专利名称：隧道拱顶空洞泵送回填施工方法
技术领域：
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道拱顶空洞泵送回填处理施工方法，适用于隧道施工中各种由于塌方或溶洞等造成的掌子面、拱顶、拱背空洞的施工处理。
背景技术：
在山区修筑高速公路，经常要进行隧道施工，隧道在掘进过程中，可能遇见多种多样的地质病害，常见的有隧道拱顶塌方或溶洞、溶穴等不良地质，遇到上述情况，一般都会出现掌子面向后坍塌，导致掌子面与后方已支护钢拱架间出现大段未支护段软弱围岩临空裸露，而且拱顶还会出现进一步坍塌，形成拱顶空洞，危及施工人员的生命安全。为了确保施工过程中生命财产安全及隧道建成通车后运营安全，需要对隧道拱顶空洞进行处理。目前常用的处理方法是挂网锚喷，即在软弱围岩上打设锚杆，在锚杆上挂网喷砼，对软弱围岩进行加固。但该方法常有拱顶二次塌落造成人员伤亡事故发生。
发明内容
本发明的目的在于针对目前挂网锚喷方法存在的缺陷，提供一种更加安全、经济实用的施工方法处理拱顶空洞，使工程施工顺利地通过溶腔突泥突石、塌方、大跨径溶洞地带，确保人身财产安全。本发明的技术方案如下:一种隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:(I)沿后方已支护的钢拱架的环向边缘，向前方软弱围岩内插入多根钢管或锚杆，以后方型钢拱架为支撑点，用钢管或锚杆在后方拱架及前方围岩间形成一个拱形超前简支结构；(2)在所述简支结构中部预先固定至少2根钢管作为回填混凝土泵送管，其中I根泵送管作为主喷送管，其余的为备用泵送管；每根泵送管的上端均高出所述简支结构的顶面，其中主泵送管上端的高度等于欲回填的混凝土的厚度，备用泵送管的上端高于欲回填的混凝土的厚度；每根泵送管的下端，在简支结构底面外露30-50cm ；(3)在所述简支结构顶面，铺设一层盖板；(4)在所述简支结构的下方，以形成简支结构的多根钢管或锚杆为骨架，向上喷射一层速凝混凝土，将上方空腔封闭；(5)待喷射的封闭混凝土凝固后，通过主泵送管向简支结构顶面泵送预定厚度的回填混凝土。进一步，上述方法还包括以下步骤:(6)待回填的混凝土凝结后，通过所述备用泵送管向回填的混凝土顶部泵送一层沙子，形成拱顶缓冲层，用于在空腔上方掉落石块时起到缓冲作用。上述方法中，所述步骤(I)中，所述钢管或锚杆的后端固定在后方已支护的钢拱架的环向边缘上方，或插入钢拱架的边缘之中，所述钢管或锚杆的前端插入前方软弱围岩至少Im ;相邻的钢管或锚杆的布置间距为20cm-30cm。上述方法中，所述步骤(2)中，在所述简支结构上还预先固定有至少I根钢管作为回填混凝土高度检测管，所述检测管上端的高度小于或等于欲回填的混凝土的高度。上述方法中，所述步骤(3)中，拱形简支结构顶面铺设的盖板，采用两层钢筋网片错孔放置，或采用木板或石棉瓦；所述钢筋网片的规格为15x15cm。上述方法中，所述步骤(4)中，喷射的封闭混凝土的厚度为20cm。上述方法中，所述步骤(5)中，泵送回填混凝土时采用分层泵送，每层泵送厚度在
0.7m以下，待泵送的第一层混凝土初凝后，再泵送下一层，逐层增加，最后达到预定的回填厚度。上述方法中，泵送回填的混凝土厚度不超过3m。本发明首先对拱顶空洞进行超前简支并喷射混凝土封闭，随后采用泵送砼回填拱顶空洞，回填混凝土于拱顶处，对于软弱围岩段，相当于是一次人工重塑围岩的过程，对正常隧道施工的拱架形成一层保护壳，能保证施工顺利通过不良地质段，从而保证隧道施工及运营安全。
图1是隧道拱顶空洞泵送回填混凝土的示意图
具体实施例方式以下通过具体实施例，并结合附图1，对本发明的方法进行说明。在隧道掘进过程中，出现软弱围岩I的时候，一般都会出现掌子面向后坍塌形成空腔，导致掌子面与已支护拱架间有大段未支护段软弱围岩临空裸露，危及施工人员安全。遇到上述情况，本发明采用以下步骤进行处理:步骤一:沿后方已支护的钢拱架2的环向边缘，向前方软弱围岩内插入多根钢管或锚杆，以后方型钢拱架为支撑点，用钢管或锚杆在后方拱架及前方围岩间形成一个拱形超前简支结构3。具体实施过程中，根据后方拱架与软弱围岩之间的跨度不同，处理方式有所不同，具体如下:(I)跨度2-3m的，可采用Φ42 X 4mm的钢管，相邻钢管按照环向间距30cm布置。钢管后端必须自钢拱架边缘的中间插入，或从上方插入，并与拱架焊接牢固。钢管前端插入前方软弱围岩至少lm。(2)跨度3_5m的，采用Φ42Χ4πιπι钢管，相邻钢管按照环向间距20cm布置，钢管后端必须自型钢拱架边缘中间插入，或上方插入，并与拱架焊接牢固。钢管前端插入前方软弱围岩至少1.5m。根据现场实际情况，可适当采用钢管内再插入一根等长的Φ25钢筋，作为补强。(3)跨度大于5m的，采用Φ51 X8mm自进式锚杆，Φ89X 5mm钢管，或者116型钢等可连续焊接的材料，按照环向30cm间距布置，后端必须自型钢拱架边缘中间插入，或上方插入，并与拱架焊接牢固。前端插入软弱围岩不少于2m。插入软弱围岩施工，根据现场实际情况可采用挖掘机顶推、人工夯入等方法。保证现场支撑钢材与后方拱架及前方围岩形成一个简支结构，可承受下一步泵送混凝土的重力。步骤二:在搭设好的超前简支结构中部，预先固定至少2根钢管作为回填混凝土泵送管，其中I根泵送管作为主喷送管4，其余的为备用泵送管5 ;每根泵送管的上端均高出所述简支结构的顶面，其中主泵送管上端的高度等于欲回填的混凝土的厚度，备用泵送管的上端高于欲回填的混凝土的厚度；每根泵送管的下端，在简支结构底面外露30-50cm。所述泵送管，可采用Φ 125钢管，下端焊接法兰盘，便于与外部的砼输送泵管连接。尽量使预设的泵送管位于拱顶空腔中心。设置备用泵送管一是防止出现意外情况导致主泵送管堵管，二是在泵送砼回填完成后进行泵送砂使用。另外还可在简支结构上设置固定至少I根Φ42钢管作为泵送砼高度检测管6。检测管6可设多根，其高度分阶梯安装，在泵送混凝土施工时，当回填的混凝土高度超过某根检测管的高度时，该检测管会流出浆液。根据不同高度的检测管外流浆液的情况，可得出此时泵送混凝土的厚度，实现分级泵送，有效控制泵送高度。步骤三:在所述简支结构顶面，铺设一层盖板。盖板的作用是作为下一步喷射封闭混凝土的模板，一般可采用简支结构上方盖顶双层钢筋网片(规格15X15cm，错孔放置)、或木板、或石棉瓦。步骤四:在所述简支结构的下方，以形成简支结构的多根钢管或锚杆为骨架，向上喷射一层速凝混凝土，将上方空腔封闭。为保证施工人员安全,施工人员不应暴露在空腔下方，可采用远距离喷射轮施工，适当加大喷射风压，加大速凝剂掺量，以保证施工效果。一般选用C25喷射砼，喷射混凝土厚度一般在20cm为宜。步骤五:待喷射的封闭混凝土凝固后，通过主泵送管向简支结构顶面泵送预定厚度的回填混凝土 7。回填的混凝土根据不同的情况选用混凝土标号及塌落度。一般情况下采用C15-C25满足泵送需要的混凝土即可，可适当加大砂率，便于泵送。在同时伴有突泥突石地质灾害情况时，泵送混凝土施工不仅仅是在回填突泥上方空洞，支撑前方围岩还有必要加固下方突泥石体，此时可选用C25-C30较高标号混凝土，调高混凝土塌落度到20-25cm之间，让更多的水泥浆液自由下渗到突泥石体里，加固突泥突石体，保证下一步开挖的平稳、安全。回填的混凝土在拱顶空腔小于150m3以下时可采用泵送密实，大于150m3的空腔，采用总量控制，泵送量一般不超过250m3，厚度不超过3m。此厚度是简支结构拱顶最高处到回填混凝土顶面的高度。泵送回填混凝土采用分层分级泵送的方法，一次泵送量不能过大，一般控制第一次泵送厚度在0.7m以下，待泵送混凝土初凝后，再行第二层泵送，通过检测管控制泵送厚度。逐层增加，最后达到预计厚度。为防止空腔上方掉落较大石块对回填层造成破坏，待回填的混凝土凝结后，还可通过所述备用泵送管向回填的混凝土顶部泵送一层沙子8，形成拱顶缓冲层，用于在空腔上方掉落石块时起到缓冲作用。
权利要求
1.一种隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于: (O沿后方已支护的钢拱架的环向边缘，向前方软弱围岩内插入多根钢管或锚杆，以后方型钢拱架为支撑点，用钢管或锚杆在后方拱架及前方围岩间形成一个拱形超前简支结构； (2)在所述简支结构中部预先固定至少2根钢管作为回填混凝土泵送管，其中I根泵送管作为主喷送管，其余的为备用泵送管；每根泵送管的上端均高出所述简支结构的顶面，其中主泵送管上端的高度等于欲回填的混凝土的厚度，备用泵送管的上端高于欲回填的混凝土的厚度；每根泵送管的下端，在简支结构底面外露30-50cm ； (3)在所述简支结构顶面，铺设一层盖板； (4)在所述简支结构的下方，以形成简支结构的多根钢管或锚杆为骨架，向上喷射一层速凝混凝土，将上方空腔封闭； (5)待喷射的封闭混凝土凝固后，通过主泵送管向简支结构顶面泵送预定厚度的回填混凝土。
2.根据权利要求1所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于，进一步还包括: (6)待回填的混凝土凝结后，通过所述备用泵送管向回填的混凝土顶部泵送一层沙子，形成拱顶缓冲层，用于在空腔上方掉落石块时起到缓冲作用。
3.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述步骤(I)中，所述钢管或锚杆的后端固定在后方已支护的钢拱架的环向边缘上方，或插入钢拱架的边缘之中，所述钢管或锚杆的前端插入前方软弱围岩至少lm。
4.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述步骤(I)中，相邻的钢管或锚杆的布置间距为20cm-30cm。
5.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述步骤(2)中，在所述简支结构上还预先固定有至少I根钢管作为回填混凝土高度检测管，所述检测管上端的高度小于或等于欲回填的混凝土的高度。
6.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述步骤(3)中，拱形简支结构顶面铺设的盖板，采用两层钢筋网片错孔放置，或采用木板或石棉瓦。
7.根据权利要求6所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述钢筋网片的规格为15x15cm。
8.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述步骤(4)中，喷射的封闭混凝土的厚度为20cm。
9.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:所述步骤(5)中，泵送回填混凝土时采用分层泵送，每层泵送厚度在0.7m以下，待泵送的第一层混凝土初凝后，再泵送下一层，逐层增加，最后达到预定的回填厚度。
10.根据权利要求1或2所述的隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，其特征在于:泵送回填的混凝土厚度不超过3m。
全文摘要
本发明提供一种隧道拱顶空洞泵送回填施工方法，首先沿后方已支护的钢拱架的环向边缘，向前方软弱围岩内插入多根钢管或锚杆，以后方型钢拱架为支撑点，用钢管或锚杆在后方拱架及前方围岩间形成一个拱形超前简支结构，并在所述简支结构中部预先固定至少2根钢管作为回填混凝土泵送管，然后在所述简支结构顶面，铺设一层盖板，并以简支结构为骨架，向上喷射一层速凝混凝土，将上方空腔封闭，待喷射的封闭混凝土凝固后，通过泵送管向简支结构顶面泵送预定厚度的回填混凝土。
文档编号E21D11/18GK103174438SQ20131010378
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者田连民, 钱江, 揭庆芳, 麦才飞, 李川 申请人:中交路桥建设有限公司, 中交路桥华北工程有限公司