一种适用于大跨扩建隧道塌方处理施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程施工技术领域，特别是涉及一种适用于大跨扩建隧道塌方处理施工方法。


背景技术：

2.在对老旧隧道进行扩建时，老旧隧道限于当时建设施工时的工艺技术水平有限，容易存在大量超挖，采用碎石、土块等块状材料回填的回填层不密实等问题，同时，腔壁开挖和隧道运营已多年，在这期间，老旧隧道周边的岩石不断松动，岩石松动圈范围不断扩大，岩石与不密实的回填层共同组成了老旧隧道洞室外侧较大范围的松散地层，松散地层在隧道扩建施工期间会受到多次扰动，松散地层的摇动会改变支护结构受力状况，导致围岩失稳和支护结构被破坏，造成塌方事故的发生，而塌方形成的塌体以及空腔不稳定，不仅对塌方段产生危害，还对已开挖段的既有结构和后方未开挖段的既有结构造成影响，严重妨碍了施工；目前，隧道塌方的处理方法一般为：对于小范围的塌方，当塌方范围内已设置牢固的支护结构时，从塌方的一端或两端逐步清除塌体，并回填空腔；对于大范围的塌方，在处理塌体前需要先支护好陷穴口，并封闭陷穴周边的地表，然后，对塌方前端加固衬砌，并往塌体内打设小导管注浆，加固塌体，之后开挖塌体并打设相应支护结构，以及回填塌腔；然而，尽管对塌方前端进行加固衬砌，塌体相对于后端和侧端仍然是非稳定状态，塌体加固过程中一旦塌体的应力发生变化，塌体容易再次坍塌造成二次事故，影响施工进度。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种安全高效，施工简单易操作的适用于大跨扩建隧道塌方处理施工方法。
4.本发明是这样来实现上述目的：本发明一种适用于大跨扩建隧道塌方处理施工方法，包括以下步骤：s1，待塌方初步稳定后，采用砂袋将塌体脚部码砌封堵，并往所述塌体喷射混凝土，以形成止浆墙，之后，在塌方段侧处已开挖的部分、掌子面的原隧道处、以及塌方段前侧已开挖处，利用深孔注浆管对所述塌体注入水泥浆；s2，待所述塌体稳定后，采用超前钻机对所述掌子面的前方、拱顶以及拱腰实施超前钻探，以确定塌方范围；s3，在塌方影响段的第一初期支护内侧增设第一钢护拱，并利用径向注浆管对所述塌方影响段的围岩注入水泥浆，所述塌方影响段为所述塌体以外10-20米的地段区域；s4，在所述掌子面处，对所述塌体的顶部打设入超前管棚并注浆，之后，还对所述塌体顶部打设入若干超前小导管，并往所述超前小导管内注浆；s5，对所述塌体进行开挖，并在开挖,后立即打设第二初期支护；s6，在所述第二初期支护内侧增设第二钢护拱，并利用所述径向注浆管对所述塌
体已开挖部分的顶部注入水泥浆；s7，对塌腔进行回填，当所述塌腔的高度小于3米时，通过回填钢管泵送混凝土将所述塌腔回填密实，当所述塌腔的高度大于3米时，先通过所述回填钢管泵注混凝土回填所述塌腔，直至混凝土回填层的厚度达到1.5-2.0米之后，再通过所述回填钢管泵送泡沫混凝土将所述塌腔回填密实；s8，对所述塌方影响段内侵限变形的所述第一初期支护进行拆换处理。
5.进一步地，在所述步骤s3中，所述第一钢护拱采用的钢架型号大于所述第一初期支护采用的钢架型号，且所述第一钢护拱的钢架间距大于所述第一初期支护的钢架间距，所述第一钢护拱还采用角钢或槽钢来加强钢架之间的纵向连接。
6.进一步地，在所述步骤s6中，所述第二钢护拱采用型钢钢架制成，且所述型钢钢架之间采用槽钢纵向连接。
7.进一步地，在所述步骤s4中，注入所述超前管棚的注浆材料为水泥浆，注入所述超前小导管的注浆材料为水泥水玻璃双液浆。
8.进一步地，在所述步骤s8中，所述拆换处理包括分别沿所述塌方影响段的左侧、右侧进行拆换，每次拆换长度不大于两榀钢架距离，拆换完成后及时设置钢架支护，并封闭支护结构。
9.本发明的有益效果：本发明提供了一种适用于大跨扩建隧道塌方处理施工方法，通过实施步骤s1-s3，对塌体的脚部进行码砌堵封，并往塌体喷射混凝土形成止浆墙，从而将塌体围堵封闭起来，这样，可以防止塌体在加固过程中发生坍塌，提供施工安全性，而通过从塌体的前、后、侧方处，即塌方段前侧已开挖处、塌方段后侧掌子面的原隧道处、以及塌方段侧处的已开挖部分，对所述塌体打设深孔注浆管并进行注浆，提高了施工速度，由此防止塌方范围进一步扩大，避免发生二次事故，提高施工处理的安全性和速度；之后，通过实施步骤s4-s6，对所述塌体进边开挖清除，边对所述塌体顶部进行加固处理，同时，还通过增设所述第二钢护拱，从而增强所述塌方段处所述第二初期支护的承载能力和稳定性，防止所述第二初期支护发生变形；接着，实施所述步骤s7，通过根据塌腔的高度采取相应的回填方式，不仅能实现回填密实，还能减少回填层的自重，从而减轻所述第二初期支护承受的荷载；最后，实施所述步骤s8，将塌方影响段内受塌方影响而侵限变形的所述第一初期支护进行拆换，防止再次发生塌方事故；相比于现有技术，本发明提供的塌方施工处理方法可以保证施工过程的安全性，同时提高了施工的速度，简单易操作。
附图说明
10.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：图1为对塌方进行处理施工前隧道的纵断面示意图；图2为对塌方进行处理施工前隧道掌子面处的横断面示意图；图3为实施步骤s1后隧道的纵断面示意图；图4为实施步骤s1后隧道掌子面处的横断面示意图；图5为实施步骤s2和s3后隧道的纵断面示意图；图6为实施步骤s4-s6后隧道的纵断面示意图；
图7为图6中a的放大示意图；图8为实施步骤s4-s6后塌方前侧已开挖处的横断面示意图；图9为实施步骤s7后隧道的纵断面示意图。
11.图中，1-第一初期支护、2-塌方影响段、3-塌方段、4-塌体、5-围岩、6-掌子面、7-原隧道、8-混凝土回填层、9-泡沫混凝土回填层、10-塌方段侧处已开挖部分、11-临时支护、12-第二初期支护、13-第二钢护拱、14-止浆墙、15-深孔注浆管、16-径向注浆管、17-第一钢护拱、18-塌腔、19-超前小导管、20-超前管棚、21-回填钢管。
具体实施方式
12.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方案及其说明仅用于解析本发明，并不作为对本发明的限定。
13.图1-图9示出了本发明一实施例中一种适用于大跨扩建隧道塌方处理施工方法的具体流程，所述塌方处理施工方法具体包括以下步骤：s1，待塌方初步稳定后，采用砂袋将塌体4的脚部码砌封堵，并往所述塌体4喷射混凝土，以形成止浆墙14，之后，在塌方段3侧处已开挖的部分10、掌子面6的原隧道7处、以及塌方段3前侧已开挖的部分，利用深孔注浆管15对所述塌体4注入水泥浆。
14.如图3和图4所示，待施工隧道内发生塌方的塌方段3稳定后，先采用砂袋将塌方形成的塌体4的脚部码砌封堵，同时，往所述塌体4上喷射混凝土，形成止浆墙14，由此，将所述塌体4围堵封闭在指定区域内，以稳定和支撑所述塌体4，防止所述塌体4再一次发生坍塌，避免影响后续施工进度；之后，通过从所述塌方段3 的前、后、侧处，即，在所述塌方段3前侧的已开挖处、所述掌子面6的原隧道7处、以及所述塌方段3侧处已开挖的部分，对所述塌体4打设入深孔注浆管15，利用所述深孔注浆管15对所述塌体4注入水泥浆，加固所述塌体4，使所述塌体4稳定。
15.s2，待所述塌体4稳定后，采用超前钻机对所述掌子面6的前方、拱顶以及拱腰实施超前钻探，以确定塌方范围。
16.当所述塌体4稳定后，在所述掌子面6处，采用超前钻机，对所述掌子面6的前方即所述塌方段3、以及所述掌子面6处的拱顶和拱腰实施超前钻探，以确定塌方范围，之后，通过根据测量得到的塌方范围，对后续的处理措施进行适应性调整，例如调整注浆工艺参数、支护结构的设计和支护加强结构等等。
17.s3，在塌方影响段2的第一初期支护1内侧增设第一钢护拱17，并利用径向注浆管16对所述塌方影响段2的围岩注入水泥浆，所述塌方影响段2为所述塌体4以外10-20米的地段区域。
18.为了防止在开挖处理所述塌体4的过程中发生安全事故，在对所述塌体4进行开挖清理之前，需要对所述塌方段3周边容易受影响而发生事故的地段，即塌方影响段进行加固维稳处理，一般地，塌方影响段是指塌体以外10-20米的地段区域。
19.如图5所示，在本实施例中，所述塌方影响段2包括位于所述塌方段3前侧已开挖的部分，以及位于所述塌方段3后侧的原隧道部分及已开挖部分，所述塌方影响段2内均设有第一初期支护1，所述第一初期支护1实质为塌方发生前所搭设的原支护，考虑到发生塌方
后，所述第一初期支护1容易受塌方影响而发生侵限变形，导致支撑能力降低，增加所述塌方影响段2发生坍塌的风险，因此，需要先在所述第一初期支护1内侧增设第一钢护拱17，利用所述第一钢护拱17承托所述第一初期支护1和所述塌方影响段2处的围岩5，增强所述第一初期支护1的承重能力，同时防止所述第一初期支护1进一步变形，然后，通过对所述塌方影响段2打设入若干径向注浆管16，利用所述径向注浆管16往所述塌方影响段2外围的围岩5注入水泥浆，将所述塌方影响段2外围的围岩5的物质固化，进一步地增强所述塌方影响段2外围的围岩5的稳定性。
20.进一步地，在所述步骤s3中，所述第一钢护拱17采用的钢架型号大于所述第一初期支护1采用的钢架型号，且所述第一钢护拱17的钢架间距大于所述第一初期支护1的钢架间距，所述第一钢护拱17还采用角钢或槽钢来加强钢架之间的纵向连接。
21.采用比所述第一初期支护1的钢架型号大一号的钢架制成所述第一钢护拱17，不仅能承载所述塌方影响段2所述围岩的重量，还能承载所述第一初期支护1的重量，由此加强所述第一初期支护1的支撑作用，同时防止所述第一初期支护1进一步变形，从而保证所述塌方影响段2的稳定性。
22.通过实施步骤s1-s3，对所述塌方段3进行加固衬砌处理，以及对所述塌方影响段2进行加固处理，防止塌方范围进一步扩大，为后续施工的安全性提供保障。
23.s4，在所述掌子面6处，对所述塌体4的顶部打设入超前管棚20并注浆，之后，还对所述塌体4顶部打设入若干超前小导管19，并往所述超前小导管19内注浆。
24.完成对所述塌体4、以及所述塌方影响段2的加固稳定处理后，根据隧道施工图纸设计的初期支护结构轮廓，如图6、图7和图8所示，在所述掌子面6处，对所述塌体4的顶部打设入所述超前管棚20，并往所述超前管棚20注入水泥浆，之后，还对所述塌体4顶部打设入若干超前小导管19，并往所述超前小导管19内注入水泥水玻璃双液浆，将所述塌体4的顶部补全并自稳成拱，以支撑所述塌方段3处围岩物质的重量，同时，也阻挡所述围岩的物质从陷穴处。
25.s5，对所述塌体4进行开挖，并在开挖后立即打设第二初期支护12。
26.如图6、图7和图8所示，将所述塌方段3内的所述塌体4开挖并清除掉，并在开挖后马上打设所述第二初期支护12，为所述塌方段3外围的围岩提供足够支撑力，具体地，边开挖，边打设所述第二初期支护12，每开挖一段相应距离的塌体4，立即打设所述第二初期支护12。
27.s6，在所述第二初期支护12内增设第二钢护拱13，并利用所述径向注浆管16对所述塌体4已开挖部分的顶部注入水泥浆。
28.如图6、图7和图8所示，在所述第二初期支护12内增设所述第二钢护拱13，利用所述第二钢护拱13支撑所述塌方段3处围岩、以及所述第二初期支护12，加强所述第二初期支护12的支撑能力，防止所述第二初期支护12变形；之后，在所述塌方段3内，沿所述第二初期支护12和所述第二钢护拱13，对所述塌体4的顶部打设入若干径向注浆管16，并利用所述径向注浆16对所述塌方段2的围岩进行注浆加固。
29.进一步地，所述第二钢护拱13采用型钢钢架制成，且所述型钢钢架之间采用槽钢实现纵向连接。
30.s7，对塌腔18进行回填，当所述塌腔的高度小于3米时，通过回填钢管21泵送混凝
土将所述塌腔18回填密实，当所述塌腔18的高度大于3米时，先通过所述回填钢管21泵注混凝土回填所述塌腔18，直至混凝土回填层8的厚度达到1.5-2.0米之后，再通过所述回填钢管21泵送泡沫混凝土将所述塌腔18回填密实。
31.完成对所述塌方段3处的围岩的加固操作，并确定加固效果达标后，通过在所述塌方段3处对所述第二初期支护12打设入若干回填钢管21，往所述回填钢管21注入浆液，对塌方形成的所述塌腔18进行回填，具体地，当所述塌腔18的高度小于3米时，通过回填钢管21泵送混凝土将所述塌腔18回填密实；当所述塌腔18的高度大于3米时，若仅仅采用混凝土将所述塌腔18回填密实，回填层的自重比较大，极容易超过所述第二初期支护12和所述第二钢护拱13的支撑能力，因此，本发明对此进行改进，如图9所示，先通过采用回填钢管21泵送混凝土对所述塌腔18进行回填，得到厚度大约在1.5-2.0米的混凝土回填层8，再通过另一个回填钢管21泵送泡沫混凝土，将所述塌腔18剩余部分回填密实，得到泡沫混凝土回填层9；通过减少回填层的自重，从而减轻所述第二初期支护12和所述第二钢护拱13承受的荷载。
32.s8——对所述塌方影响段2内侵限变形的所述第一初期支护1进行拆换处理。
33.在完成对所述塌方段3的处理施工后，针对所述塌方影响段2内受塌方影响侵限而变形的所述第一初期支护1进行拆换处理，其中，所述拆换处理的具体方法为，沿所述塌方影响段2的左侧、右侧分别进行拆换，每次拆换长度不大于两榀钢架距离，并且，在拆换完成后，需要及时设置钢架支护，并封闭支护结构。
34.进一步地，在打设所述第二初期支护12和所述第二钢护拱13、所述第一钢护拱17之后，还需要在所述原隧道7与所述第一初期支护1、所述原隧道7与所述第二初期支护12之间增设临时支护11。
35.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求和范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。