一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法与流程

本发明涉及隧洞施工，具体涉及一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法。

背景技术：

1、工程实践表明，软岩隧洞开挖后往往具有变形量值大、速率快、持续时间长等特点，如果围岩变形量值超出预留变形量值，围岩和初期支护将会侵占二次衬砌施作空间，即出现侵限现象。为保证软岩隧洞衬砌结构厚度及隧洞的净空洞径，需要对侵限洞段进行拆换拱处理。

2、传统的拆换拱处理往往遵循“每次只拆除一榀钢架，拆除一榀,支护一榀”的原则进行。然而对于软岩隧洞连续侵限洞段，即隧洞上百米，甚至几公里范围内连续出现侵限现象，采用传统拆换拱技术将会使得拆换拱施工周期长，工期无法保证。因此迫切需要发明一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，既能保证换拱作业期间的安全，又可以有效提高连续侵限洞段的换拱进度。

技术实现思路

1、本发明提出了软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，以解决采用传统换拱技术进行长距离拆除换拱时，施工周期长的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：构建软岩隧洞侵限洞段的三维数值分析模型，并基于所述分析模型对隧洞开挖过程中换拱前后的钢拱架进行应力分析；

4、步骤s2：根据以下公式判断钢拱架拆除间距：

5、

6、式中，σn为当钢拱架拆除间距设置为nd时，钢拱架拆除后，相邻钢拱架的应力值；

7、步骤s3：根据所述拆除间距进行分组拆除并换拱。

8、优选地，在所述三维数值分析模型中钢拱架采用结构单元模拟。

9、优选地，在分组拆除时，进行围岩注浆加固。

10、优选地，在进行围岩注浆时，在顶拱180°施做径向φ42，l＝3.5m小导管注浆加固围岩，所述小导管的排距为1.5m，环向间距为1.5m。

11、优选地，在进行分组拆除时，对相邻钢拱架进行加固。

12、优选地，通过以下公式判断是否对相邻钢拱架进行加固：

13、

14、当则无需对相邻钢拱架进行加固，如果则需对相邻钢拱架进行加固，并对相邻钢拱架临近部位围岩行拱顶沉降观测及边墙收敛量测；

15、式中，σc表示相邻钢拱架的应力分析值，σu表示相邻钢拱架应力强度设计值。

16、优选地，进行加固的方法包括：对待拆除拱架前后相邻钢拱架采用hw125型钢布设临时支撑，每榀拱架下方布设两根，纵向采用斜撑固定；在相邻钢拱架临近部位围岩顶拱及边墙两侧布设监测点，进行顶拱沉降及边墙收敛观测，观测时间为隧洞换拱全过程至二衬施工前。

17、优选地，在进行分组换拱前，拆换拱架组别所在位置的初喷混凝土、钢拱架、钢筋网和连接筋，并根据测量放样的侵限范围及深度，凿除侵限围岩。

18、优选地，在进行分组换拱时，根据初期支护设计方案，重新架设钢拱架、钢筋网和连接筋，并采用湿喷机将清除部位混凝土重新恢复。

19、优选地，重新假设的钢拱架连接筋与相邻未侵限洞段的钢拱架进行连接。

20、本发明的有益效果至少包括：

21、1、本发明针对软岩隧洞初期支护连续侵限洞段，首先通过拆换拱间距敏感性分析，确定拆换拱间距，进而确定拆换拱顺序组，进而依照拆换拱顺序，依次完成连续侵限洞段拆换拱施工作业。同一顺序组内钢拱架可同时进行拆换拱作业，可有效加快软岩隧洞初期支护连续侵限洞段换拱施工作业进度。

22、2、作为附加技术特征，本发明在拆换拱之前对围岩进行注浆加固，并根据钢拱架拆除后相邻钢拱架的应力值与钢拱架强度设计值的比值大小确定是否对相邻钢拱架进行加固，进一步保证换拱作业时周边围岩及支护措施的稳定性和安全性。

技术特征：

1.一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：在所述三维数值分析模型中钢拱架采用结构单元模拟。

3.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：在分组拆除时，进行围岩注浆加固。

4.根据权利要求3所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：在进行围岩注浆时，在顶拱180°施做径向φ42，l＝3.5m小导管注浆加固围岩，所述小导管的排距为1.5m，环向间距为1.5m。

5.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：在进行分组拆除时，对相邻钢拱架进行加固。

6.根据权利要求5所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：通过以下公式判断是否对相邻钢拱架进行加固：

7.根据权利要求5所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：进行加固的方法包括：对待拆除拱架前后相邻钢拱架采用hw125型钢布设临时支撑，每榀拱架下方布设两根，纵向采用斜撑固定；在相邻钢拱架临近部位围岩顶拱及边墙两侧布设监测点，进行顶拱沉降及边墙收敛观测，观测时间为隧洞换拱全过程至二衬施工前。

8.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：在进行分组换拱前，拆换拱架组别所在位置的初喷混凝土、钢拱架、钢筋网和连接筋，并根据测量放样的侵限范围及深度，凿除侵限围岩。

9.根据权利要求1所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：在进行分组换拱时，根据初期支护设计方案，重新架设钢拱架、钢筋网和连接筋，并采用湿喷机将清除部位混凝土重新恢复。

10.根据权利要求9所述的一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，其特征在于：重新假设的钢拱架连接筋与相邻未侵限洞段的钢拱架进行连接。

技术总结
本发明提供了一种软岩隧洞初期支护连续侵限洞段的快速换拱方法，步骤S1：构建软岩隧洞侵限洞段的三维数值分析模型，并基于所述分析模型对隧洞开挖过程中换拱前后的钢拱架进行应力分析；步骤S2：根据以下公式判断钢拱架拆除间距：σ<subgt;n</subgt;为当钢拱架拆除间距设置为nD时，钢拱架拆除后，相邻钢拱架的应力值；步骤S3：根据所述拆除间距进行分组拆除并换拱。在保证换拱作业时周边围岩及支护措施的稳定性和安全性的前提下，可有效加快软岩隧洞初期支护连续侵限洞段换拱施工作业进度。

技术研发人员：池建军,刘登学,黄书岭,刘进,丁秀丽,杨凡,张雨霆,于茂,周昱
受保护的技术使用者：中水北方勘测设计研究有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10