一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法
【专利摘要】本发明公开了一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，涉及隧道支护技术领域，用以解决现有技术中砂黄土地区隧道开挖过程中洞顶砂黄土层掉块溜沙的问题。该方法包括：修整开挖的洞顶轮廓，使开挖洞顶轮廓圆顺；按双向拉伸塑料土工格栅的幅宽，在洞顶的混凝土受喷面上划出白线或挂线；按照划出的白线或挂线，铺设双向拉伸塑料土工格栅，并使用射钉枪将双向拉伸塑料土工格栅通过多个固定钉快速固定于洞顶上；用湿喷机快速喷射速凝混凝土；对速凝混凝土层进行养护。本发明有效解决了传统的直接喷浆导致隧道洞顶砂黄土层掉块溜砂的问题，且本发明施工工艺简单、工程量小、有效的缩短工程周期，能够节约工程造价的20％～30％、易于施工和推广。
【专利说明】
一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法
技术领域
[0001] 本发明涉及隧道支护技术领域，更具体的涉及一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂 的快速防护方法。
【背景技术】
[0002] 我国黄土高原北部大部分地区特别是山西西部、宁夏南部、陕北榆林、靖边等地区 为砂黄土区，在物质组成和结构方面与黄土高原中部和东南部的粘粉质黄土具有明显的差 异，工程性质也相应地发生了一定的变化。随着西部大开发及丝绸之路经济的发展，黄土地 区工程建设日新月异，所经过砂黄土地区的高速公路、铁路隧道开挖的支护问题就变得尤 为重要。
[0003] 目前，黄土地区隧道开挖时，在隧道刚刚开挖掘进0.5-1.0m后（初衬之前）就需要 快速喷射混凝土浆液以防止黄土的掉块溜砂。这种技术因施工工艺简单且造价低廉在其他 地区得到较普遍的应用，然而该技术应用于砂黄土地区隧道时出现了浆液还未完全凝固洞 顶砂黄土层就开始掉块溜砂，无法完成后续的初衬支护施工，工期严重滞后，迫使工程造价 升高。其原因是砂黄土具有特殊的工程性质，即〇. 01-0. 〇75mm粗粉土粒级，因其胶结物含量 低而呈微弱的胶结状态，自身的抗拉和抗剪能力极弱。
【发明内容】
[0004] 本发明提供的砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，用以解决现有技术 中砂黄土地区隧道开挖过程中洞顶砂黄土层掉块溜沙的问题。
[0005] 本发明提供一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1:修整开挖的洞顶轮廓，使开挖的洞顶轮廓圆顺；
[0007] 步骤2:按双向拉伸塑料土工格的栅幅宽，在洞顶的混凝土受喷面上划出白线或挂 线；
[0008] 步骤3:按照步骤2中在受喷面上划出的白线或挂线，铺设双向拉伸塑料土工格栅， 并使用射钉枪将双向拉伸塑料土工格栅通过多个固定钉快速固定于洞顶上；
[0009] 步骤4:用湿喷机快速喷射速凝混凝土；
[0010]步骤5:对速凝混凝土层进行养护。
[0011]优选地，步骤3中，固定钉长度为200-300mm，固定钉与双向拉伸塑料土工格栅之间 设有垫片，垫片厚度为l-2mm，直径为15-20mm，相邻的固定钉之间的距离为5-10cm，双向拉 伸塑料土工格栅与混凝土受喷面的间距小于10mm。
[0012] 优选的，步骤4中，喷射速凝混凝土之前检查开挖的洞顶断面尺寸，设置控制喷层 厚度的标志，步骤3和步骤4之间的时间间隔不超过12h，步骤4应该分段、分片依次进行。
[0013] 优选的，步骤4中，喷射速凝混凝土层总厚度为8_13cm，速凝混凝土由混凝剂和水 泥组成，混凝剂的质量为水泥质量的2.3%-3.4%。
[0014] 优选的，步骤4中，分多次喷射速凝混凝土，每次喷射速凝混凝土的厚度小于40mm， 喷射速凝混凝土的喷头与混凝土受喷面垂直且喷头与混凝土受喷面之间的距离为0.6-1. lm〇
[0015]优选的，步骤5中，速凝混凝土终凝后1-2h开始洒水养护，养护天数至少为7天。 [0016]本发明中，添加一层双向拉伸塑料土工格栅，使得混凝土的扩散半径增大，粘结力 增加，从而使得砂黄土层的强度增大，双向拉伸塑料土工格栅使得土层表面的应力分散到 两侧的土体中去，解决了由于砂黄土本身胶结较差，直接喷浆后，混凝土层的重力超过了砂 黄土本身的粘聚力进而导致其表层掉块溜砂。并且土工格栅的价格便宜，且施工工艺简单， 更适用于松散砂黄土隧道开挖的顶部快速防护。综上所述，本发明有效解决了传统的直接 喷浆导致隧道洞顶砂黄土层掉块溜砂的问题，且本发明施工工艺简单、工程量小、有效的缩 短工程周期，能够节约工程造价的20 %~30%、易于施工和推广。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本发明实施例提供的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法中 防护结构示意图；
[0019] 图2为本发明实施例提供的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法中 双向拉伸塑料土工格栅结构示意图；
[0020] 图3为本发明实施例提供的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法中 固定钉嵌入结构示意图；
[0021] 图4为本发明实施例提供的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法中 速凝剂掺量曲线图。
[0022]【附图说明】：1_砂黄土层，2-双向拉伸塑料土工格栅，3-隧道中线，4-线路中线，5-固 定钉，6-垫片，7-速凝混凝土层，8-混凝土受喷面。
【具体实施方式】 [0023] 实施例1
[0024] 本发明实施例1提供一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，包括以 下步骤：
[0025] 步骤1:修整开挖的洞顶轮廓，使开挖的洞顶轮廓圆顺，具体的，检查开挖断面的洞 顶砂黄土层1，清除隧道顶面的松动的砂黄土体，并填补挖坑部分，使得洞顶顶面轮廓圆顺。 [0026]步骤2:按双向拉伸塑料土工格栅2的幅宽，在洞顶的混凝土受喷面8划出白线或挂 线，具体的，利用设计的隧道剖面图或其他基准点确立好隧道中线3,按幅宽在建筑层画出 白线或挂线，设置好白线后注意保障其不要被破坏，双向拉伸塑料土工格栅2的铺设纵线应 与隧道中线3或线路中线4垂直，其中，双向拉伸塑料土工格栅2应具有抗腐蚀、防老化的性 能，且应选用粗型，高强度、高密度且幅宽较大的格栅。
[0027]步骤3:按照步骤2中在受喷面上划出的白线或挂线，铺设双向拉伸塑料土工格栅 2,并使用射钉枪将双向拉伸塑料土工格栅2通过多个固定钉5快速固定于洞顶的砂黄土层1 上，具体做法如下：
[0028] (3a)首先确认白线是否完整或基准点是否被破坏；
[0029] (3b)按照划出的白线，人工铺设双向拉伸塑料土工格栅2，由于双向拉伸塑料土工 格栅2其主要受力方向（纵向）垂直于隧道开挖的主线方向，因此，双向拉伸塑料土工格栅2 的铺设应平整，并尽量张紧，双向拉伸塑料土工格栅2与洞顶的混凝土受喷面之间的平行间 距小于10mm;利用特制射枪将长度为200-300mm的固定钉5以5-10cm的相邻间距dl迅速穿过 双向拉伸塑料土工格栅2并打入洞顶的砂黄土层1，利用固定钉5来固定双向拉伸塑料土工 格栅2，为了更好的固定双向拉伸塑料土工格栅2，在固定钉5的尾部和双向拉伸塑料土工格 栅2之间加入圆形的塑料垫片6,垫片6的厚度为l-2mm，直径为15-20mm，如图1所示，靠近端 部的固定钉5的间距d2可适当加密；
[0030] (3c)双向拉伸塑料土工格栅2的连接处采用人工绑扎搭接，搭接宽度为10cm，且双 向拉伸塑料土工格栅2的主受力方向不设置搭接接头，防止在后续施工中出现强度不够问 题，造成滑落现象。
[0031] 步骤4:用湿喷机快速喷射速凝混凝土，具体步骤如下：
[0032] (4a)喷射速凝混凝土之前，检查开挖的断面尺寸，设置控制喷层厚度标志，并保证 其不被破坏；
[0033] (4b)在双向拉伸塑料土工格栅2铺设完成的12h内进行速凝混凝土的喷射，速凝混 凝土由混凝剂和水泥组成，混凝剂的质量为水泥质量的2.3 %-3.4%，混凝剂的质量为水泥 质量的3.1%时，效果最佳，如图4所示，使用湿喷机分层分片进行多次喷射，每次喷射速凝 混凝土的厚度小于40mm，喷射速凝混凝土的喷头与混凝土受喷面8垂直且喷头与混凝土受 喷面8之间的距离为0.6-1. lm，喷射速凝混凝土层7的总厚度为8-13cm。
[0034] 步骤5:对速凝混凝土层7进行养护，为了使水泥充分水化，减少和防止收缩裂缝， 在喷射速凝混凝土终凝后l_2h开始洒水养护，养护天数不少于7天。
[0035] 为了探讨砂黄土地区隧道开挖洞顶快速防护的效果，反馈施工过程中可能存在的 问题，为砂黄土地区隧道开挖洞顶的临时支护方法提供基础数据，发明人在陕西省某砂黄 土地区隧道开挖过程中实施了本方法。对隧道顶部利用本方法支护地段布设应力应变量测 断面，在每个量测断面的拱顶中心及两侧埋设收敛预埋钩，可用水准仪进行拱顶下沉量测， 选择一个高程位置相对不变的后视点（基点），就可用较为简单的方法得到拱顶下沉量，在 洞顶与支护层之间埋设压力盒和混凝土应力计，测试其支护强度，主要参数见下表1:
[0036] 表1现场监测数据表
[0037]
[0039] 表1中可看出，利用本发明的防护方法，隧道顶部沉降量明显减小，且支护层内力 和围岩与支护层之间压力显著提高，洞顶的溜砂掉块现象消失，施工工艺简单、工程量小、 有效地缩短工程周期，保证了隧道施工安全进行，节约工程造价的20%~30%、易于施工和 推广。
[0040] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0041] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:修整开挖的洞顶轮廓，使开挖的洞顶轮廓圆顺； 步骤2:按双向拉伸塑料土工格栅的幅宽，在洞顶的混凝土受喷面上划出白线或挂线； 步骤3:按照步骤2中在受喷面上划出的白线或挂线，铺设双向拉伸塑料土工格栅，并使 用射钉枪将双向拉伸塑料土工格栅通过多个固定钉快速固定于洞顶上； 步骤4:用湿喷机快速喷射速凝混凝土； 步骤5:对速凝混凝土层进行养护。2. 根据权利要求1所述的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，其特征 在于，步骤3中，固定钉长度为200-300mm，所述固定钉与所述双向拉伸塑料土工格栅之间设 有垫片，所述垫片厚度为l -2mm，直径为15-20mm，相邻的所述固定钉之间的距离为5-10cm， 所述双向拉伸塑料土工格栅与混凝土受喷面的间距小于l〇mm。3. 根据权利要求1所述的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，其特征 在于，步骤4中，喷射速凝混凝土之前检查开挖的洞顶断面尺寸，设置控制喷层厚度的标志， 步骤3和步骤4之间的时间间隔不超过12h，步骤4应该分段、分片依次进行。4. 根据权利要求1所述的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，其特征 在于，步骤4中，喷射速凝混凝土层总厚度为8-13cm，所述速凝混凝土由混凝剂和水泥组成， 所述混凝剂的质量为所述水泥质量的2.3%-3.4%。5. 根据权利要求4所述的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，其特征 在于，步骤4中，分多次喷射速凝混凝土，每次喷射速凝混凝土的厚度小于40mm，喷射速凝混 凝土的喷头与混凝土受喷面垂直且喷头与混凝土受喷面之间的距离为0.6-1. lm。6. 根据权利要求1所述的一种砂黄土隧道开挖洞顶掉块溜砂的快速防护方法，其特征 在于，步骤5中，速凝混凝土终凝后1-2h开始洒水养护，养护天数至少为7天。
【文档编号】E21D11/10GK105863681SQ201610478948
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】王家鼎, 许元珺, 苏贺, 谷琪, 陈朋, 李盼盼
【申请人】西北大学