[发明专利]倾斜隧道的超前支护和挖掘方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其涉及一种倾斜隧道的超前支护和挖掘方法。

背景技术

地铁、公路、铁路、水利水电等工程建设中经常需要修建隧道工程。除了需要挖掘水平或近似水平的隧道外，还需要挖掘倾斜隧道；例如地铁进出站的楼梯通道、铁路隧道的斜井和水电地下厂房的压力管道等。

当需要对待挖掘的倾斜隧道进行逆坡仰挖（即从倾斜隧道的底端开始沿隧道延伸方向挖掘）时，施工人员通常利用竖井等通道挖掘到待挖掘的倾斜隧道的底端位置；确定出待挖掘的倾斜隧道的掌子面，本文中的掌子面是指挖掘隧道过程中，沿隧道延伸方向推进且垂直于水平面的挖掘面；从待挖掘的倾斜隧道的掌子面处开始沿倾斜隧道的延伸方向，施作超前锚杆、超前管棚等超前支护。

基于超前支护，经常采用CRD（CRoss Diaphragm，交叉中隔壁）法对待挖掘的倾斜隧道进行挖掘。一种CRD法包括：设计人员将待挖掘的倾斜隧道的掌子面划分成若干个待挖掘的导洞的掌子面；对于一个待挖掘的导洞，该导洞的掌子面如图1所示，本文将该导洞掌子面轮廓线与水平面相交的两个相距最远的点之间的距离作为该导洞的跨度，将该导洞掌子面顶点所在水平面与最低点所在水平面之间的垂直距离作为该导洞的高度；施工人员逐个开挖待挖掘的导洞，施作导洞之间的中隔壁等临时支护；各待挖掘的导洞沿倾斜隧道的延伸方向均挖掘设定步距后，拆除导洞之间的中隔壁；之后，施作其它结构。

然而，对于待挖掘的倾斜隧道，在对其待挖掘的导洞进行逆坡仰挖的过程中，时常出现该导洞当前的掌子面滑塌的现象；对处于掌子面下方的施工人员和设备的安全造成严重威胁。

本发明的发明人发现，对于待挖掘倾斜隧道，其掌子面的现有的超前支护通常大部分位于掌子面的拱顶部处，主要是为了减缓或避免拱顶部之上的围岩的沉降；或者，现有的超前支护沿待挖掘的倾斜隧道的掌子面轮廓线围成封闭的环形，主要是为了防水；即现有的超前支护没有为增强待挖掘倾斜隧道中待挖掘导洞的掌子面的稳定性而作专门设计；从而导致在对待挖掘导洞进行逆坡仰挖时，待挖掘导洞的掌子面稳定性较差，很容易发生滑塌。

本发明的发明人还发现，对于待挖掘的倾斜隧道，其待挖掘导洞的掌子面的重力沿导洞底面的顺坡方向产生一个分力，该分力容易导致掌子面滑塌。然而，待挖掘的倾斜隧道的导洞高度和跨度通常是分别直接套用待挖掘的水平隧道的导洞高度和跨度，而待挖掘的水平隧道的导洞高度和跨度往往数值较大，导致待挖掘的倾斜隧道中待挖掘导洞的掌子面的面积较大、自重较大，掌子面的重力沿待挖掘导洞底面的顺坡方向的分力也较大，容易造成待挖掘的导洞的掌子面产生滑塌。

综上所述，采用现有的施工方法对待挖掘的倾斜隧道进行逆坡仰挖，具有待挖掘的倾斜隧道中待挖掘导洞掌子面的稳定性不高的缺陷。因此，有必要提供一种可以提高待挖掘倾斜隧道中待挖掘导洞的掌子面的稳定性的超前支护和挖掘方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种倾斜隧道的超前支护和挖掘方法，以提高待挖掘的倾斜隧道中待挖掘导洞的掌子面的稳定性。

本发明的技术方案根据一个方面，提供了一种倾斜隧道的挖掘方法，包括：

对于待挖掘的倾斜隧道，从其待挖掘的导洞的掌子面处，根据设定的注浆孔间距打设注浆孔；

向所述注浆孔中注入浆液后，形成所述掌子面的超前支护；

根据设计的导洞高度和跨度，从所述掌子面处挖掘设定步距的导洞；

其中，所述注浆孔间距是根据所述导洞高度和跨度预先确定的。

较佳地，在所述根据设定的注浆孔间距打设注浆孔之前，还包括：

根据所述导洞高度，计算出所述超前支护处符合掌子面稳定性要求的围岩的强度参数；其中，所述围岩的强度参数具体包括：黏聚力、内摩擦角；

根据预先获得的注浆孔间距与围岩的强度参数之间的关系，确定出所述符合掌子面稳定性要求的所述围岩的强度参数所对应的注浆孔间距，作为所述设定的注浆孔间距。

较佳地，所述根据所述导洞高度，计算出所述超前支护处符合掌子面稳定性要求的围岩的强度参数，具体包括：

根据所述导洞高度h，以及如下公式4计算出使得稳定性系数k_min大于稳定性阈值p的黏聚力c、内摩擦角

（公式4）

公式4中，γ表示所述掌子面的顶点上部的覆土层的容重，H_max表示在对待挖掘的倾斜隧道进行自下而上挖掘前，所述倾斜隧道起始处的横截面的顶点上部的覆土层的厚度；