一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法与流程

本发明涉及软岩大变形隧道初期支护，具体为一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法。

背景技术：

1、目前隧道开挖施工方法中，台阶法的应用最为普遍。台阶法开挖施工时，初支拱架由多个小断面的型钢钢架单元逐步组拼成环，隧道分台阶开挖后，在围岩压力的作用下，未封闭的初支会产生竖向沉降变形和径向收敛变形，易造成支护结构出现初支侵线、开裂、剥落，严重的变形会导致钢架扭曲、坍塌。目前大变形引起初支侵线、扭曲后主要采用更换拱架的形式，施工周期长、成本高、安全风险大。同时，隧道分台阶开挖时，隧道变形随着开挖进度逐渐增加，围岩松动圈的半径逐渐增加，初支围岩压力逐步增加，又会对初支变形产生不利影响。

2、目前控制初支变形的方法主要有增大拱架型号、拱架快速封闭、换拱，解决方法单一，缺少施工过程中的变形补充措施，效果不明显。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，在初支结构未封闭之前对竖向变形和水平变形进行补偿调节，有效控制初支结构的变形量，确保初支结构的顺利封闭，同时拱架横向连接和初支背后注浆可以显著提高拱架的整体受力性能，有效控制初支变形。

2、为达上述目的，本发明提供了一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，包括：

3、开挖前期：合理预留围岩沉降变形量；

4、开挖过程中：初支底部安装竖向调节装置，初支发生沉降变形后，及时采用竖向调节装置进行竖向变形的调节；

5、初支锁脚位置采用预应力锁脚锚杆，初支发生径向收敛变形时，采用预应力锁脚锚杆进行径向变形的补偿；

6、采用拱架间设置横向连接的方式，提高拱架弱轴方向的变形刚度，提高初支拱架的整体稳定性；

7、初支封闭后，通过预留的注浆管，向初支背后注浆，完成软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工。

8、进一步的，合理预留围岩沉降变形量的方法如下：根据开挖后揭示的地质情况、地勘报告和设计图纸，明确大变形段落的围岩沉降变形预留量，施工时按照工艺断面进行分部放线开挖；围岩沉降变形预留量根据围岩情况和现场监测数据动态调整。

9、进一步的，采用竖向调节装置进行竖向变形的调节以及采用预应力锁脚锚杆进行径向变形的补偿的方法如下：

10、按照设计图纸安装初支拱架，同时在初支底部安装型号满足要求的竖向调节装置，竖向调节装置底部采用钢板支垫，减小竖向变形补充过程中调节装置的沉降；并采用型钢将新安装的拱架与既有拱架进行横向连接，连接间距不大于初支型钢纵向间距，竖向调节装置底部需进行平整、横向相关连接应连接可靠；

11、施工初支底部的预应力锁脚锚杆，控制锁脚锚杆的角度、长度、与型钢的连接强度、预应力的施加，最后进行喷射混凝土施工，喷射混凝土施工前需安装注浆管；

12、根据分部开挖顺序继续开挖隧道，开挖过程中及时对上一阶段初支变形情况进行监测，并及时采用竖向调节装置对上一阶段初支拱架的沉降变形进行补偿，同时根据监测数据，对预应力锁脚锚杆进行补张拉，补偿收敛变形。

13、进一步的，初支封闭后，通过预留的注浆管，向初支背后注浆的要求如下：完成初支封闭后，喷射混凝土强度满足设计要求后，采用注浆设备对初支预留注浆管进行注浆，采用轻质砂浆、注浆压力应合理。

14、本发明的有益效果在于：

15、本发明针对软岩大变形隧道初支变形控制的问题，在初支结构未封闭之前对竖向变形和水平变形进行补偿调节，有效控制初支结构的变形量，确保初支结构的顺利封闭，同时拱架横向连接和初支背后注浆可以显著提高拱架的整体受力性能，有效控制初支变形；对未封闭的初支结构的沉降变形和径向收敛变形进行主动补偿，减小初支与围岩之间的空隙，有效控制围岩松动圈的扩散半径，减小围岩自重对初支的压力，同时在初支拱架之间增加横向连接，提高初支拱架平面外的稳定性，有效控制软岩隧道的变形量，确保隧道开挖安全和质量。

技术特征：

1.一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，其特征在于，合理预留围岩沉降变形量的方法如下：根据开挖后揭示的地质情况、地勘报告和设计图纸，明确大变形段落的围岩沉降变形预留量，施工时按照工艺断面进行分部放线开挖；围岩沉降变形预留量根据围岩情况和现场监测数据动态调整。

3.如权利要求2所述的一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，其特征在于，采用竖向调节装置进行竖向变形的调节以及采用预应力锁脚锚杆进行径向变形的补偿的方法如下：

4.如权利要求3所述的一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，其特征在于，初支封闭后，通过预留的注浆管，向初支背后注浆的要求如下：完成初支封闭后，喷射混凝土强度满足设计要求后，采用注浆设备对初支预留注浆管进行注浆，采用轻质砂浆、注浆压力应合理。

技术总结
本发明关于一种软岩大变形隧道初支拱架变形补偿支护结构的施工方法，涉及软岩大变形隧道初期支护技术领域。包括开挖前期：合理预留围岩沉降变形量；开挖过程中：初支底部安装竖向调节装置，初支发生沉降变形后，采用竖向调节装置进行竖向变形的调节；初支锁脚位置采用预应力锁脚锚杆，初支发生径向收敛变形时，采用预应力锁脚锚杆进行径向变形的补偿；采用拱架间设置横向连接的方式；初支封闭后，通过预留的注浆管，向初支背后注浆。本发明在初支结构未封闭之前对竖向变形和水平变形进行补偿调节，有效控制初支结构的变形量，确保初支结构的顺利封闭，同时拱架横向连接和初支背后注浆可以显著提高拱架的整体受力性能，有效控制初支变形。

技术研发人员：邹超,陈得勇,杜亮,张平,黄兴,张婷婷,张永辉
受保护的技术使用者：中铁一局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10