隧道开挖超前支护方法

327 编辑：中冶有色技术网来源：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

2024-01-24 11:27:13

权利要求书： 1.隧道开挖超前支护方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、制备注混凝土小导管(1)

在小导管内部灌注混凝土，将混凝土振动密实，混凝土终凝后得到注混凝土小导管(1)，其中小导管由无缝钢管制得，小导管的管身无开孔、前端呈锥形；

S2、支撑架支护施工

在隧道内安装并固定支撑架；在支撑架的位置对隧道进行测量定位，确定小导管施工孔位，再在各个小导管施工孔位分别进行钻孔，钻孔方向与隧道方向的夹角为10～15°并指向掌子面(2)；

S3、安装注混凝土小导管(1)

将注混凝土小导管(1)从各个钻孔位置打入或顶入，并将各根注混凝土小导管(1)分别与支撑架固定连接；注混凝土小导管(1)埋入围岩的部分在隧道方向的投影相互搭接。

2.如权利要求1所述的隧道开挖超前支护方法，其特征在于：步骤S1中，小导管内灌注的混凝土的骨料最大粒径不超过小导管内径的1/4，在灌注过程中将小导管竖立在振动设备上进行振动，将混凝土振动密实，待混凝土终凝后堆存备用。

3.如权利要求1或2所述的隧道开挖超前支护方法，其特征在于：步骤S2中，支撑架为钢拱架(3)，钢拱架(3)包括中部的拱形段，以及拱形段两端的立柱段，钢拱架(3)在隧道内间隔安装并固定；或者，支撑架包括钢格栅和边墙架，钢格栅呈拱形，钢格栅的两侧分别连接边墙架。

4.如权利要求3所述的隧道开挖超前支护方法，其特征在于：步骤S2中，钢拱架(3)上还焊接连接多个钻孔定位环，钻孔定位环的孔径大于注混凝土小导管(1)的直径；或者，钢格栅上预留多个钻孔定位孔，钻孔定位孔的孔径大于注混凝土小导管(1)的直径。

5.如权利要求4所述的隧道开挖超前支护方法，其特征在于：步骤S2中，所述钢拱架(3)通过锁脚锚杆及纵向连接筋进行固定。

6.如权利要求4所述的隧道开挖超前支护方法，其特征在于：步骤S3中，注混凝土小导管(1)通过锤击打入或钻机顶入，注混凝土小导管(1)的外露端与支撑架之间焊接连接。

说明书：隧道开挖超前支护方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道施工技术领域，具体是一种适用于地下水发育、存在软弱破碎围岩隧道开挖施工的超前支护方法。

背景技术[0002] 在地下水发育、围岩较差地段开挖施工，为避免因围岩变形导致掌子面失稳、隧洞塌方，需采取超前支护措施以保证施工安全。现有隧道开挖超前支护方式主要有管棚、水平

旋喷桩、注浆小导管、超前锚杆等。其中，管棚和水平旋喷桩技术较为复杂，成本较高。超前

锚杆加固效果有限，对地质条件有一定要求，不适用于地下水发育、松散软弱的围岩洞段。

注浆小导管应用较为广泛，普遍应用于松散软弱围岩洞段，但存在工序较为复杂、缝隙封堵

不严导致的浆液浪费严重、施工进度慢、在地下水较为发育或松散岩土体围岩洞段固结效

果差且较难控制等问题。

发明内容[0003] 本发明的目的在于：在注浆小导管技术的基础上，为在地下水发育、软弱破碎围岩洞段开挖施工提供一种技术简单、操作性强、造价低且切实有效的超前支护方法。

[0004] 本发明实现上述目的所采用的技术方案是：隧道开挖超前支护方法，包括以下步骤：

[0005] S1、制备注混凝土小导管[0006] 在小导管内部灌注混凝土，将混凝土振动密实，混凝土终凝后得到注混凝土小导管；

[0007] 具体的：步骤S1中，小导管由无缝钢管制得，小导管的管身无开孔、前端呈锥形；小导管内灌注的混凝土的骨料最大粒径不超过小导管内径的1/4，在灌注过程中将小导管竖

立在振动设备上进行振动，将混凝土振动密实，待混凝土终凝后堆存备用。

[0008] S2、支撑架支护施工[0009] 在隧道内安装并固定支撑架；在支撑架的位置对隧道进行测量定位，确定小导管施工孔位，再在各个小导管施工孔位分别进行钻孔，钻孔方向与隧道方向呈锐角；

[0010] 进一步的是：步骤S2中，钻孔的方向与隧道方向的夹角为10～15°并指向掌子面。[0011] 进一步的是：步骤S2中，支撑架为钢拱架，钢拱架包括中部的拱形段，以及拱形段两端的立柱段，钢拱架在隧道内间隔安装并固定；或者，支撑架包括钢格栅和边墙架，钢格

栅呈拱形，钢格栅的两侧分别连接边墙架。

[0012] 更进一步的是：步骤S2中，钢拱架上还焊接连接多个钻孔定位环，钻孔定位环的孔径大于注混凝土小导管的直径；或者，钢格栅上预留多个钻孔定位孔，钻孔定位孔的孔径大

于注混凝土小导管的直径。

[0013] 具体的：步骤S2中，所述钢拱架通过锁脚锚杆及纵向连接筋进行固定。[0014] S3、安装注混凝土小导管[0015] 将注混凝土小导管从各个钻孔位置打入或顶入，并将各根注混凝土小导管分别与支撑架固定连接；

[0016] 具体的：步骤S3中，注混凝土小导管通过锤击打入或钻机顶入，注混凝土小导管的外露端与支撑架之间焊接连接。

[0017] 进一步的是：步骤S3中，注混凝土小导管埋入围岩的部分在隧道方向的投影相互搭接。

[0018] 本发明的有益效果是：隧道开挖超前支护方法在地下水发育、软弱破碎围岩洞段开挖可以普遍采用，加固尚未开挖的岩土体，防止掌子面发生塌方，保证施工安全，具有以

下几点优点：第一、制作工艺较为简单，可操作性强且切实有效，尤其适用于地下水发育、软

弱破碎围岩洞段。第二、成本低，节约了工程投资，并降低了施工安全风险。第三、小导管内

灌注混凝土，混凝土终凝得到注混凝土小导管，加强了小导管的抗弯性能。第四、注混凝土

小导管的直径相较于锚杆直径较大，可最大限度减少小导管之间暴露的松散岩土体，降低

了因缝隙较大而松散土体不断掉落，最终发生塌方的风险。第五、省略了灌浆环节，避免了

灌浆材料的浪费；同时可提前批量生产注混凝土小导管，节约了中间的灌浆时间，加快了施

工进度。

[0019] 支撑架为钢拱架，钢拱架上还焊接连接多个钻孔定位环，便于钻孔就位和施工。附图说明[0020] 图1是本发明隧道开挖超前支护方法的实施例的流程图。[0021] 图2是本发明隧道开挖超前支护方法中注混凝土小导管布置纵剖面示意图。[0022] 图3是本发明隧道开挖超前支护方法中注混凝土小导管布置横截面示意图。[0023] 图中零部件、部位及编号：注混凝土小导管1、掌子面2、钢拱架3。具体实施方式[0024] 下面结合附图对本发明作进一步说明。[0025] 参考图1，本发明隧道开挖超前支护方法，先进行施工准备，再包括以下步骤：[0026] S1、制备注混凝土小导管[0027] 在地下水发育、存在软弱破碎围岩洞段，采用注混凝土小导管用于联合支撑架进行超前支护。注混凝土小导管是在小导管内部灌注混凝土，将混凝土振动密实，混凝土终凝

后得到的。小导管由无缝钢管制得，小导管的管身无开孔、前端呈锥形；小导管内灌注按一

定比例配置的混凝土，小导管内灌注的混凝土的骨料最大粒径不超过小导管内径的1/4，混

凝土用于加强小导管的承载力及抗弯性能，在灌注过程中可将小导管竖立固定在振动设备

上进行振动，将混凝土振动密实，待混凝土终凝后堆存备用。其中，振动设备包括振动装置、

安放平板和固定装置，安放平板固定在振动装置上，灌注混凝土的小导管放置于安放平板，

通过固定装置固定于安放平板上，振动装置带动小导管振动，实现将混凝土振动密实的目

的。

[0028] 在图1中，“小导管制备”是指根据设计要求，选用现有的无缝钢管，无缝钢管管身不打花孔、前端加工成锥形的处理过程。为了确定最佳的混凝土配合比，还需要进行试验以

及效果分析；确定最佳的配合比后，再按照该最佳配合比在小导管内部灌注混凝土并振动

密实，最终得到注混凝土小导管。

[0029] S2、支撑架支护施工[0030] 在隧道内安装并固定支撑架；然后在支撑架的位置对隧道进行测量定位，确定小导管施工孔位；最后在各个小导管施工孔位分别进行钻孔。

[0031] 支撑架主要用于与注混凝土小导管进行联合支护，也具有便于钻孔定位以及辅助钻孔施工的作用。图1中，“测量定位”包括对支撑架施工位置的测量定位和施工，以及对小

导管施工孔位的测量定位。

[0032] 支撑架可选用钢拱架3，如图3所示，钢拱架3包括中部的拱形段，以及拱形段两端的立柱段。钢拱架3按设计参数制作、按照施工要求进行施工安装，钢拱架3在隧道内间隔安

装并固定，参见图2。例如，钢拱架3通过锁脚锚杆固定，各个钢拱架3之间还通过纵向连接筋

相连，从而使各个钢拱架3之间连接固定。钢拱架3安装固定后，在钢拱架3上按设计参数进

行测量定位，定出小导管施工孔位，最后进行钻孔。钻孔方向与隧道方向呈锐角，例如钻孔

的方向与隧道方向的夹角为10～15°并指向掌子面2，如图2所示。参考图1，钻孔作业之后需

要进行清孔和转孔试验，确保成孔质量。钻孔采用普通钻杆，严格按小导管施工孔位进行作

业，施钻过程中及时观察钻杆方向及外插角度，当发现方向及外插角偏差较大时应予以调

整，以保证钻孔按设计要求完成。

[0033] 为了确保在钢拱架3转孔的位置的准确，以及便于转孔施工，钢拱架3上还可以预先焊接连接多个钻孔定位环，钻孔定位环焊接连接于钢拱架3拱形段的外侧，钻孔定位环在

钢拱架3上的环向间距根据小导管施工孔位最小间距确定。钻孔定位环的孔径大于注混凝

土小导管1的直径。

[0034] 此外，支撑架除了可选用钢拱架3，还可以选用钢格栅。即撑架包括钢格栅和边墙架，钢格栅呈拱形，钢格栅的两侧分别连接边墙架。边墙架从钢格栅两侧对其形成支撑固定

作用。钢格栅上预留多个钻孔定位孔，钻孔定位孔的孔径大于注混凝土小导管1的直径。

[0035] S3、安装注混凝土小导管1[0036] 将注混凝土小导管1从各个钻孔位置打入或顶入，即对应于图1中的“小导管安装”步骤；然后将各根注混凝土小导管1分别与支撑架固定连接。注混凝土小导管1可通过锤击

打入或钻机顶入，注混凝土小导管1的外露端与支撑架之间焊接连接，即对应于图1中的“管

尾与钢支撑焊连”，防止注混凝土小导管1发生位移。施工过程中，注混凝土小导管1顶入长

度不小于设计长度的90％。

[0037] 参见图2，将注混凝土小导管1在隧道方向进行投影，混凝土小导管1的外露长度a用于与支撑架固定连接，故a＞0；相邻两圈注混凝土小导管1之间的间距b根据设计参数确

定；注混凝土小导管1埋入围岩的部分在隧道方向的投影相互搭接，搭接长度c＞0。