如图5.2所示，将支护设置时刻作为坐标原点，断面被开挖出瞬间为ti=-t0，围岩与支护结构发生相互作用的时刻为ti=t1。由此即可分析围岩与支护结构在发生相互作用后的某一时刻t2的相互作用力。图5.2时间坐标根据前述的时间坐标，假定支护与围岩发生相互作用的时刻为t1，计算时刻t时支护与围岩的相互作用力为f。由Laplace变换可求得黏弹性位移的拉氏表达式，再通过Laplace逆变换即可求得黏弹性位移表达式。......
2023-09-21
挤压性围岩隧道控制技术-改进二衬缓冲层及仰拱增强支护
【摘要】：为此，项目研究团队提出二衬缓冲层及仰拱增强支护技术。2)施工工艺流程二衬缓冲层施工缓冲层结构设在拱墙初期支护与二次衬砌间，置于防水板外侧，与初支支护密贴，设缓冲结构地段，取消拱部无纺布，如图6.35所示。若施作缓冲结构导致二衬衬砌厚度小于设计厚度，则停止施作缓冲结构。图6.37仰拱施工工艺流程图图6.38仰拱支护措施示意图①仰拱开挖。
兰渝铁路新城子隧道受宕昌车站进洞的影响，设计为喇叭口隧道，依次划分为两双段、两单段、连拱段、双线段(含大跨段)。连拱段两单隧道净距为3～8 m，地层属于高地应力软岩，受力极为复杂，围岩自稳能力差，变形难以控制，在高地应力作用下不仅出现了长段落的初期支护侵限，而且后行右线隧道施工时应力重新分配，对先行左线隧道影响极大，造成已施工段的仰拱底鼓开裂破坏。因此，如何控制围岩变形，保证二衬结构及运营的安全，减小二衬与初支间的接触压力，防止仰拱后期开裂，迅速通过这一高风险段落是项目部、全线乃至业界一直思考的问题。为此，项目研究团队提出二衬缓冲层及仰拱增强支护技术。
1)技术特点
①二衬缓冲层施工技术关键点:在拱墙初期支护与二次衬砌间采用高密度闭孔橡塑海绵板作为缓冲结构，保证了二衬结构及运营的安全，减小了二衬与初支间的接触压力，使二衬均匀受力，防止应力集中。
②仰拱增强施工技术关键点:仰拱围岩应力释放施工技术、仰拱设钢桁架施工技术和仰拱预埋钢管自进式锚杆施工技术。
A.仰拱围岩应力释放施工技术:仰拱设双层初支阶段性施工，一层初支应力释放，二层初支支护补强。
a.仰拱开挖后，第一层初支快速闭合，控制拱墙初支的下沉与收敛，然后回填，给围岩充分的应力释放空间。回填后应及时压实，以免出现大的变形。
b.初支钢架安装时，分别于仰拱底部、两端钢架腹板侧埋设应力元件，并制订完善的监测方案，以便随时掌控仰拱支护的受力情况。
c.根据仰拱监测数据，待其变形稳定后，挖开上层填渣，施作第二层初支补强，并及时衬砌，有力减少抵抗围岩的变形，保证支护的稳定。
B.仰拱设钢桁架施工技术:
a.根据收集相邻段落各部位的变形数据，建立仰拱受力模型进行检算，确定桁架规格、形式(横撑竖撑分布)、位置、数量等参数，做到对症下药、有的放矢。
b.架设仰拱初支钢架时，按设计要求，在仰拱内沿隧道前进方向设置横撑与仰拱初支钢架左右两端相连，在横撑中部设置竖撑与仰拱初支钢架底部相连，通过横撑竖撑结合初支钢架组成仰拱钢桁架结构，增强了仰拱的抗弯能力，可抵抗围岩的变形，调整仰拱受力结构，避免仰拱初支被破坏。
c.其他工序施工时需小心谨慎，注意保护，以免桁架碰撞而破坏失效。由于桁架贯穿仰拱初支二衬填充，支护衬砌紧密结合，提高了支护体的整体强度，有效防止了仰拱开裂。
C.仰拱预埋钢管自进式锚杆施工技术:
a.仰拱初支施作时，在需施作自进式锚杆的部位预埋φ60钢管，底部通过焊接与钢架相连，顶部与填充面平齐并用无纺布包裹，以便仰拱衬砌完成后，沿着预埋管，进行自进式长锚杆施工，避免因长锚杆施工而延长仰拱闭合时间，保障了仰拱施工的安全。
其他工序施工时需小心谨慎、注意保护，以免预埋管碰撞而破坏失效。
b.高地应力软岩开挖后松动圈大，长锚杆能有效穿过松动圈，加固隧底软弱岩层，减小围岩的变形。其施工流程为:自进式锚杆及垫板加工→搭建操作平台→钻机安装与定位→钻孔→清孔→锚杆安装→封孔→注浆→垫板安装→锚头封堵。应合理组织施工，减少自进式锚杆施工对其他部位施工的干扰。
2)施工工艺流程
(1)二衬缓冲层施工
缓冲层结构设在拱墙初期支护与二次衬砌间，置于防水板外侧，与初支支护密贴，设缓冲结构地段，取消拱部无纺布，如图6.35所示。
图6.35 缓冲结构示意图
缓冲结构采用高密度闭孔橡塑海绵板，厚度6 cm，表观密度不小于200 kg/m3。
缓冲结构布置方法如下:
①铺设缓冲结构前应对初期支护采用简单易行的捶击声检查，必要时辅以物探手段，对初期支护的渗漏水情况、外露的突出物及表面凹凸不平处进行检查处理。
②基面应平整，无空鼓、裂缝、松酥，表面平整度应符合下式要求，否则应进行喷射混凝土或抹水泥砂浆找平处理。
式中:D——初期支护基面相邻两凸面间凹进去的深度;
L——初期支护基面相邻两凸面的距离(L≤1 m)。
③所有阴阳角部位均做成r=10 cm的圆角。
④铺设缓冲结构时先在隧道拱顶部位标出纵向中线，并根据基面凹凸情况留足富余量，由拱部向两侧边墙铺设。
⑤用射钉或膨胀螺栓将热塑性垫圈和缓冲结构平顺地固定在基面上，固定点间距拱部宜为25 cm，边墙为50 cm，按梅花形布设，基面凹凸较大处应增加固定点，使缓冲层与基面密贴。图6.36为射钉布置示意图。
图6.36 射钉布置示意图
⑥相邻缓冲结构边缘应密贴，接缝宽度不应大于1 cm。
⑦缓冲结构铺设时应尽量与基面密贴，不得拉得过紧或起大包，以免影响防水板的铺设。
施作缓冲结构前，应对初期支护进行全断面扫描。若施作缓冲结构导致二衬衬砌厚度小于设计厚度，则停止施作缓冲结构。
(2)仰拱增强施工
增强仰拱稳定性工法施工工艺流程见图6.37，仰拱各支护措施见图6.38。
图6.37 仰拱施工工艺流程图
图6.38 仰拱支护措施示意图
①仰拱开挖。
a.测量放样:测量放样是控制仰拱尺寸的基础，仰拱开挖前由测量班放线。因仰拱测量中心桩开挖时容易遭到破坏，可在两侧初支边墙的相应位置打点，标注标高及中线距离，并将五寸台数据交给现场施工人员。现场人员可用拉工程线控制开挖深度、形状、钢筋位置以及混凝土标高。
b.开挖:由于新城子隧道连拱段岩层较软，为减少对初支的扰动，采用挖掘机进行机械开挖。对于轮廓线附近开挖不到的部位，采用人工配合风镐，钎子等工具修整到位，装载机配合，自卸汽车运碴。开挖不能半边跳槽开挖，必须一次全断面开挖，封闭成环，从仰拱中心向两侧进行，轮廓应圆顺、平整，不得欠挖。
c.基底处理:出渣后，将仰拱上浮渣清理干净，如有大的凹坑，应用同级混凝土回填。积水应及时抽排，避免后期导致地基承载力不均，衬砌沉降，仰拱开裂。
②第一层支护。
a.钢架安装:采用型钢钢架，钢架间用φ22螺纹钢筋连接。钢架进洞前应在加工棚试拼大样，保证钢架对接圆顺。安装钢拱架时一定要使仰拱钢拱架与左右两边墙拱脚处的钢拱架连接在一起，坚决杜绝对焊，真正起到闭合成环作用。钢拱架底部应搁置混凝土垫块，以保证工字钢拱架的保护层。
b.预埋应力元件:分别于仰拱底部、两端钢架腹板侧埋设应力元件，以便随时监测仰拱受力情况。
c.喷射混凝土:仰拱初支喷C25混凝土，且应保证无漏喷、离鼓、裂缝、钢筋网外漏等现象。喷射混凝土应分段、分片由两侧向隧中进行，每段长度不超过6 m，一次喷射厚度控制在6 cm以下。喷射时插入长度比设计厚度大5 cm的铁丝，每1～2 m设一根来控制施工。
d.无纺布铺设:喷浆后，初支表面铺设一层无纺布，以便二次开挖后的清渣工作。
③回填。
第一层初支施作完成后，运渣回填。回填应分段、分片由中心向两侧进行，每回填50 cm，用挖机压实一次，以免仰拱出现大的变形，挖机操作时避免破坏初支。
④监控测量。
通过预埋应力元件监测第一层初支钢架的变形情况，待其数据基本稳定后可进行仰拱第二层初支施作。
⑤第二层支护、预埋管及桁架安装。
a.二次开挖:采用挖掘机进行机械开挖，挖机操作时应小心谨慎，避免破坏初支。开挖基本完成后，人工清理剩余残渣，并将预先铺设的无纺布拆除，露出干净的初支面。
b.钢架安装:采用型钢钢架，钢架间用φ22螺纹钢筋连接。其余要求与第一层相同，不再赘述。
c.预埋管:采用φ60无缝钢管作为自进式锚杆套管预埋，在仰拱第二层初支钢架施作时，在需施作自进式锚杆的部位将其预埋，底部通过焊接与钢架相连，顶部与填充面平齐，并用无纺布包裹。
d.桁架:在仰拱内沿隧道前进方向设置横撑与仰拱初支钢架左右两端相连，在横撑中部设置竖撑与仰拱初支钢架底部相连，通过横撑竖撑结合初支钢架组成仰拱钢桁架结构，增强了仰拱的抗弯能力，有效提高了仰拱支护的强度，如图6.39所示。
图6.39 仰拱桁架示意图
⑥横撑、竖撑采用H175型钢，通过螺栓连接板与初支钢架连接。横撑竖撑在洞外加工预制，洞内现场拼装，连接板对齐，螺栓上下螺帽错开设置，拧紧牢靠。具体实施步骤为:
a.仰拱二次开挖到位，上层浮渣清理干净。
b.根据收集相邻段落各部位的变形数据，建立仰拱受力模型进行检算，确定桁架规格、形式(横撑竖撑分布)、位置、数量等参数。
c.架设仰拱初支钢架。按设计要求，在相应的拱架底部安装桁架竖撑，然后在竖撑上部架立横撑与仰拱初支左右两端连接，未保障桁架的牢靠，施工中螺栓应先插入螺栓孔，桁架各部位组装完成后再紧固。
由于桁架贯穿仰拱初支二衬填充，其他工序施工时需注意保护，以免碰撞破坏失效。在仰拱内沿着隧道前进方向设置钢桁架，提高了仰拱隧中的抗弯能力，有效地抵抗了围岩的变形;同时，贯穿仰拱初支二衬填充的桁架，将仰拱各支护体结合得更紧密，使衬砌更牢靠。
d.喷射混凝土:仰拱初支喷C25混凝土，其余要求与第一层相同。
⑦仰拱衬砌。
a.钢筋绑扎:仰拱衬砌钢筋环向主筋采用φ22螺纹钢筋，间距20 cm，纵向连接筋采用φ14螺纹钢筋，间距20 cm，箍筋采用φ8光圆钢筋，间距20 cm×20 cm。钢筋在加工弯制前应调直，表面的油渍、铁锈等应清除干净，拉直、弯钩、弯折、弯曲应采用冷加工。钢筋应按照仰拱弧形在洞外事先制作好，钢筋安装时横向钢筋与纵向钢筋的每个节点筋均必须进行绑扎或焊接。相邻主筋搭接位置应错开，错开距离不应小于1 m，同一受力钢筋的两个搭接距离不应小于1.5 m。钢筋的连接点应在纵横向筋的交叉连接处，必须进行绑扎或焊接，接头处的焊接要保证焊缝长度的要求，焊缝饱满，并应凿除焊缝上的焊渣。
b.防排水施工:每段仰拱混凝土的接头要设无纺布、防水板、背贴止水带和中埋止水带，其宽度、高度应符合设计要求，不能埋于混凝土里面。中埋钢边止水带可在仰拱混凝土浇筑后再施工。
c.模板安装:仰拱衬砌模板采用定型钢模，钢模及支架必须具有足够的强度、刚度和稳定性。模板安装时要保证支撑牢固，拼缝严密，不会产生胀模及漏浆现象，模板安装完成后应检查中线、高程、断面和净空尺寸，模板与混凝土接触面必须涂刷隔离剂。仰拱填充端头模板可采用木模，后背可用
22螺纹钢或φ42钢管连接，并用铁丝固定在仰拱钢筋上，牢靠加固，画好水平标高。
d.混凝土浇筑:仰拱采用C35混凝土浇筑，填充采用C20混凝土浇筑。浇筑由仰拱中心向两侧对称模筑，一次完成。过程中采用插入式振捣器及时振捣，振捣密实，以保证混凝土的施工质量。待填充混凝土初凝后，再沿预埋管口开槽，尺寸为10 cm×10 cm×10 cm。
⑧自进式锚杆施工。
待仰拱衬砌完成后，采用先钻孔后装杆的形式，顺着预埋钢管进行自进式长锚杆施工。其施工流程为:自进式锚杆及垫板加工→搭建操作平台→钻机安装与定位→钻孔→清孔→锚杆安装→封孔→注浆→垫板安装→锚头封堵。
a.自进式锚杆及垫板加工:由于购进的自进式锚杆杆体较长(8 m)，需要在场外加工棚进行切割，每2 m一节，安装时通过连接套连接。锚头垫板采用15 mm钢板，切割成80 cm×80cm的方形，并在中心开φ50圆孔。
b.搭建操作平台:由于是仰拱面向隧底自上而下钻孔，操作平台为三层阶梯形，潜孔钻机固定在台阶上。采用折叠碗扣式扣件，φ48×3.25钢管，其施工流程为:定位设置通长脚手板、底座→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→小横杆→大横杆(搁栅)→剪刀撑→连墙件→铺脚手板→扎防护栏杆→挡脚板→扎安全网。各部件不得缺失，扣件必须上紧。
c.钻机安装与定位:采用EX-100B电动潜孔钻机，通过定向滑轮调整位置和角度，固定牢靠。
d.钻孔及清孔:孔径为50 mm，顺着预埋钢管向下钻孔，锚孔与岩面尽可能垂直。钻孔时要定段检查锚孔前进方向的偏移情况，以便及时采取措施纠正，确保孔位正确，钻孔时要记好钻入孔内的钻杆数量，以便核准钻孔深度，钻至设计深度后用高压风将孔内的岩屑全部清理干净。钻孔时如果遇到塌孔，应立即停钻，进行固壁灌浆处理，注浆36 h后重新扫孔钻进。
e.锚杆安装及封孔:采用R38N自进式锚杆杆体，每2 m一节，通过连接套组合为一个整体，与排气管一同插入孔内，并用C20砂浆封堵孔口。
f.注浆:通过快速注浆接头将锚杆尾端注浆泵相连，启动灰浆搅拌机，人力将水泥和其他外加剂材料按配合比配制好，输入到搅拌机中加水搅拌。搅拌均匀后，输入压浆泵，压浆时要保持压浆高压管顺直。压浆量根据压浆泵压力的大小或根据灰浆搅拌机的消耗速度确定。压浆完毕后，立即安装好止浆塞，再进行锚固。
g.垫板安装及锚头封堵:用高压水枪将预留在槽内的杂物清理干净，将垫板套在锚杆外露部分，与槽内混凝土面密贴，在垫板外上好球形螺母，并用C25混凝土封堵。
图6.40为仰拱增强支护技术施工现场照片。
图6.40 仰拱增强支护技术操作要点的施工现场照片
有关挤压性围岩隧道变形破坏特性及控制技术的文章
- 详细阅读
-
挤压性围岩隧道控制技术及破坏特性详细阅读
水压致裂法地应力测量是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度内封隔一段钻孔，然后泵入液体对该段钻孔施压，根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。水压致裂法地应力测量时，破裂缝产生在钻孔岩壁上拉应力最大的部位。综上所述，水压致裂法地应力测量中，可根据试验过程中得到的相关数据来确定钻孔最大、最小水平主应力大小，同时可以根据印模器记录的裂纹破裂方向确定最大水平主应力的方向。......
2023-09-21
-
挤压性围岩隧道变形破坏控制技术详细阅读
为控制围岩变形，保证支护的稳定，项目研究团队研究提出了适合大跨段的多重锁固支护施工技术。1)技术特点强挤压围岩隧道多重锁固支护施工的技术关键点为:排架式结构技术、压浆剂快速锚固锚索技术、锚索预留低预应力柔性张拉技术、三层支护技术。图6.10大跨多重锁固支护示意图图6.11排架式结构支护示意图具体实施步骤如下:①先进行多台阶分部开挖。......
2023-09-21
-
初期支护与二衬受力分析：围岩隧道变形破坏特性详细阅读
图5.16初期支护弯矩变化曲线图5.17是初期支护第一主应力与位移的不同开挖工序云图。中台阶开挖，初期支护最大主应力出现在洞口拱顶处，约为91.5 MPa;绝对位移最大值为9 cm，出现在洞口中台阶阶角处。图5.18是二衬的最大、最小主应力云图。......
2023-09-21
-
挤压性围岩隧道施工技术及变形控制详细阅读
1)技术特点高地应力软岩隧道大跨段至连拱过渡段施工工法关键点:大断面延伸开挖技术、双层柔性支护技术、双洞衬砌整体浇筑技术。图6.15过渡段施工工艺流程图②绑扎连拱左右线衬砌钢筋，钢筋笼定位准确，钢筋规格、间距、搭接要符合设计要求和相应规范。图6.16大跨段延伸至连拱段示意图图6.17过渡段双侧壁九部法分部示意图施工中应精确测量，严格控制堵头墙的位置，避免欠挖，减小超挖。......
2023-09-21
-
挤压性围岩隧道变形破坏特性及控制技术分析详细阅读
总体变形分析按隧道的初期支护变形分级标准与可接受准则对兰渝线变形达到Ⅰ级的隧道进行分类梳理。统计分析表明，当最大主应力与隧道轴线呈大夹角时，大变形出现的频率为100%。统计分析表明，软岩大变形发生频率为64.3%，软岩夹中硬岩为30.3%，因此岩层强度是产生大变形的主要因素。兰渝线大变形隧道的统计结果表明，薄层岩体大变形出现频率为82.1%，中厚层为17.9%，厚层及以上一般不会出现大变形。表3.4各因素对围岩变形的影响程度统计分析续表......
2023-09-21
-
挤压性围岩隧道变形破坏特性与控制技术详细阅读
表1.1列出了国内外典型的挤压性围岩隧道。由此可见，高地应力软岩地质环境引起的挤压大变形破坏是一种严重的工程地质灾害。目前，对围岩挤压性大变形问题的研究，主要依靠归纳、总结及工程类比等方法，其中的主要问题集中在软岩的定义和分类、大变形的定义、机制和分级等几个方面。何满潮等将围岩大变形的判据分为定性方法和定量方法，并给出了日本学者对日本国内挤压性围岩特点及大变形判别研究方面的统计性结果。......
2023-09-21
-
挤压性围岩隧道变形控制技术研究成果详细阅读
严竞雄研究千枚岩施工期结构受力与变形机理，提出有效的变形控制措施。王襄禹针对高应力软岩隧道的变形力学机制提出了预留刚柔层支护技术。首先在隧道开挖后设置足够厚度的刚柔层来吸收高应力软岩隧道的大变形，并使柔性层具有足够的强度来限制软岩隧道的破坏性变形。......
2023-09-21
相关推荐