱腳部位，其中：先行洞為小凈 距隧道中先進行開挖的隧道，后行洞為小凈距隧道中后進行開挖的隧道； 所述中夾巖厚度D為先行洞與后行洞之間的距離，中夾巖高度H為隧道內(nèi)側(cè)墻拱肩至拱 腳的距離； 所述鋼拱架為小凈距隧道初期支護鋼拱架，鋼拱架間距Cl1為相鄰鋼拱架翼緣之間的距 離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第二步(1)中： 所述先行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間隔為I1，I1按下式計算： 1ι = α1 式中：α為布設間隔控制系數(shù)，在III級圍巖條件下α取1.0,在IV級圍巖條件下α取0.8， 在V級圍巖條件下α取0.6; 1為布設間隔基準值，取0.5m; 所述先行洞超前注漿孔沿隧道縱向布設間隔為I2，I2按下式計算： /；=V2/, 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第二步的(2)中： 所述先行洞超前注漿孔軸向水平且與隧道軸線成45° ; 所述先行洞超前注漿孔直徑大于先行洞注漿小導管外徑IOmm; 所述先行洞超前注漿孔孔深比先行洞注漿小導管長度Ld、20cm，其中=L1按下式計算： L1 = ^2βΟ 式中:β為折減系數(shù)，取值為0.8~0.9;D中夾巖厚度，m。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，所述先行洞注漿小導管的材質(zhì)為熱乳無縫鋼管； 所述先行洞注衆(zhòng)小導管的外徑為40~50mm、壁厚為4~6mm;在先行洞注衆(zhòng)小導管的管 尾IOcm處設置有一圓環(huán)鋼筋箍，其外徑為6mm;先行洞注漿小導管的端頭加工成圓錐形并封 焊密實，且保持管身順直； 沿所述先行洞注漿小導管的管身設置四排溢漿孔，溢漿孔孔徑為6mm，溢漿孔孔距為 12cm且呈梅花形排列；先行洞注漿小導管的后端40cm范圍內(nèi)不設溢漿孔。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第二步的(2)中： 所述注漿漿液選用超細水泥-水玻璃雙漿液，其中：漿液水灰比為1:1，水泥漿和水玻璃 體積比為2:1; 所述先行洞單管注漿量&按下式計算： Qi=nJiR2Liyi γ λ 式中：η為圍巖孔隙率;R為漿液擴散半徑，取0.711;1^為先行洞注漿小導管長度， 先行洞圍巖填充系數(shù)，取〇. 65; γ為注漿損耗系數(shù)，取1.1;λ為注漿量控制系數(shù)，在III級圍 巖條件下λ取1.0,在IV級圍巖條件下λ取0.85,在V級圍巖條件下λ取0.75; 所述注漿壓力P根據(jù)中夾巖的圍巖等級確定:在III級圍巖條件下P為l.OMPa，在IV級圍 巖條件下P為〇. 7MPa，在V級圍巖條件下P為0.5MPa。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第二步(1)中： 對于IV級圍巖，所述縱向鋼梁施作位置為拱腳處、距離拱腳0.3H和0.7H處;對于V級圍 巖，縱向鋼梁施作位置為拱腳處、距離拱腳0.2H、0.5H和0.9H處;對于I級、II級、III級圍巖， 無需施作縱向鋼梁； 所述縱向鋼梁的材質(zhì)為與鋼拱架型號相同的工字鋼，其腹板長度為相鄰鋼拱架腹板之 間的距離、翼緣長度為相鄰鋼拱架翼緣之間的距離。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第三步(2)中： 所述突出腹板為縱向鋼梁中超出兩側(cè)翼緣的腹板部分，其長度為〇.5d2; 所述縱向鋼梁焊接端為在縱向鋼梁兩端的突出腹板及翼緣端。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第四步(1)中： 所述后行洞超前注漿孔的環(huán)向布設位置與先行洞超前注漿孔交錯布設； 所述后行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間隔與先行洞超前注漿孔沿隧道環(huán)向布設間 隔相同； 所述后行洞超前注漿孔的縱向布設位置與先行洞超前注漿孔對稱。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第四步(2)中： 所述后行洞超前注漿孔軸向水平且與隧道軸線成45°; 所述后行洞超前注漿孔直徑大于后行洞注漿小導管外徑IOmm; 所述后行洞超前注漿孔孔深比后行洞注漿小導管長度LM、20cm，其中L2與先行洞注漿 小導管長度L1相同。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特 征在于，所述后行洞注漿小導管的材質(zhì)為熱乳無縫鋼管； 所述后行洞注衆(zhòng)小導管的外徑為40~50mm、壁厚為4~6mm;在后行洞注衆(zhòng)小導管的管 尾IOcm處設置有一圓環(huán)鋼筋箍，其外徑為6mm;后行洞注漿小導管的端頭加工成圓錐形并封 焊密實，且保持管身順直； 沿所述后行洞注漿小導管的管身設置四排溢漿孔，溢漿孔孔徑為6_;后行洞注漿小導 管的管身前端至〇. SL2范圍內(nèi)溢漿孔孔距為20cm，其余部位溢漿孔孔距為12cm且呈梅花形 排列;后行洞注漿小導管的后端40cm范圍內(nèi)不設溢漿孔。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同圍巖等級下的小凈距隧道中夾巖加固方法，其特征 在于，第四步(2)中： 所述后行洞單管注漿量Q2按下式計算： Q2=nJiR2L2y2 γ λ 式中：η為圍巖孔隙率;R為漿液擴散半徑，取0.711;L2為后行洞注漿小導管長度， 后行洞圍巖填充系數(shù)，取〇. 25; γ為注漿損耗系數(shù);λ為注漿量控制系數(shù)。
【文檔編號】E21D9/00GK105888674SQ201610312123
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】崔志剛, 郭銀波, 鄭劍鋒, 趙清濤, 沈水龍, 趙相浩, 張寧, 曾建新, 劉敬亮, 俞建強, 李鵬世, 崔成剛, 胡云鵬, 馮麗, 孫迪科, 陳鎏, 張立, 邢偉, 耿斌, 李鐵成, 張進, 程妍, 王海, 薛立麒, 聶幸慧, 李天池, 尹莉莉, 王江艷
【申請人】中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司, 中鐵十六局集團有限公司, 上海交通大學