[发明专利]适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构及其施工方法，组合支护结构包括超前支护，隧道钢拱架和锚喷网联合支护；超前支护包括有多个垂直打设于掌子面上的掌子面纤维锚杆、多节超前小导管支护和注浆加固区域，多个掌子面纤维锚杆完全覆盖掌子面，每节超前小导管支护由多根超前小导管组成且沿隧道开挖方向的搭接长度不小于1m或1/4L_导管，每节超前小导管支护即多根超前小导管打设于隧道掌子面拱部上120°范围内，注浆加固区域为对掌子面纤维锚杆和超前小导管设置区域的掌子面围岩进行注浆形成的区域。本发明有效保证掌子面稳定、防治开挖面溜塌且有效控制支护变形的组合支护结构，保证施工安全，提高施工效率。

技术领域

本发明涉及隧道支护结构领域，具体是一种适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构及其施工方法。

背景技术

碎屑片岩地层围岩破碎、粘聚力低，自稳能力极差，开挖后如果支护不当极易出现开挖面及掌子面坍塌、溜塌现象，支护变形过大以及支护结构失稳，严重影响隧道的施工质量和运营安全。

目前碎屑片岩深埋隧道依旧采用传统的“超前支护+钢拱架+喷射混凝土+锚杆”初期支护形式，且无针对的支护参数确定计算方法，该支护结构在实际施工中往往无法保证开挖面及掌子面的稳定，经常发生溜塌及支护变形过大等现象，威胁施工安全且极大降低施工效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构及其施工方法，有效保证掌子面稳定、防治开挖面溜塌且有效控制支护变形的组合支护结构，保证施工安全，提高施工效率。

本发明的技术方案为：

适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，包括超前支护，隧道钢拱架和锚喷网联合支护；所述的超前支护包括有多个垂直打设于掌子面上的掌子面纤维锚杆、多节超前小导管支护和注浆加固区域，掌子面纤维锚杆和超前小导管均打设于掌子面后待开挖隧道围岩区域，且多个掌子面纤维锚杆完全覆盖掌子面，每节超前小导管支护由多根超前小导管组成且沿隧道开挖方向的搭接长度不小于1m或1/4L_导管，所述的L_导管为导管长度，每节超前小导管支护即多根超前小导管打设于隧道掌子面拱部上120°范围内，所述的注浆加固区域为对掌子面纤维锚杆和超前小导管设置区域的掌子面围岩进行注浆形成的区域，将注浆浆液注入围岩中，依靠注浆压力使浆液向围岩的裂隙扩散形成注浆加固区域；所述的相邻掌子面纤维锚杆之间的间距为200mm，掌子面纤维锚杆打设长度为L，H为掌子面开挖高度，为计算摩擦角，为围岩摩擦角，c为围岩内聚力，p为隧道开挖出围岩竖向应力，所述的相邻超前小导管之间的环向间距为200mm，外插角度即超前小导管与水平面的角度大于0°且小于所述的隧道钢拱架靠近围岩的翼缘板其上端面上均加焊弧形钢垫板，所述的弧形钢垫板与翼缘板的弯曲弧度一致且紧贴加焊于对应翼缘板的上端面上，所述的弧形钢垫板的宽度大于翼缘板宽度。

所述的掌子面纤维锚杆选用直径为22mm的超长纤维锚杆。

所述的超前小导管为φ42mm热轧无缝钢管，长度为L_导管，其中，k为经验系数，根据碎屑片岩地层施工经验，k取值范围为2.0-3.0。

所述的弧形钢垫板的宽度为钢拱架翼缘板宽度的2-4倍。

所述的弧形钢垫板超出翼缘板宽度的部分上开设有穿孔，所述的多个超前小导管的端部穿入弧形钢垫板的穿孔内且焊接在弧形钢垫板上。

所述的锚喷网联合支护包括有系统锚杆、喷射混凝土层和金属网，所述的钢拱架、金属网均设置于喷射混凝土层中，所述的系统锚杆采用中空注浆锚杆，相邻系统锚杆之间的间距为1-1.2m，系统锚杆采用梅花形布置，系统锚杆实际打设长度为L_锚杆，L_锚杆＝(1.5-2)l_锚杆，l_锚杆为理论计算锚杆长度，r₀为隧道开挖半径，为围岩摩擦角，p为围岩压力。