[发明专利]一种适用于地下工程施工的岩层主动托换方法

说明书

本发明公开了一种适用于地下工程施工的岩层主动托换方法，按以下步骤进行：对岩层开挖，掘进第一段掌子面，并施做支护结构作为承力层，并在承力层上均匀地开设注浆孔；通过注浆孔对承力层与岩层之间进行注浆，以注浆压力的方式对岩层施加托举力，补偿应力损失，实现对位移的控制和岩层压力的主动托换；注浆层凝固，工程和及其周边既有建筑物无变形或变形满足要求，再沿着工程施工方向开挖下一段，并依此循环施工，完成整个工程的主动托换。本发明方法，适用于大多数地下工程施工过程的位移控制，通过主动托换岩层技术，减小了由于围岩扰动、应力释放过程所产生的位移，解决了施工过程中位移变形过大引起的地下工程及周边既有建筑物的安全性问题。

技术领域

本发明属于地下工程施工技术领域，具体的说，涉及一种适用于地下工程施工的岩层主动托换方法。

背景技术

随着二十一世纪国民经济的飞速发展和地面空间的日益紧缺，我国的地下工程建设发展迅猛。伴随着大量地下工程如火如荼的建设，变形控制一直是施工过程中的重点和难点，特别是对于埋深小于100m的地下工程。城市中此类地下工程若无法有效控制变形，过大的变形会直接影响地表，导致地表既有建筑物产生不均匀沉降，进而受力发生改变，最终导致既有建筑物失稳、破坏；若地下工程周围存在地下管线或其它既有地下工程，同样会产生不利影响。在山岭中的此类地下工程若无法有效控制变形，则很有可能产生地表塌陷，破坏农田和森林，影响生态环境。因此，面对当前大量在建和即将建设的地下工程，有效控制地下工程施工引起的有害变形是急需解决的问题。目前，对于地下工程施工过程中的位移控制措施主要分为被动控制和主动控制两类：

一类属于被动控制是增加地下工程结构自身或上部土层的刚度，被动地承受围岩压力，例如采用双层初期支护、超前管棚、超前注浆导管、高强度钢纤维喷混凝土等措施，这类措施虽然对地下结构变形能够起到一定的控制作用，但因为其被动支护的作用机理，对于开挖过程中受扰动，密实度减小的围岩，当其与支护结构相互作用被压密时所产生的位移，这类措施无法有效控制。例如，双层初期支护和高强度钢纤维混凝土等措施，虽然增加了支护刚度，但无法解决施工过程中对围岩的扰动，围岩与支护结构之间依然存在空隙，当在重力作用下这些空隙被压密所产生的位移是无法有效控制的；超前管棚或超前注浆导管等措施，虽然增强了洞室上方土层的刚度，但对于施工产生的位移只能被动接受，而无法人为补偿。同时，这类方法必然会增加工程成本和拖延工期。

另一类是主动控制位移的措施，例如地下工近接施工中常采用的桩基主动托换技术，即对被穿越建筑物受隧道施工影响较大的桩基实施托换处理，将这部分桩基所承受的上部结构物荷载，通过新构筑的托换结构传递给隧道施工影响范围以外的桩基上；但该技术应用范围窄，主要针对单一受影响的既有建筑，通常用于具有桩基的房屋或者桥梁，而无法适用于地下工程引起地表塌陷、破坏农田等无桩基的大规模变形失控现象；同时对于地下工程近接同类工程也无法施做桩基托换。此外，该技术对场地条件要求高，往往需要先施做辅助洞室，作为托换桩基的施工场地，因此施工工期长，投资成本大，难以大面积推广。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于地下工程施工的岩层主动托换方法，能够有效地主动控制岩层位移，而且施工工序更加简化、成本更低，现场操作方便，不负面影响施工工期。

本发明目的是这样实现的：一种适用于地下工程施工的岩层主动托换方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)对地下工程所在岩层进行开挖，掘进第一段掌子面，并施做支护结构作为承力层，并在承力层上均匀地开设注浆孔；支护结构以工厂预制、现场拼装为主，工厂化预制可以保证支护结构具有足够的刚度，满足工程精度要求，保证了承力层能够承受注浆压力。

(2)所述承力层达到设计的强度和刚度后，通过注浆孔对承力层与岩层之间进行注浆，通过现场实测或计算得到原岩应力，初步设置注浆压力大小，以注浆压力的方式对岩层施加托举力，补偿应力损失，并在承力层与岩层之间形成一层全覆盖或部分覆盖的注浆层作为主动补偿层，实现对位移的控制和岩层压力的主动托换；