一种特软岩层隧道间隔二次拱架长锚索锁脚复合施工方法与流程

本发明涉及隧道施工防护技术领域，特别是涉及一种特软岩层隧道间隔二次拱架长锚索锁脚复合施工方法。

背景技术：

某高速铁路双线隧道，地处荆山山脉，属构造剥蚀低山地貌区。隧道洞身通过地层为新滩组(s1x)砂质页岩。隧址区位于扬子准地台一级构造单元北缘，上扬子陆块褶皱带之神农架-荆门台坪褶皱带内。据地方县志记载，域内多次发生4.8级左右地震，人们感到地动山摇，房屋欲倒，惊慌外逃，区内个别房屋倒塌，山石崩落，一、二类房屋墙裂缝，普遍掉瓦、滑瓦。地下水主要类型有第四系孔隙潜水、基岩裂隙水。大气降水及地表水是区内地下水的主要补给来源。

隧道分进口、横洞、出口三个工区四个作业面组织施工，开挖断面约150m2，横洞大里程掌子面施工至d1k472+390时，围岩埋深在95m，开挖后揭示岩性为青灰色薄层状砂质页岩，岩层湿润，开挖后风化现象严重，节理裂隙发育，褶皱发育，岩质较软，拱部及右侧边墙有方解石脉填充，岩石强度较低，揉搓后易碎；受田家沟断层及顺层偏压影响，岩体挤压破碎严重，岩层呈薄层小碎块状，掌子面湿润，围岩自稳能力较差。

现有方案采用三台阶法+临时仰拱，二次衬砌采用双层钢筋混凝土结构，再预留变形量800～1100mm，均出现挤压大变形，尤其是线路左侧、顶部初支侵限，导致多次塌方，多次返工换拱，施工速度缓慢，施工成本骤增，塌方事故安全风险极高，造成业主对施工单位安全质量信用评价扣分，大大影响了企业的外部形象。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种特软岩层隧道间隔二次拱架长锚索锁脚复合施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，在第一次初期支护的基础上，通过采取间隔二次拱架和长锚索锁脚的复合式方法，避免初支大变形导致侵限，甚至出现塌方事故，控制安全风险。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种特软岩层隧道间隔二次拱架长锚索锁脚复合施工方法，包括如下步骤：

步骤一；采用三台阶法施工，开挖预留沉降变形量500mm，中、下台阶开挖前，两侧边界均插设超前小导管，采用硫铝酸盐水泥进行注浆；开挖完成后施加临时仰拱初支，临时仰拱采用拱架加超前小导管初支结构，拱脚采用φ42锁脚锚管加固；

步骤二；三个台阶开挖初支完成后，每隔6.0m设置一个格栅拱架，在隧道两侧，各使用两对规格直径φ18mm×长20m钢铰线锚索，在锚索上每隔2.0m捆绑一段直径φ20mm×长25mm螺纹钢筋；

步骤三；待使用锚索机打完孔后，安装锚索，并预留600mm；采用快硬微膨胀的硫铝酸盐水泥进行注浆，凝固2小时后，锚索互相环抱立好的格栅拱架，施加预应力3～5吨，用三副锚索卡具将相邻两根锚索锁住，再用混凝土喷顺；

步骤四；采用双层钢筋混凝土结构施加二次衬砌，完成施工。

可选的，超前小导管长4.0m，纵向间距3.6m，每环根数50根，环向间距0.4m。

可选的，初支支护喷射混凝土拱部厚29cm、仰拱厚29cm；拱部140°范围内采用φ22组合中空注浆锚杆，边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，纵环向间距1.0×1.0m；钢筋网采用φ8钢筋网格，网格间距20×20cm；全环拱架采用i22a型钢钢架，间距0.6m；拱架锁脚采用φ42锁脚锚管，长4.5m。

可选的，二次衬砌采用双层钢筋混凝土结构；拱墙厚度55cm，仰拱厚度65cm，环向钢筋直径φ25，间距200mm，纵向钢筋直径φ14，间距250mm。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明有效弥补了软弱围岩隧道常规初期支护不足以抵抗围岩大变形，进而造成初支开裂、侵限、溜坍等问题，可以杜绝返工，降低施工成本，减少项目亏损。安全风险可控，避免事故发生，免除业主处罚，企业树立良好外部形象。此复合式初期支护施工方法可有效保证初支效果，加快施工进度。

附图说明

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中下台阶增设超前小导管示意图；

图2为二次格栅拱架长锚索锁脚复合式初期支护示意图；

图3为格栅拱架长锚索锁脚连接示意图；

其中，1为上台阶、2为中台阶、3为下台阶、4为超前小导管、5为初支支护喷射混凝土、6为格栅拱架、7为锚索、8为锚索卡具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种特软岩层隧道间隔二次拱架长锚索锁脚复合施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，在第一次初期支护的基础上，通过采取间隔二次拱架和长锚索锁脚的复合式方法，避免初支大变形导致侵限，甚至出现塌方事故，控制安全风险。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种特软岩层隧道间隔二次拱架长锚索锁脚复合施工方法，如图1-图3所示，包括如下步骤：

步骤一；采用三台阶法施工，开挖预留沉降变形量500mm，开挖上台阶1后，中台阶2、下台阶3开挖前，两侧边界均插设超前小导管4，采用硫铝酸盐水泥进行注浆；开挖完成后施加临时仰拱初支，临时仰拱采用拱架加超前小导管初支结构，拱脚采用φ42锁脚锚管加固；其中，初支支护喷射混凝土5拱部厚29cm、仰拱厚29cm；拱部140°范围内采用φ22组合中空注浆锚杆，边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，纵环向间距1.0×1.0m；钢筋网采用φ8钢筋网格，网格间距20×20cm；全环拱架采用i22a型钢钢架，间距0.6m；拱架锁脚采用φ42锁脚锚管，长4.5m。

步骤二；三个台阶开挖初支完成后，每隔6.0m设置一个格栅拱架6，在隧道两侧，各使用两对规格直径φ18mm×长20m钢铰线锚索7，在锚索7上每隔2.0m捆绑一段直径φ20mm×长25mm螺纹钢筋；

步骤三；待使用锚索机打完孔后，安装锚索7，并预留600mm；采用快硬微膨胀的硫铝酸盐水泥进行注浆，凝固2小时后，锚索7互相环抱立好的格栅拱架6，施加预应力3～5吨，用三副锚索卡具8将相邻两根锚索7锁住，再用混凝土喷顺；二衬时如果套拱不侵限，就不用拆除，直接打在现浇混凝土内；如果侵限就在铺设防水板前拆除套拱。

步骤四；采用双层钢筋混凝土结构施加二次衬砌，完成施工。

进一步优选的，超前小导管4长4.0m，纵向间距3.6m，每环根数50根，环向间距0.4m。二次衬砌采用双层钢筋混凝土结构；拱墙厚度55cm，仰拱厚度65cm，环向钢筋直径φ25，间距200mm，纵向钢筋直径φ14，间距250mm。

本发明采用锚索+格栅拱架+喷砼复合加强初支，即在第一次工字拱架+钢筋网+喷砼初期支护基础上，间隔设置二次格栅拱架，用长锚索施加预应力3～5吨，再紧固锁脚后喷射混凝土，是解决软弱破碎岩层隧道开挖后控制大变形的一种良好施工方法。在三台阶开挖初支后及时施作，即上台阶施工后10天内必须施工最好，时效性很关键。二衬最大限度跟上，即20天内必须进行二衬，确保初支稳定、不侵限。缩小开挖预留变形尺寸，有效控制隧道特别软弱破碎围岩变形量，避免初支侵限，杜绝塌方事故的发生，降低施工安全风险，加快施工速度，降低施工成本。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。