富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法

摘要

本发明涉及富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法，包括以下步骤：开挖前，在掌子面上半断面施作止浆墙；止浆墙强度稳定后，布设注浆孔；通过高压、劈裂、挤密注浆方法注浆，注浆终压不小于4MPa；注浆结束后，对开挖各部均设一检查孔，取芯检验注浆效果；步骤四检验合格后，破除止浆墙，开始挖掘；挖掘结束后，进入下一循环的步骤一至步骤五直至整个隧道挖掘结束。本发明的有益效果为：针对富水软弱糜棱岩大断面隧道，能够有效实现围岩的超前加固。在Ⅵ级围岩条件下，实现了大断面开挖掘进，克服了以往双侧壁导坑法和CRD法存在的限制大型机械使用、临时支护多、各工序施工干扰大等不利因素。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道加固及挖掘技术领域，尤其涉及富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法。

背景技术

糜棱岩是韧性变形条件下形成的断层岩，由基质和碎斑构成。糜棱岩为强烈破碎塑变作用所形成的岩石，往往分布于断裂带两侧，因为压扭应力的作用，使得岩石发生错动、颗粒破碎。由于糜棱岩自身组成和结构的特点，对水的敏感性极强，常规渗透注浆难以加固。隧道开挖后，糜棱岩围岩在渗水和开挖扰动作用下，强度指标迅速下降，自稳时间在1小时左右，如不及时进行支护，掌子面极易失稳，造成涌泥、溜坍，初期支护变形难以稳定，使得隧道施工难度大为增加。目前，富水糜棱岩隧道按Ⅵ级围岩设计施工，常规的超前加固方法（如小导管、大管棚注浆等）仍不能达到预期的围岩加固效果，因此现有针对Ⅵ级围岩施工的双侧壁导坑法及CRD法都难以应用。

发明内容

本发明的目的是提供富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法，包括以下步骤：

步骤一：开挖前，在掌子面上半断面施作止浆墙；

步骤二：止浆墙强度稳定后，布设注浆孔；

步骤三：通过高压、劈裂、挤密注浆方法注浆，注浆终压不小于4Mpa；

步骤四：注浆结束后，对开挖各部均设一检查孔，取芯检验注浆效果；

步骤五：步骤四检验合格后，破除止浆墙，开始挖掘；

步骤六：挖掘结束后，进入下一循环的步骤一至步骤五直至整个隧道挖掘结束。

进一步的，步骤一中的所述的止浆墙为厚度大于普通止浆墙厚度的混凝土止浆墙，止浆墙嵌入开挖轮廓线外不少于50cm。

进一步的，步骤二中注浆孔布置有三个终孔断面。所述终孔断面的终孔至少在开挖轮廓线外5m范围内，终孔间距最大不超过3m，扩散半径不超过2m，其中最外层终孔断面较内层两个终孔断面增加布置3环注浆孔，以保证下一循环施作止浆墙时围岩的稳定。

进一步的，步骤三中注浆方法为前进式注浆。注浆实施的顺序为先外圈、后内圈；外圈采用水泥和水玻璃双液浆，内圈采用水泥浆。

进一步的，步骤三注浆过程中根据糜棱岩含水量的分布设置引水导管，以实现糜棱岩的快速排水固结。步骤三注浆过程中沿隧道拱部开挖轮廓线加设管棚。

进一步的，步骤五开挖采用三台阶大拱脚七步开挖法。步骤五开挖过程中根据围岩和支护变形监控的量测结果，及时调整支护参数，加设临时支撑以及预留一定的初期支护补强空间。

本发明的有益效果为：针对富水软弱糜棱岩大断面隧道，能够有效实现围岩的超前加固。实现了富水软弱糜棱岩大断面隧道的快速施工，有效控制了围岩与初期支护变形。在Ⅵ级围岩条件下，实现了大断面开挖掘进，克服了以往双侧壁导坑法和CRD法存在的限制大型机械使用、临时支护多、各工序施工干扰大等不利因素。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述止浆墙及注浆孔的纵向剖面图；

图2是本发明实施例所述三台阶大拱脚七步开挖法施工工序图；

图3是本发明实施例所述终孔断面结构示意图之一；

图4是本发明实施例所述终孔断面结构示意图之二。

图中：

1、注浆孔；2、引水导管；3、止浆墙；4、开挖轮廓线；5、注浆加固范围；6、注浆孔浆液扩散范围；7、内轨顶面；8、上台阶上半断面开挖底部线；9、固定锚杆；10、隧道中线；11、锁脚锚管；12、大拱脚钢架。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明实施例所述的富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法，包括以下步骤：

步骤一：开挖前，在掌子面上半断面施作止浆墙3；

步骤二：止浆墙3强度稳定后，布设注浆孔1；

步骤三：通过高压、劈裂、挤密注浆方法注浆，注浆终压不小于4Mpa；

步骤四：注浆结束后，对开挖各部均设一检查孔，取芯检验注浆效果；

步骤五：步骤四检验合格后，破除止浆墙3，开始挖掘；

步骤六：挖掘结束后，进入下一循环的步骤一至步骤五直至整个隧道挖掘结束。

步骤一中的所述的止浆墙3为厚度大于普通止浆墙厚度的混凝土止浆墙，止浆墙3嵌入开挖轮廓线4外不少于50cm。步骤二中注浆孔1布置有三个终孔断面。所述终孔断面的终孔至少在开挖轮廓线4外5m范围内，终孔间距最大不超过3m，扩散半径不超过2m，其中最外层终孔断面较内层两个终孔断面增加布置3环注浆孔1，以保证下一循环施作止浆墙3时围岩的稳定。步骤三中注浆方法为前进式注浆。注浆实施的顺序为先外圈、后内圈；外圈采用水泥和水玻璃双液浆，内圈采用水泥浆。步骤三注浆过程中根据糜棱岩含水量的分布设置引水导管2，以实现糜棱岩的快速排水固结。步骤三注浆过程中沿隧道拱部开挖轮廓线4加设管棚。步骤五开挖采用三台阶大拱脚七步开挖法。步骤五开挖过程中根据围岩和支护变形监控的量测结果，及时调整支护参数，加设临时支撑以及预留一定的初期支护补强空间。

本发明提供的富水软弱糜棱岩大断面隧道围岩加固及开挖方法，注浆前，在掌子面上半断面施作较大厚度混凝土止浆墙3，止浆墙3嵌入开挖轮廓线4外不少于50cm。

如图1所示，在止浆墙3混凝土达到一定强度后，开始布设注浆孔1，每一循环注浆长度根据糜棱岩富水程度及稳定性确定，一般不小于25m，注浆孔1按照A、B、C三个终孔断面布置，终孔至少在开挖轮廓线4外5m范围，终孔间距最大不超过3m，扩散半径按2m设计。

如图3和图4所示，B1—B31是B序孔终孔位置，C1—C79是C序孔终孔位置。其中C序终孔断面较A、B序终孔断面增加布置3环注浆孔1，以保证下一循环施作止浆墙3时围岩的稳定。

注浆采用前进式注浆，注浆实施的顺序为先外圈、后内圈；外圈采用水泥-水玻璃双液浆，内圈采用水泥浆，注浆终压不小于4MPa。注浆过程中根据糜棱岩含水量的分布动态设置引水导管2，以实现糜棱岩的快速排水固结。为了进一步提高糜棱岩的承载能力，沿隧道拱部开挖轮廓线4加设超长大管棚。注浆结束后，对开挖各部均设一检查孔，取芯检验注浆效果，检查合格后方可进行开挖。

如图2所示，Ⅰ—Ⅶ为掌子面三台阶大拱脚法开挖工序。隧道开挖采用三台阶七步法，辅以大拱脚施工工艺，大拱脚钢架设在开挖Ⅰ部拱脚处，各开挖台阶钢架接头处设置锁脚锚管。开挖前采用松动爆破配合液压冲击锤破除止浆墙3，开挖采用人工配合挖掘机作业。开挖过程中根据围岩和支护变形监控量测结果，及时调整支护参数，必要时加设临时支撑、预留一定的初期支护补强空间等措施，施工时仰拱距掌子面距离不超过15m，二衬距掌子面距离不超过30m。本循环开挖结束后，开始施作下一循环的止浆墙。

本技术发明经过秀宁隧道出口段（350m）富水软弱糜棱岩加固和开挖施工，验证了其有效性和可靠性。解决了秀宁隧道VI级围岩条件下围岩失稳的难题，实现了富水软弱糜棱岩大断面隧道的快速施工。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。