防水型单层衬砌的施工方法和防水型单层衬砌结构

摘要

本发明提供了一种防水型单层衬砌的施工方法和防水型单层衬砌结构，施工方法包括：S1)确定隧道的破碎和/或软弱围岩的位置，在破碎和/或软弱围岩的拱部设置多排超前小导管预注水泥浆，之后沿着隧道岩面进行中空锚杆施工和格栅网片的布置和施工，以形成支护结构层；S2)确定隧道存在围岩渗水点，对围岩渗水点进行注浆堵水及排水施工，以在支护结构层上形成排水结构层；S3)对覆盖格栅网片的岩面进行湿喷基层混凝土施工以形成基层混凝土层，之后使用水泥砂浆对基层混凝土层进行基面处理，以在排水结构层上形成水泥砂浆层；S4)在水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层；S5)在防水材料层上通过喷射外层混凝土施工形成外层混凝土层。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道建设施工技术领域，具体涉及一种防水型单层衬砌的施工方法和防水型单层衬砌结构。

背景技术

传统的衬砌方法为复合式衬砌，复合衬砌的承载机理是：锚喷初期支护为主要承载结构，二次衬砌作为安全储备。该方法存在以下问题：

1)对于节理裂隙发育的岩层采用爆破法开挖时，开挖面凹凸不平，围岩与初期支护之间，以及初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密，削弱了衬砌对围岩的支护作用；2)复合式衬砌防水本质上为被动防水，由于锚喷初期支护不防水，复合式衬砌实际上是将地下水引入衬砌结构内部，在衬砌内部形成水空间，易诱发水压力；3)由于防水板搭接焊接质量问题，二衬钢筋绑扎焊接过程中易被刺破和挠坏防水板等原因，使得薄膜防水层的敷设质量不易保证。

为了解决上述复合式衬砌在施工中存在的问题，需要一种新的衬砌施工方法。

发明内容

本发明提供一种防水型单层衬砌的施工方法，简化了施工工艺，具有施工方便，工期较短，节约造价等优点。

本发明提供的防水型单层衬砌的施工方法，包括以下步骤：

S1)确定隧道的破碎和/或软弱围岩的位置，在所述破碎和/或软弱围岩的拱部沿隧道径向设置多排超前小导管进行预注水泥浆施工，之后沿着隧道岩面进行中空锚杆施工和格栅网片的布置和施工，以形成支护结构层；

S2)确定隧道存在围岩渗水点，对所述围岩渗水点进行注浆堵水及排水施工，以在所述支护结构层上形成排水结构层；

S3)对覆盖所述格栅网片的岩面进行湿喷基层混凝土施工以形成基层混凝土层，之后使用水泥砂浆对所述基层混凝土层进行基面处理，以在所述排水结构层上形成水泥砂浆层；

S4)在所述水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层；

S5)在所述防水材料层上通过喷射外层混凝土施工形成外层混凝土层。

优选地，步骤S1)中，每相邻的两排小导管使用钢架进行水平搭接，水平搭接长度大于等于预定长度。

优选地，步骤S1)中，所述中空锚杆包括：中空锚杆体；用于连接所述中空锚杆体和注浆管的连接套；用于将所述中空锚杆体锁紧在围岩表面的螺母；插入所述中空锚杆体内腔中用于排气的塑料排气管；以及用于封住所述中空锚杆体的外端口的止浆塞。

优选地，步骤S1)中，进行中空锚杆施工，包括：

放样确定中空锚杆体的锚杆孔位置；

根据钻孔角度确定钻孔机的工作位置；

使用钻孔机钻设所述锚杆孔，并在完成所述锚杆孔的钻设后进行清孔操作；

在所述锚杆孔中插入注浆管，进行注浆操作；

在所述锚杆孔内的注浆液未凝固的情况下，在所述注浆液中插入所述中空锚杆体，将所述螺母套设在所述中空锚杆体上并拧紧；

对所述中空锚杆进行抗拔力检查和砂浆饱满度检查。

优选地，步骤S1)中，进行格栅网片施工，包括：

沿着隧道岩面环向设置多根环向钢筋；

垂直于所述多根环向钢筋设置多根横向加固钢筋。

优选地，步骤S2)中，进行排水施工，包括：

在围绕隧道围岩渗水点位置设置排水管；在隧道底部沿轴向布置导水管；将所述排水管与所述导水管连通，以对所述渗水点的渗水进行引排。

优选地，所述排水管为Ω型弹簧排水半管。

优选地，步骤S3)中，采用高强纤维混凝土对覆盖所述格栅网片的岩面进行喷射基层混凝土施工。

优选地，步骤S4)中，所述防水施工包括：

在所述水泥砂浆层上喷涂防水材料以形成防水膜。

本发明还提供一种防水型单层衬砌结构，采用上述任一项所述的防水型单层衬砌的施工方法施工形成，所述防水型单层衬砌结构包括：沿着隧道径向由岩面向隧道内依次形成的支护结构层、排水结构层、基层混凝土层、水泥砂浆层、防水材料层以及外层混凝土层。

本发明提供的防水型单层衬砌的施工方法，针对传统的复合式衬砌存在的问题，取消了防水板和二衬施工，采用单层衬砌施工，从根本上改变了隧道衬砌的施工工艺，在预注水泥浆施工后，沿着隧道岩面布置和施工中空锚杆施工和格栅网片，通过在覆盖所述格栅网片的岩面进行湿喷基层混凝土施工，形成基层混凝土层可以作为永久性初砌，和岩面之间能够贴合紧密，解决了围岩与初期支护之间，以及初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密的问题；通过设置排水结构层，解决了衬砌内部易存水的问题；不需要设置防水板，而是在排水结构层上施工形成水泥砂浆层，在所述水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层解决防水的问题，不仅简化了施工工艺，还可通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑性，使得各混凝土层形成共同承载体系，提高承载能力，具有施工方便，工期较短，节约造价等优点。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施方式的防水型单层衬砌的施工方法的步骤流程图；

图2是根据本发明实施方式的防水型单层衬砌的施工方法中的隧道施工断面图；

图3是根据本发明实施方式的防水型单层衬砌的施工方法中的隧道岩面上格栅网片的布置图；

图4是根据本发明实施方式的防水型单层衬砌的施工方法中的排水管和导水管的安装示意图。

附图标记说明：

1 超前小导管 2 中空锚杆

3 格栅网片 301 环向钢筋

302 横向加固钢筋 4 排水管

5 导水管 501 排水孔

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

传统的衬砌方法为复合式衬砌，存在围岩与初期支护之间与二次衬砌之间贴合不紧密、在衬砌内部形成水空间而易诱发水压力、二衬钢筋绑扎焊接过程中易被刺破和挠坏防水板的问题。

本发明提供一种防水型单层衬砌的施工方法，如图1-图4所示，包括以下步骤：

S1)确定隧道的破碎和/或软弱围岩的位置，在所述破碎和/或软弱围岩的拱部沿隧道径向设置多排超前小导管1进行预注水泥浆施工，之后沿着隧道岩面进行中空锚杆2施工和格栅网片3的布置和施工，以形成支护结构层；

S2)确定隧道存在围岩渗水点，对所述围岩渗水点进行注浆堵水及排水施工，以在所述支护结构层上形成排水结构层；

S3)对覆盖所述格栅网片3的岩面进行湿喷基层混凝土施工以形成基层混凝土层，之后使用水泥砂浆对所述基层混凝土层进行基面处理，以在所述排水结构层上形成水泥砂浆层；

S4)在所述水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层；

S5)在所述防水材料层上通过喷射外层混凝土施工形成外层混凝土层。

本发明针对传统的复合式衬砌存在的问题，取消了防水板和二衬施工，采用单层衬砌施工，从根本上改变了隧道衬砌的施工工艺，在预注水泥浆施工后，沿着隧道岩面布置和施工中空锚杆2施工和格栅网片3，通过在覆盖所述格栅网片3的岩面进行湿喷基层混凝土施工，形成基层混凝土层可以作为永久性初砌，和岩面之间能够贴合紧密，解决了围岩与初期支护之间，以及初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密的问题；通过设置排水结构层，解决了衬砌内部易存水的问题；不需要设置防水板，而是在排水结构层上施工形成水泥砂浆层，在所述水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层解决防水的问题，不仅简化了施工工艺，还可通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑性，使得各混凝土层形成共同承载体系，提高承载能力，具有施工方便，工期较短，节约造价等优点。

根据本发明的技术方案，本发明提供的防水型单层衬砌的施工方法，包括步骤：S1)确定隧道的破碎和/或软弱围岩的位置，在所述破碎和/或软弱围岩的拱部沿隧道径向设置多排超前小导管1进行预注水泥浆施工，以对隧道的破碎和/或软弱围岩的位置进行加固处理，保证后续施工的顺利进行。

其中，每相邻的两排小导管使用钢架进行水平搭接，水平搭接长度大于等于预定长度。例如在拱部遇破碎和/或软弱围岩处设置Φ42的超前小导管，多排超前小导管1可以采用梅花形布置，拱部结合超前小导管1采用预注水泥浆加固地层，超前小导管1配合钢架使用，相邻两排小导管的水平搭接长度不小于2m，能够达到良好的加固效果。

在使用超前小导管1进行加固之后，沿着隧道岩面进行中空锚杆2施工和格栅网片3的布置和施工，以形成支护结构层。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1)中，所述中空锚杆2包括：中空锚杆2体；用于连接所述中空锚杆2体和注浆管的连接套；用于将所述中空锚杆2体锁紧在围岩表面的螺母；插入所述中空锚杆2体内腔中用于排气的塑料排气管；以及用于封住所述中空锚杆2体的外端口的止浆塞。

其中，连接套，是具有内螺纹的套管，用于连接所述中空锚杆2体和注浆管，或用于中空锚杆2体间的相互连接，以加长中空锚杆2的长度；在螺母与围岩之间还设置有垫板，将中空锚杆2锚固力传递给螺母和垫板锁紧在围岩表面；塑料排气管，用于锚杆孔中的排气，使注浆排气形成通道；在注浆完成后使用止浆塞封住所述中空锚杆2体的外端口，防止注浆液外溢，使得所述中空锚杆2能够满足耐久性要求，作为永久的支护措施使用。

具体地，进行中空锚杆2施工，包括：放样确定中空锚杆2体的锚杆孔位置，可以将各个所述中空锚杆2呈梅花形布置；根据钻孔角度确定钻孔机的工作位置；

使用钻孔机进行钻设形成所述锚杆孔，并在完成所述锚杆孔的钻设后进行清孔操作；具体地，利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；采用风动凿岩机成孔，钻孔方向垂直结构面或初喷砼表面，锚杆孔比杆径大15mm，深度误差小于±50mm；成孔后采用高压风进行清孔操作。

在所述锚杆孔中插入注浆管，进行注浆操作；在所述锚杆孔内的注浆液未凝固的情况下，在所述注浆液中插入所述中空锚杆2体，将所述螺母套设在所述中空锚杆2体上并拧紧；对所述中空锚杆2进行抗拔力检查和砂浆饱满度检查，以保证所述中空锚杆2施工的质量。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1)中，进行格栅网片3施工，包括：沿着隧道岩面环向设置多根环向钢筋301；垂直于所述多根环向钢筋301设置多根横向加固钢筋302，多根环向钢筋301和多根横向加固钢筋302共同组成了格栅网片3。

具体地，可以采用6根φ22的钢筋组成环向钢筋301，每两根钢筋之间的间距为0.1m，使用焊接工艺将所述多根横向加固钢筋302与多根环向钢筋301固定。其中所述横向加固钢筋302布置在所述中空锚杆2所在位置，能够起到固定所述中空锚杆2位置的作用，以提高支护能力。

其中，每根环向设置的环向钢筋301，由分节的弧形钢筋拼装焊接制成，在分节的两根弧形钢筋之间设置分节板连接相邻的弧形钢筋，能够将分节的弧形钢筋固定形成整体；所述中空锚杆2与相邻的环向钢筋301和/或横向加固钢筋302焊接固定。

由于隧道节理发育地段存在股状涌水、裂隙线状淋水以及面状淋水情况时，应采用裂隙注浆封堵或引排措施进行处理，达到无明水条件。根据本发明的技术方案，步骤S2)确定隧道存在围岩渗水点，对所述围岩渗水点进行注浆堵水，处理后对仍然出水的不为进行引排，进行排水施工，以在所述支护结构层上形成排水结构层。

具体地，步骤S2)中，进行排水施工，包括：在围绕隧道围岩渗水点位置设置排水管4；在隧道底部沿轴向布置导水管5；将所述排水管4与所述导水管5连通，以对所述渗水点的渗水进行引排，形成环向和纵向排水系统，将渗漏水引排至侧向的排水边沟中，解决了初砌内部存水的问题。

其中，所述排水管4为Ω型弹簧排水半管，沿渗漏水处设置，与隧道底部的导水管5相连接进行排水，排水管4的数量和间距根据现场渗水点的情况进行布置。在所述导水管5上开设有与所述排水管4的排水口连接的排水孔501。

所述Ω型弹簧排水半管的安装操作步骤包括：使用带塑料垫片的射钉将半管固定在待装位置；其中，射钉在半管两侧交错布置，并用Ω型弹簧卡对半管进行固定；使用灰浆给Ω型弹簧排水半管封边，并在塑料膜上抹一薄层灰浆，以增加与喷射砂浆的粘结力；使用低风压喷速凝砂浆封闭半管；在所述Ω型弹簧排水半管上喷射第一层纤维混凝土至设计厚度。

根据本发明的技术方案，步骤S3)对覆盖所述格栅网片3的岩面进行湿喷基层混凝土施工以形成基层混凝土层，之后使用水泥砂浆对所述基层混凝土层进行基面处理，以在所述排水结构层上形成水泥砂浆层。

湿喷混凝土具有强度增长快、早期强度高、粘结力强、密度大、抗渗性好的特点，它能较好地填充岩块间的裂隙的凹穴，增加围岩的整体性，防止自由面的风化和松动，并与围岩共同工作，且不需要模具，节省造价成本，施工速度快。使用湿喷工艺，在喷射过程中能够将回弹损失量减少7％～15％，且与围岩的粘结性更好，可以作为永久性衬砌；同时采用湿喷混凝土采用无碱速凝剂施工，能够有效改善作业环境，更加有利于作业人员的劳动保护。

优选地，步骤S3)中，采用高强纤维混凝土对覆盖所述格栅网片3的岩面进行喷射基层混凝土施工，提高了湿喷混凝土的耐久性。通过均匀乱向分布的高强纤维能够明显改善了混凝土的脆性材料本质，使得初支结构的抗冲击剪切、耐磨性级抗侵蚀乃就能能有明显改善。另外，高强纤维喷射混凝土在发生较大变形后仍能保持承载能力，可有效改善喷射混凝土早期强度偏低时对软弱围岩的支护效果与粘结能力。

单层衬砌混凝土的强度和耐久性指标比一般喷射混凝土的指标要求要高，因此在混凝土中添加纤维以提高抗裂性，同时可以在混凝土中使用硅粉、矿粉等外掺料，使得喷射混凝土自身具有较高的抗渗性能。

根据本发明的一种实施方式，高强纤维混凝土的施工配合比为：

为了提高永久喷砼的防水性能和化学耐久性，应采用硅灰剂(微二氧化硅)或高火山灰纳米二氧化硅，要求采用硅灰剂能够进一步将渗透性降低到小于1×10-12m/s，从而提高混凝土的化学稳定性；

采用聚烯烃纤维作为高强纤维代替钢筋网片可使混凝土内小于0.2mm的裂缝均匀分布，提高喷射混凝土的密实性；

混凝土的养护，需要在拌合站混凝土生产过程中加入内部固化剂；在喷涂防水材料与喷射混凝土之间能建立有效粘结时，才可喷涂防水材料。

首层喷射顺序应自下而上，先边墙后拱部；面层施作应自上而下，先拱部后边墙。

以往防水施工是在两层混凝土之间采用耐腐蚀金属的防水板，夹在两层混凝土之间以实现防水功能；而本专利是是采用喷涂防水材料的方法，在两层混凝土之间形成防水膜以实现防水功能。

使用水泥砂浆对所述基层混凝土层进行基面处理，喷射20mm厚的M30水泥砂浆找平层，对喷射混凝土的较为不平整的部位进行找平并对第一层纤维进行覆盖，避免纤维外露影响防水膜的施工质量；之后采用高压冲洗设备对喷射混凝土面进行清洗，冲洗完成后确保基面清洁干净、无水泥浆，松散体，灰尘，污垢，油，油脂等污染物，为进行防水施工提供条件。

根据本发明的技术方案，步骤S4)在所述水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层；单层衬砌各支护层间不设置防水板，结构通过各混凝土层间的径向和纵向上的抗滑移性，其结构类似于叠合梁，因而结构受力更合理。

具体地，所述防水施工包括：在所述水泥砂浆层上喷涂防水材料以形成防水膜。可以采用TamSeal防水材料，厚度大于等于4mm，可以根据防水需要选择施工一层或两层防水膜。

根据本发明的一种实施防水，TamSeal 800可应用于潮湿(无明水)基面。在明水的情况下，应先注浆堵水，再喷涂，前后两次的搭接长度为300mm。为了控制施工质量，TamSeal800应分两层喷射。第一次采用用橘色的TamSeal 800，之后是第二层灰色的TamSeal 800。

根据本发明的技术方案，步骤S5)在所述防水材料层上通过喷射外层混凝土施工形成外层混凝土层，可以采用聚丙烯纤维喷射混凝土喷射形成厚度为100mm的外层混凝土层。

本发明还提供一种防水型单层衬砌结构，采用权利要求1-9中任一项权利要求所述的防水型单层衬砌的施工方法施工形成，所述防水型单层衬砌结构包括：沿着隧道径向由岩面向隧道内依次形成的支护结构层、排水结构层、基层混凝土层、水泥砂浆层、防水材料层以及外层混凝土层。能够从根本上改变了隧道衬砌的施工工艺，简化了施工工艺，提高了施工效率，缩短了工期，并能够节省施工造价。

本发明的目的是提供一种防水型单层衬砌的施工方法，针对传统的复合式衬砌存在的问题，取消了防水板和二衬施工，采用单层衬砌施工，从根本上改变了隧道衬砌的施工工艺，在预注水泥浆施工后，沿着隧道岩面布置和施工中空锚杆2施工和格栅网片3，通过在覆盖所述格栅网片3的岩面进行湿喷基层混凝土施工，形成基层混凝土层可以作为永久性初砌，和岩面之间能够贴合紧密，解决了围岩与初期支护之间，以及初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密的问题；通过设置排水结构层，解决了衬砌内部易存水的问题；不需要设置防水板，而是在排水结构层上施工形成水泥砂浆层，在所述水泥砂浆层上通过防水施工形成防水材料层解决防水的问题，不仅简化了施工工艺，还可通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑性，使得各混凝土层形成共同承载体系，提高承载能力，具有施工方便，工期较短，节约造价等优点。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。