一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种适用于不良地质段大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，提高了对围岩的注浆加固效果，能够较好的地增强扩建隧道周边围岩自稳成拱能力，极大地降低隧道扩建施工过程中塌方事故的发生的可能性。

背景技术：

2.为了满足交通需求，需要对一些老旧隧道进行扩建，而对老旧隧道扩建遇到的围岩情况比新建隧道更复杂，旧隧道施工时，限于当时的工艺技术水平有限，旧隧道结构拱部超挖，且通常在二衬施工完成后用土、石等材料回填，且回填不够密实，与此同时，在原隧道的开挖腔壁和运营期间，原隧道周边岩石不断松动，岩石松动圈范围不断扩大，岩石与不密实的回填物共同组成了原隧道外侧具有较大范围的松散地层，该松散地层中含有大量孔隙、通道等，采用常规的注浆方法注浆，浆液沿着孔隙、通道往远离掌子面的方向纵向留到，导致围岩注浆加固效果不理想，并且，扩建施工过程中，松散地层会受到多次扰动，支护结构也会多次变化，如果围岩注浆加固效果不好，将极易发生围岩失稳和支护结构破坏、塌方、冒顶等事故，造成严重的工期延误、费用增加甚至人员伤亡，安全风险极高。

技术实现要素：

3.针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种可提高原隧道结构外围松散层的加固效果和稳定性，增强扩建隧道周边围岩自稳成拱能力的适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法。
4.本发明是这样来实现上述目的：本发明一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，包括以下步骤：s1，在确定注浆加固范围后，根据第一预设间距、第二预设间距，分别沿原隧道的轴向方向、径向方向，等间隔地设置第一径向注浆管，并利用所述第一径向注浆管，往所述原隧道外围的松散层先后分别注入水泥水玻璃双液浆、水泥浆，以形成止浆墙；s2，根据第三预设间距，沿所述原隧道的径向方向，在所述原隧道上相邻两个所述第一径向注浆管之间，等间隔地设置若干第二径向注浆管，并利用所述第二径向注浆管，往所述松散层处注入水泥浆；s3，根据设计的初期支护结构轮廓，在掌子面处对所述原隧道外围所述松散层打设超前管棚，并对所述超前管棚注浆；s4，根据所述设计的初期支护结构轮廓，在所述掌子面处，沿所述超前管棚的轮廓，对所述松散层打设若干超前小导管，并往所述超前小导管内注入水泥浆；s5，采用检查孔法、或声波检测法，对加固后的围岩进行检查，确认围岩加固效果是否达标。
5.进一步地，所述第二预设间距为6米。
6.进一步地，在所述步骤s3中，所述注浆包括两次注浆，第一次注浆选用水泥水玻璃双液浆注浆，以低压大流量方式进行注浆，注浆压力控制在0.5-1.0mpa；第二次注浆选用水泥浆注浆，注浆时基于升级分压法，由低到高地增加注浆压力，注浆压力控制在1.0-2.0mpa；mpa注浆顺序应原隧道的洞室轴线，由低至高、由下往上、先边墙后拱部地依次进行
mpa。
7.进一步地，在注入水泥浆之前，还根据所述松散层的具体情况、以及所述注浆加固范围，调整注浆工艺参数。
8.进一步地，所述超前管棚采用钢花管制作，所述钢花管内设有钢筋笼，钢花管之间采用由无缝钢管制作的固定环连接，所述钢花管和所述固定环与所述钢筋笼主筋焊接连接。
9.进一步地，所述超前管棚采用跟管钻进工艺打设。
10.进一步地，所述注浆加固范围、所述第一预设间距、所述第二预设间距、所述第三预设间距、以及所述初期支护结构轮廓均是通过根据所述掌子面开挖暴露部分的围岩情况、原隧道设计图纸、扩建隧道设计图纸、和隧道的地质探测情况设计得到的。
11.进一步地，在实施所述步骤s1之前，还需要在所述掌子面处设置临时支护结构，所述临时支护结构位于原隧道与已有的初期支护结构之间。
12.本发明的有益效果：本发明提供了一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，通过在确定注浆加固范围后，先根据所述第一预设间距、所述第二预设间距，分别沿所述原隧道的轴向方、径向方向，在所述原隧道上等间隔地设置若干所述第一径向注浆管，并利用所述第一径向注浆管往所述松散层先后分别注入水泥水玻璃双液浆、水泥浆，以将所述松散层内的空隙和通道堵塞，并在所述松散层内形成多个所述止浆墙，之后，再根据所述第三预设间距，沿原隧道的径向方向，在相邻两个所述第一径向注浆管之间等间隔地设置若干所述第二径向注浆管，并注入水泥浆，在所述止浆墙的作用下，浆液无法沿孔隙和通道流失，使得所述松散层内的土、石材料与足量的水泥浆充分粘合固结，由此，保证并提高围岩的固结效果，尔后，在所述掌子面处，根据设计的初期支护结构轮廓，对所述原隧道打设超前管棚，并对所述超前管棚以及所述超前管棚周边注浆，再根据所述设计的初期支护结构轮廓，沿所述超前管棚的外轮廓打设若干超前小导管，并往所述超前小导管内注入水泥浆，由此，使超前管棚与围岩粘结，从而提高围岩的稳定性，并增强扩建隧道周边围岩的自稳成拱能力。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：图1为实施本发明一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法前隧道结构的横断面示意图；图2为实施本发明一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法前隧道结构的纵断面示意图；图3为实施步骤s1后隧道结构的横断面示意图；图4为实施步骤s1后隧道结构的纵断面示意图；图5为实施步骤s2-s4后隧道结构的横断面示意图；图6为图5中a的放大示意图；图7为实施步骤s2-s4后隧道结构的纵断面示意图。
14.图中，1-注浆加固范围、2-隧道、3-第一径向注浆管、4-松散层、5-止浆墙、6-开挖暴露部分、7-已搭建的初期支护结构、8-第二径向注浆管、9-掌子面、10-超前管棚、11-围
岩、12-超前小导管、13-临时支护结构。
具体实施方式
15.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方案及其说明仅用于解析本发明，并不作为对本发明的限定。
16.图1-图7示出了本发明一实施例中一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法的具体操作，所述围岩预加固方法具体包括以下步骤：s1,在确定注浆加固范围1后，根据第一预设间距、第二预设间距，分别沿原隧道2的轴向方向、径向方向，等间隔地设置第一径向注浆管3，并利用所述第一径向注浆管3，往所述原隧道2外围的松散层4先后分别注入水泥水玻璃双液浆、水泥浆，以形成止浆墙5；其中，关于确定所述注浆加固范围1，具体为，在进行围岩预加固施工之前，根据在原隧道2外围开挖暴露的部分6围岩情况，结合原有隧道的施工图纸、扩建隧道的设计图纸、以及勘测采集的原隧道周边地质信息，判断、探明原有隧道外围围岩和松散层的具体情况，并根据判断结果，确定注浆加固范围1，所述注浆加固范围1如图1和图2所示。
17.在确定所述注浆加固范围1后，还根据所述原隧道2外围围岩和松散层4的具体情况，确定所述第一预设间距、所述第二预设间距、第三预设间距、以及初期支护结构轮廓，然后，如图3和图4所示，先根据所述第一预设间距，沿所述原隧道2的轴向方向，在所述原隧道2上等间隔地设置第一径向注浆管3，然后，以该第一径向注浆管为定位标准，沿所述原隧道2的径向方向，将剩余的第一径向注浆管3按照所述第二预设间距，等间隔地打设在所述原隧道2上；在打设好所述第一径向注浆管3后，利用所述第一径向注浆管3，往所述原隧道2外围的松散层4分别先后注入水泥水玻璃双液浆、水泥浆，水泥水玻璃双液浆具有凝结速度快的特点，先注入水泥水玻璃双液浆，将所述第一径向注浆3周围松散层4理的孔隙、通道快速堵塞，避免水泥浆沿孔隙、通道流失，然后，再注入水泥浆，由水泥浆与孔隙、通道粘结固化，提升堵塞效果，由此形成止浆墙。
18.在本实施例中，优选地，所述第二预设间距为6米；在其他实施例中，所述第二预设间距可根据现场情况适当调整。
19.s2,根据第三预设间距，沿所述原隧道2的径向方向，在所述原隧道2上相邻两个所述第一径向注浆管3之间，等间隔地设置若干第二径向注浆管8，并利用所述第二径向注浆管8，往所述松散层4注入水泥浆；如图7所示，待所述止浆墙5形成后，根据在实施所述步骤s1之前确定的所述第三预设间距，沿所述原隧道2的径向方向，在所述原隧道2上相邻两个所述第一径向注浆管3之间，等间隔地设置若干第三径向注浆管8，并利用所述第二径向注浆管8，往所述松散层4注入水泥浆，得益于通过实施所述步骤s1制得的止浆墙5，所述止浆墙5阻止水泥浆沿松散层4的孔隙、通道流失，保证两个所述止浆墙5之间的水泥浆足量，水泥浆量充足有利于松散层4的物质与水泥浆的充分粘合固结，从而提高围岩11的固结程度。
20.s3,根据设计的初期支护结构轮廓，在掌子面9处对所述原隧道2外围的所述松散层4打设超前管棚10，并对所述超前管棚10注入水泥浆；
如图5、图6和图7所示，根据在实施所述步骤s1之前设计的所述初期支护结构轮廓，确定超前管棚10的打设范围，然后，在掌子面9处，对所述原隧道2外围的松散层4打设超前管棚10，并在打设完成后，往所述超前管棚10内注浆；其中，所述注浆包括两次注浆，第一次注浆选用水泥水玻璃双液浆注浆，以低压大流量方式进行注浆，注浆压力控制在0.5-1.0mpa，利用水泥水玻璃双液浆的快速凝固特点，将所述超前管棚10周边松散层4里的孔隙、通道快速堵塞，避免水泥浆沿孔隙、通道流失；第二次注浆选用水泥浆注浆，注浆时基于升级分压法，由低到高地增加注浆压力，注浆压力控制在1.0-2.0mp；注浆顺序应沿所述原隧道2的洞室轴线，由低至高、由下至上、先边墙后拱部地依次进行。
21.其中，所述超前管棚10采用钢花管制成，所述钢花管内设有钢筋笼，钢花管与钢花管之间采用由无缝钢管制作的固定环固定连接，且所述钢花管和所述固定环还与所述钢筋笼主筋焊接连接；通过在所述钢花管内焊设钢筋笼，利用钢筋笼加强对钢花管的抗力，使所述超前管棚10具有较好的支护能力；通过往所述钢花管内注入水泥浆，水泥浆通过所述钢花管的小孔渗出到松散层，将所述超前管棚10与所述超前管棚10周边的松散层物质，包括通过实施步骤s1、s2固结的围岩11粘结，从而增强围岩11的自稳成拱能力，同时，形成新搭建的初期支护结构。
22.s4,根据所述设计的初期支护结构轮廓，在所述掌子面9处，沿所述超前管棚10的轮廓，对所述松散层4打设若干超前小导管12，并往所述超前小导管12内注入水泥浆；具体地，是根据在所述步骤s1之前设计的初期支护结构轮廓，如图5、图6和图7所示，在所述掌子面9处，沿着所述超前管棚10的轮廓，往所述松散层4开孔并打设入若干超前小导管12，然后，往所述超前小导管12内注入水泥浆，水泥浆经所述超前小导管12上的小孔导流到松散层4，将松散层4里软弱、松散、未粘结的土层、自稳能力差的砂层和砂砾石层级的碎岩粘结，通过减少松散物质，同时填充松散层4的空隙部分，从而加固、提高松散层的稳定性，由此保证加固围岩11的稳定性。
23.s5,采用检查孔法、或声波检测法，对加固后的围岩进行检查，确认围岩加固效果是否达标；通过确认围岩加固效果达标后，再开展隧道挖掘工作。
24.进一步地，在本实施例中，所述步骤s1、s2、s3、s4中的注浆操作，均遵循“探注结合、分区分批”的原则进行，即，在进行注浆之前，根据所述松散层的规模、形态等具体情况，以及所述注浆加固范围1、和现场试验数据，适当调整注浆工艺参数。
25.进一步地，在本实施例中，所述步骤s3中的所述超前管棚10实际采用跟管钻进工艺打设，即，将钻杆套在套管前端，套管与钻杆同时钻入，使所述超前管棚一次成型。
26.进一步地，在本实施例中，所述第一径向注浆管3、所述第二径向注浆管8实际为型号规格相同的径向注浆管。
27.进一步地，在实施所述步骤s1之前，还需要在所述掌子面9处设立临时支护结构13，所述临时支护结构13位于所述原隧道2与已搭建的初期支护结构7之间。
28.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求和范围所做
的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：

1.一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，在确定注浆加固范围（1）后，根据第一预设间距、第二预设间距，分别沿原隧道（2）的轴向方向、径向方向，等间隔地设置第一径向注浆管（3），并利用所述第一径向注浆管（3），往所述原隧道（2）外围的松散层（4）先后分别注入水泥水玻璃双液浆、水泥浆，以形成止浆墙（5）；s2，根据第三预设间距，沿所述原隧道（2）的径向方向，在所述原隧道（2）上相邻两个所述第一径向注浆管（3）之间，等间隔地设置若干第二径向注浆管（8），并利用所述第二径向注浆管（8），往所述松散层（4）处注入水泥浆；s3，根据设计的初期支护结构轮廓，在掌子面（9）处对所述原隧道（2）外围所述松散层（4）打设超前管棚（10），并对所述超前管棚（10）注浆；s4，根据所述设计的初期支护结构轮廓，在所述掌子面（9）处，沿所述超前管棚（10）的轮廓，对所述松散层（4）打设若干超前小导管（12），并往所述超前小导管（12）内注入水泥浆；s5，采用检查孔法、或声波检测法，对加固后的围岩（11）进行检查，确认围岩（11）加固效果是否达标。2.根据权利要求1所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：所述第二预设间距为6米。3.根据权利要求2所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：在所述步骤s3中，所述注浆包括两次注浆，第一次注浆选用水泥水玻璃双液浆注浆，以低压大流量方式进行注浆，注浆压力控制在0.5-1.0mpa；第二次注浆选用水泥浆注浆，注浆时基于升级分压法，由低到高地增加注浆压力，注浆压力控制在1.0-2.0mpa；注浆顺序应沿所述原隧道（2）的洞室轴线，由低至高、由下往上、先边墙后拱部地依次进行。4.根据权利要求3所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：在注入水泥浆之前，还根据所述松散层（4）的具体情况、以及所述注浆加固范围（1），调整注浆工艺参数。5.根据权利要求3所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：所述超前管棚（10）采用钢花管制作，所述钢花管内设有钢筋笼，钢花管之间采用由无缝钢管制作的固定环连接，所述钢花管和所述固定环与所述钢筋笼主筋焊接连接。6.根据权利要求5所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：所述超前管棚（10）采用跟管钻进工艺打设。7.根据权利要求1所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：所述注浆加固范围（1）、所述第一预设间距、所述第二预设间距、所述第三预设间距、以及所述初期支护结构轮廓均是通过根据所述掌子面（9）开挖暴露部分（6）的围岩情况、原隧道设计图纸、扩建隧道设计图纸和隧道的地质探测情况设计得到的。8.根据权利要求1所述一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，其特征在于：在实施所述步骤s1之前，还需要在所述掌子面（9）处设置临时支护结构（13），所述临时支护结构（13）位于原隧道（2）与已有的初期支护结构（7）之间。

技术总结

本发明提供了一种适用于大跨扩建隧道的围岩预加固施工方法，包括以下步骤：S1，在确定注浆加固范围后，根据第一预设间距、第二预设间距，沿原隧道的轴向方向、径向方向等间隔设置第一径向注浆管，并先后注入水泥水玻璃双液浆、水泥浆以形成止浆墙；S2，根据第三预设间距，沿原隧道径向，在两个第一径向注浆管之间等间隔设置第二径向注浆管并注水泥浆；S3，在掌子面处根据设计的初期支护结构轮廓，对松散层打设超前管棚并注浆；S4，沿超前管棚轮廓对松散层打设超前小导管并注水泥浆；S5，通过孔检查法或声波检测法检测围岩加固效果；相比于现有技术，本发明提供的围岩预加固施工方法可以提高围岩的加固效果和稳定性，增强围岩的自稳成拱能力。稳成拱能力。稳成拱能力。