专利名称：一种挤压膨胀岩公路隧道支护方法
技术领域：
本发明涉及一种公路隧道施工技术领域，更具体涉及一种挤压膨胀岩公路隧道支护方法。
背景技术：
中国西部地区地形、地质条件复杂，近年来穿越高地应力地区且工程地质环境恶劣的长大公路隧道不断涌现，给高速公路隧道的设计和施工带来了重大的挑战。膨胀性围岩公路隧道工程的最大难题是隧道的结构设计、施工和运行期稳定性。这些隧道的突出特点是由于围岩具有膨胀性，岩性差，变形大且持续时间较长。目前，采用常规的支护措施很难适应膨胀岩隧道大变形的要求，施工过程中经常出现初次衬砌和二次衬砌的开裂与破坏，隧道变形超限，需要不断的翻修。严重影响施工进度，增加施工成本，而且给施工带来了较多安全隐患。因此急需发明一种安全、可靠，并适用于膨胀岩公路隧道的支护方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种挤压膨胀岩公路隧道支护方法，该支护方法基于施工过程力学原理，其突出特点是支护体系可吸收围岩较大变形，该施工方法对于控制膨胀岩隧道大变形效果明显，该方法简便易行，操作简单，效果明显，成本相对较低，支护结构安全可靠，可免除隧道支护后返修，保障隧道支护结构的长期安全与稳定。为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施一种膨胀岩公路隧道支护方法，其步骤是1、上台阶开挖，架设上台阶第一道工字钢支架，锚喷支护施工。隧洞分上下台阶法开挖，下台阶高度控制在1. 8 2. Om左右。首先进行上台阶开挖，采用钻爆法(参见卢义玉等编箸，《井巷工程设计与施工》，科学出版社，2010.)施工，挖掘机清除掌子面危岩，人工架设上台阶第一道工字钢支架。锚喷支护施工必须紧跟掌子面。按照设计要求，沿洞周布设锚杆安装位置，用钻机沿隧洞洞径向钻孔，安装上台阶树脂锚杆。安装锚杆托板，拧紧螺母，使锚杆具有一定的预紧力。在边墙和拱部锚喷支护施工同时，安装上台阶锁脚锚杆。当上台阶锚杆安装完成后，铺设成片钢筋网，钢筋网与围岩间距3 4cm。随后采用干式喷浆法喷浆，喷浆按先墙后拱，先下后上的顺序，在初喷混凝土终凝以后进行复喷，复喷2 3次，直至达到设计厚度(通常为22 28cm)。2、架设上台阶第二道工字钢支架，喷射泡沫混凝土缓冲层。人工架设上台阶第二道工字钢支架。按配方配制泡沫混凝土，采用湿喷机喷射施工，沿先墙后拱，自下而上的顺序喷射，在初喷混凝土终凝以后进行复喷，复喷2 3次，直至达到设计厚度(通常为22 28cm)。所述的泡沫混凝土由胶凝材料、轻集料、水、外掺剂和发泡剂组成，配方如下
(I)胶凝材料水泥100份粉煤灰10 30份(2)轻集料珍珠岩5 20份(3)水(自来水) 30 60份(4)外掺料
防水剂0.5 2份
防冻剂I 2.5份
减水剂0.8 1.2份
促凝剂2 5份
纤维0.09 0.12份水泥选用的是市售华新水泥有限公司生产的42. 5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰选用的是市售武汉罗阳电厂生产的一级粉煤灰；珍珠岩选用的是市售河南信阳平桥区中信保温建材厂生产的闭孔珍珠岩；泡沫剂选用的是市售河南华泰建材开发有限公司开发的HT复合发泡剂；防水剂选用的是市售Elotex (易来泰)公司生产的sealSO高活性可再分散硅烷基憎水剂；防冻剂选用的是市售武汉苏博新型建材公司生产的FDN-S防冻剂；纤维选用的是市售江苏省射阳县永固工程纤维设备有限公司生产的改性聚丙烯束状19mm单丝纤维或改性聚丙烯束状6mm单丝纤维；减水剂选用的是市售武汉苏博新型建材公司生产的PClOO聚羧酸盐高性能减水剂；促凝剂选用市售中国建筑材料科学研究总院研制的HSA高效速凝剂。(5)发泡剂重量占水泥重量(公斤)的百分比为O. 10 O. 17%。发泡剂为HT复合发泡剂(生产商河南华泰建材开发有限公司)。一种泡沫混凝土的制备步骤是首先在搅拌机内加入少量的水(约为设计用水量的1/20)，使机筒的筒壁润滑；其次开启搅拌机，在低速(约30 40r/min)搅拌状态下依次加入水泥、粉煤灰、珍珠岩、防水剂、防冻剂、减水剂和纤维，再次按配方比例加水，直至加料完全后，继续搅拌，等待加泡沫(由发泡剂用发泡机制得，本领域的普通技术人员均可制备)；第四是在浆料搅拌的同时发泡，当发泡机压力达到3. 5MPa时，开启出泡管的阀门出泡，同时空压机持续加压；第五是在浆料搅拌状态下采用“两次法”加入泡沫，即第一次先加入少量泡沫(约占总泡沫量的1/4 1/5，泡沫由发泡剂用发泡机制得)，和浆体混合均匀，使浆料变稀易于分散，再加入剩余的泡沫(发泡机产生泡沫)，高速(约60 120r/min)搅拌2 3min，然后加促凝剂，并继续搅拌30 40s ;此时便得到了一种混合均匀的浆体。当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫浆制备完成，可以出料，浇注成型并洒水养护即可。3、下台阶开挖，下台阶第一道工字钢支架架设，打下台阶锚杆，喷射混凝土。下台阶开挖应尽早进行，使初次衬砌及早成环，有利于结构受力。下台阶开挖主要采小剂量炸药(单次爆破用量不超过10 20kg岩石乳化炸药)爆破，辅以挖掘机施工，下台阶每次进尺12 20mo铺设下台阶第一道工字钢支架，通过连接法兰和螺栓与上台阶第一道工字钢支架架牢固连接。下台阶第一道工字钢支架应按照设计尺寸在平面上放出1:1大样，并把整榀钢架分成3 5个单元，在加工现场将各单元焊接完成，并焊好连接法兰，法兰的焊接要准确周正，孔眼对应。测量确定隧道中垂线，架立工字钢支架，复核工字钢支架倾斜度小于2°，两侧底脚使用垫块支垫牢固。法兰之间对正，用螺栓连接牢固，钢架与纵向钢筋焊牢，支架与支架之间用φ22螺纹钢焊接连成整体，起到整体支护效果。支架架设完成后，打下台阶树脂锚杆与仰拱锁脚锚杆和锚索。
上述操作完成后，喷射混凝土达到设计厚度(22 26cm)。4、浇筑仰拱塑性混凝土。将塑性混凝土搅拌均匀，用运输车将塑性混凝土运送到指定位置，直接用输送泵将塑性混凝土泵送至模块内，浇筑后对塑性混凝土进行适当的养护，待塑性混凝土强度达到设计强度的75%以上时(凝固时间3 4天以上)，拆除模板。5、下台阶二次衬砌施工。在二次衬砌浇筑前，铺设EVA自粘防水板，铺设前应检查隧道壁面，要求平整，无尖锐物，防水板之间搭接宽度40cm 60cm。安装好模板，一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实。6、仰拱回填。仰拱回填混凝土，一次浇筑成型，浇筑过程中分层捣实。浇筑后养护2 4天，待混凝土强度达到设计强度的75%以上时(凝固时间3 4天以上)，拆除模块。7、上台阶二次衬砌施工。通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置。将模板清理干净，根据放样的控制点架设堵头模板。用混凝土搅拌车将混凝土运送到指定浇注地点，进行混凝土浇筑。从顶部浇注一次成型，浇注的过程中要不断的分层振捣。每环混凝土拱顶预埋φ57 3汪浆钢管，当衬砌混凝土强度达到设计强度75%后(凝固时间3 4天以上)，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆。当拱顶混凝土强度达到设计强度的80%以上时(凝固时间4 5天以上)，拆除堵头模具，拆模时，要注意保护混凝土角隅及表面的保护。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果1、采用锚喷+缓冲层+ 二次衬砌联合支护方法，可吸收围岩较大变形，有效控制隧洞周边位移与底鼓，保证隧道二次衬砌的长期安全与稳定，特别适合于膨胀岩公路隧道。2、采用该发明方法可一次支护即达到保证隧道二次衬砌结构的安全与稳定，避免隧道多次翻修，加快隧道施工进度，提高隧道安全性。3、该发明方法技术易行，效果明显，可有效降低工程造价成本。
图1为一种隧道复合衬砌结构示意图。图2为一种第一道工字钢支架示意图。图3Α为一种钢板连接大样示意图。图3Β为一种钢板连接大样示意图。图4为一种第二道工字钢支架示意图。其中1-上台阶树脂锚杆；2_上台阶喷射混凝土 ；3_预留变形空间；4_上台阶泡沫混凝土缓冲层；5_下台阶树脂锚杆；6_下台阶喷射混凝土 ；7_仰拱塑性混凝土 ；8_下台阶二次衬砌；9-仰拱回填；10_上台阶二次衬砌；11_上台阶第一道工字钢支架；12_上台阶锁脚锚杆；13_仰拱锁脚锚杆(或锚索);14_下台阶第一道工字钢支架；15_连接法兰；16_连接螺栓；17_下台阶第二道工字钢支架；18_上台阶第二道工字钢支架。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述膨胀岩公路隧道支护工法原理为针对膨胀岩公路隧道变形大、持续时间较长的特点，采用锚喷支护+泡沫混凝土缓冲层+ 二次衬砌的复合衬砌支护形式，充分吸引围岩较大变形，共同承担围岩压力，同时利用仰拱锚杆和锚索控制隧洞底部上抬变形，保证隧道的安全与稳定。 一种膨胀岩公路隧道支护方法，其具体的施工步骤如下1、上台阶开挖，架设上台阶第一道工字钢支架11，锚喷支护施工。首先开挖隧洞上台阶，工作面开挖爆破后，挖掘机清除掌子面危岩。支架采用118工字钢，分成7个单元分别与连接法兰15焊接，运至工作面人工架设，各单元之间用连接螺栓16牢固连接。按照设计要求，沿洞周布设上台阶树脂锚杆I安装位置，用钻机沿隧洞洞径向钻孔，当钻孔达到预定深度(3. 5m)后，用高压风将孔内水和粉尘吹干净，将锚固胶结剂和固化剂用锚杆轻轻装入钻孔，随后将锚杆边旋转边搅拌推入孔眼底部，搅拌埋单按照锚固剂型号和生产厂商规定的时间执行，搅拌完毕，卸下搅拌机具，达到凝固时间后，卸下搅拌连接头，安装锚杆托板、垫圈，拧紧螺母，使上台阶树脂锚杆I具有一定的预紧力。在边墙和拱部锚喷支护施工同时，安装上台阶锁脚锚杆12。上台阶锁脚锚杆12采用Φ42注浆小导管，安装SD-02型隧道推力止浆塞(供应商枣庄速达机电工程公司，产地山东省枣庄市)，用注浆机向钻孔内注浆，注浆要一次完成，当注浆完成后立即封口。当锚杆完毕后，将在洞外预先焊接绑扎成片钢筋网，运至洞内铺设，并与锚杆、钢支撑焊牢，钢筋网与围岩间距3 4cm。采用干喷法喷射混凝土，混凝土标号C25。喷浆按先墙后拱，先下后上的顺序，在初喷混凝土终凝以后进行复喷，复喷2 3次，喷层厚度厚度26cm02、架设上台阶第二道工字钢支架18，喷射泡沫混凝土缓冲层4。人工铺设上台阶第二道工字钢支架，用连接法兰和连接螺栓牢固连接。按配方配制泡沫混凝土，采用湿喷机喷射施工，沿先墙后拱，自下而上的顺序施工。在初喷混凝土终凝以后进行复喷，复喷2 3次，喷层厚度20cm。为保证施工质量，施工前，要测量开挖断面，对喷射混凝土表面凹凸显著部位分层喷射找平，将外露的锚杆头齐根切除，并用水泥砂浆抹平。为保证施工进度，可采用与锚喷施工滞后一段距离，避免工作面交叉施工影响。3、下台阶开挖及下台阶第一道工字钢支架14架设，打底锚杆5与锁脚锚杆和锚索13，喷射混凝土 6。下台阶开挖应尽早进行，使初次衬砌及早成环，有利于结构受力。下台阶开挖主要小剂量炸药(单次爆破用量不超过10 20kg岩石乳化炸药)爆破，辅以挖掘机施工。铺设下台阶第一道工字钢支架14，通过连接法兰15和连接螺栓16与上台阶第一道工字钢支架11牢固连接。下台阶第一道工字钢支架14应按照设计尺寸在平面上放出1:1大样，并把整榀钢架分成5 9个单元，在加工现场将各单元焊接完成，并焊好连接法兰15，连接法兰15的焊接要准确周正，孔眼对应。测量确定隧道中垂线，架立钢拱架，复核钢拱架倾斜度小于2°，两侧底脚使用垫块支垫牢固。连接法兰15之间对正，用连接螺栓16连接牢固，钢架与纵向钢筋焊牢，钢架与钢架之间用φ22螺纹钢焊接连成整体，起到整体支护效果。钢架架设完成后，打下台阶树脂锚杆5与仰拱锁脚锚杆(或锚索)13。上述操作完成后，喷射C25混凝土，喷层厚度26cm。4、浇筑仰拱塑性混凝土7。将塑性混凝土搅拌均匀，用运输车将塑性混凝土运送到指定位置，直接用输送泵将塑性混凝土泵送至模块内，浇筑后对塑性混凝土进行适当的养护，待塑性混凝土强度达到设计强度80%以上时(凝固时间3-4天)，拆除模板。塑性混凝土厚度20cm。5、下台阶二次衬砌8施工。在下台阶二次衬砌8浇筑前，铺设EVA自粘防水板，铺设前应检查隧道壁面，要求平整，无尖锐物，防水板之间搭接宽度40cm。安装好模板，一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实。二次衬砌采用C30钢筋混凝土，厚度50cm。
6、仰拱回填9。仰拱回填9采用C15素混凝土，一次浇筑成型，浇筑过程中分层捣实。浇筑后养护2 4天，待混凝土强度达到设计强度的80%以上时(凝固时间3 4天)，拆除|吴块。7、上台阶二次衬砌10施工。通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置，铺设EVA自粘防水板，将模板清理干净，根据放样的控制点架设堵头模板。用混凝土搅拌车将混凝土运送到指定浇注地点，进行混凝土浇筑。从顶部浇注一次成型，浇注的过程中要不断的分层振捣。每环混凝土拱顶预埋07x3注浆钢管，当衬砌混凝土强度达到设计强度80%后，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆。当拱顶混凝土强度达到设计强度的80%以上时(凝固时间3 4天)，拆除堵头模具，拆模时，要注意保护混凝土角隅及表面的保护。
权利要求
1.一种膨胀岩公路隧道支护方法，其步骤是 a、上台阶开挖，架设上台阶第一道工字钢支架(11)，锚喷支护施工，隧洞分上下台阶法开挖，下台阶高度控制在1. 8 2. Om,首先进行上台阶开挖，采用钻爆法施工，挖掘机清除掌子面危岩，人工架设上台阶第一道工字钢支架(11); 锚喷支护施工紧跟掌子面，按照设计要求，沿洞周布设锚杆安装位置，用钻机沿隧洞洞径向钻孔，安装上台阶树脂锚杆(I)，安装锚杆托板，拧紧螺母，使锚杆有预紧力；在边墙和拱部锚喷支护施工同时，安装锁脚锚杆； b、架设上台阶第二道工字钢支架(18)，喷射上台阶泡沫混凝土缓冲层(4)，人工架设上台阶第二道工字钢支架(18)，按配方配制泡沫混凝土，采用湿喷机喷射施工，沿先墙后拱，自下而上的顺序喷射，在初喷混凝土终凝以后进行复喷，复喷2 3次，直至达到设计厚度； C、下台阶开挖，下台阶第一道工字钢支架(14)架设，打下台阶树脂锚杆(5)，喷射混凝土，下台阶开挖采小剂量炸药爆破，辅以挖掘机施工，下台阶每次进尺12 20m ； 铺设下台阶第一道工字钢支架(14)，通过连接法兰(15)和连接螺栓(16)与上台阶第一道工字钢支架(11)连接，下台阶第一道工字钢支架应按照设计尺寸在平面上放出1:1大样，并把整榀钢架分成5 9个单元，在加工现场将各单元焊接完成，并焊好连接法兰(15)，连接法兰(15)的焊接要准确周正，孔眼对应，测量确定隧道中垂线，架立钢拱架，复核钢拱架倾斜度小于20，两侧底脚使用垫块支垫牢固，法兰之间对正，用连接螺栓(16)连接，钢架与纵向钢筋焊牢，钢架与钢架之间用￠22螺纹钢焊接连成整体，打下台阶树脂锚杆(5)与仰拱锁脚锚杆或锚索(13); d、浇筑仰拱塑性混凝土(7):将塑性混凝土搅拌均匀，用运输车将塑性混凝土运送到指定位置，直接用输送泵将塑性混凝土泵送至模块内，浇筑后对塑性混凝土进行养护，塑性混凝土强度达到设计强度的75%时，拆除模板； e、下台阶二次衬砌(8)施工在下台阶二次衬(8)砌浇筑前，铺设EVA自粘防水板，铺设前应检查隧道壁面，平整，无尖锐物，防水板之间搭接宽度40cm 60cm，安装模板，一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实； f、仰拱回填(9):仰拱回填混凝土，一次浇筑成型，浇筑过程中分层捣实，浇筑后养护2 4天，混凝土强度达到设计强度的75%时，拆除模块； g、上台阶二次衬砌(10)施工通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置，将模板清理干净，根据放样的控制点架设堵头模板，用混凝土搅拌车将混凝土运送到指定浇注地点，进行混凝土浇筑，从顶部浇注一次成型，浇注的过程中要不断的分层振捣，每环混凝土拱顶预埋0 57 X 3注浆钢管，衬砌混凝土强度达到设计强度75%后，用与衬砌同标号的混凝土进行拱顶回填灌浆，拱顶混凝土强度达到设计强度的80%时，拆除堵头模具。
2.权利要求1所述的一种膨胀岩公路隧道支护方法，其特征在于泡沫混凝土由胶凝材料、轻集料、水、外掺剂和发泡剂组成 (I)胶凝材料 水泥100份 粉煤灰10 30份(2)轻集料: 珍珠岩5 20份 (3)水30 60份 (4)外掺料 防水剂0. 5 2份 防冻剂I 2. 5份 减水剂0. 8 1. 2份 促凝剂2 5份 纤维0. 09 0. 12份 (5)发泡剂体积占水泥重量的百分比为100 170%； 一种泡沫混凝土的制备步骤是 首先在搅拌机内加入水，使机筒的筒壁润滑；其次开启搅拌机，在搅拌状态下依次加入水泥、粉煤灰、珍珠岩、防水齐IJ、防冻齐U、减水剂和纤维；再次按比例加水，直至加料完全后，继续搅拌，等待加泡沫；第四是在浆料搅拌的同时发泡，发泡机压力达到3. 5MPa时，开启出泡管的阀门出泡，同时空压机持续加压；第五是在搅拌下加入泡沫，第一次先加入泡沫占总泡沫量的1/4 1/5，和浆体混合均匀，使浆料变稀易于分散，再加入剩余的泡沫，搅拌2 3min，然后加促凝剂，并继续搅拌30 40s ;得到了一种混合均匀的浆体。
全文摘要
本发明公开了一种膨胀岩公路隧道支护方法，其步骤a、上台阶开挖，架设上台阶第一道工字钢支架，锚喷支护施工，安装锁脚锚杆；b、架设上台阶第二道工字钢支架，喷射上台阶泡沫混凝土缓冲层，直至达到设计厚度；c、下台阶开挖，下台阶第一道工字钢支架架设，打下台阶树脂锚杆，喷射混凝土，打下台阶树脂锚杆与仰拱锁脚锚杆或锚索；d、浇筑仰拱塑性混凝土；e、下台阶二次衬砌施工,一次浇筑成型，浇筑的过程中用震动棒分层捣实；f、仰拱回填,仰拱回填混凝土，拆除模块；g、上台阶二次衬砌施工:通过测量放样，确定模板的架设位置，将台车移动到指定位置，将模板清理干净，拆除堵头模具。该方法简便易行，操作简单，效果明显，成本低。
文档编号E21D9/00GK103016026SQ201210476980
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者宋继宏, 罗昌宏, 刘江, 申思然, 张表志, 田建华, 邵然, 周长泉, 董钊, 曾逢春, 贾伟, 陈华, 李学俊 申请人:湖北省宜昌至巴东高速公路建设指挥部