[发明专利]隧道软岩大变形段施工工艺

摘要

隧道软岩大变形段施工工艺涉及隧道施工工艺。主要是为解决目前大变形段施工极易发生危险等情况而发明的。采用TSP加上地质雷达的方法和超前地质钻探法加上加深炮孔探测的方法进行超前地质预报；施工超前中管棚的过程是：布孔、成孔、插管、封口、注浆；施工超前小导管的过程是：布孔、成孔、插管、封口、注浆；然后进行初期支护，措施主要有：中空锚杆、砂浆锚杆、钢筋网片与钢架；最后喷射混凝土。优点是可保证施工安全和质量，施工工期短。

主权项

1.隧道软岩大变形段施工工艺，其特征是：一，超前地质预报：采用TSP+地质雷达的物探法和超前地质钻探法+加深炮孔探测的超前钻探法；TSP：软弱、破碎地层或岩溶发育区，每次预报距离为100‑120m，前后两次搭接长度10m以上；岩体完整的硬质岩层地区每次预报距离为120‑150m，搭接长度不小于10m；地质雷达法：地质雷达探测主要用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层不均匀体的探测，每25m一次，一次范围为30m，前后两次搭接长度5m以上；超前地质钻孔：拟采用冲击钻和回转取芯，验证中近距离物探超前探测存在异常的地段，钻孔直径采用ф89.活动断裂带超前探测长度80‑100m，搭接长度不小于10m，其余地段超前探测长度不小于30m，前后两次搭接长度不小于5m，钻孔是否取岩芯根据不同地质条件和探测目的确定；加深炮孔：即加深炮孔超前探测，利用在隧道开挖工作面上钻小径浅孔获取地质信息的一种方法，每一循环钻设炮孔时布设3‑20个加深炮孔，较循环进尺加深3m以上作为探测孔；二，具体施工方案：(1)、超前中管棚：超前支护是保证围岩稳定，开挖施工安全的主要措施，是保证顺利开挖的关键工序，沿着开挖轮廓线，以5～7°外插角，向开挖面前方打入钢管、注浆，形成对开挖面前方围岩的预支护；导管采用规格Φ76mm热轧无缝钢管，壁厚6mm，单根长6m；管棚前端加工成尖端，管体钻设透浆孔，孔径6‑8mm，孔间距10～20cm，梅花形布置，外插角度5°～7°导管尾端0.3米范围不钻孔，管尾焊接φ8mm加劲箍；a布孔：根据中管棚的施工设计和开挖断面的中线，沿拱顶外轮廓线中心高程和支距进行布孔放样，并以插钎作为标记控制中管棚的间距；b成孔：首先架设方向架，确定打孔方向、位置和仰角，采用管棚机成孔，钻孔方向要求顺直，不得弯曲和塌孔,孔径与钢管直径配套，不大于50mm，孔深视管棚长度确定；钢管与隧道轴线平行以设计仰角5°～7°打入拱部围岩，钢管环向间距40cm；c插管：安设中管棚时要求对准管孔的方向和角度，使用管棚机将导管推入，并力求管棚尾端在同一剖面且外露长度以小于30cm为宜；d封口：喷混凝土10～15cm厚度，对管尾周围加强封闭；e每打完一排中管棚注浆后，开挖拱部及施作径向系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土并立钢拱架，初期支护完成后，按设计再打下一排导管并注浆，每排间搭接长度大于2.0m；注浆：注浆顺序由下而上，注浆采用单管或多管并联注浆，浆液由稀到浓逐级变换，先稀后浓，注浆完后，立即堵塞孔口，防止浆液外流；注浆方式：注浆选用TBW‑250注浆泵注浆；注浆孔的钻进：施工采用管棚机钻孔，顶管时注意保护钢管尾部不被损坏，以便与高压注浆管连接，打入围岩长度为6m，并将其与工字钢钢架焊接在一起；注浆管的安装：在预定的位置，用沾有CS胶泥的麻丝缠绕成不小于孔径的纺锤形柱塞，把管子插入孔内，带好丝扣保护帽，再用冲击设备把管子打入到要求的深度，使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧，然后再用CS胶泥填充孔口；为把水挤排到外围，压浆顺序为：先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔；注浆压力控制：注浆压力以孔口压力表显示的值为准，通过注浆泵控制调节，当管路阻力≤0.2MPa时，略去阻力损失，而由泵压来监控，根据泵压与油压的关系设定油压值，确保注浆过程安全方便；注浆泵量的控制：泵量大小根据地层吸浆率或吸水率或钻孔出水量确定，在无水孔采用先压注单液水泥浆或清水的方法来测定钻孔的吸浆率；在有水时，依据钻孔出水量和泵能力确定泵量：要求泵量不小于出水量，但当出水量大于泵的最大排量时，应在使泵满足要求的配比条件下，尽可能用大泵量注浆；注浆结束采用单孔结束标准：注浆压力逐步升高，当达到设计终压并稳定10min，注浆量不小于设计注浆量的80％，进浆速度为开始进浆速度的1/4.采用定压注浆，当注浆压力达到或接近设计终压值时，结束注浆，而当注浆压力接近或达到设计终压的80％，如出现圈套的漏浆，经间歇注浆后，结束注浆；注浆异常现象处理：a发生串浆现象，即液浆从其他孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔注浆；b浆液压力突然升高，可能发生了堵管，停机检查；c浆液注浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满；(2)、超前小导管：沿着开挖轮廓线，以10～15°外插角，向开挖面前方打入钢管、注浆，形成对开挖面前方围岩的预支护；导管采用规格Φ42mm热轧无缝钢管，壁厚3.5mm，单根长3.5m—4.0m，导管前端加工成尖端，管体钻设透浆孔，孔径6‑8mm，孔间距10～20cm，梅花形布置，外插角度10°～15°导管尾端0.3米范围不钻孔；导管采用风枪钻孔后插入、人工或机械外力击入或正顶入均可；施工流程：a布孔：根据小导管的施工设计和开挖断面的中线，沿拱顶外轮廓线中心高程和支距进行布孔放样，并以插钎作为标记控制小导管的间距；b成孔：首先架设方向架，确定打孔方向、位置和仰角，采用钻孔台车成孔，钻孔方向要求顺直，不得弯曲和塌孔，孔径与钢管直径配套，不大于50mm，孔深视小导管长度确定；钢管与隧道轴线平行以设计仰角10°～15°打入拱部围岩，钢管环向间距40cm；c插管：安设小导管时要求对准管孔的方向和角度，必要时使钻孔台车将导管推入；d封口：喷混凝土10～15cm厚度，对管尾周围加强封闭；e每打完一排小导管注浆后，开挖拱部及施作径向系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土并立钢拱架，初期支护完成后，按设计再打下一排导管并注浆，每排间搭接长度大于1.0m；注浆：注浆顺序由下而上，注浆采用单管或多管并联注浆；浆液由稀到浓逐级变换，先稀后浓，注浆完后，立即堵塞孔口，防止浆液外流；注浆方式：注浆选用TBW‑250注浆泵注浆，考虑单管注浆量较小，采用孔口混合器全孔一次压注；浆液制备：水泥浆使用水泥净浆搅拌器造浆，并用专门的储浆筒存放；注浆孔的钻进：施工采用风动凿岩机钻孔，专用顶头顶入，顶管时注意保护钢管尾部不被损坏，以便与高压注浆管连接，打入围岩长度为3.5m—4m，并将其与工字钢钢架焊接在一起；注浆管的安装：采用管身带孔，一端为尖头的钢花管作注浆管；注浆管的安装方法是：在预定的位置，用沾有CS胶泥的麻丝缠绕成不小于孔径的纺锤形柱塞；把管子插入孔内，带好丝扣保护帽，再用冲击设备把管子打入到要求的深度，使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧；然后再用CS胶泥填充孔口；为把水挤排到外围，压浆顺序为：先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔；注浆压力控制：注浆压力以孔口压力表显示的值为准，通过注浆泵控制调节，当管路阻力≤0.2MPa时，略去阻力损失，而由泵压来监控，根据泵压与油压的关系设定油压值，确保注浆过程安全方便；注浆结束标准：在正常情况下，采用定压注浆；当注浆压力达到或接近设计终压值时，结束注浆；而当注浆压力接近或达到设计终压的80％，如出现圈套的漏浆，经间歇注浆后，结束注浆；注浆异常现象处理：a发生串浆现象，即液浆从其他孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔注浆；b浆液压力突然升高，可能发生了堵管，停机检查；c浆液注浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满；(3)、初期支护：系统支护措施主要有：喷射混凝土、中空锚杆、砂浆锚杆、钢筋网片与钢架；隧道开挖后，首先立即初喷3～5cm厚的混凝土；待出碴完毕再按设计要求施作锚、网、钢支撑联合支护，并喷射混凝土至设计厚度；砂浆锚杆施工方法：利用风动凿岩机钻孔，锚杆孔位与岩面垂直，与设计孔位偏差±150mm，钻孔深度的允许误差±50mm；钻孔后用高压风清除孔内石屑，然后安装锚杆，插入长度不小于设计长度的95％；成孔后用高压风清孔后，先将内径4～5mm，壁厚1～1.5mm的软塑料排气管同锚杆一起送入钻孔至孔底，并在孔外留0.5m的富余长度，然后将注浆管固定在孔口位置，并将锚杆孔口堵塞，确认排气管畅通后，采用双管排气法注浆，直到排管气不排气或溢出稀浆时停止，拔出排气管，待砂浆达到强度后安装垫板拧紧螺帽；中空注浆锚杆施工方法：a钻孔：中空锚杆钻孔方法同砂浆锚杆钻孔方法；b锚杆安设：钻孔完毕，安装锚杆前，先用高压风清洗锚杆孔内石屑，再将中空锚杆插入锚杆孔，锚杆插入深度应符合设计规定，锚杆外露10～20cm，以便于与压浆机出浆管连接；c压浆：压浆前，锚杆孔处预装锚杆专用止浆塞，压浆时，锚杆头与注浆机出浆管连接，开始压浆；当孔内水泥浆压满后，立即顶紧止浆塞，防止浆液流出；d垫板安装：压浆完毕，待达到额定强度后，开始安装锚杆专用垫板，拧紧螺帽，垫板应保证与支护面岩面密贴；(4)、加工钢筋网；(5)、钢支撑施工：钢架支撑采用型钢钢架和格栅拱架2种；钢支撑作为刚性拱架，支撑的刚度和强度大，可作临时支撑并单独承受较大的围岩压力，在软弱破碎围岩中需要立即承载的场合使用；钢支撑加工制作：钢支撑按设计尺寸焊接制作，制作时保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，根据设计尺寸在钢拱架冷弯机上先试加工1‑2片，加工时调整千斤顶检验钢拱架半径满足设计要求后，将千斤顶固定，进行批量生产加工；冷弯完成的钢支撑，在实地放样的地坪上进行现场拼装，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢固，保证钢拱架不扭曲，尺寸满足设计要求；钢支撑安装：钢架按设计要求安装，安装允许偏差应满足规范要求，安装后利用锁脚锚管定位；超挖较大时，拱背喷填与初支同级混凝土，以使支护与围岩密贴，控制围岩变形的进一步发展，两排钢架间用连接钢筋拉杆纵向连接牢固，以便形成整体受力结构；(6)、喷射混凝土：施工方法：喷射前将岩面的松动石块进行清理，并埋设喷层厚度控制标志钉，每1～2m设一根；混凝土用混凝土湿喷站集中拌合，拌和料采用混凝土专用输送车运送到作业点；喷射混凝土施工分初喷和复喷二次进行，初喷在开挖完成后立即进行，以尽早封闭岩面，防止表层剥落；复喷混凝土在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成联合支护体系，以抑制围岩变形；钢架间用混凝土喷平，保护层不得小于4cm；混合料要随拌随喷，供料连续；喷射作业分段、分片、分层，由下而上依次进行；分层喷射时，后一层应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝后1h再行喷射，需先用风水清洗喷层面；喷射机工作风压稳定，喷头与受喷面的距离保持在0.6～1.5米范围内，喷射的角度最好保持与受喷面垂直，喷头操作应连续不断地做圆周运动，并形成螺旋状，喷射混凝土终凝3h后方可进行下一循环作业。