专利名称：深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，主要适用于各种水 利水电工程中，特别是深埋软岩大断面隧洞。
背景技术：
近些年，随着社会发展的需要，深埋隧洞工程逐渐增多，已有的研究和工程实践表 明，岩体在高埋深条件下将会发生诸多不同于常规浅埋条件下的破坏现象，比如岩爆、应力 型松弛垮塌、持续性变形等，围岩的塑性大变形是深埋软岩洞室最为常见的破坏现象，常常 伴随着隧洞塌方、顶拱下沉、底臌以及围岩的异常变形等情况的发生，隧洞拱肩、拱脚以及 底拱是相对较为明确的最可能产生破坏的重点部位。深埋高地应力软岩洞段，围岩变形大且持续时间长，围岩稳定性差，容易发生塌 方，仅仅靠系统喷锚支护所提供的支护力还不足以保证隧洞围岩稳定安全，常常需要进一 步采用系统钢拱架支撑，甚至配套管棚支护体系形成复合支护结构体系，实现高地应力软 岩洞室的围岩整体稳定，而系统钢拱架结构需要牢固的基础才能发挥承载支护作用。深埋软岩大断面隧洞一般采用台阶法(一般分上、下两个断面，上断面开挖一定 长度后再开挖下断面)或分部开挖法(一般分左右上下四个断面，分部开挖前进)进行隧 洞开挖，通过超前支护(超前导管、管棚等)或及时施加的强力支护(钢拱架支撑、砂浆锚 杆、喷射混凝土等)确保洞室的稳定。无论是台阶法还是分部开挖法，不同的施工阶段和施 工步骤对洞室的稳定均会产生不同程度的影响。对于台阶法开挖的软岩洞段，下台阶落底 施工过程中，必然存在打破上半断面支护后的围岩稳定平衡状态，特别是上半断面的系统 钢拱架基础将随着下半断面的开挖而悬空失去支撑与承载能力，使得上半断面围岩存在失 稳的风险，极有可能出现上断面软岩整体下沉、塌方、大变形或底臌等现象，需要提前采取 必要的工程措施，对可预见的破坏部位和情况进行有针对性的加固。鉴于洞室规模、施工方 式、地质条件的不同以及施工现场的诸多不确定因素，目前对于深埋大型软岩隧洞落底开 挖的支护设计和施工尚缺乏系统性的处理方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种深埋软岩大型隧洞落 底开挖支护的施工方法，在落底开挖之前采用基础锚筋桩、预应力锚杆对洞室上下半断面 分别进行针对性的预先加固，随后再进行隧洞左右分幅落底开挖、及时引接上台阶洞室钢 拱架立腿，封闭全断面支护拱架，以达到确保隧洞结构安全稳定的目的。本发明所采用的技术方案是深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其特 征在于步骤如下a、根据开挖揭露的地质条件，在已开挖的上半断面洞室内依次布置上半断面砂浆 锚杆、上半断面钢拱架和混凝土喷层，形成系统支护；b、分别在上半断面洞室的拱肩、腰部、拱脚部位布置预应力锚杆进行加固；
C、在上半断面洞室两侧拱脚部位实施超前系统基础锚筋桩；d、采用左右分幅方式对下半断面洞室进行落底开挖，任选半幅开挖l_2m进尺后， 及时引接上半断面钢拱架立腿，安装下半断面钢拱架并施工下半断面砂浆锚杆，然后喷射 混凝土封闭，随后采用相同方法进行另半幅开挖和支护，形成环形支护整体；e、依次重复上述步骤a、b、C、d，直至整个隧洞贯通。所述预应力锚杆外端部与水平设置于上半断面洞室内的通长槽钢固定连接，通长 槽钢与岩壁之间布置砂浆整平层。所述基础锚筋桩端部制有钢板，该钢板另一侧焊接有布置于上半断面洞室拱脚处 的通长槽钢。所述上半断面钢拱架和下半断面钢拱架之间采用垫板螺栓机械连接方式连接。本发明的有益效果是本发明在深埋软岩大型隧洞落底开挖之前采用基础锚筋 桩、预应力锚杆对洞室上下半断面分别进行针对性的预先加固，随后采用左右分幅方式对 下半断面洞室进行落底开挖、及时引接上半断面钢拱架立腿，封闭全断面支护拱架，形成环 形支护整体，经实践证明，有效的限制了落底开挖过程中隧洞围岩的不利变形与塌方破坏， 确保了隧洞围岩的整体稳定安全，保证了施工的顺利进行。
图1、图2、图3、图4是本发明施工步骤示意图。图5是本发明中预应力锚杆端部连接细部图。图6是本发明中基础锚筋桩端部连接细部图。
具体实施例方式本发明结合西部某水电工程深埋软岩大型隧洞设计和施工的实践，提出在深埋软 岩大型隧洞落底开挖之前采用基础锚筋桩7、预应力锚杆6对洞室上下半断面分别进行针 对性的预先加固，随后再进行隧洞左右分幅落底开挖、及时引接上台阶洞室钢拱架立腿，封 闭全断面支护拱架的开挖支护设计和施工的系统性方法，以达到确保隧洞结构安全稳定的 目的。本实施例的具体施工步骤如下a、根据开挖揭露的地质条件，对隧洞上台阶已开挖的上半断面洞室1实施必要的 系统支护，包括上半断面砂浆锚杆3、上半断面钢拱架4和混凝土喷层5等，形成如图1所示 的上半断面洞室系统支护，确保上半断面洞室1的安全；施工时，依次布置上半断面砂浆锚 杆3和上半断面钢拱架4，最后喷射混凝土形成混凝土喷层5。b、如图2所示，分别在上半断面洞室1的拱肩、腰部、拱脚部位布置预应力锚杆6， 实施有针对性的加固，每排预应力锚杆6外端部与通长槽钢10固定连接，通长槽钢10通过 预应力锚杆6的拉压作用，以及通长槽钢10同混凝土喷层5之间的砂浆整平层12的传力 作用形成对洞壁上半断面钢拱架4立腿的整体预压支护条带(即预应力锚杆通过通长槽钢 和砂浆整平层向上半断面钢拱架立腿施加沿隧洞径向方向的力，作为支护)，避免在落底开 挖过程中，上半断面钢拱架4的基础在悬空后完全丧失对顶拱围岩的承载支撑能力，同时 也可以限制落底开挖过程中相应部位围岩的变形，避免失稳；如图5所示，本例中通长槽钢 10水平布置于上半断面洞室1内的洞壁上，通长槽钢10上、对应于预应力锚杆6的埋设位置开设通孔，预应力锚杆6从该通孔穿过后采用锚杆螺母11拧紧施加预应力，此时通长槽 钢10兼做锚杆垫板，通长槽钢10与洞壁之间布置砂浆整平层12找平，增加预应力锚杆的 稳定性和传力作用。C、在上半断面洞室1两侧拱脚部位实施超前系统基础锚筋桩，以便进一步加固上 半断面洞室1拱脚部位的岩体，提高其承载能力，并提供对上半断面钢拱架4基础的强力支 撑。同时，这些在下半断面落底开挖之前超前实施的拱脚两侧(沿隧洞轴线方向看)的系 统基础锚筋桩7，起到对下半断面洞室2两侧边墙的“基坑围护桩”效果的承载维稳作用，在 没有及时完成下半断面支护施工之前，限制落底开挖过程中下半断面洞室2边墙的不利变 形和隧洞底臌。如图6所示，锚筋桩7端部制有钢板13，该钢板另一侧焊接有布置于上半断 面洞室1拱脚处的通长槽钢10，进一步增加整体加固效果；d、进行下半断面洞室2的落底开挖。如图3、图4所示，落底开挖采用左右分幅方 式，分幅比例以满足施工要求和对围岩稳定的不利影响最低为原则进行合理分配，分幅开 挖可以避免上半断面钢拱架4的两侧基础同时悬空，最大限度保留上半断面钢拱架4的承 载支撑能力。落底开挖循环进尺控制在1 2m，即任选半幅开挖l_2m进尺后，及时引接上 半断面钢拱架4立腿，安装下半断面钢拱架9并施工下半断面砂浆锚杆8，然后喷射混凝土 封闭，随后采用相同方法进行另半幅开挖和支护，形成环形支护整体；通过及时封闭全断面 支护钢拱架形成具有牢固支撑基础的环向支护整体，下半断面喷锚支护形成洞室整体表层 支护结构；上、下半断面钢拱架4、9连接采用垫板螺栓机械连接的方式连接。e、依次重复上述步骤a、b、C、d，直至整个隧洞贯通。
权利要求
1.一种深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其特征在于步骤如下a、根据开挖揭露的地质条件，在已开挖的上半断面洞室(1)内依次布置上半断面砂浆 锚杆(3)、上半断面钢拱架(4)和混凝土喷层(5)，形成系统支护；b、分别在上半断面洞室(1)的拱肩、腰部、拱脚部位布置预应力锚杆(6)进行加固；C、在上半断面洞室(1)两侧拱脚部位实施超前系统基础锚筋桩(7)；d、采用左右分幅方式对下半断面洞室(2)进行落底开挖，任选半幅开挖l_2m进尺 后，及时引接上半断面钢拱架(4)立腿，安装下半断面钢拱架(9)并施工下半断面砂浆锚 杆(8)，然后喷射混凝土封闭，随后采用相同方法进行另半幅开挖和支护，形成环形支护整 体；e、依次重复上述步骤a、b、c、d，直至整个隧洞贯通。
2.根据权利要求1所述的深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其特征在于 所述预应力锚杆(6)外端部与水平设置于上半断面洞室(1)内的通长槽钢(10)固定连接， 通长槽钢(10)与岩壁之间布置砂浆整平层(12)。
3.根据权利要求1所述的深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其特征在于 所述基础锚筋桩(7)端部制有钢板(13)，该钢板另一侧焊接有布置于上半断面洞室(1)拱 脚处的通长槽钢(10)。
4.根据权利要求1所述的深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其特征在于 所述上半断面钢拱架(4)和下半断面钢拱架(9)之间采用垫板螺栓机械连接方式连接。
全文摘要
本发明涉及一种深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，以确保隧洞施工过程中结构安全稳定。解决该问题的技术方案是深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法，其步骤如下a、在已开挖的上半断面洞室内依次布置上半断面砂浆锚杆、上半断面钢拱架和混凝土喷层；b、分别在上半断面洞室的拱肩、腰部、拱脚部位布置预应力锚杆；c、在上半断面洞室两侧拱脚部位实施基础锚筋桩；d、采用左右分幅方式对下半断面洞室进行落底开挖，形成环形支护整体；e、依次重复上述步骤直至整个隧洞贯通。本发明主要用于各种水利水电工程中，特别是深埋软岩大断面隧洞。
文档编号E21D9/00GK102003187SQ20101050725
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者侯靖, 吴旭敏, 张伟, 张洋, 陈祥荣 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院