复合地层支护方法及支护结构与流程

1.本发明涉及隧道支护技术领域，尤其是一种复合地层支护方法及支护结构。


背景技术：

2.目前，管幕和管棚作为超前支护措施在隧道超前支护施工中被广泛应用。
3.管幕是利用大直径钢管密排，并通过锁扣相互咬合而连接在一起，预先在地层中形成的钢管帷幕结构；其具有刚度大、止水效果好、抗变形能力强、施工安全可靠等优点，适用于软弱地层，对于硬性地层，如中、微风化岩层的适用性较差。
4.管棚是采用各类钢管间隔预先在地层中形成的钢管棚护结构，各钢管之间不咬合；其具有施工灵活、施工安全可靠等优点，适用于不需要太大承载力、无需止水的硬性地层，对于需要大承载力、且需要止水的软弱地层则不适合。
5.复合地层是指在地下工程开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的组合地层。针对复合地层中的超前支护，单独采用管幕或管棚的效果均较差；因此，常采用管幕与管棚共同对复合地层进行超前支护。
6.图1中示出了一种复合地层中的超前支护结构，其支护方法为：参见图1，在软弱地层10中从左向右施工管幕钢管12和管棚钢管13；其中，管幕钢管12的右端施工至软弱地层10与硬性地层11的分界面14处，而管棚钢管13的右端穿过软弱地层10与硬性地层11的分界面14而延伸至硬性地层11中的预定位置。
7.上述支护方法，虽然可通过管幕与管棚组成的支护结构对复合地层进行超前支护，但是在软弱地层10与硬性地层11的分界面13处，如图1中虚线位置的a处，易出现支护软弱区，导致支护效果较差；在后续隧道开挖过程中，易造成软弱地层内的地下水从a处流至隧道内，影响隧道施工安全。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是：提供一种复合地层支护方法及支护结构，提高在软弱地层与硬性地层的交界处的支护效果。
9.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：复合地层支护方法，包括如下步骤：
10.s1、在软弱地层中施工管幕钢管，且管幕钢管的一端施工至软弱地层与硬性地层的分界面处；相邻管幕钢管通过锁扣接头互锁在一起；
11.s2、在管幕钢管和锁扣接头内灌注水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后形成管幕注浆体；
12.s3、在管幕钢管内的管幕注浆体中施工管棚钢管；所述管棚钢管的一端穿过软弱地层与硬性地层的分界面而钻至硬性地层中的预定位置；
13.s4、在管棚钢管内灌注水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后形成管棚注浆体。
14.进一步的，所述管幕钢管的管壁上设置有若干个管幕注浆通孔。
15.进一步的，所述管棚钢管的管壁上设置有若干个管棚注浆通孔。
16.复合地层支护结构，包括管幕钢管和管棚钢管；所述管幕钢管设置在软弱地层中，且其一端延伸至软弱地层与硬性地层的分界面处；相邻管幕钢管通过锁扣接头互锁在一起；所述管幕钢管与锁扣接头内浇筑有管幕注浆体；所述管棚钢管设置在管幕钢管内的管幕注浆体中，且管棚钢管的一端穿过软弱地层与硬性地层的分界面而延伸至硬性地层中；所述管棚钢管内浇筑有管棚注浆体。
17.进一步的，所述管幕钢管的管壁上设置有管幕注浆通孔。
18.进一步的，所述管棚钢管的管壁上设置有管棚注浆通孔。
19.本发明的有益效果是：本发明实施例提供的复合地层支护方法及支护结构，通过在管幕钢管内的管幕注浆体中施工管棚钢管，并使管棚钢管的一端穿过软弱地层与硬性地层的分界面而延伸至硬性地层中的预定位置，这样不仅在软弱地层中利用管幕对管棚进行支撑，而且将管幕与管棚牢固地连接在一起，同时还避免了在软弱地层与硬性地层的分界面出现支护软弱区，进而提高了在软弱地层与硬性地层的交界处的支护效果；在后续的隧道开挖过程中，避免地下水从软弱地层与硬性地层的交界处流至隧道内，提高了隧道施工的安全性。
附图说明
20.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，下面将对实施例或现有技术描述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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是复合地层中现有支护结构的示意图；
22.图2是本发明实施例提供的复合地层支护方法中管幕施工后的状态图；
23.图3是图2中管幕施工后的截面视图；
24.图4是本发明实施例提供的复合地层支护方法中管棚施工后的状态图；
25.图5是图4中管棚施工后的截面视图。
26.图中附图标记为：10-软弱地层，11-硬性地层，12-管幕钢管，13-管棚钢管，14-分界面；101-管幕钢管，102-管棚钢管，103-软弱地层，104-硬性地层，105-分界面，106-锁扣接头，107-管幕注浆体，108-管棚注浆体，109-管幕注浆通孔，110-管棚注浆通孔。
具体实施方式
27.为了使本领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
28.参见图2至图5，本发明实施例提供的复合地层支护方法，包括如下步骤：
29.s1、在软弱地层103中施工管幕钢管101，且管幕钢管101的一端施工至软弱地层103与硬性地层104的分界面105处；相邻管幕钢管101通过锁扣接头106互锁在一起；
30.s2、在管幕钢管101和锁扣接头106内灌注水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后形成管幕注浆体107；
31.s3、在管幕钢管101内的管幕注浆体107中施工管棚钢管102；所述管棚钢管102的
一端穿过软弱地层103与硬性地层104的分界面105而钻至硬性地层104中的预定位置；
32.s4、在管棚钢管102内灌注水泥砂浆，待水泥砂浆凝固后形成管棚注浆体108。
33.步骤s1中，参见图2，构筑管幕工作井(图中未示出)，施工人员在管幕工作井中采用传统管幕施工工艺，将管幕钢管101从左向右逐根施工至软弱地层103中，所述管幕钢管101的右端施工至软弱地层103与硬性地层104的分界面105处。其中，相邻的管幕钢管101通过锁扣接头106互锁在一起；具体的，参见图3，每根管幕钢管101的左右两侧分别设置有公接头和母接头，相邻管幕钢管101之间通过由公接头和母接头构成的锁扣接头106互锁在一起，且公接头可在母接头内沿管幕钢管101的轴向移动。
34.步骤s2中，利用注浆工具将水泥砂浆灌注在管幕钢管101和锁扣接头106内，待水泥沙井凝固后，就在管幕钢管101和锁扣接头106内形成管幕注浆体107，这样就使得单根管幕钢管101由空心管变成钢管砼小梁，增大了单根管幕钢管101的直接承受载荷能力。
35.进一步，参见图3，所述管幕钢管101的管壁上设置有若干个管幕注浆通孔109。当将水泥砂浆灌注在管幕钢管101内时，水泥砂浆可沿着管幕钢管101的管幕注浆通孔109渗入软弱地层103的围岩内达到一定范围，以充填围岩裂隙；待水泥砂浆凝固后，就将所有管幕钢管101同围岩团结在一起，形成一个整体性的环向承载圈，使软弱地层103内的围岩得到加固，提高围岩开挖后的自稳能力。
36.步骤s3中，参见图4，施工人员在管幕工作井中采用自钻式管棚机，将管棚钢管102从左向右施工至管幕钢管101内的管幕注浆体107内，待管棚钢管102施工至管幕注浆体107的尽头后，进一步穿过软弱地层103与硬性地层104的分界面105并钻入硬性地层104中的预定位置。其中，每根管幕钢管101内的管幕注浆体107内可以施工一根管棚钢管102，也可以施工两根或两根以上管棚钢管102，在此不做具体的限定。
37.步骤s4中，利用注浆工具将水泥砂浆灌注在管棚钢管102内，待水泥沙井凝固后，就在管棚钢管102内形成管棚注浆体108，这样就使得单根管棚钢管102由空心管变成钢管砼小梁，增大了单根管棚钢管102的直接承受载荷能力。
38.进一步，参见图5，所述管棚钢管102的管壁上设置有若干个管棚注浆通孔110。当将水泥砂浆灌注在管棚钢管102内时，水泥砂浆可沿着管棚钢管102的管棚注浆通孔110渗入管棚钢管102与管幕注浆体107之间的缝隙，以及硬性地层104的围岩内达到一定范围，以充填管棚钢管102与管幕注浆体107之间的缝隙以及硬性地层104内的围岩裂隙；待水泥砂浆凝固后，就可将管棚钢管102分别与管幕注浆体107和硬性地层104内的岩体牢固地连接在一起，提高了支护结构的可靠性。
39.本发明实施例提供的复合地层支护方法，通过步骤s1和步骤s2，就可通过管幕对软弱地层103进行支护；通过步骤s3和步骤s4，不仅通过管棚对硬性地层104进行支护，而且将管幕与管棚牢固地连接在一起，避免在软弱地层103与硬性地层104的分界面105出现支护软弱区，进而提高了在软弱地层103与硬性地层104的交界处的支护效果；在后续的隧道开挖过程中，避免地下水从软弱地层103与硬性地层104的交界处流至隧道内，提高了隧道施工的安全性。
40.参见图4、图5，本发明实施例提供的复合地层支护结构，包括管幕钢管101和管棚钢管102；所述管幕钢管101设置在软弱地层103中，且其一端延伸至软弱地层103与硬性地层104的分界面105处；相邻管幕钢管101通过锁扣接头106互锁在一起；所述管幕钢管101与
锁扣接头106内浇筑有管幕注浆体107；所述管棚钢管102设置在管幕钢管101内的管幕注浆体107中，且管棚钢管102的一端穿过软弱地层103与硬性地层104的分界面105而延伸至硬性地层104中；所述管棚钢管102内浇筑有管棚注浆体108。进一步，所述管幕钢管101的管壁上设置有管幕注浆通孔109。所述管棚钢管102的管壁上设置有管棚注浆通孔110。
41.本发明实施例提供的复合地层支护结构，通过在管幕钢管101内的管幕注浆体107中施工管棚钢管102，并使管棚钢管102的一端穿过软弱地层103与硬性地层104的分界面105而延伸至硬性地层104中的预定位置，这样不仅在软弱地层103中利用管幕对管棚进行支撑，而且将管幕与管棚牢固地连接在一起，同时还避免了在软弱地层103与硬性地层104的分界面105出现支护软弱区，进而提高了在软弱地层103与硬性地层104的交界处105的支护效果；在后续的隧道开挖过程中，避免地下水从软弱地层与硬性地层的交界处流至隧道内，提高了隧道施工的安全性。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。