穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚结构及施工工艺的制作方法

本发明涉及一种穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚结构及施工工艺，属于土木工程技术领域。

背景技术：

随着我国建设事业的发展，国家对交通工程基础建设投资规模日益加大，尤其是对西北和西南地区的公路、铁路基础设施投入，越来越多的隧道工程在山区的建设，不可避免地遇到需要穿越泥石流高发区的现象。对于隧道穿越长大泥石流冲沟的施工，由于双线铁路隧道施工断面大，施工中的坍方冒顶、突泥突水、下沉变形等各种风险特别大。

对于隧道工程来说，泥石流堆积体由粒径不同的圆砾土、角砾土和千枚岩以及部分夹杂砂质饱水黄土组成，由于形成时间很短，结构松散，密实性差，不具有稳定性，不能称其为“岩”。其孔隙率大，饱含水，且具有地下流动性，整体承载能力较低，不能满足隧道工程需要。必须对洞室周围进行加固处理，重造围岩，对基底一定深度进行加固，以满足隧道工程的需要。

对于穿越泥石流堆积体隧道的施工，隧道初支拱架拱脚部位是支撑结构的薄弱环节，不仅承受水平侧压力，同时还受到很大的竖向剪切力，因此要对钢架拱脚部位设置锁脚结构，以防止拱脚收缩和掉拱。目前普通隧道拱脚部位普遍采用小导管锁脚工艺，即先进行施工放样测量，开挖断面检查及孔位布置，再进行钻孔，埋管和注浆工序。此工艺中小导管的一端外露在孔外，外露部分与初支拱架直接焊接固定。小导管锁脚工艺在抵抗水平挤压力方面有较明显的作用，但由于小导管杆体本身的薄弱性，对于竖向剪切作用力则难以提供足够的承载能力，且由于小导管直接与钢架进行焊接，其焊接接触面积小，容易造成焊接部位拉裂断开，使锁脚小导管与钢架分离，从而失去锁脚的作用，小导管锁脚工艺稳定性差，安全风险高，难以满足当下安全、高效、快捷的施工需求，更无法保证穿越泥石流堆积体隧道的施工安全。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚结构及施工工艺，使锁脚钢管与初支拱架之间的连接更加牢固，工艺稳定性佳，锁脚不仅可承受较大的水平侧压力，同时还可承受较大的竖向剪切力，锁脚安全可靠，且施工工艺简单易操作，能够保证穿越泥石流堆积体隧道的施工安全。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚结构，至少包括两榀以上钢架和锁脚钢管，所述钢架为穿越泥石流堆积体隧道的初支拱架，每榀钢架的拱脚部位外侧为隧道岩壁，内侧设置有固定钢板，固定钢板呈长条状，固定钢板沿隧道延伸方向水平放置，每榀钢架左右两侧的岩壁上均钻有锁脚钢管安装孔，固定钢板开有通孔，且通孔位置与钻设于岩壁的安装孔一一对应，每个锁脚钢管安装孔中均设有锁脚钢管，锁脚钢管一端穿过固定钢板上的通孔插于钻设于岩壁的安装孔中，另一端外露于固定钢板内侧，每榀钢架两侧的锁脚钢管的外露部分套装有环形固定环，环形固定环与锁脚钢管和固定钢板均固定连接，形成锁脚结构。

对上述技术方案的进一步改进是：两榀以上钢架拱脚部位的固定钢板为实质上的一体，为长条状型钢或槽钢。

锁脚钢管呈外高内低状斜插于岩壁的安装孔，锁脚钢管与地平面夹角为30°～45°，锁脚钢管的安装孔深度为5～6m。

锁脚钢管直径为φ89～φ140mm，锁脚钢管外露于固定钢板的长度为14～18cm。

一种穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚施工工艺，包括以下步骤：

s1、每榀钢架的拱脚部位外侧为隧道岩壁，内侧设置有长条状固定钢板，固定钢板沿隧道延伸方向水平放置，所述钢架为穿越泥石流堆积体隧道的初支拱架；

s2、在固定钢板上开设通孔，通孔位于钢架的左右两侧，通过固定钢板的通孔对岩壁钻设锁脚钢管安装孔；

s3、穿s1、每榀钢架的拱脚部位外侧为隧道岩壁，内侧设置有长条状固定钢板，固定钢板沿隧道延伸方向水平放置，所述钢架为穿越泥石流堆积体隧道的初支拱架；

s2、在固定钢板上开设通孔，通孔位于钢架的左右两侧，通过固定钢板的通孔对岩壁钻设锁脚钢管安装孔；

s3、穿过固定钢板的通孔将锁脚钢管的一端插入岩壁钻设的安装孔中，另一端外露于固定钢板；

s5、将环状固定环套入钢架左右两侧的锁脚钢管的外露部分，并与锁脚钢管和固定钢板均固定连接；

s6、向锁脚钢管内注浆。

对上述技术方案的进一步改进是：两榀以上钢架拱脚部位的固定钢板为实质上的一体，为长条状型钢或槽钢。

所述s2中锁脚安装孔的钻孔方向斜向下，钻孔方向与地平面夹角为30°～45°，钻孔深度为5～6m。

所述s3中锁脚钢管直径为φ89～φ140mm，锁脚钢管外露于固定钢板的长度为14～18cm。

所述s6中注浆时先喷射5～10cm厚混凝土封闭孔底，形成止浆盘，注浆压力达到设计要求值，持续注浆8～12分钟，且进浆速度为开始进浆速度的1/3～1/5或进浆量达到设计进浆量的80％以上时注浆结束。

根据本发明的技术方案可知，本发明的锁脚结构，固定环与锁脚钢管和固定钢板均固定连接，其中锁脚钢管为大管径钢管，增加了锁脚钢管与固定环之间的接触面积，且大管径钢管的各向受力能力更强，锁脚钢管通过固定环与固定钢板固定连接，相对于直接将锁脚钢管和固定钢板进行连接的方式更加稳固。固定钢板为整体型钢或槽钢，在钢架之间起到纵向连接的作用，与钢架、锁脚钢管和固定环共同构成整体锁脚结构，整体锁脚结构的受力能力更强，锁脚结构更为牢固，锁脚的防护效果更好。本发明的施工工艺，在岩壁上钻设锁脚钢管安装孔时，钻机通过固定钢板上预先钻设的通孔进行钻孔，不需对锁脚钢管钻孔孔位多次测量放样定位，简化了施工工艺，缩短了生产周期。斜向下的安装孔布置方式，使插入的锁脚钢管整体受力能力得到加强，锁脚稳定性更好，形成了安全系数更高的锁脚结构，提高了穿越泥石流堆积体隧道钢架锁脚的施工质量、施工安全及工作效率，具有极大的使用价值，可以满足当下安全、高效、快捷的施工需求。

附图说明

图1是本发明锁脚结构示意图。

图中：1.钢架，2.锁脚钢管，3.固定钢板，4.固定环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例的施工隧道名称为仓园隧道，该隧道为兰渝铁路穿越泥石流区单洞双线隧道，具有如下工程特点：

(1)埋深较浅：最大埋深约80m，最浅埋深仅14m。

(2)开挖断面大：全隧设计围岩等级均为v级，全隧按照ⅴ级加强设计，仓园隧道最大开挖跨度达13.86m，最大开挖高度达12.19m，最大开挖断面面积达136.7m2，按照国际隧协根据隧道断面面积的分类，应为超大断面隧道。

(3)地质条件复杂：隧道整个洞身穿越泥石流区域，施工风险大。

(4)地基承载力低：地基承载力为75～100mpa。

本发明实施例提供的穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚结构，包括两榀以上钢架1和锁脚钢管2；

所述钢架1为穿越泥石流堆积体隧道的初支拱架，每榀钢架1的拱脚部位外侧为隧道岩壁，内侧设置有固定钢板3，固定钢板3为整根长条状型钢或槽钢。固定钢板3沿隧道延伸方向水平放置，每榀钢架1左右两侧的岩壁上均钻有锁脚钢管安装孔，固定钢板3开有通孔，且通孔位置与钻设于岩壁的安装孔一一对应，每个锁脚钢管安装孔中均设有锁脚钢管2，锁脚钢管2一端穿过固定钢板3上的通孔插于钻设于岩壁的安装孔中，另一端外露于固定钢板3内侧，锁脚钢管呈外高内低状斜插于岩壁的安装孔，锁脚钢管与地平面夹角为30°，锁脚钢管的安装孔深度为6m，锁脚钢管直径为φ89mm，锁脚钢管外露于固定钢板的长度为15cm。每榀钢架1两侧的锁脚钢管2的外露部分套装有环形固定环4，环形固定环4与锁脚钢管2和固定钢板3均固定连接，形成锁脚结构。

上述穿越泥石流堆积体隧道的大管径钢管锁脚结构的具体施工工艺如下：

s1、每榀钢架1的拱脚部位外侧为隧道岩壁，内侧设置有长条状固定钢板3，固定钢板3沿隧道延伸方向水平放置，所述钢架1为穿越泥石流堆积体隧道的初支拱架；

s2、在固定钢板3上开设通孔，通孔位于钢架1的左右两侧，开孔方式采用气割方式，开孔孔径大小满足φ115mm钻头通过，通过固定钢板3的通孔对岩壁钻设锁脚钢管安装孔，先用挖掘机平整台阶和修筑爬坡道，采用gl-6000型履带式全液压工程钻机进行钻孔，操纵移动钻机使钻头穿过固定钢板3的通孔，调整角度确保钻进顺利。钻孔方向为斜向下钻孔，与地平面夹角为30°，钻孔深度为6m，达到钻设深度后，采用高压风清孔，将孔内碎渣吹出；

s3、穿过固定钢板3的通孔将锁脚钢管2的一端插入岩壁钻设的安装孔中，另一端外露于固定钢板3，外露长度为15cm，锁脚钢管2的直径为φ89mm，锁脚钢管2尽量靠近钢架1；

s5、将环状固定环4套入钢架左右两侧的锁脚钢管2的外露部分，并与锁脚钢管和固定钢板均焊接固定，严格控制焊缝质量，所述固定环4为直径φ22mm的钢筋；

s6、采用kby-50/70注浆泵向锁脚钢管2压注水泥浆。注浆前先喷射混凝土10cm厚封闭，形成止浆盘。注浆压力达到设计要求值后，持续注浆10分钟且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80％及以上时注浆结束。

使用本实施例的大管径钢管锁脚结构及施工工艺，有效地控制了仓园隧道初支拱架的收缩和掉拱，保证了初支结构的稳定，取得了良好的锁脚效果，保证了穿越泥石流堆积体隧道的施工安全。