一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，涉及隧道支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中砂黃土地區(qū)隧道開挖過程中洞頂砂黃土層掉塊溜沙的問題。該方法包括：修整開挖的洞頂輪廓，使開挖洞頂輪廓圓順；按雙向拉伸塑料土工格柵的幅寬，在洞頂?shù)幕炷潦車娒嫔蟿澇霭拙€或掛線；按照劃出的白線或掛線，鋪設(shè)雙向拉伸塑料土工格柵，并使用射釘槍將雙向拉伸塑料土工格柵通過多個(gè)固定釘快速固定于洞頂上；用濕噴機(jī)快速噴射速凝混凝土；對(duì)速凝混凝土層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本發(fā)明有效解決了傳統(tǒng)的直接噴漿導(dǎo)致隧道洞頂砂黃土層掉塊溜砂的問題，且本發(fā)明施工工藝簡(jiǎn)單、工程量小、有效的縮短工程周期，能夠節(jié)約工程造價(jià)的20％～30％、易于施工和推廣。
【專利說明】
一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及隧道支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂 的快速防護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)黃土高原北部大部分地區(qū)特別是山西西部、寧夏南部、陜北榆林、靖邊等地區(qū) 為砂黃土區(qū)，在物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)方面與黃土高原中部和東南部的粘粉質(zhì)黃土具有明顯的差 異，工程性質(zhì)也相應(yīng)地發(fā)生了一定的變化。隨著西部大開發(fā)及絲綢之路經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，黃土地 區(qū)工程建設(shè)日新月異，所經(jīng)過砂黃土地區(qū)的高速公路、鐵路隧道開挖的支護(hù)問題就變得尤 為重要。
[0003] 目前，黃土地區(qū)隧道開挖時(shí)，在隧道剛剛開挖掘進(jìn)0.5-1.0m后（初襯之前）就需要 快速噴射混凝土漿液以防止黃土的掉塊溜砂。這種技術(shù)因施工工藝簡(jiǎn)單且造價(jià)低廉在其他 地區(qū)得到較普遍的應(yīng)用，然而該技術(shù)應(yīng)用于砂黃土地區(qū)隧道時(shí)出現(xiàn)了漿液還未完全凝固洞 頂砂黃土層就開始掉塊溜砂，無法完成后續(xù)的初襯支護(hù)施工，工期嚴(yán)重滯后，迫使工程造價(jià) 升高。其原因是砂黃土具有特殊的工程性質(zhì)，即〇. 01-0. 〇75mm粗粉土粒級(jí)，因其膠結(jié)物含量 低而呈微弱的膠結(jié)狀態(tài)，自身的抗拉和抗剪能力極弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供的砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù) 中砂黃土地區(qū)隧道開挖過程中洞頂砂黃土層掉塊溜沙的問題。
[0005] 本發(fā)明提供一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1:修整開挖的洞頂輪廓，使開挖的洞頂輪廓圓順；
[0007] 步驟2:按雙向拉伸塑料土工格的柵幅寬，在洞頂?shù)幕炷潦車娒嫔蟿澇霭拙€或掛 線；
[0008] 步驟3:按照步驟2中在受噴面上劃出的白線或掛線，鋪設(shè)雙向拉伸塑料土工格柵， 并使用射釘槍將雙向拉伸塑料土工格柵通過多個(gè)固定釘快速固定于洞頂上；
[0009] 步驟4:用濕噴機(jī)快速噴射速凝混凝土；
[0010]步驟5:對(duì)速凝混凝土層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
[0011]優(yōu)選地，步驟3中，固定釘長(zhǎng)度為200-300mm，固定釘與雙向拉伸塑料土工格柵之間 設(shè)有墊片，墊片厚度為l-2mm，直徑為15-20mm，相鄰的固定釘之間的距離為5-10cm，雙向拉 伸塑料土工格柵與混凝土受噴面的間距小于10mm。
[0012] 優(yōu)選的，步驟4中，噴射速凝混凝土之前檢查開挖的洞頂斷面尺寸，設(shè)置控制噴層 厚度的標(biāo)志，步驟3和步驟4之間的時(shí)間間隔不超過12h，步驟4應(yīng)該分段、分片依次進(jìn)行。
[0013] 優(yōu)選的，步驟4中，噴射速凝混凝土層總厚度為8_13cm，速凝混凝土由混凝劑和水 泥組成，混凝劑的質(zhì)量為水泥質(zhì)量的2.3%-3.4%。
[0014] 優(yōu)選的，步驟4中，分多次噴射速凝混凝土，每次噴射速凝混凝土的厚度小于40mm， 噴射速凝混凝土的噴頭與混凝土受噴面垂直且噴頭與混凝土受噴面之間的距離為0.6-1. lm〇
[0015]優(yōu)選的，步驟5中，速凝混凝土終凝后1-2h開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)天數(shù)至少為7天。 [0016]本發(fā)明中，添加一層雙向拉伸塑料土工格柵，使得混凝土的擴(kuò)散半徑增大，粘結(jié)力 增加，從而使得砂黃土層的強(qiáng)度增大，雙向拉伸塑料土工格柵使得土層表面的應(yīng)力分散到 兩側(cè)的土體中去，解決了由于砂黃土本身膠結(jié)較差，直接噴漿后，混凝土層的重力超過了砂 黃土本身的粘聚力進(jìn)而導(dǎo)致其表層掉塊溜砂。并且土工格柵的價(jià)格便宜，且施工工藝簡(jiǎn)單， 更適用于松散砂黃土隧道開挖的頂部快速防護(hù)。綜上所述，本發(fā)明有效解決了傳統(tǒng)的直接 噴漿導(dǎo)致隧道洞頂砂黃土層掉塊溜砂的問題，且本發(fā)明施工工藝簡(jiǎn)單、工程量小、有效的縮 短工程周期，能夠節(jié)約工程造價(jià)的20 %~30%、易于施工和推廣。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法中 防護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法中 雙向拉伸塑料土工格柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法中 固定釘嵌入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法中 速凝劑摻量曲線圖。
[0022]【附圖說明】：1_砂黃土層，2-雙向拉伸塑料土工格柵，3-隧道中線，4-線路中線，5-固 定釘，6-墊片，7-速凝混凝土層，8-混凝土受噴面。
【具體實(shí)施方式】 [0023] 實(shí)施例1
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例1提供一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，包括以 下步驟：
[0025] 步驟1:修整開挖的洞頂輪廓，使開挖的洞頂輪廓圓順，具體的，檢查開挖斷面的洞 頂砂黃土層1，清除隧道頂面的松動(dòng)的砂黃土體，并填補(bǔ)挖坑部分，使得洞頂頂面輪廓圓順。 [0026]步驟2:按雙向拉伸塑料土工格柵2的幅寬，在洞頂?shù)幕炷潦車娒?劃出白線或掛 線，具體的，利用設(shè)計(jì)的隧道剖面圖或其他基準(zhǔn)點(diǎn)確立好隧道中線3,按幅寬在建筑層畫出 白線或掛線，設(shè)置好白線后注意保障其不要被破壞，雙向拉伸塑料土工格柵2的鋪設(shè)縱線應(yīng) 與隧道中線3或線路中線4垂直，其中，雙向拉伸塑料土工格柵2應(yīng)具有抗腐蝕、防老化的性 能，且應(yīng)選用粗型，高強(qiáng)度、高密度且幅寬較大的格柵。
[0027]步驟3:按照步驟2中在受噴面上劃出的白線或掛線，鋪設(shè)雙向拉伸塑料土工格柵 2,并使用射釘槍將雙向拉伸塑料土工格柵2通過多個(gè)固定釘5快速固定于洞頂?shù)纳包S土層1 上，具體做法如下：
[0028] (3a)首先確認(rèn)白線是否完整或基準(zhǔn)點(diǎn)是否被破壞；
[0029] (3b)按照劃出的白線，人工鋪設(shè)雙向拉伸塑料土工格柵2，由于雙向拉伸塑料土工 格柵2其主要受力方向（縱向）垂直于隧道開挖的主線方向，因此，雙向拉伸塑料土工格柵2 的鋪設(shè)應(yīng)平整，并盡量張緊，雙向拉伸塑料土工格柵2與洞頂?shù)幕炷潦車娒嬷g的平行間 距小于10mm;利用特制射槍將長(zhǎng)度為200-300mm的固定釘5以5-10cm的相鄰間距dl迅速穿過 雙向拉伸塑料土工格柵2并打入洞頂?shù)纳包S土層1，利用固定釘5來固定雙向拉伸塑料土工 格柵2，為了更好的固定雙向拉伸塑料土工格柵2，在固定釘5的尾部和雙向拉伸塑料土工格 柵2之間加入圓形的塑料墊片6,墊片6的厚度為l-2mm，直徑為15-20mm，如圖1所示，靠近端 部的固定釘5的間距d2可適當(dāng)加密；
[0030] (3c)雙向拉伸塑料土工格柵2的連接處采用人工綁扎搭接，搭接寬度為10cm，且雙 向拉伸塑料土工格柵2的主受力方向不設(shè)置搭接接頭，防止在后續(xù)施工中出現(xiàn)強(qiáng)度不夠問 題，造成滑落現(xiàn)象。
[0031] 步驟4:用濕噴機(jī)快速噴射速凝混凝土，具體步驟如下：
[0032] (4a)噴射速凝混凝土之前，檢查開挖的斷面尺寸，設(shè)置控制噴層厚度標(biāo)志，并保證 其不被破壞；
[0033] (4b)在雙向拉伸塑料土工格柵2鋪設(shè)完成的12h內(nèi)進(jìn)行速凝混凝土的噴射，速凝混 凝土由混凝劑和水泥組成，混凝劑的質(zhì)量為水泥質(zhì)量的2.3 %-3.4%，混凝劑的質(zhì)量為水泥 質(zhì)量的3.1%時(shí)，效果最佳，如圖4所示，使用濕噴機(jī)分層分片進(jìn)行多次噴射，每次噴射速凝 混凝土的厚度小于40mm，噴射速凝混凝土的噴頭與混凝土受噴面8垂直且噴頭與混凝土受 噴面8之間的距離為0.6-1. lm，噴射速凝混凝土層7的總厚度為8-13cm。
[0034] 步驟5:對(duì)速凝混凝土層7進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，為了使水泥充分水化，減少和防止收縮裂縫， 在噴射速凝混凝土終凝后l_2h開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)天數(shù)不少于7天。
[0035] 為了探討砂黃土地區(qū)隧道開挖洞頂快速防護(hù)的效果，反饋施工過程中可能存在的 問題，為砂黃土地區(qū)隧道開挖洞頂?shù)呐R時(shí)支護(hù)方法提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)明人在陜西省某砂黃 土地區(qū)隧道開挖過程中實(shí)施了本方法。對(duì)隧道頂部利用本方法支護(hù)地段布設(shè)應(yīng)力應(yīng)變量測(cè) 斷面，在每個(gè)量測(cè)斷面的拱頂中心及兩側(cè)埋設(shè)收斂預(yù)埋鉤，可用水準(zhǔn)儀進(jìn)行拱頂下沉量測(cè)， 選擇一個(gè)高程位置相對(duì)不變的后視點(diǎn)（基點(diǎn)），就可用較為簡(jiǎn)單的方法得到拱頂下沉量，在 洞頂與支護(hù)層之間埋設(shè)壓力盒和混凝土應(yīng)力計(jì)，測(cè)試其支護(hù)強(qiáng)度，主要參數(shù)見下表1:
[0036] 表1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表
[0037]
[0039] 表1中可看出，利用本發(fā)明的防護(hù)方法，隧道頂部沉降量明顯減小，且支護(hù)層內(nèi)力 和圍巖與支護(hù)層之間壓力顯著提高，洞頂?shù)牧锷暗魤K現(xiàn)象消失，施工工藝簡(jiǎn)單、工程量小、 有效地縮短工程周期，保證了隧道施工安全進(jìn)行，節(jié)約工程造價(jià)的20%~30%、易于施工和 推廣。
[0040] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0041] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:修整開挖的洞頂輪廓，使開挖的洞頂輪廓圓順； 步驟2:按雙向拉伸塑料土工格柵的幅寬，在洞頂?shù)幕炷潦車娒嫔蟿澇霭拙€或掛線； 步驟3:按照步驟2中在受噴面上劃出的白線或掛線，鋪設(shè)雙向拉伸塑料土工格柵，并使 用射釘槍將雙向拉伸塑料土工格柵通過多個(gè)固定釘快速固定于洞頂上； 步驟4:用濕噴機(jī)快速噴射速凝混凝土； 步驟5:對(duì)速凝混凝土層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，其特征 在于，步驟3中，固定釘長(zhǎng)度為200-300mm，所述固定釘與所述雙向拉伸塑料土工格柵之間設(shè) 有墊片，所述墊片厚度為l -2mm，直徑為15-20mm，相鄰的所述固定釘之間的距離為5-10cm， 所述雙向拉伸塑料土工格柵與混凝土受噴面的間距小于l〇mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，其特征 在于，步驟4中，噴射速凝混凝土之前檢查開挖的洞頂斷面尺寸，設(shè)置控制噴層厚度的標(biāo)志， 步驟3和步驟4之間的時(shí)間間隔不超過12h，步驟4應(yīng)該分段、分片依次進(jìn)行。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，其特征 在于，步驟4中，噴射速凝混凝土層總厚度為8-13cm，所述速凝混凝土由混凝劑和水泥組成， 所述混凝劑的質(zhì)量為所述水泥質(zhì)量的2.3%-3.4%。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，其特征 在于，步驟4中，分多次噴射速凝混凝土，每次噴射速凝混凝土的厚度小于40mm，噴射速凝混 凝土的噴頭與混凝土受噴面垂直且噴頭與混凝土受噴面之間的距離為0.6-1. lm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂黃土隧道開挖洞頂?shù)魤K溜砂的快速防護(hù)方法，其特征 在于，步驟5中，速凝混凝土終凝后1-2h開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)天數(shù)至少為7天。
【文檔編號(hào)】E21D11/10GK105863681SQ201610478948
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】王家鼎, 許元珺, 蘇賀, 谷琪, 陳朋, 李盼盼
【申請(qǐng)人】西北大學(xué)