基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺的制作方法

本发明涉及隧道工程技术，具体是基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺。

背景技术：

1、隧道塌方是隧道建设施工过程中常见的工程现象，拱顶塌方通常处置方法是采用常规断面钢拱架配合拱上拱和拱上斜撑等作为承力结构，并用塞方木和浇筑混凝土等方式填充塌方空腔，处置流程周期长、规范化程度低，处置工程质量参差不齐，容易影响工程建设进度和导致工程质量隐患。

2、现有隧道塌方处置方法主要存在两个方面的问题：一是承力结构与围岩的接触不充分，甚至多数区域并未密切接触，使得主要承力结构受力不均匀，降低了结构承载能力；二是在现场安装支护结构时现场测量加工支撑构件，结构随意性大，且工期长；三是承力结构上部采用混凝土密实回填时，混凝土起密实填充和传导围岩荷载的作用，但混凝土本身自重较大，对于下方承力结构而言也是很大的荷载，对承力结构要求高。

3、为此，我们提出一种基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，以解决现有隧道塌方处置方法的不足，通过三维扫描精确预制支护结构和处理围岩以及使用轻质工程材料控制上部荷载。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，包括以下步骤：

4、步骤一：在隧道塌方处制作施工平台；

5、步骤二：对隧道塌方段的拱顶岩体进行封闭，以形成初期支护；

6、步骤三：对隧道塌方区域进行高精度三维激光扫描，获取隧道塌方区域的三维形态数据并建模，根据隧道塌方区域的三维模型精确设计支护结构；

7、步骤四：在隧道塌方区域对支护结构进行安装，并在相邻的支护结构之间铺设模板，以在隧道塌方区域内轮廓与模板之间形成封闭腔体；

8、步骤五：在封闭腔体内填充轻质混凝土或其它轻质工程材料，形成填充体，以与支护结构形成整体共同承载结构。

9、作为本发明进一步的方案：所述步骤一包括：排除隧道塌方区域拱顶处的不稳定岩块后，平整地面塌方体作为塌方处置施工平台。

10、作为本发明进一步的方案：所述步骤二中，拱顶岩体的封闭采用喷射混凝土和注浆锚杆。

11、作为本发明进一步的方案：所述步骤三中，支护结构的设计步骤包括：

12、根据支护需要确定相邻钢拱架之间的间距，并在三维模型中初步定位钢拱架位置；

13、之后在三维模型中，在钢拱架位置处截取隧道塌方区域断面，在断面上精确设计钢拱架结构与钢筋骨架结构；

14、对隧道岩体凹凸位置通过控制点精确在现场做出标记，以便施工。

15、作为本发明进一步的方案：所述步骤四中，支护结构的安装方法为：

16、对洞顶塌方腔体进行可靠支护后，在下方安装钢拱架，并在钢拱架的脚部，柱腿顶部、中点与底部打设锚杆与岩壁连接，在钢拱架上部可靠加工与塌方幅员基本协调的钢筋骨架，并喷射填充混凝土，确保与岩体紧密结合，钢拱架之间采用钢筋或型钢连接并铺设模板，为后续填充体的浇筑创造条件，待向下处理地坪结束后，钢拱架及时接长落地并可靠固定。

17、作为本发明进一步的方案：支护结构的安装过程中，对隧道塌方段的局部奇异空间，超出支护结构的岩体，采用人工凿除，以方便安装支护结构；对于隧道塌方段的过度凹陷处，采用喷射混凝土方式填充确保支护结构与围岩之间紧密接触。

18、作为本发明进一步的方案：所述钢筋骨架采用编筋或钢筋网片制作，所述钢筋骨架的边缘钢筋距离隧道塌方处内壁间距15-25cm作为安装间隙。

19、作为本发明再进一步的方案：所述钢拱架在拼接时，各节钢拱架之间以螺栓连接，并与连接板焊接、密贴。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、本发明通过采用三维激光扫描获取塌方空腔的精确数据，设计出与围岩断面更加接近的承力结构，有利于承力结构均匀受力；通过三维模型图对围岩需要处理的部位进行精准定位，在工厂预先加工钢拱架，有利于缩短工期；采用轻质工程材料作为填充材料，既能发挥密实填充和传导荷载的作用，又能降低自重从而有效控制上部荷载。

技术特征：

1.一种基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：所述步骤一包括：排除隧道塌方区域拱顶处的不稳定岩块后，平整地面塌方体作为塌方处置施工平台。

3.根据权利要求1所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：所述步骤二中，拱顶岩体的封闭采用喷射混凝土和注浆锚杆。

4.根据权利要求1所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：所述步骤三中，支护结构的设计步骤包括：

5.根据权利要求4所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：所述步骤四中，支护结构的安装方法为：

6.根据权利要求5所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：支护结构的安装过程中，对隧道塌方段的局部奇异空间，超出支护结构的岩体，采用人工凿除，以方便安装支护结构；对于隧道塌方段的过度凹陷处，采用喷射混凝土方式填充确保支护结构与围岩之间紧密接触。

7.根据权利要求5所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：所述钢筋骨架采用编筋或钢筋网片制作，所述钢筋骨架的边缘钢筋距离隧道塌方处内壁间距15-25cm作为安装间隙。

8.根据权利要求5所述的基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，其特征在于：所述钢拱架在拼接时，各节钢拱架之间以螺栓连接，并与连接板焊接、密贴。

技术总结
本发明公开了基于空间扫描和支护结构预制的隧道塌方处理工艺，包括以下步骤：步骤一：在隧道塌方处制作施工平台；步骤二：对隧道塌方段的拱顶岩体进行封闭，以形成初期支护；步骤三：对隧道塌方区域进行高精度三维激光扫描，获取隧道塌方区域的三维形态数据并建模，根据隧道塌方区域的三维模型精确设计支护结构；本发明通过采用三维激光扫描获取塌方空腔的精确数据，设计出与围岩断面更加接近的承力结构，有利于承力结构均匀受力；通过三维模型图对围岩需要处理的部位进行精准定位，在工厂预先加工钢拱架，有利于缩短工期；采用轻质工程材料作为填充材料，既能发挥密实填充和传导荷载的作用，又能降低自重从而有效控制上部荷载。

技术研发人员：卢珂,徐吉威,吴丰伟,任兴涛
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8