(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010053406.1
(22)申请日 2020.01.17
(71)申请人 中铁十九局集团第三工程有限公司
地址 110136 辽宁省沈阳市沈北新区沈北
路36号
(72)发明人 赵立财
(74)专利代理机构 北京开阳星知识产权代理有
限公司 11710
代理人 杨中鹤
(51)Int.Cl.
E21D 9/01(2006.01)
E21D 11/05(2006.01)
E21D 11/10(2006.01)
E21D 20/02(2006.01)
E21D 21/00(2006.01)
E21D 20/00(2006.01)E21D 11/14(2006.01)E21D 11/18(2006.01)
(54)发明名称隧道塌方段反吹砂注浆回填结构及其施工方法(57)摘要本发明涉及隧道开挖技术领域，提供了一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构及其施工方法。包括用于封闭掌子面上部的缺口的封闭墙，所述掌子面的已开挖侧设有反压回填土，所述反压回填土与已开挖隧道的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔自下而上回填有初次吹砂层、混凝土层及二次吹砂层，所述初次吹砂层处于所述拱部空腔的下部区域，所述混凝土层处于未开挖隧道的拱部轮廓线的外周，所述二次吹砂层处于所述拱部空腔的 中部区域；初次吹砂层起到了垫层的作用，混凝土层主要起到加强未开挖隧道的拱部轮廓线的外围结构的作用，二次吹砂层起到了缓冲层的作用；通过上述结构对拱部空腔进行回填，确保了回填结构的稳定性，有效的控制且避免隧
道二次塌方。权利要求书2页 说明书6页 附图6页CN 111119910 A 2020.05.08
C N 111119910
A
1.一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：包括用于封闭掌子面(2)上部的缺口(3)的封闭墙(6)，所述掌子面(2)的已开挖侧设有反压回填土(7)，所述反压回填土(7)与已开挖隧道(1)的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔(4)自下而上回填有初次吹砂层(8)、混凝土层(9)及二次吹砂层(10)，所述初次吹砂层(8)处于所述拱部空腔(4)的下部区域，所述混凝土层(9)处于未开挖隧道(5)的拱部轮廓线的外周，所述二次吹砂层(10)处于所述拱部空腔(4)的中部区域。
2.根据权利要求1所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：还包括吹砂管一(11)和吹砂管二(12)，所述吹砂管一(11)的出砂端由所述已开挖隧道(1)穿过所述封闭墙(6)延伸至所述拱部空腔(4)的下部区域，所述吹砂管一(11)用于形成所述初次吹砂层(8)；所述吹砂管二(12)的出砂端由所述已开挖
隧道(1)穿过所述封闭墙(6)延伸至所述拱部空腔(4)的中部区域，所述吹砂管二(12)用于形成所述混凝土层(9)及所述二次吹砂层(10)。
3.根据权利要求2所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：所述吹砂管二(12)包括可拆卸式连接的斜管段和竖管段，所述斜管段由所述已开挖隧道(1)斜向延伸至所述拱部空腔(4)的下部区域，所述竖管段由所述拱部空腔(4)的下部区域竖向延伸至所述拱部空腔(4)的中部区域。
4.根据权利要求1所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：所述已开挖隧道(1)的内壁设有加固钢架(13)，所述加固钢架(13)与所述已开挖隧道(1)的既有锚喷支护连接。
5.根据权利要求1所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：所述反压回填土(7)自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，所述上台阶回填土、所述中台阶回填土及所述下台阶回填土的长度逐渐增加，且所述上台阶回填土仅为中部核心土。
6.根据权利要求5所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：所述拱部空腔(4)下方的上台阶开挖段的后段和前段均设有上台阶拱架(14)、中段设置有吊拱(15)，所述吊拱(15)包括与所述混凝土层(9)连接的吊挂锚杆(16)和与所述吊挂锚杆(16)的下端连接的拱形钢模板(17)。
7.根据权利要求6所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：所述吊挂锚杆(16)包括同轴配
合的外中空杆(161)和内中空杆(163)，所述外中空杆(161)的上端设置有楔缝式端头(162)，所述内中空杆(163)的上端设置有与所述楔缝式端头(162)的内壁配合的楔形端头(164)，所述内中空杆(163)的下端设置有紧固螺母(165)与垫板(166)，所述外中空杆(161)的外周镀有玻璃纤维，所述外中空杆(161)的外周还设置有水泥砂浆卷(167)。
8.根据权利要求1所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，其特征在于：所述已开挖隧道(1)及所述未开挖隧道(5)的内壁设有排水管。
9.一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、清理掌子面(2)后方坍塌的渣土，由已开挖隧道(1)的内壁打设锁脚锚杆与砂浆锚杆，紧邻既有锚喷支护施工加固钢架(13)，利用锁脚锚杆与砂浆锚杆将加固钢架(13)固定；
B、紧邻掌子面(2)向其后方施工反压回填土(7)，反压回填土(7)自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土的长
度逐渐增加，且所述上台阶回填土仅为中部核心土；
C、施工封闭墙(6)将掌子面(2)上部的缺口(3)封闭，吹砂管一(11)为斜管，吹砂管二
(12)由斜管段和竖管段构成，在封闭缺口(3)时：预埋吹砂管一(11)使其延伸至拱部空腔
(4)的下部区域，预埋吹砂管二(12)使其延伸至拱部空腔(4)的中部区域；
D、由吹砂管一(11)进行吹砂回填，将拱部空腔(4)的下部区域填满形成初次吹砂层
(8)；再由吹砂管二(12)泵送混凝土，混凝土覆盖在初次吹砂层(8)的上方形成混凝土层
(9)，混凝土层(9)处于未开挖隧道(5)的拱部轮廓线的外周；混凝土初凝后再由吹砂管二(12)进行吹砂回填，将拱部空腔(4)的中部区域填满形成二次吹砂层(10)。
10.根据权利要求9所述的隧道塌方段反吹砂注浆回填结构的施工方法，其特征在于：在所述步骤D之后还包括如下步骤：
E、由上台阶回填土向前开挖，先破除封闭墙(6)，随后拆卸吹砂管一(11)及吹砂管二
(12)的斜管段，将初次吹砂层(8)的流砂及上台阶土体挖出；开挖过程中及时对未开挖隧道
(5)的上台阶开挖段的后段和前段施作上台阶拱架(14)；
F、对未开挖隧道(5)的上台阶开挖段的中段施作吊拱(15)：首先对混凝土层(9)钻孔，随后安装吊挂锚杆(16)并进行注浆，紧接着将拱形钢模板(17)与吊挂锚杆(16)连接，拱形钢模板(17)预留让吹砂管二(12)的竖管段的下端伸出的通孔，最后安装堵板浇注混凝土形成吊拱(15)；
G、由中台阶回填土及下台阶回填土向前开挖，开挖过程中及时对未开挖隧道(5)的中台阶内壁和下台阶内壁施作永久初期支护；再施工未开挖隧道(5)的仰拱，使得未开挖隧道
(5)的初期支护整体成环；
H、由吹砂管二(12)的竖管段的下端进行吹砂回填，将拱部空腔(4)的中上部区域填满形成三次吹砂层(18)，最后再由吹砂管二(12)的竖管段的下端泵送水泥浆，将拱部空腔(4)的上部区域填满形成水泥浆层(19)。
隧道塌方段反吹砂注浆回填结构及其施工方法
技术领域
[0001]本发明属于隧道开挖技术领域，特别涉及一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构及其施工方法。
背景技术
[0002]在隧道开挖时会遇到软岩失稳段，此区域不良地质类型多、规模大、地质构造复杂，特殊岩土分布广泛，工程处理量大。开挖时很有可能会遇到溶洞坍塌，进而影响工程的施工，如果处理不得当，很有可能造成二次坍塌，直接导致隧道整体的稳定。
[0003]如图1所示，在开挖某隧道时，已开挖隧道1的掌子面2的上部出现缺口3且产生大面积掉块，随即沿洞顶产生向掌子面2后方的纵向开裂；原设计该处围岩级别为Ⅲ级，采用锚喷支护方式，开挖方式为全断面。此次大面积塌方形成的拱部空腔4高达7～9m，拱部空腔4的下部延伸至未开挖隧道5的上部，掌子面前方岩层变化为炭质页岩夹炭质千枚岩，受地震影响较为破碎且炭质千枚岩遇水即软强度极低，后续发现岩面有较多围岩裂隙水渗出，整体结构呈现软岩大变形趋势。针对上述拱部空腔4，需要设计回填结构以避免隧道二次塌方，同时回填之后由掌子面2继续向前开挖时，还需对拱部空腔4下方的未开挖隧道5进一步的进行防护处理。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，对拱部空腔进行回填，避免隧道二次塌方。
[0005]为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构，包括用于封闭掌子面上部的缺口的封闭墙，所述掌子面的已开挖侧设有反压回填土，所述反压回填土与已开挖隧道的洞顶之间形成有施工空间；拱部空腔自下而上回填有初次吹砂层、混凝土层及二次吹砂层，所述初次吹砂层处于所述拱部空腔的下部区域，所述混凝土层处于未开挖隧道的拱部轮廓线的外周，所述二次吹砂层处于所述拱部空腔的中部区域。
[0006]可选的，还包括吹砂管一和吹砂管二，所述吹砂管一的出砂端由所述已开挖隧道穿过所述封闭墙延伸至所述拱部空腔的下部区域，所述吹砂管一用于形成所述初次吹砂层；所述吹砂管二的出砂端由所述已开挖隧道穿过所述封闭墙延伸至所述拱部空腔的中部区域，所述吹砂管二用于形成所述混凝土层及所述二次吹砂层。
[0007]可选的，所述吹砂管二包括可拆卸式连接的斜管段和竖管段，所述斜管段由所述已开挖隧道斜向延伸至所述拱部空腔的下部区域，所述竖管段由所述拱部空腔的下部区域竖向延伸至所述拱部空腔的中部区域。
[0008]可选的，所述已开挖隧道的内壁设有加固钢架，所述加固钢架与所述已开挖隧道的既有锚喷支护连接。
[0009]可选的，所述反压回填土自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回
填土，所述上台阶回填土、所述中台阶回填土及所述下台阶回填土的长度逐渐增加，且所述上台阶回填土仅为中部核心土。
[0010]可选的，所述拱部空腔下方的上台阶开挖段的后段和前段均设有上台阶拱架、中段设置有吊拱，所述吊拱包括与所述混凝土层连接的吊挂锚杆和与所述吊挂锚杆的下端连接的拱形钢模板。
[0011]可选的，所述吊挂锚杆包括同轴配合的外中空杆和内中空杆，所述外中空杆的上端设置有楔缝式端头，所述内中空杆的上端设置有与所述楔缝式端头的内壁配合的楔形端头，所述内中空杆的下端设置有紧固螺母与垫板，所述外中空杆的外周镀有玻璃纤维，所述外中空杆的外周还设置有水泥砂浆卷。
[0012]可选的，所述已开挖隧道及所述未开挖隧道的内壁设有排水管。
[0013]本发明的目的还在于提供一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构的施工方法，对拱部空腔进行回填，避免隧道二次塌方。
[0014]为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隧道塌方段反吹砂注浆回填结构的施工方法，包括如下步骤：
[0015]A、清理掌子面后方坍塌的渣土，由已开挖隧道的内壁打设锁脚锚杆与砂浆锚杆，紧邻既有锚喷支护施工加固钢架，利用锁脚锚杆与砂浆锚杆将加固钢架固定；
[0016]B、紧邻掌子面向其后方施工反压回填土，反压回填土自上而下分为上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土，上台阶回填土、中台阶回填土及下台阶回填土的长度逐渐增加，且所述上台阶回填土仅为中部核心土；
[0017]C、施工封闭墙将掌子面上部的缺口封闭，吹砂管一为斜管，吹砂管二由斜管段和竖管段构成，在封闭缺口时：预埋吹砂管一使其延伸至拱部空腔的下部区域，预埋吹砂管二使其延伸至拱部空腔的中部区域；
[0018]D、由吹砂管一进行吹砂回填，将拱部空腔的下部区域填满形成初次吹砂层；再由吹砂管二泵送混凝土，混凝土覆盖在初次吹砂层的上方形成混凝土层，混凝土层处于未开挖隧道的拱部轮廓线的外周；混凝土初凝后再由吹砂管二进行吹砂回填，将拱部空腔的中部区域填满形成二次吹砂层。
[0019]E、由上台阶回填土向前开挖，先破除封闭墙，随后拆卸吹砂管一及吹砂管二的斜管段，将初次吹砂层的流砂及上台阶土体挖出；开挖过程中及时对未开挖隧道的上台阶开挖段的后段和前段施作上台阶拱架；
[0020]F、对未开挖隧道的上台阶开挖段的中段施作吊拱：首先对混凝土层钻孔，随后安装吊挂锚杆并进行注浆，紧接着将拱形钢模板与吊挂锚杆连接，拱形钢模板预留让吹砂管二的竖管段的下端伸出的通孔，最后安装堵板浇注混凝土形成吊拱；
[0021]G、由中台阶回填土及下台阶回填土向前开挖，开挖过程中及时对未开挖隧道的中台阶内壁和下台阶内壁施作永久初期支护；再施工未开挖隧道的仰拱，使得未开挖隧道的初期支护整体成环；
[0022]H、由吹砂管二的竖管段的下端进行吹砂回填，将拱部空腔的中上部区域填满形成三次吹砂层，最后再由吹砂管二的竖管段的下端泵送水泥浆，将拱部空腔的上部区域填满形成水泥浆层。
[0023]与现有技术相比，本申请在遇到塌方段时，首先要对掌子面施工反压回填土，以控
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