專利名稱：一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法
一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法[技術領域]
本發明涉及地下構筑物施工方法，具體是用于黃土含水地質硐室的噴射混凝土支護施工方法。[背景技術]
目前，含水軟弱破碎圍巖地質硐室施工，一般采用管棚預注漿、錨桿、鋼拱架聯合初期支護施工技術的施工方法。然而，就具體在含水黃土地質中開挖隧道，缺點是，采用管棚預注漿及先施工錨桿，兩道施工工序均會破壞原含水黃土結構，開挖面長時間暴露松弛， 多次擾動切割具有垂直節理的黃土，嚴重降低了黃土隧道開挖面上黃土的自穩能力。加之， 錨桿施工需要占用一定時間，封閉圍巖周期較長。往往造成圍巖掉塊形成局部空腔，輕則增加初期噴射混凝土數量，工程成本增加；重則隧道拱頂下沉垮塌，或隧道整體落拱，造成工程事故。由于該地質施工時需開挖弧形導坑，預留核心土，造成錨桿施工困難；鋼拱架側向噴射混凝土不密實，有時有小的局部空腔。
一般有垂直構造節理黃土含水地質中，管棚施設會切割柱狀黃土，同時黃土中的潛水會沿管棚管外壁聚集，局部含水量增大，黃土強度降低，粘結力下降，該粘結力小于土塊自重時，黃土硐室凌空面將坍塌。[發明內容]
本發明的目的是解決，控制初期支護拱頂下沉、防止安裝錨桿時擾動黃土造成黃土垮塌、減少噴射混凝土量及提高鋼拱架周圍混凝土密實度保證結構耐久性問題，提供一種能使支護施工更加安全穩定的施工方法。
為實現上述目的設計一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，包括硐體結構、管棚施工步驟、超前小導管施工步驟、鎖腳錨管施工步驟、系統錨桿施工步驟、壓注水泥漿施工步驟，其特征在于施工時將硐體分為上部拱體、中部核心土、腰部拱墻體和底部仰拱體，局部降低黃土含水量，在硐室內建設上部拱體開挖臨時支護受力體系、預留錨桿孔， 所述的方法主要包括如下步驟，
步驟一對所述硐體進行管棚施工步驟，在建設后的管棚位置下方安裝1榀鋼拱架，管棚位置處鉆若干管棚管孔，將預先在管棚管壁上打有若干小孔，并在管棚管內填充有吸水劑的管棚管插入所述管孔中，管棚管末端與鋼拱架焊接，每施工5 9榀鋼拱架，施工 1組管棚管，形成上部拱體開挖臨時支護受力體系；
步驟二 對所述硐體進行超前小導管施工步驟，在小導管上開設若干小孔，用吸水劑替換小導管中的注漿，每施工3 5榀鋼拱架，施工1組小導管，小導管末端與鋼拱架焊接，形成上部拱體開挖臨時支護受力體系；
步驟三對所述硐體上拱部進行弧形開挖，預留拱部核心土支撐掌子面；
步驟四立設鋼拱架5 9榀或3 5榀；
步驟五初次噴射混凝土并安裝預留錨桿孔芯棒，然后掛設鋼筋網；
步驟六對所述的鋼拱架進行鎖腳錨管安裝施工，先鉆孔，然后將預先在錨管壁上開設有若干小孔，并在管內填充吸水劑的鎖腳錨管安裝入孔內，與鋼拱架焊接固定；
步驟七二次復噴混凝土，預留錨桿孔成型；
步驟八對硐室進行系統錨桿安裝施工，然后再次噴混凝土至覆蓋鋼拱架3 5 cm ；
步驟九密實壓注水泥漿。
步驟十對腰部開挖2 3米，腰部拱墻體上掛設鋼筋網、立設鋼拱架，錨噴混凝土 ；然后對底部仰拱進行開挖2 3米，掛設鋼筋網、立設鋼拱架，噴射混凝土，二次模筑混凝土填充仰拱，然后對整個拱墻進行二次鋼筋混凝土襯砌。
所述的安設鋼筋網的具體步驟為，在混凝土上掛設200X200mm網格的鋼筋網，將鋼筋網點焊接在鋼拱架的背后。
所述的預留錨桿孔施工的具體步驟是，在噴射混凝土前預設錨桿孔芯棒，然后在混凝土成型以后拔出所述的芯棒。
所述的系統錨桿施工具體步驟是，以預留的錨桿孔作為導向鉆錨桿孔，然后安裝錨桿、錨桿尾部與鋼拱架焊接。沿鋼拱架在隧道開挖前進方向側預埋注漿管并臨時封堵，完成噴射混凝土找平后，當混凝土強度在90%及以上時，壓注水泥漿。
所述的吸水劑是生石灰等吸水材料。
本發明同現有技術相比具有以下優點
管棚注漿改為預填充吸水劑，吸收含水黃土的部分潛水，防止黃土中潛水沿管外壁聚集。減少因施工擾動含水黃土泌水，可適當提高管棚周邊黃土的強度和粘結力，提高黃土的自穩能力，提高圍巖穩定性；
預留錨桿孔除了可以方便施工、精準安裝錨桿，減少黃土掉塊、垮塌外，還可以使硐室開挖噴錨混凝土初期支護的受力體系更趨近合理，保證了黃土成拱效應。
初期支護噴射混凝土背后沿鋼拱架壓注水泥漿，提高結構與圍巖間密實度。鋼筋混凝土初期支護結構體系受力趨向均勻合理，整體穩定性提高，混凝土結構耐久性有保證。 防止初期支護噴射混凝土拱部整體沉落。[
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圖1是本發明的施工橫斷面圖2是本發明的鋼拱架節點詳圖3是本發明的施工縱斷面圖4是本發明的施工平面圖中1.系統錨桿2.小導管(管棚管)3.鋼筋網4.注漿管5.鋼拱架6.預留錨桿孔芯棒7.黃土 8.混凝土 9.鎖腳錨管10.上部拱體二次襯砌混凝土 11.隧底填充混凝土。[具體實施方式
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結合附圖對本發明做進一步說明，這種裝置的制造技術對本專業的人來說是非常清楚的。
實施例
A、對所述硐體進行管棚施工步驟，在建設后的管棚位置下方安裝1榀鋼拱架，管棚位置處鉆若干管棚管孔，將預先在管棚管壁上打有若干小孔，并在管棚管內填充有吸水劑的管棚管插入所述管孔中，管棚管末端與鋼拱架焊接，每施工5 9榀鋼拱架，施工1組管棚管，形成上部拱體開挖臨時支護受力體系；
管棚法或稱傘拱法，是地下結構工程淺埋暗挖時的超強支護結構。其實質是在擬開挖的地下隧道或結構工程的襯砌拱圈隱埋弧線上，預先鉆孔并安設慣性矩較大的厚壁鋼管，起臨時超前支護作用，防止土層坍塌和地表下沉，以保證掘進與后續支護工藝安全運作。
管棚鉆機是管棚法施工技術中最關鍵的設備，它的作用是沿著隧道斷面外輪廓超前鉆進并安設管棚管。
B、對所述硐體進行超前小導管施工步驟，在小導管上開設若干小孔，用吸水劑替換小導管中的注漿，在建設后的小導管位置下方安裝1榀鋼拱架，小導管位置處，鉆若干小導管管孔，將所述的小導管插入所述管孔中，每施工3 5榀鋼拱架，施工1組小導管，小導管末端與鋼拱架焊接，形成上部拱體開挖臨時支護受力體系；
超前小導管的制作一般采用直徑38 50mm的無縫鋼管制作，滿足承受上部土體荷載為宜。在小導管的前端做成約IOcm長的圓錐狀，在尾端焊接直徑6 8mm鋼筋箍。距后端IOOcm內不開孔，剩余部分按20 30cm梅花形布設直徑6mm的溢漿孔。
小導管注漿是淺埋暗挖隧道支護的一種措施。在軟弱、破碎地層中鑿空后極易坍塌，且施作超前錨桿比較困難或者結構斷面較大時，應采取超前小導管支護。超前小導管支護必須配合鋼拱架使用。小導管注漿支護的一般原則如下鋼管直徑30-50mm鋼管長3-5m， 鋼管鉆設孔其間距為100-150mm，鋼管沿拱的環向布置間距為300-500mm.鋼管沿拱的環向外插角為5° -15°，小導管是受力桿件，因此兩排小導管在縱向應有一定搭接長度，鋼管沿隧道縱向的搭接長度一般不小于lm。導管安裝前應將工作面封閉嚴密、牢固，清理干凈， 并測放出鉆設位置后方可施工.
采用小導管加固時，為保證工作面穩定和掘進安全，應確保小導管安裝位置正確和足夠的有效長度，嚴格控制好小導管的鉆設角度。用作小導管的鋼管鉆有注漿孔，以便向土體進行注漿加固，也有利于提高小導管自身剛度和強度。
小導管在隧道開挖時承受地層的壓力，為保證灌漿質量防止漏漿，小導管的尾部需設置封堵孔。
C、硐體拱部弧形導坑開挖0.5米左右，預留核心土支撐掌子面；
D、立設鋼拱架5 9榀或3 5榀，安裝預留錨桿孔芯棒，初噴混凝土 ；
E、掛鋼筋網(@20(^200mm網格)，鋼筋網點焊在鋼拱架背后；
F、安裝鎖腳錨管，將管壁打孔，管內充填吸水劑鎖腳錨管打入土中，并與鋼拱架拱腳連接固定；
G、復噴混凝土，厚度以接近覆蓋鋼拱架為宜；
H、以預留錨桿孔作為導向鉆錨桿孔、安裝系統錨桿、尾部與鋼拱架焊接固定；采用可拔芯棒預留錨桿孔，錨桿安裝速度快、位置精準，與鋼拱架連接可靠。
通俗地解釋，系統錨桿就是為保證地下洞室圍巖、地面邊坡、地基的穩定安全而采5用的一種錨固措施，一般是全開挖面網格布設，系統錨桿有多種類型，錨桿縱、橫間距一般為1. 5 2m，直徑一般多在20mm以上，單根錨桿的抗拔力一般大于5t以上。系統錨桿一般與開挖面上的噴混凝土層同時采用，聯合受力。有時也可采用D25的中空注漿錨桿代替。
I、沿鋼拱架隧道開挖前進方向側預埋注漿管并臨時封堵；
J、復噴混凝土找平；
K、初期支護噴射混凝土強度達到90%及以上時，壓注水泥漿
L、對腰部開挖(左右側跳馬口開挖，長度2_3m)，腰部拱體上掛設鋼筋網、立設鋼拱架，錨噴混凝土 ；然后對底部仰拱進行開挖(左右側跳馬口開挖，長度2-3m)，混凝土噴射，二次襯砌混凝土模筑填充仰拱、然后對腰部及以上的拱體進行二次混凝土襯砌。
鎖腳錨管內預充填了生石灰(或其它)吸水劑，施工時段局部降低黃土的含水量， 提高黃土強度，增加其自穩能力；硐室開挖后先噴射一定厚度混凝土，顯著縮短了開挖面黃土暴露時間，硐室開挖凌空面得到有效支護后再施工錨桿，減少對圍巖的擾動，有效防止洞頂拱部黃土松弛掉塊，減少初期支護噴射混凝土量，提高鋼筋混凝土初期支護工程質量。
實施例二，如圖1 4所示
I、上弧形導坑開挖，一般為0. 5m，及時施工拱部初期支護；
II、拱部掛鋼筋網，立設鋼拱架，初噴混凝土 ；
III、開挖核心土，安裝系統錨桿，二次噴混凝土至標準；
IV、腰部開挖(左右側跳馬口開挖，長度2_3m)；
V、腰部拱墻掛鋼筋網，立設鋼拱架，錨噴混凝土 ；
VI、仰拱開挖(左右側跳馬口開挖，長度2_3m)；
VII、仰拱掛鋼筋網，立設鋼拱架，噴混凝土 ；
VIII、仰拱填充，混凝土模筑；
IX、拱墻部分二次混凝土模筑襯砌。
權利要求
1.一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，包括硐體結構、管棚施工步驟、超前小導管施工步驟、鎖腳錨管施工步驟、系統錨桿施工步驟、壓注水泥漿施工步驟，其特征在于施工時將硐體分為上部拱體、中部核心土、腰部拱墻體和底部仰拱體，局部降低黃土含水量，在硐室內建設上部拱體開挖臨時支護受力體系、預留錨桿孔，所述的方法主要包括如下步驟，步驟一對所述硐體進行管棚施工步驟，在建設后的管棚位置下方安裝1榀鋼拱架，管棚位置處鉆若干管棚管孔，將預先在管棚管壁上打有若干小孔，并在管棚管內填充有吸水劑的管棚管插入所述管孔中，管棚管末端與鋼拱架焊接，每施工5 9榀鋼拱架，施工1組管棚管，形成上部拱體開挖臨時支護受力體系；步驟二 對所述硐體進行超前小導管施工步驟，在小導管上開設若干小孔，用吸水劑替換小導管中的注漿，在建設后的小導管位置下方安裝1榀鋼拱架，小導管位置處，鉆若干小導管管孔，將所述的小導管插入所述管孔中，每施工3 5榀鋼拱架，施工1組小導管，小導管末端與鋼拱架焊接，形成上部拱體開挖臨時支護受力體系；步驟三對所述硐體上拱部進行弧形開挖，預留拱部核心土支撐掌子面； 步驟四立設鋼拱架5 9榀或3 5榀； 步驟五初次噴射混凝土并安裝預留錨桿孔芯棒，然后掛設鋼筋網； 步驟六對所述的鋼拱架進行鎖腳錨管安裝施工，先鉆孔，然后將預先在錨管壁上開設有若干小孔，并在管內填充吸水劑的鎖腳錨管安裝入孔內，與鋼拱架焊接固定； 步驟七二次復噴混凝土，預留錨桿孔成型；步驟八對硐室進行系統錨桿安裝施工，然后再次噴混凝土至覆蓋鋼拱架3 5cm ； 步驟九密實壓注水泥漿。
2.如權利要求1所述的一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，其特征在所述的方法還包括如下步驟，步驟十對腰部開挖2 3米，腰部拱墻體上掛設鋼筋網、立設鋼拱架，錨噴混凝土 ；然后對底部仰拱進行開挖2 3米，掛設鋼筋網、立設鋼拱架，噴射混凝土，二次模筑混凝土填充仰拱，然后對整個拱墻進行二次鋼筋混凝土襯砌。
3.如權利要求1或2所述的一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，其特征在于所述的安設鋼筋網的具體步驟為，在混凝土上掛設200 X 200mm網格的鋼筋網，將鋼筋網點焊接在鋼拱架的背后。
4.如權利要求1或2所述的一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，其特征在于所述的預留錨桿孔施工的具體步驟是，在噴射混凝土前預設錨桿孔芯棒，然后在混凝土成型以后拔出所述的芯棒。
5.如權利要求1或2所述的一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，其特征在于所述的系統錨桿施工具體步驟是，以預留的錨桿孔作為導向鉆錨桿孔，然后安裝錨桿、 錨桿尾部與鋼拱架焊接。沿鋼拱架在隧道開挖前進方向側預埋注漿管并臨時封堵，完成噴射混凝土找平后，當混凝土強度在90%及以上時，壓注水泥漿。
6.如權利要求1或2所述的一種黃土含水地質硐室噴射混凝土支護施工方法，其特征在于所述的吸水劑是生石灰。
全文摘要
本發明涉及地下構筑物施工方法，具體是用于黃土含水地質硐室的噴射混凝土支護施工方法，包括硐體結構、管棚施工步驟、超前小導管施工步驟、鎖腳錨管施工步驟、系統錨桿施工步驟，施工時將硐體分為上部拱體、中部核心土、下部仰拱體，局部降低黃土含水量、在硐室內建設初期支護受力體系、預留錨桿孔，本發明管棚注漿改為預填充吸水劑，吸收含水黃土的部分潛水，提高了黃土的自穩能力，提高圍巖穩定性；預留錨桿孔可以精準安裝錨桿，使得硐室開挖噴錨混凝土初期支護的受力體系更趨近合理，擴大了黃土成拱效應，初期支護噴射混凝土背后沿鋼拱架壓注水泥漿，提高結構與圍巖間密實度，鋼筋混凝土初期支護結構體系受力趨向均勻合理，整體穩定性提高。
文檔編號E21D20/00GK102518451SQ20111045811
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者吳占東, 林云, 王勇 申請人:中鐵上海工程局有限公司