处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法

摘要

本发明公开了一种处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法，包括以下步骤：先在支护结构层外侧增设钢拱架混凝土结构层，使其与初期支护结构层共同承担围岩压力，形成承载力更大的二次支护结构层；再取水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO2、石英粉、石英砂、减水剂和水进行混合，充分搅拌均匀后向混合料中添加镀铜钢纤维，配制得到高强粉末混凝土；最后在二次支护结构层外侧利用衬砌台车浇注高强粉末混凝土，使二次支护结构层外侧形成至少为4cm厚的补强结构层，完成加固施工。本发明的加固方法工艺简单、操作方便、加固效果好、成本低、能有效提高隧道施工的安全性和经济性。

说明书

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道的加固方法。

背景技术

在钻爆法施工的山岭隧道或地下工程中，在围岩较差的洞身地段，由于实际围岩与设计情况不符，导致施工过程中初期支护变形过大，变形速率过大。为防止塌方，常常采用双层钢拱架进行加强支护，即在原“喷混凝土+钢拱架”的基础上，在外层再增加一层或两层“喷混凝土+钢拱架”的支护结构，用以保持围岩的初步稳定。由于新增加的支护结构层侵占了原设计的二次衬砌位置，这便导致二次衬砌结构层过薄，因而无法采用普通混凝土浇注二次衬砌，也难以满足受力要求。针对该技术问题，目前一般采取拆除侵入二次衬砌设计位置的“喷混凝土+钢拱架”的支护结构，再重新施作二次衬砌。在拆除支护结构的钢拱架前，一般需对围岩体进行注浆加固，且为避免隧道围岩的过大扰动，需逐榀用人工拆除钢拱架，此方法费时费力费料，且存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便、加固效果好、成本低、能有效提高隧道施工安全性和经济性的处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法，包括以下步骤：

（1）增设钢拱架：在隧道施工初期支护结构层变形过大时，在所述支护结构层外侧增设一层或两层钢拱架混凝土结构层，使所述钢拱架混凝土结构层与所述初期支护结构层共同承担围岩压力，形成承载力更大的二次支护结构层；

（2）配制高强粉末混凝土：取水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO₂、石英粉、石英砂、减水剂和水进行混合，充分搅拌均匀后向混合料中添加镀铜钢纤维，配制得到高强粉末混凝土；

（3）施作高强粉末混凝土补强结构层：在所述二次支护结构层外侧利用衬砌台车浇注所述的高强粉末混凝土，使所述二次支护结构层外侧形成补强结构层，所述补强结构层的厚度至少为4cm，完成加固施工。

作为对上述加固方法的进一步改进，在所述步骤（1）以后、步骤（3）以前，先对所述二次支护结构层与隧道内轮廓的距离进行测量，根据测量结果，在所测距离大于12cm的作业面，先挂单层钢筋网，再喷施混凝土整平，并预留出一定厚度以施工补强结构层。采取这样的优选处理方式不仅能够保证加固后承载结构的强度，还能大大降低工程造价，提高施工经济效益。

上述的处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法中，所述补强结构层的厚度优选不超过12cm。

上述的处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法中，所述水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO₂、石英粉、石英砂和减水剂的质量配比优选为：

水泥   100份

硅灰   20～30份

粉煤灰 10～12份

纳米SiO₂  0.1～0.12份

石英粉 18～22份

石英砂 110～130份

减水剂 1.5～1.8份。

上述的处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法中，所述水泥和硅灰的总质量与所述水的质量比优选为5～6。

上述的处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法中，所述镀铜钢纤维的添加量优选按所述混合料体积的1%～3%计。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用原施作的支护结构（喷混凝土+钢拱架）和增设的二次支护结构作为隧道的永久承载结构层，再采用高和易性的高强粉末混凝土浇注的薄层结构作为永久承载结构的补强结构层，由于该补强结构层具有很高的抗压和抗弯折能力，其与永久承载结构层共同作为隧道加固用的承载结构，该承载结构的密实性好，具有很高的抗渗性，大大提高了隧道承载结构的耐久性。总的来说，本发明的加固方法不仅工艺简单、操作方便，而且加固效果非常理想，施工成本较低，能够大大提高隧道施工和运营过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中经加固方法加固后得到的承载结构的示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图例说明

1、支护结构层；2、二次支护结构层；21、第一层钢拱架混凝土结构层；22、第二层钢拱架混凝土结构层；3、补强结构层；4、二衬矮边墙。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例

如图1、图2所示，在某一隧道的施工过程中，在拱顶已经施作了“喷混凝土+钢拱架”的支护结构层1，但是在施工初期由于支护结构层1的变形过大，且变形速率过大，因此以下将采用本发明的处理隧道施工初期支护变形过大的加固方法进行处理，该加固方法具体包括以下步骤：

（1）增设钢拱架：在该隧道施工初期的支护结构层1变形过大时，在支护结构层1外侧增设两层钢拱架混凝土结构层（即第一层钢拱架混凝土结构层21和第二层钢拱架混凝土结构层22），使钢拱架混凝土结构层支承起支护结构层1，形成承载力更大的二次支护结构层2。

（2）表面处理：对二次支护结构层2与隧道内轮廓的距离进行测量，根据测量结果，在所测距离大于12cm的作业面，先挂单层钢筋网（Φ6mm），再喷施C20混凝土整平，并预留10cm～12cm的补强结构层浇注厚度；在距离小于4cm的作业面，则凿除部分喷施的C20混凝土，以保证补强结构层3浇注的厚度至少为4cm。

（3）配制高强粉末混凝土：按以下质量份数取水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO₂、石英粉、石英砂、减水剂和水进行混合：

水泥   100份

硅灰   20份

粉煤灰 10份

纳米SiO₂  0.1份

石英粉 20份

石英砂 110份

减水剂 1.5份

水     20份；

充分搅拌均匀后向混合料中添加镀铜钢纤维，镀铜钢纤维的添加量按上述混合料体积的2%计，配制得到高强粉末混凝土，本发明方法制得的高强粉末混凝土的主要性能参数指标如下：

坍落度：    260 mm～280 mm

坍落扩展度：600 mm～800 mm

表观密度：  2400 kg/m³～2600 kg/m³

抗压强度 ： ≥120Mpa

抗折强度：  ≥20Mpa

弹性模量：  ≥40GPa

抗渗等级：  ≥P500

抗冻等级：  ≥F600

电通量：    ≤40C

不燃性：    符合GB8624A级不燃性建材。

（4）浇注高强粉末混凝土：利用隧道二衬台车在上述二次支护结构层2外侧喷施灌注配制好的高强粉末混凝土，在不侵入隧道建筑限界的情况下，使二次支护结构层2外侧形成补强结构层3，补强结构层3的厚度为6cm，完成加固施工，得到如图1、图2所示的隧道加固用承载结构，整个承载结构由隧道底部的二衬矮边墙4承托，并与二衬矮边墙4浇注成一整体。在该承载结构的两端和中间位置可各设置一道环向排水管。