新建洞室的初期支護方法與流程

本發明涉及一種新建洞室的初期支護方法，特別是一種應用于圍巖較差地質條件下支護工程領域新建洞室的初期支護方法。較差圍巖是指Ⅲ級圍巖、Ⅳ級圍巖、Ⅵ級圍巖。

背景技術：

現有新建交通隧道及其他地下洞室工程開挖后需要進行初期支護，尤其圍巖較差地段需要采用鋼架(格柵鋼架或型鋼鋼架)支護。現有《公路隧道設計規范》(JTG D70-2004)襯砌結構設計對兩車道隧道及三車道隧道復合式襯砌的設計參數進行了規定。但現有技術存在以下缺點：

一、現有鋼架不能適應洞室的開挖輪廓面

由于地下工程的巖(土)體節理裂隙發育情況及其他工程地質條件都存在差異(各向異性)，加之施工方法的差異，洞室開挖后難免會出現不同部位和不同程度的超挖問題，因此，洞室的實際開挖輪廓線并非為紙上畫的圓順線，而是存在不同超挖的鋸齒狀輪廓。

現有鋼架在洞外根據設計尺寸制作好后運到洞內進行組裝。在組裝時，鋼架不能適應超挖后的巖(土)面，不能滿足鋼架緊貼巖土面架設的要求，鋼架只能安裝在預設計的部位，從而在鋼架與超挖巖(土)面之間形成大量的脫空問題。

二、鋼架背后脫空很難噴填密實

現有技術要求嚴格控制超挖。超挖后，少量超挖采用同標號砼回填密實，大量超挖及塌方采取對應的處理方案。按照現有技術及規范要求，大量的超挖是得不到認可的，施工單位需要自己出錢來處理超挖脫空問題。另外，大量的超挖脫空處理是由工人在空氣條件差且存在安全風險的洞內完成；管理人員必須在空氣條件差的環境中監督施工。縱上述，由于各種原因致使鋼架背后的脫空問題是普遍存在的。

三、鋼架背后脫空造成安全風險

鋼架是用來支護圍巖的。鋼架背后脫空后，脫空部分用什么支護呢？答案是，沒有任何支護。大量事實證明，就是這些空腔使圍巖出現應力集中、圍巖松弛變形，圍巖松散壓力及松弛壓力引起鋼架支護變形，進而出現洞室變形、塌方等工程安全事故。

四、現有支護參數沒有完全約束洞室的超前變形

現有技術采用的超前支護方式有超前大管棚、超前小導管、超前錨桿等。現有的超前支護只限于洞室拱部，沒有考慮邊墻部分的超前支護。

五、現有鋼筋網支護太弱，且是被動的支護，存在技術缺陷

在洞室初期支護中，現有支護技術采用直徑為6.5mm或8mm的鋼筋網，現有鋼筋太細，且是一種被動的支護技術，不是主動的支護技術。現有技術的鋼筋網是洞室開挖后再進行鋪設，也就是，等造成超挖事實后再進行支護。因此，現有支護技術是被動的，且支護較弱，存在技術缺陷。

六、現有技術沒有更好地保護圍巖，且鋼架支護量大，不經濟

等超挖后，形成過大松弛圈后，現場不得不采用增加鋼架或加密鋼架的形式來支護過量松弛以后的圍巖。現有技術沒有更好地保護圍巖，是不經濟的。

七、現有技術鋼架間距過密，超前支護方向不好控制

現有超前支護角度一般為5°至10°。在圍巖差的鋼架支護地段，要求開挖后及時支護，支護緊跟開挖面。試問？支護后，在有限的空間內怎么能實現這個角度？實際施工的超前支護角度都大于要求的角度，這也是引起后續超挖問題的一個重要原因。

八、現有技術噴砼太厚，且沒有完全達到設計目的

現有技術有鋼架地段噴砼厚度一般為12cm至30cm。現場檢查發現：洞室兩側部位超挖通常采用片石回填后再噴砼；洞室拱部采用石棉瓦或其他背景材鋪設于鋼架頂部作為外模，然后在外模與鋼架之間噴砼。現場是按照設計量甚至更多的量進行了噴砼，浪費了大量的財力、物力和時間，最后的結果就是預埋了存在安全隱患的定時炸彈。以上問題也不能全愿施工者，現行設計規范及設計者也應該反思設計的合理性。

九、現有技術還沒有更好地解決介于采用鋼架支護過強，不采用鋼架支護則容易塌方的一些工程地質條件下的合理支護方式

綜上，現有技術中還沒有一種可以及時約束圍巖過大變形，沒有徹底解決鋼架噴砼后脫空的問題，沒有一種更好地節省支護量，節約投資，并可以規避原有支護技術安全風險的新建洞室的初期支護方法。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種可以及時約束圍巖過大變形，解決鋼架噴砼后脫空問題，既節省支護量，又節約投資，并可以規避原有支護技術安全風險的新建洞室的初期支護方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的新建洞室的初期支護方法，包括以下幾個步驟：

a、在洞室開挖前，沿洞室開挖輪廓面且超前掌子面鉆設縱向鋼筋孔；

b、在鋼筋安裝現場下料并制作成實際需要長度的鋼筋；

c、向鋼筋孔內塞入3～5節濕潤后的錨固劑；

d、沿鉆好的鋼筋孔插入縱向鋼筋；

e、鋼筋外露部分與系統錨桿端部，或鋼架，或上環外漏鋼筋綁扎或點焊連接固定；

f、洞室開挖；

g、排危；

h、沿洞室開挖輪廓進行初期噴砼支護；

i、施工系統錨桿支護；

j、安裝環向鋼筋，將縱向鋼筋1與環向鋼筋2連接形成緊貼洞開挖輪廓的初噴砼面的鋼筋網7；

k、安裝鋼架；

l、復噴砼至設計支護厚度；

m、進入下一施工循環。下一施工循環或為開挖及后續施工(開挖后施工g～l項工序)；或為a～e項工序施工。

進一步的是，所述鋼筋采用直徑為12mm～32mm的螺紋鋼筋。

進一步的是，所述環向鋼筋與所述縱向鋼筋之間采用綁扎或點焊連接。

進一步的是，h步驟中及l步驟中噴砼標號不低于C20。

進一步的是，a步驟中利用手風鉆在所布置的縱向鋼筋孔位置鉆眼，鉆研后清孔,鉆孔長度根據實際工程地質情況、超前支護設計參數、單循環開挖進尺和開挖后圍巖的穩定情況確定，其長度范圍為1m至6m。

進一步的是，其中縱向鋼筋和環向鋼筋的安裝方法為：把制作好的縱向鋼筋插入縱向鋼筋孔，鋼筋外露部分與已經開挖并進行了初期支護的鋼筋、錨桿和鋼架作為固定物體，或綁扎或點焊連接，縱向鋼筋安裝好后，緊貼已經安裝的縱向鋼筋或初期噴砼面鋪設環向鋼筋。若縱向鋼筋外漏，則環向鋼筋與縱向鋼筋之間采用綁扎及點焊連接；若初期噴砼封閉了縱向鋼筋，則沿洞室開挖面設單根長30～50cm，直徑為12mm，環向及縱向間距為100cm的螺紋插筋作為環向鋼筋的固定物，環向鋼筋與插筋間采用綁扎或點焊連接固定。

進一步的是，開挖后的鋼筋之間必須采用綁扎或點焊連接，并與已經支護且外露的鋼筋、原有的小角度超前支護末端、系統錨桿末端及鋼架焊接連接。

進一步的是，a步驟中利用手風鉆在所布置的縱向鋼筋孔位置鉆眼，鉆眼后清孔,鉆孔長度根據實際工程地質情況、超前支護設計參數、單循環開挖進尺和開挖后圍巖的穩定情況確定，其長度范圍為1m至6m。

進一步的是，初期噴砼的厚度為4cm。

進一步的是，縱向鋼筋的直徑比環向鋼筋大一個型號，形成鋼筋網的網格間距范圍為10cm至50cm。

進一步的是，超前縱向鋼筋采用錨固劑錨入巖體，錨固劑設置位置位于超前縱向鋼筋孔底部；

進一步的是，超前縱向鋼筋的縱向搭接長度不小于100cm。

本發明的有益效果是：本發明的支護方法采將鋼筋直接運到作業面，根據現場實際需要切割，搬運，焊接。鋼筋能根據實際開挖的輪廓面和實際需要進行現場下料(現場截斷成實際需要長度的鋼筋)，下料后的鋼筋不但搬運、安裝輕便，而且能緊貼巖面及時安裝，及時支護，及時約束圍巖過大變形。洞室開挖后，先對開挖巖土輪廓面初噴砼封閉，然后緊貼初噴砼面設鋼筋網，然后復噴砼至設計厚度，不存在脫空的問題。通過超前支護和及時支護，減少了超挖量，最大程度地保護了圍巖，降低了圍巖的松動圈，優化節約了鋼架支護量，并降低了噴層厚度，減少了支護時間，加快了施工進度，從多方面節約了工程投資。

附圖說明

圖1是本發明的洞室橫斷面示意圖；

圖2是本發明的發洞室縱斷面示意圖；

圖3是本發明的襯砌鋼筋網示意圖；

圖中零部件、部位及編號：縱向鋼筋1、環向鋼筋2、鋼架3、超前鋼筋4、噴砼支護5、系統錨桿6、鋼筋網7。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，為解決上述技術問題，本發明采用的新建洞室的初期支護方法，包括以下幾個步驟：

1、新建洞室的初期支護方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

a、在洞室開挖前，沿洞室開挖輪廓面且超前掌子面鉆設縱向鋼筋1孔；

b、在鋼筋安裝現場下料并制作成實際需要長度的鋼筋；

c、向鋼筋孔內塞入3～5節濕潤后的錨固劑；

d、沿鉆好的鋼筋孔插入超前縱向鋼筋；

e、鋼筋外露部分與系統錨桿端部，或鋼架，或上環外漏鋼筋綁扎或點焊連接固定；

f、洞室開挖；

g、排危；

h、沿洞室開挖輪廓進行初期噴砼支護；

i、施工系統錨桿支護；

j、安裝環向鋼筋，將縱向鋼筋1與環向鋼筋2連接形成緊貼洞開挖輪廓的初噴砼面的鋼筋網7；

k、安裝鋼架；

l、復噴砼至設計支護厚度；

m、進入下一施工循環。下一施工循環或為開挖及后續施工(開挖后施工g～l項工序)；或為a～e項工序施工。采用本發明的支護方法后可以根據實際工程地質條件及網噴后洞室的變形情況，試驗確定是否采用鋼架3支護及確定鋼架3型號和鋼架3間距。可根據新奧法原理做好洞室變形觀測工作，洞內變形觀測點位布置、觀測方法、測量頻次及圍巖穩定情況判斷等均利用現有的技術，采用本技術后，可優化取消鋼架3或增大鋼架3間距，一般鋼架3間距不小于80cm。本技術對開挖圍巖做到及時支護后，可優化取消或增大鋼架3間距，即使是圍巖最差、且有鋼架3支護的地段，最后1榀鋼架3離掌子面的最小距離可以達到100cm，從而為較小角度的超前支護提供了更大的作業空間，有利于小角度的超前支護施工。

本發明的支護方法采用直徑為12mm至32mm的鋼筋作為支護材料。鋼筋可以直接運到作業面，根據現場實際需要切割，搬運，焊接。鋼筋能根據實際開挖的輪廓面和實際需要進行現場下料截斷，下料后的鋼筋不但搬運、安裝輕便，而且能緊貼巖土面及時安裝，及時支護，及時約束圍巖過大變形。洞室開挖后先對開挖巖土輪廓面初噴4cm砼封閉開挖輪廓面，然后緊貼初噴砼面設鋼筋網7，然后復噴砼至設計厚度，不存在脫空的問題。通過超前支護和及時支護，減少了超挖量，最大程度的保護了圍巖，降低了圍巖的松動圈，優化節約了鋼架3支護量并降低了噴層厚度，減少了支護時間，加快了施工進度，從多方面節約了工程投資。

本申請的支護方法采用鋼筋網7緊貼開挖輪廓面進行支護圍巖，不但規避了隧道脫空沒有支護的安全風險，而且采用本技術可進行超前支護，超前約束隧道變形，減少了洞室超挖量，并能及時對已經開挖的巖土體適應開挖輪廓面進行支護和在支護時間上取得絕對的優勢，在圍巖出現過大變形前對圍巖進行約束，減小巖土體的松動圈，做到最大程度地保護圍巖，并充分利用圍巖的自承能力，節省支護量，節約投資，較好地規避了原有支護技術的安全風險。

現有技術中，有鋼架3地段噴砼厚度為12cm～30cm，支護后存在鋼架3脫空的安全風險。而采用本申請的方法噴砼厚度為8cm～15cm，能節約50％左右的噴砼量，且緊貼巖面的及時支護規避了脫空的安全風險，主動約束了圍巖過大變形，做到了對圍巖的最大保護，充分利用了圍巖的自承能力，并做到了有效支護。

現有技術還沒有更好地解決介于采用鋼架3支護過強，不采用鋼架3支護則容易塌方的一些工程地質條件的合理的支護方式。巖石地質條件下，對于局部圍巖破碎，或切割成塊體構造，由于局部切割體滑動或掉塊松動而誘發洞室塌方的支護，這種地質條件是介于采用鋼架3支護過強，不采用鋼架3支護過弱的兩難支護條件。利用本技術，根據實際工程地質條件在需要支護的部位布設鋼筋網7，局部加長或加密系統錨桿6，并使錨桿端部彎制成直角彎鉤，且和鋼筋網7焊接連接，然后噴砼，完成有效支護。

此外，本支護技術可根據需要進行全斷面支護，克服了原有技術洞室邊墻部位沒有超前支護的缺陷。

所述環向鋼筋2與所述縱向鋼筋1之間采用綁扎或點焊連接。鋼筋網7噴砼保護層厚度、鋼筋焊接連接方式均按照現有施工技術規范要求施工。

h步驟中及l步驟中噴砼標號不低于C20。

a步驟中利用手風鉆在所布置的縱向鋼筋1孔位置鉆眼，鉆眼后，安裝鋼筋前清孔,鉆孔長度根據實際工程地質情況、超前支護設計參數、單循環開挖進尺和開挖后圍巖的穩定情況確定，其長度范圍為1m至6m。洞室開挖輪廓面超前縱向錨桿孔可作為中空孔，不裝藥，省去了周邊眼和炸藥，提高了光面爆破的效果，更好地保護了圍巖。

其中縱向鋼筋1和環向鋼筋2的安裝方法為：把制作好的縱向鋼筋1插入縱向鋼筋1孔，鋼筋外露部分與已經開挖并進行了初期支護的鋼筋、錨桿或鋼架3焊接連接，縱向鋼筋1安裝好后，緊貼已經安裝的縱向鋼筋1鋪設環向鋼筋2，環向鋼筋2與縱向鋼筋1之間采用綁扎及點焊連接，或者先安裝環向鋼筋2，再安裝縱向鋼筋1，環向鋼筋2與上環超前鋼筋4綁扎或點焊連接或者據現場需要使縱向筋及環向筋根交錯連接，固定。

開挖后的鋼筋之間必須采用綁扎或點焊連接，并與已經支護且外露的鋼筋、原有的小角度超前支護末端、系統錨桿6末端及鋼架3點焊連接。

a步驟中利用手風鉆在所布置的縱向鋼筋1孔位置鉆眼，鉆眼后清孔,鉆孔長度根據實際工程地質情況、超前支護設計參數、單循環開挖進尺和開挖后圍巖的穩定情況確定，其長度范圍為1m至6m。在洞室開挖前，沿洞室開挖輪廓面，根據縱向鋼筋1的環向間距布眼，鉆眼位置采用紅油漆標記，按照隧道縱坡及隧道走向控制鉆眼方向，利用手風鉆鉆眼，鉆眼后清孔采用風槍吹除孔內石粉及石渣，清孔干凈，清孔后鋼筋能順利插入孔內即可。超前鉆孔長度根據實際工程地質情況、超前支護設計參數、單循環開挖進尺和開挖后圍巖的穩定情況確定，一般超前鉆孔長度為1m至6m。在洞室開挖前，沿洞室開挖輪廓面，根據縱向鋼筋1的環向間距布眼，利用風槍鉆眼后，然后把縱向鋼筋1插入眼內，縱向鋼筋巖石端采用錨固劑錨固巖體，縱向鋼筋鋼筋外露端與已經開挖并支護的錨桿、鋼筋網7、鋼架3及噴砼支護5體系和加固的洞室圍巖有效連接。這樣做到了超前主動約束圍巖過大變形的作用。

縱向鋼筋1的直徑比環向鋼筋2大一個型號，形成鋼筋網7的網格間距范圍為10cm至50cm。

此外，對于已經按照沒有考慮鋼架3支護，且沒有采用本技術支護的洞室開挖后發現局部圍巖破碎，如果采用鋼架3支護則支護過強，不采用鋼架3支護，如果按照原有的錨噴支護技術不能滿足支護要求的，可以采用本技術支護。

支護方法為：先初噴4cm厚砼封閉巖面，然后根據實際需要在圍巖差的區域向周圍圍巖較好的區域搭接長度不小于2m，緊貼初噴砼面鋪設直徑為12mm～32mm、網格間距為10cm～50cm的鋼筋網7，并根據實際需要加密或加長原有錨桿，錨桿末端彎制成長度為8cm～10cm的彎鉤，或在錨桿端部焊接成彎鉤，使錨桿彎鉤與鋪設的鋼筋網7焊接或綁扎連接牢固，然后復噴砼至設計噴砼厚度即可。噴砼厚度為8cm～15cm。有鋼架支護地段噴砼包裹鋼架，噴砼縱向呈波浪形。(鋼架間距不小于100cm。)噴砼縱向呈波浪形有以下幾個好處：1、有效減少噴砼量，節約投資。2、噴砼有效約束了鋼架的不利變形，使鋼架充分受力，充分支護圍巖。3、噴砼包裹鋼架，提高鋼架支護的耐久性，有利于結構安全。4、少侵占二次襯砌空間，較好地解決了初期支護與二次襯砌在空間利用方面的矛盾。

采用本申請的方法可約束洞室過大變形、降低洞室超挖量、節省鋼架支護量、減小噴層厚度、提高洞室超前支護設置方向的可操作性，提高了支護的適應性，從而達到減少初期支護時間、降低鋼架支護背后脫空的安全風險，并節約工程投資。

超前縱向鋼筋采用錨固劑錨入巖體，錨固劑設置位置位于孔底部。

超前縱向鋼筋的縱向搭接長度不小于100cm。