一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构及其施工方法与流程

本发明涉及超小净距隧道中岩柱加固，具体是一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构及其施工方法。

背景技术：

1、在我国很多地区，受地形、水文、地质以及平面规划等因素的影响，大量双洞公路隧道存在净距过小的问题，通常采用超小净距隧道或者连拱隧道的形式，其中超小净距隧道凭借其比连拱隧道造价低、施工工艺更简单等优势，成为了公路隧道中最为常见的一种形式。然而，由于超小净距隧道中双洞之间的间距过于小，导致在隧道施工的过程中，中岩柱会受到多次扰动，致使其承载能力大大降低，因此在超小净距隧道施工的过程中，采取技术手段加固中岩柱尤为重要。

2、在超小净距隧道施工过程中，通常采用注浆加固的方式对中岩柱进行加固，然后在后行洞施工过程中靠近中岩柱部分的围岩采用人工开挖的方式施工，减少了对中岩柱的扰动，但是注浆管极易侵入隧道的轮廓界限，造成后行洞施工困难、支护结构损坏等问题，难以满足施工要求；因此有必要发明一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构及其施工方法来对中岩柱进行加固，以达到理想的加固效果，保证隧道的施工安全。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有采用注浆加固的方式对中岩柱进行加固的方法存在注浆管极易侵入隧道的轮廓界限，造成后行洞施工困难、支护结构损坏等的问题，提供了一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构及其施工方法。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构，包括先行洞、后行洞和位于两者之间的中岩柱，先行洞的内圈固设有先行洞初支，后行洞的内圈固设有后行洞初支；先行洞和后行洞均分为上台阶、中台阶和下台阶进行分部开挖；中岩柱对应中台阶和下台阶的区域为核心置换区，核心置换区以上的区域为上翼缘区、以下的区域为下翼缘区，上翼缘区内部和下翼缘区内部均插设有若干根注浆管；

4、核心置换区的内部固定安装有两组沿中心线左右对称设置的核心钢拱架，先行洞初支的内部、后行洞初支的内部均固定安装有与核心钢拱架固定对接的初支钢拱架，核心钢拱架、初支钢拱架均包括沿上下分布的若干根工字钢，每根工字钢均沿纵向设置，位于同一列的工字钢通过竖向设置的槽钢固定连接，且槽钢的数量为沿前后分布的若干根；每一行的工字钢的上方均共同设置有一根插设于核心置换区的定位杆，且定位杆贯穿先行洞初支或后行洞初支；每根槽钢上均固定有若干根沿上下分布的对拉螺杆，且每根对拉螺杆均位于相邻两行工字钢之间；核心置换区的内部其余区域均填充有混凝土。

5、进一步地，所述对拉螺杆的外侧端贯穿槽钢，且对拉螺杆的外侧端旋拧有螺母，螺母与槽钢之间夹设有钢垫片。

6、进一步地，所述先行洞初支包括先行洞上台阶初支、先行洞中台阶初支、先行洞下台阶初支、先行洞仰拱初支；后行洞初支包括后行洞上台阶初支、后行洞中台阶初支、后行洞下台阶初支、后行洞仰拱初支。

7、进一步地，所述上翼缘区内部靠近核心置换区的注浆管的长度大于其余注浆管的长度；下翼缘区内部靠近核心置换区的注浆管的长度大于其余注浆管的长度。

8、一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构的施工方法，具体包括以下步骤：

9、步骤s1：开挖先行洞上台阶，并施作先行洞上台阶初支，然后在先行洞上台阶往上翼缘区插设注浆管，并通过注浆管对上翼缘区进行注浆加固；

10、步骤s2：开挖先行洞中台阶，并施作远离中岩柱的先行洞中台阶初支，然后采用机械扩挖先行洞中台阶对应的核心置换区，并扩挖至核心置换区的中心线位置；扩挖完成后，先在核心置换区施作尺寸匹配的核心钢拱架，然后喷射混凝土至掩埋位于内侧的工字钢，同时往后行洞方向施作各根定位杆；待混凝土达到一定强度后，根据各根定位杆的位置施作初支钢拱架中的各根工字钢，并将初支钢拱架中的各根工字钢与各根定位杆固定对接；

11、步骤s3：然后喷射混凝土i施作靠近中岩柱的先行洞中台阶初支，共分两次喷射混凝土i，第一次混凝土i喷射至掩埋初支钢拱架中的各根工字钢的翼缘板，使得各根工字钢固定，待混凝土i强度达到一定强度后，将预先钻孔的槽钢竖向固定于各根工字钢上，根据槽钢上的孔往后行洞方向钻设对拉孔，对拉孔贯穿对应核心钢拱架中槽钢上的孔，然后将各根对拉螺杆贯穿槽钢并安装于对拉孔中，并在对拉螺杆与对拉孔形成的环形区域内注浆，待浆液凝固并达到一定强度后，将钢垫片和螺母依次安装于对拉螺杆上并旋紧螺母；

12、步骤s4：然后第二次喷射先行洞中台阶初支的混凝土i至掩埋初支钢拱架，使得各根定位杆的端部露出；由此完成先行洞中台阶对应的核心置换区的置换加固；

13、步骤s5：开挖先行洞下台阶，并施作远离中岩柱的先行洞下台阶初支，然后采用机械扩挖先行洞下台阶对应的核心置换区，并扩挖至核心置换区的中心线位置；扩挖完成后，先在核心置换区施作尺寸匹配的核心钢拱架，然后喷射混凝土至掩埋位于内侧的工字钢，同时往后行洞方向施作各根定位杆；待混凝土达到一定强度后，根据各根定位杆的位置施作初支钢拱架中的各根工字钢，并将初支钢拱架中的各根工字钢与各根定位杆固定对接；

14、步骤s6：然后喷射混凝土i施作靠近中岩柱的先行洞下台阶初支，共分两次喷射混凝土i，第一次混凝土i喷射至掩埋初支钢拱架中的各根工字钢的翼缘板，使得各根工字钢固定，待混凝土i强度达到一定强度后，将预先钻孔的槽钢竖向固定于各根工字钢上，根据槽钢上的孔往后行洞方向钻设对拉孔，对拉孔贯穿对应核心钢拱架中槽钢上的孔，然后将各根对拉螺杆贯穿槽钢并安装于对拉孔中，并在对拉螺杆与对拉孔形成的环形区域内注浆，待浆液凝固并达到一定强度后，将钢垫片和螺母依次安装于对拉螺杆上并旋紧螺母；

15、步骤s7：然后第二次喷射先行洞下台阶初支的混凝土i至掩埋初支钢拱架，使得各根定位杆的端部露出；由此完成先行洞下台阶对应的核心置换区的置换加固；

16、步骤s8：施作先行洞仰拱初支，然后在先行洞仰拱初支往下翼缘区插设注浆管，并通过注浆管对下翼缘区进行注浆加固；由此完成先行洞方向的中岩柱加固置换；

17、步骤s9：待先行洞初支的纵向施作距离达到先行洞直径的三倍距离后，开挖后行洞，并施作后行洞初支，后行洞初支的施作方法以及核心置换区的施作方法与先行洞的施作方法相同，参照步骤s1~步骤s8。

18、本发明结构设计合理可靠，通过将中岩柱分为上翼缘区、核心置换区和下翼缘区三个区域，对上翼缘区和下翼缘区进行注浆加固，对核心置换区采用扩挖置换并施作预应力对拉螺杆予以加固，能有效提高中岩柱上翼缘区的围岩稳定性、下翼缘区的基底承载力以及核心置换区的抗压强度和环、径向刚度；此外，本发明将对拉螺杆预应力施加至槽钢上，再由槽钢传递至初支钢拱架上，可在加固中岩柱的同时避免先行洞初支和后行洞初支的表面受压破裂而削弱预应力的施加效果；从而保证了隧道的施工安全，缩短隧道贯通工期。

技术特征：

1.一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构，包括先行洞（1）、后行洞（2）和位于两者之间的中岩柱，先行洞（1）的内圈固设有先行洞初支，后行洞（2）的内圈固设有后行洞初支；其特征在于：先行洞（1）和后行洞（2）均分为上台阶、中台阶和下台阶进行分部开挖；中岩柱对应中台阶和下台阶的区域为核心置换区（3），核心置换区（3）以上的区域为上翼缘区（4）、以下的区域为下翼缘区（5），上翼缘区（4）内部和下翼缘区（5）内部均插设有若干根注浆管（6）；

2.根据权利要求1所述的一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构，其特征在于：所述对拉螺杆（10）的外侧端贯穿槽钢（8），且对拉螺杆（10）的外侧端旋拧有螺母（12），螺母（12）与槽钢（8）之间夹设有钢垫片（13）。

3.根据权利要求2所述的一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构，其特征在于：所述先行洞初支包括先行洞上台阶初支（14）、先行洞中台阶初支（15）、先行洞下台阶初支（16）、先行洞仰拱初支（17）；后行洞初支包括后行洞上台阶初支（18）、后行洞中台阶初支（19）、后行洞下台阶初支（20）、后行洞仰拱初支（21）。

4.根据权利要求1所述的一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构，其特征在于：所述上翼缘区（4）内部靠近核心置换区（3）的注浆管（6）的长度大于其余注浆管（6）的长度；下翼缘区（5）内部靠近核心置换区（3）的注浆管（6）的长度大于其余注浆管（6）的长度。

5.一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构的施工方法，其特征在于：该方法是基于如权利要求3所述的一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构实现的，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及超小净距隧道中岩柱加固技术领域，具体是一种超小净距隧道中岩柱置换与加固结构及其施工方法，其包括先行洞、后行洞和中岩柱，上翼缘区内部和下翼缘区内部均插设有注浆管；核心置换区的内部固定安装有核心钢拱架，先行洞初支的内部、后行洞初支的内部均固定安装有初支钢拱架，核心钢拱架、初支钢拱架均包括工字钢，位于同一列的工字钢通过槽钢固定连接；通过对上翼缘区和下翼缘区进行注浆加固，对核心置换区采用扩挖置换并施作预应力对拉螺杆予以加固，能有效提高中岩柱上翼缘区的围岩稳定性、下翼缘区的基底承载力以及核心置换区的抗压强度和环、径向刚度；保证了隧道的施工安全，缩短隧道贯通工期。

技术研发人员：吴振忠,于进泉,居国防,韩圆圆,张学民,张燕勇,朱立昌,汪梨园,魏强,王平,董琪,赵秀春,高忠云,曾贤桃,樊俊明
受保护的技术使用者：中铁十七局集团第五工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31