一种高地应力隧道局部病害快速处置装置与方法与流程

本发明属于隧道病害治理领域，具体涉及一种高地应力隧道局部病害快速处置装置与处治方法。

背景技术：

目前我国已经修建公路、铁路隧道数千座，隧道所处的地质条件非常复杂，隧道建成运营后，可能随着运营年限的增加逐渐出现各种病害。隧道出现病害的原因较为复杂，一般可认为有三方面因素：首先是设计原因，隧道设计支护参数不够合理，随着隧道运营衬砌混凝土耐久性不足，导致逐渐出现各种病害；其次是施工因素，隧道施工过程中可能出现局部施工质量问题，如局部衬砌混凝土振捣不密实、或者厚度不够，随着运营也可能导致病害出现；另外是地质因素，隧道开挖临空面会有汇水效应，水环境改变导致隧道周围地质条件变差，围岩压力增大，还有可能地质构造原因造成局部地应力变大，原有的衬砌强度已经不能满足承载强度，从而出现各种病害。随着我国基建交通设施的使用年限增加，后续将出现越来越多的隧道病害问题，如何及时、快速、有效的处理好隧道病害，具有重要意义。

目前隧道病害处治尚没有较好的办法，常常是挂网喷射混凝土处治，病害严重时需要拆除二衬并重新做，前者处治效果并不理想，常常是治标不治本，随着运营时间增加，仍可能发生二次病害，后者处治费用高，且处治时间长，影响列车的正常运营。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高地应力隧道局部病害快速处置装置与方法，能够对于规模较小的病害力求在不影响正常通车的情况下快速修补，节约维修成本，确保隧道的运营安全。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高地应力隧道局部病害快速处治方法，包括以下步骤：

步骤一，隧道病害探查与识别，并确定隧道病害面积；

步骤二，在隧道病害范围内架设临时钢拱架；

步骤三，在隧道病害范围内的上方和下方分别打入若干锁顶钢管和若干锁底钢管，并分别注浆，锁顶钢管和锁底钢管对应设置；

步骤四，清除隧道病害处的原衬砌的混凝土；

步骤五，在病害范围内的围岩上开凿应力释放孔；

步骤六，在应力释放孔上打入锚杆，并给锚杆内注浆；

步骤七，在对应的锁顶钢管和锁底钢管间设置钢支撑；

步骤八，在隧道病害处表面喷涂混凝土初喷层，并找平施工面；

步骤九，在施工面上敷设防水层；

步骤十，在防水层上喷射复喷层，并养护到设计强度；

步骤十一，拆除临时钢拱架；

步骤十二，在复喷层表面进行美化，得到美化表层，最终完成隧道局部病害处治。

锁顶钢管和锁底钢管均采用直径32mm带注浆孔的空心钢管。

应力释放孔的直径为20mm，深度为3m。

锚杆长度为4m。

钢支撑采用截面为矩形的钢管，钢支撑与锁顶钢管和锁底钢管间通过焊接连接。

初喷层和复喷层均采用湿喷混凝土，初喷层的厚度为10cm，复喷层的厚度为60cm。

美化表层为采用混凝土抹面。

一种高地应力隧道局部病害快速处置装置，包括设置在隧道病害范围内的临时钢拱架，隧道病害处的上方设置有若干锁顶钢管，下方设置有若干锁底钢管，对应的锁顶钢管和锁底钢管间设置有钢支撑，隧道病害处上固定有若干锚杆，隧道病害处上喷覆有用于找平施工面的初喷层，初喷层上敷设有防水层，防水层上喷射有复喷层，复喷层上覆盖有美化表层。

隧道底部设置有钢拱架支座，临时钢拱架固定在钢拱架支座上。

与现有技术相比，本发明的方法针对局部隧道病害，首先对病害进行探查与识别，在隧道病害范围内架设临时钢拱架，并在在隧道病害范围内的上方和下方分别打入锁顶钢管和锁底钢管，使本方法能够快速定位，并进行局部治理，施工在列车同行的天窗时间进行，对列车运行影响较小；本方法具有极强的针对性，能够针对小型隧道病害进行快速治理，避免常规治理手段的治理效果欠佳问题，同时可节约成本，绿色环保，具有良好的应用前景。

本发明的结构通过在隧道病害范围内的临时钢拱架，通过锁顶钢管和锁底钢管对病害处进行定位，通过锚杆对病害处释放应力，最后在病害处依次覆盖初喷层、防水层、复喷层和美化表层，本结构只对隧道病害处进行维修，针对性强，对列车运行影响较小，并且修补快速，节约维修成本，能够确保隧道的运营安全。

附图说明

图1为采用本发明处治的施工结构图；

图2为图1的侧视图；

其中，1、衬砌、2、临时钢拱架、3、锁顶钢管、4、锁底钢管、5、锚杆、6、应力释放孔、7、钢支撑、8、初喷层、9、防水层、10、复喷层、11、美化表层、12、钢拱架支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1和图2，一种高地应力隧道局部病害快速处置装置，包括隧道底部设置有钢拱架支座12以及设置在隧道病害范围内的临时钢拱架2，临时钢拱架2固定在钢拱架支座12上，隧道病害处的上方设置有若干锁顶钢管3，下方设置有若干锁底钢管4，对应的锁顶钢管3和锁底钢管4间设置有钢支撑7，隧道病害处上固定有若干锚杆6，隧道病害处上喷覆有用于找平施工面的初喷层8，初喷层8上敷设有防水层9，防水层9上喷射有复喷层10，复喷层10上覆盖有美化表层11。

锁顶钢管3和锁底钢管4均采用直径32mm带注浆孔的空心钢管。应力释放孔5的直径为20mm，深度为3m。锚杆6长度为4m。钢支撑7采用截面为矩形的钢管，钢支撑7与锁顶钢管3和锁底钢管4间通过焊接连接。初喷层8和复喷层10均采用湿喷混凝土，初喷层8的厚度为10cm，复喷层10的厚度为60cm。美化表层11为采用混凝土抹面。

本发明包括以下步骤：

步骤一，隧道病害探查与识别，并确定隧道病害面积；

步骤二：与列车运营方沟通，确定行车运营时刻表，明确运营天窗时长；

步骤三，在隧道病害范围内架设临时钢拱架2；

步骤四，在隧道病害范围内的上方和下方分别打入若干锁顶钢管3和若干锁底钢管4，并分别注浆，锁顶钢管3和锁底钢管4对应设置；

步骤五，清除隧道病害处的原衬砌1的混凝土；

步骤六，在病害范围内的围岩上开凿应力释放孔5；

步骤七，在应力释放孔5上打入锚杆6，并给锚杆6内注浆；

步骤八，在对应的锁顶钢管3和锁底钢管4间设置钢支撑7；

步骤九，在隧道病害处表面喷涂混凝土初喷层8，并找平施工面；

步骤十，在施工面上敷设防水层9；

步骤十一，在防水层9上喷射复喷层10，并养护到设计强度；

步骤十二，拆除临时钢拱架2；

步骤十三，在复喷层10表面进行美化，得到美化表层11，最终完成隧道局部病害处治。

实施例：

渝万铁路某隧道衬砌病害处治，隧道病害为右侧边墙出衬砌开裂剥落，隧道专家调研认为局部高地应力是造成此次病害的最关键因素，要求在尽量不影响行车的情况下，尽快修复。采用本发明提供的方案，具体步骤为：

步骤一：首先组织人员进行隧道病害探查与识别，确定隧道病害面积为：长度3m×宽度1m，基本与隧道轴向平行；

步骤二：与万州铁路局沟通，确定行车运营时刻表，明确运营天窗时长为下午1点到5点，以下所有施工工作均在天窗时间进行；

步骤三，在隧道病害范围内架设临时钢拱架2，钢拱架2的间距设定为1m，钢拱架下端浇筑混凝土支座，确保其承载力；

步骤四，在隧道病害范围内的上方和下方分别打入若干锁顶钢管3和若干锁底钢管4，并分别注浆，锁顶钢管3和锁底钢管4对应设置，其间距为30cm，长度为3m；

步骤五，清除隧道病害处的原衬砌1的混凝土及突出的围岩部分；

步骤六，在病害范围内的围岩上开凿应力释放孔5，孔深为3m，孔间距为50cm；

步骤七，以应力释放孔5作为基础，进一步打入锚杆6，并给锚杆6内注浆；

步骤八，在对应的锁顶钢管3和锁底钢管4间设置钢支撑7，钢支撑的间距也为50cm；

步骤九，在隧道病害处表面喷涂混凝土初喷层8，厚度为10cm，并找平施工面；

步骤十，在施工面上敷设防水层9，防水层9为普通防水板；

步骤十一，在防水层9上喷射复喷层10，厚度为60cm，并养护到设计强度；

步骤十二，拆除临时钢拱架2；

步骤十三，在复喷层10表面进行美化，得到美化表层11，最终完成隧道局部病害处治。