CN107630706B - 一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道病害整治技术结构领域，具体地指一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构及施工方法。包括仰拱和超挖回填层；超挖回填层内沿隧道横向方向间隔钻设有多组泄压孔，每组泄压孔包括多个沿隧道纵向间隔布置的泄压孔；泄压孔下端伸入到隧底下方的围岩内；仰拱上开设有多条沿隧道横向方向间隔布置的排水沟；排水沟内布置有一组钢管；钢管内填充有碎石，钢管、超挖回填层和泄压孔内的孔隙连通。本发明的隧底结构布置有序，施工工序便捷紧凑，经济环保效果显著。在预防仰拱因竖直向上高应力作用产生隆起破坏时，本方法能够有效的释放地应力和排出高水位地下水，从而消除隧道后期运营的安全隐患，达到了预防仰拱隆起治本的效果。

Description

一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道病害整治技术结构领域，具体地指一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构及施工方法。

背景技术

在高地压区环境下，由于高应力和的共同作用，修建的隧道随着时间变化，仰拱下地应力慢慢释放会出现仰拱隆起破坏现象。为了保证隧道后期运营通车的良好条件，在隧道施工时需要采取一定的技术手段预防仰拱隆起，现有的技术方法一般有三种：隧道底面施打超长地下锚杆、抗拔桩、注浆加固。这三种技术方法是以抵抗向上的地应力为出发点进行现场施工，在一定的时间内起到了防止仰拱隆起的效果，但是随着时间的积累，围岩应力慢慢释放导致仰拱下部竖直向上地应力增大，从而产生仰拱隆起破坏，现有的技术方法只能起到治标不能治本的效果。

有专利号为“CN206092002U”的名为“一种降低既有隧道仰拱水压力的隧底结构”的中国实用新型专利介绍了一种隧底结构，通过在隧道底部布置仰拱填充层，在仰拱的中心位置纵向设置中心水沟，在中心水沟和仰拱填充层上钻设泄压孔，通过在泄压孔内安装泄压钢管，利用钢管将围岩内的地下水排出到中心水沟内，从而释放地下水压力，避免围岩内水压过高对隧道底部产生破坏。虽然该隧底结构相对简单，但是实际上由于泄压孔内安装泄压钢管并不利于地下水的排放，由于钢管只有底部和侧部设置有出口，地下水只能通过钢管侧部和底部进入到钢管内，排水速率太低，另外将开设有出水孔的钢管钻入到围岩内，无形中提高了施工难度，钢管开孔后其强度大幅度下降，不利于沉桩施工。而且实际上钢管作为一个刚性构件，并不利于地应力的消散，容易造成仰拱隆起，达不到消散地应力的目的。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有技术的隧底结构不利于地下水排放、也不利于地应力消散的问题，提供一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构及施工方法。

本发明的技术方案为：一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构，包括位于隧道底部的仰拱，其特征在于：还包括位于仰拱下方的超挖回填层；所述的超挖回填层为碎石填充的孔隙结构，超挖回填层下方围岩内钻设有多个泄压孔，多个泄压孔安装横向成排、纵向成列的阵列模式布置于隧底下方；所述的泄压孔下端伸入到隧底下方的围岩内，其上端与超挖回填层的下端持平，泄压孔内填充有碎石；所述的仰拱为浇筑于超挖回填层上的混凝土层，仰拱上开设有多条沿隧道横向方向间隔布置的排水沟；所述的排水沟为沿隧道纵向布置的集水槽，排水沟内布置有一组钢管，每组钢管包括多根沿隧道纵向间隔布置的钢管；所述的钢管内填充有碎石，钢管下端伸入到超挖回填层内，钢管、超挖回填层和泄压孔内的孔隙连通。

进一步的所述的钢管沿竖直方向贯通排水沟，下端伸入到超挖回填层，其上端高于排水沟底面低于仰拱的上端面。

进一步的所述的每根钢管在横向方向上位于相邻两个泄压孔之间，钢管与泄压孔在竖直方向上不重叠。

进一步的所述的钢管直径为20～40cm，长度为1～2m，沿隧道横向方向相邻钢管间隔4～5m，沿隧道纵向方向处于同一排水沟内的相邻钢管间隔10～15m。

进一步的所述的钢管下端伸入到超挖回填层内20～40cm，其上端伸出排水沟底面10～20cm。

一种消除高地压区隧道仰拱隆起的施工方法，其特征在于：待隧道初期支护完成后，对隧道底部进行开挖形成超挖填充区域，在超挖填充区域下方的围岩钻设泄压孔，向泄压孔和超挖填充区域内回填碎石形成超挖回填层，将钢管下端预埋在超挖回填层的碎石内，并使钢管上端露出待浇筑的排水沟底面，钢管预埋完成后向钢管内填筑碎石至上端管口，然后在超挖回填层上浇筑混凝土形成具有多条排水沟的仰拱。

进一步的对隧道底部进行开挖形成超挖填充区域的方法为：对仰拱设计区域的下方进行开挖，沿仰拱设计区域的下端面向下开挖40～60cm形成超挖填充区域。

进一步的在超挖填充区域下方的围岩钻设泄压孔的方法为：沿隧道横向方向间隔2～4m、纵向方向间隔5～8m向超挖填充区域下方的围岩钻设直径为10～30cm、下端沿竖向伸入到围岩内20～30m的泄压孔，先对称施工隧道横向两侧的泄压孔，再按照从隧道横向侧部到隧道中间的方向依次进行泄压孔钻打施工。

进一步的向泄压孔和超挖填充区域内回填碎石形成超挖回填层的方法为：钻孔完成后，向泄压孔和超挖填充区域内回填粒径为3～5cm的碎石，使泄压孔内的碎石和超挖回填层内的碎石之间孔隙连通。

进一步的包括以下步骤：1)、隧道初期支护完成后，沿仰拱设计区域的下端面向下开挖40～60cm形成超挖回填区域；

2)、向超挖回填区域下方的围岩施工直径10～30cm、下端沿竖向伸入到围岩内20～30m的泄压孔，形成沿隧道横向间隔2～4m、纵向方向间隔5～8m的泄压孔孔群；

3)、向泄压孔和超挖回填区域内回填粒径为3～5cm的碎石形成超挖回填层；

4)、沿排水沟设计位置在超挖回填层上预埋直径为20～40cm、长度为1～2m的竖向钢管，将钢管下端20～40cm的部分预埋指超挖回填层内，向钢管内填充3～5cm的碎石至钢管的上端；

5)、在超挖回填层上浇筑混凝土形成具有多条排水沟的仰拱，将钢管上端露出排水沟底面10～20cm，待仰拱混凝土稳定后，完成隧底结构施工。

本发明的优点有：1、通过设置泄压孔并向泄压孔内填充碎石，使仰拱下方土层的地应力能够得到有效地释放，围岩内的地下水也能够通过泄压孔排出，有效降低了围岩地应力对仰拱的破坏；

2、通过设置钢管连通超挖回填层能够有效地将地下水引出，且钢管还能够保证仰拱具有良好的强度，不会因为开挖钻孔造成仰拱结构的损坏；

3、通过将泄压孔内的碎石、超挖回填层的碎石和钢管内的碎石进行孔隙连通，使地下水通过毛细作用进行快速渗透排放，有效降低了地应力对仰拱的破坏。

本发明的隧底结构布置有序，施工工序便捷紧凑，经济环保效果显著。在预防仰拱因竖直向上高应力作用产生隆起破坏时，本方法能够有效的释放地应力和排出高水位地下水，从而消除隧道后期运营的安全隐患，达到了预防仰拱隆起治本的效果。

附图说明

图1：超挖回填层及泄压孔内填充碎石结构示意图；

图2：预埋钢管的结构示意图；

图3：本发明的施工结构示意图；

其中：1—初期支护；2—仰拱；3—超挖回填层；4—排水沟；5—钢管；6—泄压孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～3，一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构，在隧道的初期支护1完成后，在仰拱2设计区域的下方开挖，向下开挖40～60cm形成超挖回填区域，这部分超挖回填区域用于回填碎石形成超挖回填层3，通过碎石填充能够现成具有很多孔隙的支撑层，孔隙结构能够有效消散地应力，另外孔隙结构能够通过毛细现象将地下水排出，避免水压过大，对仰拱2的破坏作用。

为了能够快速将隧底下方的围岩内的地下水排放出来，本实施例在超挖回填层3下方的围岩内钻孔，如图1～3所示，本实施例在围岩上钻泄压孔6，沿隧道横向方向间隔2～4m、纵向方向间隔5～8m向超挖填充区域下方的围岩钻设直径为10～30cm、下端沿竖向伸入到围岩内20～30m的泄压孔6，泄压孔6内填充有碎石，泄压孔6内的碎石与超挖回填层3内的碎石在孔隙上是连通的，地下水可以通过碎石之间的空隙排出，另外泄压孔6内填充有碎石，实际上相当于一个柔性的应力释放结构，地应力可以通过挤压碎石孔隙得到释放。

本实施例的仰拱2为混凝土层，仰拱2上开设有多条沿隧道横向方向间隔布置的排水沟4，排水沟4为沿隧道纵向布置的集水槽，每条排水沟4内布置有一组钢管5，每组钢管5包括多根沿隧道纵向间隔布置的钢管5，钢管5内填充有碎石。本实施例的钢管5为导管结构，用于排放地下水，钢管5沿竖直方向贯通排水沟4，下端伸入到超挖回填层3，其上端高于排水沟4底面低于仰拱2的上端面。每根钢管5在横向方向上位于相邻两个泄压孔6之间，钢管5与泄压孔6在竖直方向上不重叠。钢管5直径为20～40cm，长度为1～2m，沿隧道横向方向相邻钢管5间隔4～5m，沿隧道纵向方向处于同一排水沟内的相邻钢管5间隔10～15m。钢管5下端伸入到超挖回填层3内20～40cm，其上端伸出排水沟4底面10～20cm。钢管5、超挖回填层3和泄压孔6内的孔隙连通。地下水通过毛细现象排出到排水沟4内。

实际施工时：1、隧道初期支护1完成后，沿仰拱2设计区域的下端面向下开挖40～60cm形成超挖回填区域；

2、向超挖回填区域下方的围岩施工直径10～30cm、下端沿竖向伸入到围岩内20～30m的泄压孔6，形成沿隧道横向间隔2～4m、纵向方向间隔5～8m的泄压孔6孔群；

3、向泄压孔6和超挖回填区域内回填粒径为3～5cm的碎石形成超挖回填层3，如图1所示；

4、沿排水沟4设计位置在超挖回填层3上预埋直径为20～40cm、长度为1～2m的竖向钢管5，将钢管5下端20～40cm的部分预埋指超挖回填层3内，如图2所示，向钢管5内填充3～5cm的碎石至钢管5的上端；

5、在超挖回填层3上浇筑混凝土形成具有多条排水沟4的仰拱2，将钢管5上端露出排水沟4底面10～20cm，如图3所示，待仰拱2混凝土稳定后，完成隧底结构施工。

本实施例的碎石为3～5cm的粒径级碎石。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种消除高地压区隧道仰拱隆起的施工方法，其特征在于：

包括位于隧道底部的仰拱（2），还包括位于仰拱（2）下方的超挖回填层（3）；所述的超挖回填层（3）为碎石填充的孔隙结构，超挖回填层（3）下方围岩内钻设有多个泄压孔（6），多个泄压孔（6）按照横向成排、纵向成列的阵列模式布置于隧底下方；所述的泄压孔（6）下端伸入到隧底下方的围岩内，其上端与超挖回填层（3）的下端持平，泄压孔（6）内填充有碎石；所述的仰拱（2）为浇筑于超挖回填层（3）上的混凝土层，仰拱（2）上开设有多条沿隧道横向方向间隔布置的排水沟（4）；所述的排水沟（4）为沿隧道纵向布置的集水槽，每条排水沟（4）内布置有一组钢管（5），每组钢管（5）包括多根沿隧道纵向间隔布置的钢管（5）；所述的钢管（5）内填充有碎石，钢管（5）下端伸入到超挖回填层（3）内，钢管（5）、超挖回填层（3）和泄压孔（6）内的孔隙连通；

所述的钢管（5）沿竖直方向贯通排水沟（4），下端伸入到超挖回填层（3），其上端高于排水沟（4）底面低于仰拱（2）的上端面；

所述的每根钢管（5）在横向方向上位于相邻两个泄压孔（6）之间，钢管（5）与泄压孔（6）在竖直方向上不重叠；

待隧道初期支护（1）完成后，对隧道底部进行开挖形成超挖填充区域，在超挖填充区域下方的围岩钻设泄压孔（6），向泄压孔（6）和超挖填充区域内回填碎石形成超挖回填层（3），将钢管（5）下端预埋在超挖回填层（3）的碎石内，并使钢管（5）上端露出待浇筑的排水沟（4）底面，钢管（5）预埋完成后向钢管（5）内填筑碎石至上端管口，然后在超挖回填层（3）上浇筑混凝土形成具有多条排水沟（4）的仰拱（2）。

2.如权利要求1所述的一种消除高地压区隧道仰拱隆起的施工方法，其特征在于：对隧道底部进行开挖形成超挖填充区域的方法为：对仰拱（2）设计区域的下方进行开挖，沿仰拱（2）设计区域的下端面向下开挖40~60cm形成超挖填充区域。

3.如权利要求1所述的一种消除高地压区隧道仰拱隆起的施工方法，其特征在于：在超挖填充区域下方的围岩钻设泄压孔（6）的方法为：沿隧道横向方向间隔2~4m、纵向方向间隔5~8m向超挖填充区域下方的围岩钻设直径为10~30cm、下端沿竖向伸入到围岩内20~30m的泄压孔（6），先对称施工隧道横向两侧的泄压孔（6），再按照从隧道横向两侧到隧道中间的方向依次进行泄压孔（6）钻打施工。

4.如权利要求1所述的一种消除高地压区隧道仰拱隆起的施工方法，其特征在于：向泄压孔（6）和超挖填充区域内回填碎石形成超挖回填层（3）的方法为：钻孔完成后，向泄压孔（6）和超挖填充区域内回填粒径为3~5cm的碎石，使泄压孔（6）内的碎石和超挖回填层（3）内的碎石之间孔隙连通。

5.如权利要求1所述的一种消除高地压区隧道仰拱隆起的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：1）、隧道初期支护（1）完成后，沿仰拱（2）设计区域的下端面向下开挖40~60cm形成超挖回填区域；

2）、向超挖回填区域下方的围岩施工直径10~30cm、下端沿竖向伸入到围岩内20~30m的泄压孔（6），形成沿隧道横向间隔2~4m、纵向方向间隔5~8m的泄压孔（6）孔群；

3）、向泄压孔（6）和超挖回填区域内回填粒径为3~5cm的碎石形成超挖回填层（3）；

4）、沿排水沟（4）设计位置在超挖回填层（3）上预埋直径为20~40cm、长度为1~2m的竖向钢管（5），将钢管（5）下端20~40cm的部分预埋指超挖回填层（3）内，向钢管（5）内填充3~5cm的碎石至钢管（5）的上端；

5）、在超挖回填层（3）上浇筑混凝土形成具有多条排水沟（4）的仰拱（2），将钢管（5）上端露出排水沟（4）底面10~20cm，待仰拱（2）混凝土稳定后，完成隧底结构施工。

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