專利名稱：一種軟弱、破碎復雜地質條件下隧道或巷道掘進方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種隧道或巷道掘進、支護方法，具體涉及的是ー種在軟弱、破碎、斷層帶、嚴重泥化或塌方等不良地質條件下的快速掘進方法。
背景技術：
隧道或巷道掘進中遇到軟弱破碎巖層、斷層、遇水泥化巖層(例如鐵質、泥質頁巖)以及塌方等特殊工程情況時，經常會用到管棚支護技術。但是常規(guī)管棚支護方法，在遇到實際問題時，經常存在應用的局限性，例如常規(guī)管棚法需要成孔，而對于上述復雜巖層，成孔往往很困難；或者需要注漿，但注漿耗時長，影響工程進度，對于嚴重泥化圍巖，注漿的可行 性也存在問題，且エ序復雜，對設備和工人技術水平要求高。此外，傳統(tǒng)管棚法難以有效控制泥化巖層中隧道或巷道兩幫和頂板巖體向隧道或巷道中心變形，隧道或巷道成型困難，甚至威脅人員安全。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種針對軟弱破碎巖層、斷層、遇水泥化巖層(例如鐵質、泥質頁巖)以及塌方等復雜地質體吋，隧道或巷道掘進的方法。本發(fā)明采用自鉆鋼釬、鋼管或釬桿結合鋼拱架承受圍巖傳來的力，從而解決隧道或巷道掘進中的超前支護問題，達到確保隧道或巷道成型和安全施工的目的。具體技術方案為
(I)前期準備工作包括清理浮石，平整工作面，檢查工作面巖體情況，合理布置自鉆鋼釬、鋼管或釬桿間距，確定其合理長度和用量，選取合適的鋼拱架。(2)自鉆鋼釬、鋼管或釬桿作業(yè)首先采用鉆機沿隧道或巷道工作面輪廓，以1°^5°的外插角往前方鉆進鋼釬、鋼管或釬桿，施工范圍為隧道或巷道兩幫和頂板，間距取20(T400mm，自鉆鋼釬、鋼管或釬桿長度應穿透不良地質體，進入穩(wěn)定巖層內；鋼釬、鋼管或釬桿鉆進時可以接長，單根長度取3 5m;鋼釬、鋼管或釬桿不要全部自鉆進入巖層內，應外露一定長度，取30(T500mm。施工時按照順時針或逆時針連續(xù)進行，減小相鄰鋼釬、鋼管或釬桿間自鉆的相互影響。(3)鋼拱架安裝鋼釬、鋼管或釬桿沿工作面全部自鉆完成后，馬上安裝鋼拱架，鋼拱架尺寸與隧道或巷道斷面相一致，安裝時鋼拱架要與自鉆鋼釬、鋼管或釬桿外露部分接觸，采用焊接法固定鋼拱架與自鉆鋼釬、鋼管或釬桿接觸處，增強支護體整體性。鋼拱架的作用是承受頂部自鉆鋼釬、鋼管或釬桿傳來的下壓力，確保頂板穩(wěn)固，同時鋼拱架和自鉆鋼釬、鋼管或釬桿一起，控制隧道或巷道兩幫開挖初期的變形，確保隧道或巷道斷面規(guī)則(對于遇水泥化巖層十分必要)。軟弱泥化圍巖安裝鋼拱架時，為防止鋼拱架在下壓力作用下下沉，必須加固底板拱腳，如采用預制混泥土墊塊。(4)隧道或巷道掘進施工鋼拱架安裝完成后，就可以往前掘進施工，采用短掘、短支的施工方式，一次掘進進尺l 2m。施工應根據圍巖情況采取相應施工方案，例如對于遇水泥化圍巖，采用扒渣機；軟弱破碎帶，采用鑿巖爆破方式，多打眼少裝藥；如果隧道或巷道斷面較大，采用分部開挖的方法，開挖完ー個部分，馬上進行支護。一次支護方式采用噴漿結合鋼網，往前掘進f2m距離，合理布置鋼拱架間距，取0. 8 2m，安裝鋼拱架，如此循環(huán)，至穩(wěn)定巖層。(5) 二次支護當隧道或巷道往前推進后，應對已掘部分進行二次支護加固，保證隧道或巷道長期穩(wěn)定性，采用噴漿結合鋼網施工，噴層厚度要覆蓋鋼拱架，形成鋼釬、鋼管或釬桿、鋼拱架和噴網的整體式支護結構，該結構與圍巖接觸緊密，能充分發(fā)揮結構的支護效果，確保隧道或巷道穩(wěn)定性，同時做好泥化巖層巷道排水工作。本發(fā)明的主要優(yōu)點有
(I)エ序和使用設備少，對儀器、設備要求不高，一般工程隊都能施工。(2)操作相對簡單，由于鋼釬、鋼管或釬桿不再取出，不用擔心塌孔。(3)本施工方法應用范圍廣，可用于大多數不良地質情況。例如，可有效防止軟弱破碎巖體頂板冒落；防止嚴重泥化巖體頂板垮落，控制兩幫變形，確保隧道或巷道斷面形狀規(guī)則；能防止斷層內充填物質或破碎圍巖冒落，保證施工安全。(4)本方法即能滿足超前支護需要，又能與二次支護組成整體式支護結構，與圍巖緊密接觸，支護效果好。(5)由于エ序和所用設備少，不需要取出鋼釬、鋼管或釬桿和注漿，因此，施工速度快，效率高。


圖1為自鉆鋼釬、鋼管或釬桿和鋼拱架安裝主視圖。圖2為自鉆鋼釬、鋼管或釬桿和鋼拱架安裝左視圖。圖3為自鉆鋼釬、鋼管或釬桿和鋼拱架安裝府視圖。
具體實施例方式實施例1
(I)前期準備工作包括清理浮石，平整工作面3，檢查工作面3巖體情況，合理布置自鉆鋼釬I間距，確定鋼釬I合理長度，估算鋼釬I用量，選取合適的鋼拱架2，作業(yè)前，確保材料和設備就位，預制混泥土墊塊。(2)自鉆鋼釬I作業(yè)布置自鉆鋼釬I施工順序，沿工作面按照順時針連續(xù)作業(yè)，控制鋼釬I外傾角為4°，鋼釬I長度穿過泥化巖層4，進入穩(wěn)定巖層5內，鋼釬I鉆進時要接長，單根鋼釬I長度為4m ;施工范圍為隧道或巷道兩幫和頂板,底板不施工，自鉆鋼釬I施エ后不再取出，每根鋼釬I外露長度取300mm。(3)鋼拱架2安裝自鉆鋼釬I施工完成后，及時安裝鋼拱架2，第一個鋼拱架2安裝在自鉆鋼釬I外露段區(qū)域，泥化巖層4很軟，在拱腳處鋪設混泥土墊塊；焊接鋼拱架2與自鉆鋼釬I接觸處，提高鋼拱架2與自鉆鋼釬I的整體性。
(4)隧道或巷道掘進施工采用短掘、短支的掘進方式，一次掘進1. 5m，泥化巖層4軟化嚴重，采用扒渣機施工，及時安裝鋼拱架2，間距取為lm，一次支護采用噴漿結合鋼網施工，如此循環(huán)，至穩(wěn)定巖層5。(5) 二次支護隧道或巷道往前推進后，需要對已掘部分進行二次支護加固，確保隧道或巷道長期穩(wěn)定性，采用噴漿結合鋼網的支護方式，噴層厚度覆蓋鋼拱架2，形成整體式支護結構，該結構與泥化巖層4緊密接觸，有利于確保隧道或巷道長期穩(wěn)定性，同時做好巷道排水工作。實施例2
(I)前期準備工作包括清理浮石，平整工作面3，檢查工作面3巖體情況，合理布置自鉆釬桿I間距，確定釬桿I合理長度，估算釬桿I用量，選取合適的鋼拱架2，作業(yè)前，確保材料和設備就位。(2)自鉆釬桿I作業(yè)布置自鉆釬桿I施工順序，沿工作面按照逆時針連續(xù)作業(yè)，控制釬桿I外傾角為2°，釬桿I長度穿過軟弱破碎帶4，進入穩(wěn)定巖層5內，釬桿I鉆進時要接長，單根釬桿I長度為4m ;施工范圍為隧道或巷道兩幫和頂板,底板不施工，自鉆釬桿I施工后不再取出，姆根釬桿I外露長度取350mm。(3)鋼拱架2安裝自鉆釬桿I施工完成后，及時安裝鋼拱架2，第一個鋼拱架2安裝在自鉆釬桿I外露段區(qū)域；焊接鋼拱架2與自鉆釬桿I接觸處，提高鋼拱架2與自鉆釬桿I的整體性。(4)隧道或巷道掘進施工采用短掘、短支的施工方式，一次掘進2m，軟弱破碎帶4采用多打眼少裝藥的方式爆破施工，安裝鋼拱架2，間距取為1. 5m，一次支護采用噴漿結合鋼網，如此循環(huán)，至穩(wěn)定巖層5。(5) 二次支護隧道或巷道往前推進后，需要對已掘部分進行二次支護加固，確保隧道或巷道長期穩(wěn)定性，采用噴漿結合鋼網的支護方式，噴層厚度覆蓋鋼拱架2，形成整體式支護結構，該結構與軟弱破碎帶4緊密接觸，有利于確保隧道或巷道長期穩(wěn)定性。
權利要求
1.一種軟弱、破碎復雜地質條件下隧道或巷道掘進方法，其特征在于包括以下步驟 (1)前期準備工作包括清理浮石，平整工作面，檢查工作面巖體情況； (2)自鉆鋼釬、鋼管或釬桿作業(yè)首先采用鉆機沿隧道或巷道工作面輪廓，以1° 5°的外插角往前方鉆進鋼釬、鋼管或釬桿，范圍為隧道或巷道兩幫和頂板，間距取20(T400mm,自鉆鋼釬、鋼管或釬桿長度應穿透不良地質體，進入穩(wěn)定巖層內；鋼釬、鋼管或釬桿鉆進時可以接長，單根長度取3 5m ;鋼釬、鋼管或釬桿外露30(T500mm ； (3)鋼拱架安裝鋼釬、鋼管或釬桿沿工作面全部自鉆完成后，馬上安裝鋼拱架，鋼拱架尺寸與隧道或巷道斷面相一致，安裝時鋼拱架與自鉆鋼釬、鋼管或釬桿外露部分接觸，采用焊接法固定鋼拱架與自鉆鋼釬、鋼管或釬桿接觸處，增強支護體整體性；鋼拱架的作用是承受頂部自鉆鋼釬、鋼管或釬桿傳來的下壓力，確保頂板穩(wěn)固，同時鋼拱架和自鉆鋼釬、鋼管或釬桿一起，控制隧道或巷道兩幫開挖初期的變形，確保隧道或巷道斷面規(guī)則；軟弱泥化圍巖安裝鋼拱架時，為防止鋼拱架在下壓力作用下下沉，加固底板拱腳； (4)隧道或巷道掘進施工鋼拱架安裝完成后，掘進施工，采用短掘、短支的施工方式，一次掘進進尺I 2m ； (5)二次支護當隧道或巷道往前推進后，應對已掘部分進行二次支護加固，保證隧道或巷道長期穩(wěn)定性，采用噴漿結合鋼網施工，噴層厚度要覆蓋鋼拱架，形成鋼釬、鋼管或釬桿、鋼拱架和噴網的整體式支護結構。
2.根據權利要求1所述的軟弱、破碎復雜地質條件下隧道或巷道掘進方法，其特征在于步驟(2)鋼釬、鋼管或釬桿作業(yè)時按照順時針或逆時針連續(xù)進行，減小相鄰鋼釬、鋼管或釬桿間自鉆的相互影響。
3.根據權利要求1或2所述的軟弱、破碎復雜地質條件下隧道或巷道掘進方法，其特征在于步驟(3)加固底板拱腳的方法是采用預制混泥土墊塊。
4.根據權利要求1或2所述的軟弱、破碎復雜地質條件下隧道或巷道掘進方法，其特征在于步驟(4)的施工方式中，根據圍巖情況采取相應施工方案，對于遇水泥化圍巖，采用扒渣機；對軟弱破碎帶，采用鑿巖爆破方式，多打眼少裝藥；對隧道或巷道斷面較大，采用分部開挖的方法，開挖完一個部分，馬上進行支護；一次支護方式采用噴漿結合鋼網，往前掘進f 2m距離，合理布置鋼拱架間距，取O. 8 2m，安裝鋼拱架。
全文摘要
發(fā)明公開了自鉆式鋼釬、鋼管或釬桿棚掘進方法，涉及隧道或巷道掘進技術領域，具體為隧道或巷道超前支護中的一種自鉆式鋼釬、鋼管或釬桿棚方法，解決普通管棚法在軟弱破碎巖層、斷層帶、遇水泥化巖層或塌方區(qū)施工中存在的不足。包括如下施工步驟前期準備工作、自鉆鋼釬、鋼管或釬桿作業(yè)、鋼拱架安裝、隧道或巷道掘進施工、二次支護。本發(fā)明采用自鉆式鋼釬、鋼管或釬桿棚對工作面前方不良地質體能起到有效的超前支護作用，確保施工隧道或巷道成型、施工速度以及超前支護的可靠性。本發(fā)明不僅能夠解決特別復雜巖體超前支護問題，而且該方法應用范圍廣、操作簡單、占用設備少、效率高、安全性高。
文檔編號E21D11/00GK103016027SQ20131002071
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權日2013年1月21日
發(fā)明者曹平, 張春陽, 蒲成志, 寧果果, 林杭 申請人:中南大學