隧道穿越松散碎石弃土堆的加固处治方法与流程

1.本发明属于隧道技术领域，尤其涉及隧道穿越松散碎石弃土堆的加固处治方法。


背景技术：

2.随着中国基础建设快速发展，特别是公路建设领域，道路纵横交错，位于西南地区的公路建设活动，穿越山体越发频繁，施工期间产生的弃土等大部分堆积在道路用地范围不远处。若是下次交通规划路线通过弃土范围，将会对设计、施工产生一定影响。弃土属于不良土层，遇到的不良地质多种多样的，可能是岩溶突泥突水，也可能是高地应力软岩大变形、岩爆，膨胀岩地层、煤系地层，高原高寒地区等，地下工程是复杂的，因此，隧道施工过程就是一个动态管理的过程。
3.隧道快速发展也给施工带来了新的课题，尤其是“进洞难，难进洞”是隧道施工现场经常遇到的问题。
4.一般隧道穿越碎石体进洞方案存在下列施工难点：1、由于隧道洞口段位于松散坡积体中，洞口开挖清理易破坏坡积体的原有平衡状态，引起洞口上方坡体滑塌，施工过程风险较大；2、洞口段埋深浅，围岩多为未固结的松散堆积物和分化岩层，普通管棚钻进困难，塌孔、卡钻不易成孔。洞口开挖易出现边坡滑塌；3、隧道洞顶坡面较陡，坡顶存在松散岩体，施工中易发生落石，危及洞口施工人员的安全；4、坡积体覆盖洞口范围，松散体数量较大，清理或固结整治费用高。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种隧道穿越松散碎石弃土堆的加固处治方法。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：隧道穿越松散碎石弃土堆的加固处治方法，包括如下步骤：步骤1，隧道洞口设置填平反压区，隧道穿越的弃土堆采用锚筋桩加联系梁组合结构进行防护加固；锚筋桩包括钢管，钢管内穿设注浆管和四个加筋体；注浆管底部开设若干小孔，四个加筋体按梅花型布置，相邻加筋体之间通过钢筋焊接连接，注浆管与其相邻的加筋体和钢筋之间焊接连接；安装锚筋桩前需预先钻设安装孔，然后吊放锚筋桩并埋设注浆管，钢管和注浆管以及加筋体之间的间隙填充有水泥砂浆；锚筋桩顶部纵向设置联系梁，联系梁嵌入地面以下不小于20cm；步骤2，洞内拱底采用注浆小导管注浆加固；注浆小导管前端部呈锥形，洞内拱底以下部分管壁四周钻四排压浆孔，施工时，除
电缆沟槽外侧设置一根斜向下打入仰拱基底外，其余注浆小导管均垂直打入基底；步骤3，隧道周边径向采用注浆小导管注浆加固；周边径向的注浆小导管管壁四周钻四排压浆孔，施工时钢管垂直隧道拱边打入围岩。
7.进一步的，步骤1中，钢管直径127mm，壁厚6mm，安装孔孔径150mm。
8.进一步的，步骤1中，所述加筋体为直径32mm的螺纹钢，所述钢筋直径为12mm，钢筋每段长30cm，沿着螺纹钢长度方向每间隔2m焊接一根钢筋。
9.进一步的，步骤1中，若干锚筋桩组成桩排，相邻桩排之间的排距为80cm，每个桩排内的相邻锚筋桩之间间距为60cm。
10.进一步的，注浆管直径42cm，壁厚3mm，其与相邻的加筋体和钢筋焊接连接。
11.进一步的，所述联系梁为c30现浇钢筋混凝土联系梁，其中系梁断面规格为220cm
×
40cm，横梁断面规格为180cm
×
40cm。
12.进一步的，锚筋桩桩长视松散填土范围及隧道开挖轮廓而定，两侧联系梁要求桩底标高与仰拱底标高平齐或进入中风化岩层，横梁锚筋桩要求桩底距离隧道开挖轮廓上方不大于1m。
13.进一步的，锚筋桩施工完毕前及隧道开挖期间注意地表沉降、隧道及围岩变形监测，加强预警。
14.进一步的，步骤2中，注浆小导管采用直径42mm壁厚4mm热轧无缝钢管加工制成，钢管前端部加工成锥形，施工时，除电缆沟槽外侧设置一根与竖直方向成30
°
角斜向下打入仰拱基底外，其余小导管均垂直打入基底，按纵环间距100cm*100cm梅花布置，保证仰拱以下注浆深度不小于4.5m。
15.进一步的，步骤3中，注浆小导管按纵环间距120cm*120cm梅花布置，若不能直接钻进时,成孔后再打入注浆导管进行注浆。
16.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、解决了常规管棚处治施工困难问题，锚筋桩施工提高效率，缩短工期；2、常规处治方法未能完全解决隧道施工期间松散体滑坡现象，本发明隧道开挖前将上部松散碎石堆积体固结成整体且坡前增加填平反压区，减小滑坡塌方风险；3、隧洞两侧锚筋桩深入稳定中风化岩层，通过地表联系梁连接成整体，将隧道开挖影响范围内填土稳定，极大程度减少隧道开挖期间上方土体塌方的可能性，保证隧道安全施工。
附图说明
17.图1为锚筋桩结构立面示意图；图2为锚筋桩断面图；图3为联系梁结构图；图4为相邻锚筋桩的位置关系图；图5为图3中联系梁a-a的截面图；图6为图3中联系梁b-b的截面图；图7为锚筋桩和联系梁连接结构示意图；
图8为洞内拱底注浆小导管加固示意图；图9为注浆小导管结构图；图10为周边径向注浆小导管加固示意图。
18.图中，1、锚筋桩；11、注浆管；12、小孔；2、加筋体；21、钢筋；3、水泥砂浆；4、联系梁；41、系梁；42、横梁；5、注浆小导管。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明公开一种隧道穿越松散碎石弃土堆的加固处治方法，如图1-10所示，包括如下步骤：步骤1，隧道洞口设置填平反压区，主要是确保隧道开挖后松散碎石弃土堆不会发生滑塌，特别是洞口边仰坡。隧道穿越的弃土堆采用锚筋桩 联系梁组合结构进行防护加固；锚筋桩包括钢管，钢管内穿设注浆管和四个加筋体；四个加筋体按梅花型布置，相邻加筋体之间通过钢筋焊接连接，注浆管与其相邻的加筋体和钢筋之间焊接连接，钢管和注浆管以及加筋体之间的间隙填充有水泥砂浆。
20.其中，钢管直径127mm，壁厚6mm；安装锚筋桩前需预先钻设安装孔，安装孔孔径150mm，锚筋桩插入后，注浆管距离安装孔孔底20cm以上。若干锚筋桩组成桩排，相邻桩排之间的排距为80cm，每个桩排内的相邻锚筋桩之间间距为60cm。所述加筋体为直径32mm的螺纹钢，所述钢筋直径为12mm，钢筋每段长30cm，沿着螺纹钢长度方向每间隔2m焊接一根钢筋。注浆管直径42cm，壁厚3mm，其与相邻的加筋体和钢筋焊接连接。注浆管底部200cm范围内均与开设有若干小孔。
21.锚筋桩顶部纵向设置联系梁，联系梁嵌入地面以下不小于20cm；所述联系梁为c30现浇钢筋混凝土联系梁，其中系梁断面规格为220cm
×
40cm，横梁断面规格为180cm
×
40cm。锚筋桩桩长视松散填土范围及隧道开挖轮廓而定，两侧联系梁要求桩底标高与仰拱底标高平齐或进入中风化岩层，横梁锚筋桩要求桩底距离隧道开挖轮廓上方不大于1m。锚筋桩施工完毕前及隧道开挖期间注意地表沉降、隧道及围岩变形监测，加强预警。
22.安装锚筋桩前需预先钻设安装孔，然后吊放锚筋桩并埋设注浆管，钢管和注浆管以及加筋体之间的间隙填充有水泥砂浆。
23.锚筋桩顶部纵向设置联系梁，联系梁嵌入地面以下不小于20cm。
24.步骤2，洞内拱底采用注浆小导管注浆加固；注浆小导管前端部呈锥形，洞内拱底以下部分管壁四周钻四排
∅
6mm压浆孔，施工时，除电缆沟槽外侧设置一根与竖直方向成30
°
角斜向下打入仰拱基底外，其余注浆小导管均垂直打入基底。
25.其中，注浆小导管采用直径42mm壁厚4mm热轧无缝钢管加工制成，钢管前端部加工成锥形，施工时，除电缆沟槽外侧设置一根与竖直方向成30
°
角斜向下打入仰拱基底外，其余小导管均垂直打入基底，按纵环间距100cm*100cm梅花布置，保证仰拱以下注浆深度不小于4.5m。
26.步骤3，隧道周边径向采用注浆小导管注浆加固；周边径向的注浆小导管管壁四周钻四排
∅
8mm压浆孔，施工时钢管垂直隧道拱边打
入围岩。注浆小导管按纵环间距120cm*120cm梅花布置，若不能直接钻进时,成孔后再打入注浆导管进行注浆。
27.弃土堆采用锚筋桩 联系梁组合结构进行防护加固的必要性分析：隧道开挖后，松散碎石堆积体在未进行任何处治情况下，处于饱和状态，计算滑动安全系数。
28.现举两个案例说明：案例一：地质概况：本路段为某匝道洞口，低山地貌，地表横坡一般20～30
°
，植被茂密，多为灌木、杂树等，洞口开挖揭露地表上覆二级路松散填土，揭露最大厚度16.2m，堆放时间超过十年，主要为灰黑色较松散碎石土，松散填土层以下原地表上部为粘土，厚1.4～8.2m，下伏三叠系灰黄、灰黑色薄～厚层状强～中风化泥岩、钙质页岩等。
29.1.处治措施：隧道洞口设置填平反压区，bk1 130～bk1 160段地表采用锚筋桩 联系梁组合结构进行防护加固，锚筋桩桩长6～29m。洞内拱底和洞周径向采用注浆小导管加固处治。
30.2.锚筋桩钻孔孔径
∅
150mm，加筋体为4根
∅
32的螺纹钢，按梅花形布置，桩排距为80cm，桩纵向间距为60cm。锚筋桩顶部纵向设c30现浇钢筋砼联系梁，其中系梁断面规格为220cm
×
40cm，横梁断面规格为180cm
×
40cm，联系梁应嵌入地面以下不小于20cm。
31.3.锚筋桩桩长视松散填土范围及隧道开挖轮廓而定，两侧联系梁要求桩底标高与仰拱底标高平齐或进入中风化岩层，横梁锚筋桩要求桩底距离隧道开挖轮廓上方不大于1m。
32.4.成孔后吊放加筋体并埋设灌浆管，灌注m30水泥砂浆。
33.5.锚筋桩施工完毕前禁止隧道掌子面继续向前推进，同时注意地表沉降、位移和隧道内变形等监测，加强预警。
34.案例二：某滑坡西北侧位于隧洞出口段，滑坡长90m，高度50～60m，滑坡体厚度5～10m不等，方量约2.0万m3。滑坡体周界呈较明显圈椅状，见圆弧形滑床，滑坡主体为覆盖层，土层较厚，该滑坡一部分位于隧道出口，隧道开挖时，极可能引发坡体进一步变形、滑移，宜对滑坡体进行处治。
35.滑坡特征：1）滑坡平面特征：滑坡体在平面上呈圆弧形，后缘圈椅状地形特征明显，在空间上侧看滑坡部位呈刀削状。
36.2）滑坡周界及滑坡后壁：滑坡后壁不明显，错台约0.5m，边界局部有横向裂缝发育，左右两侧边界沿山坡两侧分布，整个滑坡体周界比较清晰。
37.3）滑动面及滑床：在主滑方向，滑动面呈折线形；在垂直主滑动方向，滑坡体中部呈近似
ꢀ“
u”字形。
38.4）剪切破坏带：根据现场地质调查及钻探结果，滑坡滑动面位于坡面以下3～5m处，滑动带不明显，且厚度小，厚度几厘米至数十厘米不等。
39.5）滑坡轴：hp9滑坡轴走向约263
°
，滑坡体向北西方向滑移。
40.6）滑坡裂缝：横向裂缝主要发育于滑坡体上部及下部，纵向裂缝基本与主滑动方向接近，已被雨水冲刷回填。
41.7）剪出口：据现场地质调查，滑坡体从山坡坡脚处剪出，受雨水冲刷回填，剪切裂
缝不清晰，剪出口高程约194m。
42.8）滑坡性质及规模：本滑坡属于山坡坡脚受雨水冲刷而发生的牵扯引式均质滑坡，滑坡体分布高程为194～235m，中部宽度约65m，底部宽度约75m，轴部长度约80m，面积约0.48万平方米，最大厚度约5m，平均厚度约4m，体积约2万立方米，按滑坡规模及滑动面埋深划分为小型浅层滑坡。
43.1.处治措施：采用锚筋桩进行加固，锚筋桩采用φ21.5cm、长12m的钻孔桩。锚筋桩呈梅花形布置，纵横向间距1.5m
×
0.75m。共设计94根锚筋桩，桩顶使用c30钢筋砼系梁连接。
44.2.锚筋桩制作及安装锚筋桩桩心长度为1215cm，采用5根φ36主钢筋通过φ16钢筋焊接在一起，φ16钢筋每段长30cm，每2m焊接一处。
45.锚筋桩采用“先下桩，后注浆”的注浆工艺施工，砂浆强度采用m30，其配合比宜采用l：l～l：1.2。
46.注浆锚筋桩注浆管采用 φ42进浆管，进浆管固定在钢筋上，通至孔底以上20cm，伸出孔口50cm，在管底2m范围内管壁上钻φ10的小孔若干个。
47.3.系梁安装桩心钢筋伸进系梁为15cm，系梁中配置纵横向连接钢筋，连接钢筋采用φ36钢筋，每3m设置一道，纵向每排锚筋桩设置一处。
48.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
49.以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。