隧道底部成拱的施工方法.pdf

本发明公开了一种不需要对隧道底部开挖就能够在隧道底部形成仰拱结构的隧道底部成拱的施工方法。该方法包括以下步骤：a、隧道拱、墙开挖并完成初期支护，初期支护包括安装在隧道内的多榀钢架，在与每榀钢架下部相对应的隧道左右两侧墙脚内分别设置一组锁脚锚杆或锁脚导管；b、将各锁脚锚杆或锁脚导管分别与各自相对应的钢架焊接固定；c、按照在同一隧道横截面内注浆深度由中间向两边依次递减的方式对隧道路基顶面以下的岩土体进行多点位注浆，并向每个点位中注入特定量的浆液，使得由浆液加固后的岩土体形成反向拱形结构。本方法不需要对隧道底部开挖，施工操作简便，进度快，安全性高。

1.  隧道底部成拱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、隧道拱、墙开挖并完成初期支护，初期支护包括安装在隧道内的多榀钢架(1)，在与每榀钢架(1)下部相对应的隧道左右两侧墙脚内分别设置一组锁脚锚杆或锁脚导管(2)；
b、将各锁脚锚杆或锁脚导管(2)分别与各自相对应的钢架(1)焊接固定；
c、按照在同一隧道横截面内注浆深度由中间向两边依次递减的方式对隧道路基顶面以下的岩土体进行多点位注浆，并向每个点位中注入特定量的浆液，使得由浆液加固后的岩土体形成反向拱形结构。

2.  如权利要求1所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：a步骤中，两根锁脚锚杆或锁脚导管(2)为一组，且设置在隧道左右两侧墙脚内的锁脚锚杆或锁脚导管(2)两两对称。

3.  如权利要求1所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于，a步骤中，设置锁脚导管(2)的方式为：在隧道左右两侧墙脚需要设置锁脚导管(2)的部位分别钻孔，钻孔后分别将锁脚导管(2)插入孔内，并利用锁脚导管(2)进行注浆加固隧道左右两侧墙脚部位的岩土体；设置锁脚锚杆(2)的方式为：将锁脚锚杆(2)直接钻进隧道左右两侧墙脚内后，利用锁脚锚杆(2)注浆。

4.  如权利要求3所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：a步骤中，所述锁脚锚杆或锁脚导管(2)沿水平向下30°～45°角设置，且锁脚锚杆或锁脚导管(2)插入孔内后不交叉。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：所述锁脚锚杆(2)为自进式中空注浆锚杆，所述锁脚导管为注浆锁脚小导管。

6.  如权利要求1所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：c步骤中，先从隧道路基顶面向下打多个孔，打孔后分别在各孔内插入注浆小导管或自进式中空注浆锚杆；所述注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的周壁上设有多个浆液溢出孔，并且位于隧道同一横截面内的注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的下端构成向上的拱形；然后，利用注浆小导管或自进式中空注浆锚杆向岩土体内注入特定量的浆液。

7.  如权利要求6所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：c步骤中，位于隧道同一横截面内的注浆小导管或自进式中空注浆锚杆，相邻两根之间的间距为50～150cm；每根注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的注浆量为50～250Kg。

8.  如权利要求6或7所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：所述注浆小导管的长度为2～4m，所述自进式中空注浆锚杆的长度为3～4.5m。

9.  如权利要求1、2、3、4、6或7所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：c步 骤还包括向隧道两侧边墙底部的岩土体内注入浆液进行加固，形成隧道边墙底部的扩大基础，并使与锁脚锚杆或锁脚导管(2)锚固在一起的岩土体和反向拱形结构的岩土体连接在一起。

10.  如权利要求6或7所述的隧道底部成拱的施工方法，其特征在于：还包括d步骤和e步骤；
d、在隧道路面施工前，先在隧道路基顶面与隧道边墙衬砌接触面铺设单层或双层钢筋网，并使钢筋网与注浆小导管或自进式中空注浆锚杆外露端部焊接固定，然后浇筑厚度为30～70cm的砼，形成钢筋砼地梁；
e、在钢筋砼地梁顶面靠近隧道边墙砼二次衬砌的部位预留接茬钢筋，使接茬钢筋与隧道内的衬砌钢筋连接在一起，形成闭合拱圈。

隧道底部成拱的施工方法
技术领域
本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种隧道底部成拱的施工方法。
背景技术
在围岩较差地段的隧道中，为解决隧道底部隆起变形的问题及改善隧道上部支护结构的受力条件，通常会在隧道底部设置仰拱。仰拱呈反向的拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，它一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，另一方面能够有效的抵抗隧道下部地层传来的反力，克服了隧道底部隆起变形的问题。仰拱设置于隧道底部的路基面以下，采用传统的施工方法成拱，需要对路基面以下部分开挖，然后施工仰拱，再进行路基面与仰拱之间的充填，最后在路基面上施工路面。
原有技术对隧道底部开挖设置仰拱的方法存在以下缺陷：
①、隧道仰拱施工使隧道的开挖断面增大，开挖会扰动围岩，不利于围岩稳定。向下开挖仰拱，不但扰动了两侧边墙的围岩，使两侧边墙围岩出现松弛，并出现挤出变形，而且使隧道两侧边墙支护的钢架出现悬空，导致钢架及初期支护下沉，悬空的钢架及喷砼支护壳体从“正能量”转化为“负能量”，从而诱发隧道大变形及塌方。
②、隧道底部开挖后再回填的方式本身就是一种软基础置换法，置换后成为一个强度较高的钢筋砼或砼倒拱，这没有充分利用岩土体的自承能力，施工不经济。
③、仰拱位于隧道的底部，隧道底部是隧道施工过程中的施工道路，也是水流经过的地方，开挖的仰拱易积水，积水浸泡软弱破碎围岩的“墙根”，这很容易诱发软岩大变形，很多隧道变形及塌方是和开挖仰拱相关的。
④、隧道仰拱开挖切断施工通道，影响洞内施工，可操作性差，制约施工进度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不需要对隧道底部开挖就能够在隧道底部形成仰拱结构的隧道底部成拱的施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：隧道底部成拱的施工方法，包括以下步骤：
a、隧道拱、墙开挖并完成初期支护，初期支护包括安装在隧道内的多榀钢架，在与每榀钢架下部相对应的隧道左右两侧墙脚内分别设置一组锁脚锚杆或锁脚导管；
b、将各锁脚锚杆或锁脚导管分别与各自相对应的钢架焊接固定；
c、按照在同一隧道横截面内注浆深度由中间向两边依次递减的方式对隧道路基顶面以下的岩土体进行多点位注浆，并向每个点位中注入特定量的浆液，使得由浆液加固后的岩土体 形成反向拱形结构。
进一步的是，a步骤中，两根锁脚锚杆或锁脚导管为一组，且设置在隧道左右两侧墙脚内的锁脚锚杆或锁脚导管两两对称。
进一步的是，a步骤中，设置锁脚导管的方式为：在隧道左右两侧墙脚需要设置锁脚导管的部位分别钻孔，钻孔后分别将锁脚导管插入孔内，并利用锁脚导管进行注浆加固隧道左右两侧墙脚部位的岩土体；设置锁脚锚杆的方式为：将锁脚锚杆直接钻进隧道左右两侧墙脚内后，利用锁脚锚杆注浆。锁脚锚杆或锁脚导管均起到加固围岩和锁定钢架，约束隧道变形的作用。
进一步的是，a步骤中，所述锁脚锚杆或锁脚导管沿水平向下30°～45°角设置，且锁脚锚杆或锁脚导管插入孔内后不交叉。
进一步的是，所述锁脚锚杆为自进式中空注浆锚杆，所述锁脚导管为注浆锁脚小导管。
进一步的是，c步骤中，先从隧道路基顶面向下打多个孔，打孔后分别在各孔内插入注浆小导管或自进式中空注浆锚杆；所述注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的周壁上设有多个浆液溢出孔，并且位于隧道同一横截面内的注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的下端构成向上的拱形；然后，利用注浆小导管或自进式中空注浆锚杆向岩土体内注入特定量的浆液。
进一步的是，c步骤中，位于隧道同一横截面内的注浆小导管或自进式中空注浆锚杆，相邻两根之间的间距为50～150cm；每根注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的注浆量为50～250Kg。
进一步的是，所述注浆小导管的长度为2～4m，所述自进式中空注浆锚杆的长度为3～4.5m。
进一步的是，c步骤还包括向隧道两侧边墙底部的岩土体内注入浆液进行加固，形成隧道边墙底部的扩大基础，并使与锁脚锚杆或锁脚导管锚固在一起的岩土体和反向拱形结构的岩土体连接在一起。
进一步的是，还包括d步骤和e步骤；
d、在隧道路面施工前，先在隧道路基顶面与隧道边墙衬砌接触面铺设单层或双层钢筋网，并使钢筋网与注浆小导管或自进式中空注浆锚杆外露端部焊接固定，然后浇筑厚度为30～70cm的砼，形成钢筋砼地梁；
e、在钢筋砼地梁顶面靠近隧道边墙砼二次衬砌的部位预留接茬钢筋，使接茬钢筋与隧道内的衬砌钢筋连接在一起，形成闭合拱圈。
本发明的有益效果是：通过钢架与锁脚锚杆或锁脚导管提高了围岩的稳定性，便于隧道底部的施工；通过向隧道路基顶面以下的岩土体内注入浆液进行加固，不需要对隧道底部开 挖，减小了隧道开挖断面，不会扰动围岩，充分利用了岩土体的力学性能，并使隧道底部的岩土体得到了加固，提高了岩土体的承载能力；通过特定方式注入特定量的浆液，注浆量可控，并使得加固后的岩土体形成反向拱形结构，避免了隧道底部隆起变形，也改善了隧道上部支护结构的受力条件。该方法还具有施工操作简便，可行性强，施工过程中及施工完成后的结构安全性高，施工进度快，工程成本低等优点。
附图说明
图1是应用本方法施工的隧道的某一处横截面结构示意图；
图2是隧道底部注浆时注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的布置结构示意图；
图中标记为：钢架1、锁脚锚杆或锁脚导管2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
结合图1和图2所示，隧道底部成拱的施工方法，包括以下步骤：
a、隧道拱、墙开挖并完成初期支护，初期支护包括安装在隧道内的多榀钢架1，在与每榀钢架1下部相对应的隧道左右两侧墙脚内分别设置一组锁脚锚杆或锁脚导管2；设置锁脚导管2时，先在隧道左右两侧墙脚需要设置锁脚导管2的部位分别钻孔，钻孔后分别将锁脚导管2插入孔内，并利用锁脚导管2进行注浆加固隧道左右两侧墙脚部位的岩土体；设置锁脚锚杆2时，将锁脚锚杆2直接钻进隧道左右两侧墙脚内后，利用锁脚锚杆2注浆即可；锁脚锚杆或锁脚导管2作为注浆导体，用于向岩土体内注入浆液以加固隧道两侧墙脚内的岩土体；通过注浆泵的压力使浆液通过锁脚锚杆或锁脚导管2渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中，浆液填充岩土体内孔隙或裂隙内，改善了岩土体的物理力学性能；锁脚锚杆或锁脚导管2适应钢架1布设，设置位置位于两侧隧道墙脚的钢架底部；
b、将各锁脚锚杆或锁脚导管2分别与各自相对应的钢架1焊接固定；一般的，将锁脚锚杆或锁脚导管2外露的端部与钢架1焊接在一起,锁定钢架1，这样设置进一步强化了隧道内的初期支护；
c、按照在同一隧道横截面内注浆深度由中间向两边依次递减的方式，对隧道路基顶面以下的岩土体进行多点位注浆，并向每个点位中注入特定量的浆液，使得由浆液加固后的岩土体形成反向拱形结构；结合图2所示，通常先从隧道路基顶面向下打多个孔，多个孔通常以位于隧道同一横截面的孔为一排，并在隧道内设置多排，任意相邻的两排孔错位布置，且每一排的打孔深度由隧道横截面的中部向两边依次递减；通常在每一榀钢架1的正下方打一排孔，即通常需要对每榀钢架1正下方的隧道底部进行注浆成拱；打孔后分别在各孔内插入注浆小导管或自进式中空注浆锚杆，所述注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的周壁上设有多个 浆液溢出孔，并且位于隧道同一横截面内的注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的下端构成向上的拱形，即呈凹弧形；然后，利用注浆小导管或自进式中空注浆锚杆向岩土体内注入特定量的浆液，对隧道路基顶面以下的岩土体进行加固；注浆小导管或自进式中空注浆锚杆外露端的周壁上不设置浆液溢出孔，多个浆液溢出孔通常在注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的锚固段上均布设置；优选的，浆液溢出孔呈梅花形，即沿圆孔的圆周环形阵列设有至少三个花瓣孔结构的异形孔；具体的，注浆小导管的外露端长30cm，其锚固段上间隔15～20cm设置一个浆液溢出孔；自进式中空注浆锚杆的外露端长30cm，其锚固段上间隔60～80cm设置一个浆液溢出孔；一般通过注浆泵向注浆小导管或自进式中空注浆锚杆中注浆，每根注浆小导管或自进式中空注浆锚杆注入的浆液量通常以能够使隧道内任意相邻的两根注浆小导管或自进式中空注浆锚杆所注入的浆液能够相交汇为准，或是以能够使位于隧道同一横截面内的任意相邻的两根注浆小导管或自进式中空注浆锚杆所注入的浆液能够相交汇为准；优选的，该步骤中位于隧道同一横截面内的注浆小导管或自进式中空注浆锚杆，相邻两根之间的间距为50～150cm，每根注浆小导管或自进式中空注浆锚杆的注浆量为50～250Kg；具体的，所述注浆小导管的长度为2～4m，所述自进式中空注浆锚杆的长度为3～4.5m；注浆小导管一般采用φ42x4mm无缝钢花管或其它型号的钢管制成；自进式中空注浆锚杆一般为直径φ25～32mm，周壁带注浆孔的管；向岩体内注入的浆液优选为P.O42.5水泥；其中，多个指两个以上；
d、在隧道路面施工前，先在隧道路基顶面与隧道边墙衬砌接触面铺设单层或双层钢筋网，并使钢筋网与注浆小导管或自进式中空注浆锚杆外露端部焊接固定，然后浇筑厚度为30～70cm的砼，形成钢筋砼地梁；该步骤中通常采用C20或C25的砼进行浇筑；
e、在钢筋砼地梁顶面靠近隧道边墙砼二次衬砌的部位预留接茬钢筋，使接茬钢筋与隧道内的衬砌钢筋连接在一起；
f、在钢筋砼地梁的上侧铺设路面。
优选的，在a步骤中两根锁脚锚杆或锁脚导管2为一组，且设置在隧道左右两侧墙脚内的锁脚锚杆或锁脚导管2两两对称，即设置在隧道左侧墙脚内的一组锁脚锚杆或锁脚导管2与设置在隧道右侧墙脚内的一组锁脚锚杆或锁脚导管2对称。具体的，所述锁脚锚杆2为自进式中空注浆锚杆，所述锁脚导管2为注浆锁脚小导管。
为了使得钢架1能够更好的限制隧道拱顶的下沉变形，在a步骤中所述锁脚锚杆或锁脚导管2沿水平向下30°～45°角设置，且锁脚锚杆或锁脚导管2插入孔内后不交叉；即设置时，锁脚锚杆或锁脚导管2的下端倾斜朝下的插入隧道边墙，且锁脚锚杆或锁脚导管2与水平面的夹角为30°～45°。
为了提高隧道整体结构的稳定性，并进一步限制隧道拱顶的下沉，所述c步骤还包括向 隧道两侧边墙底部的岩土体内注入浆液进行加固，形成隧道边墙底部的扩大基础，并使与锁脚锚杆或锁脚导管2锚固在一起的岩土体和反向拱形结构的岩土体连接在一起，如图1所示。