一种高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法。

背景技术：

各类坚硬、致密岩石，由于热导率较低，传热性能差，在岩体中易于聚集热能，因此随着隧道工程埋深的增加，地温一般也逐渐增加。如我国高黎贡山铁路隧道，地温最高达到了60℃；新疆喀什不仑口公格尔水电站引水隧洞岩石平均温度在90℃以上，最高温度达到143℃。高地温对隧道工程的不利影响主要表现为：影响施工作业环境，威胁作业人员安全；产生附加温度应力，不利于结构的安全性和耐久性；另外，高温下的喷砼由于水分蒸发迅速，容易快速凝固，不利于喷射混凝土的强度增长，这会造成初期支护在高地应力高地温环境中难以与围岩充分接触，不能形成预期强度的支护能力，降低支护效果；同时大埋深隧道中，高地应力同样也会对隧道结构产生不利影响(如岩爆，软岩大变形问题)，如何在处理隧道高地温问题的同时确保隧道结构的安全可靠同样值得考虑。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法。

本发明采用如下技术方案：

一种高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法，包括如下步骤：

s1、在隧道开挖前进行洞周及掌子面深部注浆；

s2、隧道开挖后用挂整体网的方法布设普通钢筋网；

s3、沿隧道轮廓喷涂硬质聚氨酯泡沫性材料；

s4、在硬质聚氨酯材料外喷射玄武岩纤维喷射混凝土；

s5、在玄武岩纤维喷射混凝土表面布设三层泡沫石棉板，泡沫石棉板间设置粘结铝膜；

s6、采用cf30纳米仿钢纤维混凝土施作二次衬砌。

优选的，步骤s1中，注浆材料采用抗高温低密度水泥浆。

进一步优选的，所述抗高温低密度水泥浆的基材为火山灰特性的硅藻土，混合g级水泥、粉煤灰、石英砂、高温增强剂、降失水剂、缓凝剂、减阻剂、消泡剂、微硅、漂珠；抗高温低密度水泥浆的密度为1.49～1.60cm³。

优选的，步骤s4中，喷射的玄武岩纤维喷射混凝土的厚度为15cm。

进一步的，所述玄武岩纤维喷射混凝土中添加0.05％的引气剂，使混凝土内部生成隔热气泡。

优选的，每层泡沫石棉板的厚度为12cm。

优选的，所述泡沫石棉板层间采用小角度斜面增大铝箔面积。

优选的，所述泡沫石棉板间采用凹凸结构连接。

本发明通过多层材料形成了一个高地应力、高地温隧道的支护结构体系。每层支护结构分工明确，四层支护结构形成了四道隔热层和四道承载层，隔热效果由外到内逐层增强，承载能力由内到外逐层增强。对围岩的帷幕注浆，可阻隔地层深处热量向隧道中传递，再施作硬质聚氨酯泡沫材料，为后续混凝土的喷涂创造一个保水环境，加之喷射玄武岩喷射混凝土本身具有一定的抗热性和后续泡沫石棉板的补充，自此四道隔热层完全形成。承载结构由注浆层、硬质聚氨酯材料、玄武岩喷射混凝土和cf30纳米仿钢纤维混凝土构成，最后的仿钢纤维混凝土在增强承载能力的同时也对结构的耐久性起到了保障作用。

附图说明

图1是本发明的施工流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下将结合本发明的附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明公开的高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、在隧道开挖前进行洞周及掌子面深部注浆。注浆材料选用抗高温低密度水泥浆体系，选用火山灰特性的硅藻土作为基材，其主要材料为：g级水泥、粉煤灰、石英砂、高温增强剂、降失水剂、缓凝剂、减阻剂、消泡剂、微硅、漂珠，密度控制在1.49～1.60cm³。

s2、为防止高地应力隧道中产生的岩爆灾害，使后续操作顺利进行，开挖后用挂“整体网”的方法布设普通钢筋网。

s3、沿隧道轮廓喷涂40mm硬质聚氨酯泡沫性材料。硬质聚氨酯泡沫材料导热系数可达到0.020w/(m·k)以下，由多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂以及其他助剂混合发泡制备而成，内部含有大量的封闭泡孔，在一定的负荷作用下能够不发生明显的形变。喷涂硬质聚氨酯泡沫材料具有较低的水蒸汽渗透系数和良好的不透水性。对于直接喷涂成型,具有完整表皮的制品,其闭口孔隙率接近100％(通常能达到92％以上),吸水率低，因此可减缓水分蒸发的速度，对于后续喷射混凝土的强度增长有正向帮助。

s4、考虑到隧道中的高地应力，为提高支护体系的承载能力，同时进一步提高隔热能力，在硬质聚氨酯材料外喷射15cm玄武岩纤维喷射混凝土。与其他合成纤维相比，玄武岩纤维具备极强的耐温性能，可在-269～700℃范围内连续工作，耐酸、耐碱、耐腐蚀，抗拉强度高，弹性模量大，耐磨性好。为控制混凝土出机温度，一般采用碎冰碴取代部分用拌合水。同时由于空气的导热系数低，在混凝土中添加0.05％的引气剂，使混凝土内部生成隔热气泡。

s5、在施作二次衬砌前，进行最后一道隔热工序，即在玄武岩纤维喷射混凝土表面布设三层12mm厚的泡沫石棉板，泡沫石棉板间设置铝膜加强隔热效果，采用粘结剂粘结。泡沫石棉板层间采用小角度斜面增大铝箔面积，加强隔热效果的同时增加粘结度，泡沫石棉板间采用凹凸结构方便安装。

s6、施作二次衬砌作为最后的强度补充，在此考虑到强度因素和耐久性因素，选用cf30(硅粉)纳米仿钢纤维混凝土，纳米材料可改善混凝土凝固的三维结构，增大混凝土的聚合力，仿钢纤维属有机纤维，耐久性良好。

值得注意的是：从施工功效来看，柔性网略优于普通钢筋网，但从抵抗岩爆强度和耐久性来看，普通钢筋网要优于柔性网，普通钢筋网更适合于岩爆防控段使用。强烈岩爆推荐设置钢架，中等岩爆在必要时设置钢架，为了加快钢架施工速度、减少现场作业人员，建议采用拱架安装机进行施工作业。

本发明不局限于以上实施方式，同时还可有诸多其它实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、在隧道开挖前进行洞周及掌子面深部注浆；

s2、隧道开挖后用挂整体网的方法布设普通钢筋网；

s3、沿隧道轮廓喷涂硬质聚氨酯泡沫性材料；

s4、在硬质聚氨酯材料外喷射玄武岩纤维喷射混凝土；

s5、在玄武岩纤维喷射混凝土表面布设三层泡沫石棉板，泡沫石棉板间设置粘结铝膜；

s6、采用cf30纳米仿钢纤维混凝土施作二次衬砌。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤s1中，注浆材料采用抗高温低密度水泥浆。

3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述抗高温低密度水泥浆的基材为火山灰特性的硅藻土，混合g级水泥、粉煤灰、石英砂、高温增强剂、降失水剂、缓凝剂、减阻剂、消泡剂、微硅、漂珠；抗高温低密度水泥浆的密度为1.49～1.60cm³。

4.根据权利要求2或3所述的施工方法，其特征在于，步骤s4中，喷射的玄武岩纤维喷射混凝土的厚度为15cm。

5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，所述玄武岩纤维喷射混凝土中添加0.05％的引气剂，使混凝土内部生成隔热气泡。

6.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，每层泡沫石棉板的厚度为12cm。

7.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，步骤s5中，所述泡沫石棉板层间采用小角度斜面增大铝箔面积。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤s5中，所述泡沫石棉板间采用凹凸结构连接。

技术总结
本发明涉及一种高地应力下的高温隧道支护结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在隧道开挖前进行洞周及掌子面深部注浆；S2、隧道开挖后用挂整体网的方法布设普通钢筋网；S3、沿隧道轮廓喷涂硬质聚氨酯泡沫性材料；S4、在硬质聚氨酯材料外喷射玄武岩纤维喷射混凝土；S5、在玄武岩纤维喷射混凝土表面布设三层泡沫石棉板，泡沫石棉板间设置粘结铝膜；S6、采用CF30纳米仿钢纤维混凝土施作二次衬砌。本发明通过多层材料形成了一个高地应力、高地温隧道的支护结构体系。

技术研发人员：任君;肖霞林;周俊成;姚裴儒;唐泽林;张志强;郑晓飞;罗春;陈杨
受保护的技术使用者：中铁隧道集团三处有限公司;西南交通大学
技术研发日：2020.12.30
技术公布日：2021.07.23