一种隧道顶部的不稳定塌腔空洞防塌处置装置及处置施工方法与流程

1.本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种隧道顶部不稳定塌腔的防塌装置及施工方法。


背景技术：

2.岩溶问题是隧道施工中的难题，时常会遇到空腔、拱顶坍塌等问题，处置不慎将会危害施工人员的生命安全，因此在拱顶存在塌腔空洞的隧道区的施工，主要的原则就是采取支护措施防止隧顶溶腔坍塌，以此来保证施工人员的安全；防止拱顶坍塌的一般方法是在开挖初期对隧道顶部的空腔进行超前支护。
3.现有技术中，公开号为cn103742159a，名称为一种隧道穿越大型溶塌型溶洞的施工方法中国专利，通过在溶腔洞壁易坍塌危险区域采用圆木进行支顶；溶洞下部堆积物处理支撑，溶洞底部混凝土浇筑加固溶洞；使得溶洞顶部不会出现掉块现象。
4.然而该施工方法，在溶腔内壁易坍塌处采用圆木进行支顶，圆木的加固处易形成应力集中从而造成围岩的扰动问题，增加二次坍塌的风险，因此需要设计一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置及处置施工方法，改善上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置及处置施工方法。
6.本发明提供了一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，该防塌装置包括混凝土拱形支护，所述混凝土拱形支护沿着隧道的设计顶面延伸，所述混凝土拱形支护内垂直设置有垂直支护，所述混凝土拱形支护底部与垂直支护顶部贴合，用于加固隧道顶部的塌腔空洞；
7.进一步，所述混凝土拱形支护包括混凝土护拱和吹砂，在塌腔空洞内通过混凝土泵管浇注水泥形成所述混凝土护拱，所述混凝土护拱下方通过吹砂管填充所述吹砂，且所述吹砂沿着隧道的设计顶面设置。
8.进一步，所述垂直支护包括管棚导向墙，所述管棚导向墙设置在所述混凝土护拱内，所述管棚导向墙上设置有管棚，所述管棚由若干钢管组成；
9.进一步，所述混凝土护拱和管棚导向墙均由混凝土浇筑而成；
10.进一步，所述管棚导向墙顶部设置有均布若干用于管棚导向管，用于安装管棚的钢管；
11.进一步，所述钢管为无缝钢管，钢管外径80-180mm，钢管壁厚4-8mm；钢管的长度为塌腔空洞的跨度。
12.一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置的施工方法，包括以下步骤：
13.步骤1，先在塌腔空洞下方堆放反压回填渣，反压回填渣顶部距隧道掌子面之间设
置有间隙；然后通过吹砂管向间隙内填充吹砂，使吹砂顶部沿隧道的设计的顶部铺设形成拱形，吹砂过程中先将管棚导向墙埋在预制混凝土护拱上设计的位置，且管棚导向墙位于吹砂上方，然后在隧道顶部与反压回填渣交界处放置有土袋，最后将混凝土泵管穿过土袋和吹砂延伸至塌腔空洞内，向塌腔空洞内浇筑混凝土，混凝土外部与吹砂结合形成混凝土护拱，待混凝土护拱凝固后强度达到设计值，然后进行下一步施工；
14.步骤2，撤除吹砂、混凝土泵管、吹砂管、土袋，进行管棚施工，在管棚导向墙的管棚导向管内插入钢管形成管棚，若干钢管穿过混凝土护拱延伸到基岩内，对混凝土护拱进行加固。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
16.本发明防塌装置，包括混凝土护拱和混凝土护拱内的管棚导向墙，混凝土护拱和吹砂用于将塌腔空洞填实；混凝土护拱缘处用土袋封实，管棚导向墙上的管棚设置在混凝土护拱内侧，且管棚的钢管与基岩连接，管棚与混凝土护拱紧密贴合对塌腔空洞进行加固，从而达到防止隧道顶部不稳定塌腔空洞坍塌的目的，该防塌装置支护效果稳定，不会出现二次坍塌。
附图说明
17.以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
18.图1：为本发明适用的不稳定出露塌腔空洞的防塌装置的护拱施工主视图；
19.图2：为本发明适用的不稳定出露塌腔空洞的防塌装置的护拱施工侧视图；
20.图3：为本发明适用的不稳定出露塌腔空洞的防塌装置的管棚施工主视图；
21.图4：为本发明适用的不稳定出露塌腔空洞的防塌装置的管棚施工侧视图；
22.图5：为本发明的管棚导向墙结构图；
23.图中：1-隧道，2-隧道塌腔空洞，3-混凝土护拱，4-管棚，5-管棚导向墙，5-1-管棚导向管，6-混凝土泵管，7-反压回填渣，8-吹砂，9-土袋，10-吹砂管。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
25.如图1-图5所示，本发明提供了一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌处置装置，塌腔空洞2位于隧道1掌子面的顶部，该防塌装置包括混凝土拱形支护，所述混凝土拱形支护沿着隧道1的设计顶面延伸，所述混凝土拱形支护内垂直设置有管棚，用于加固塌腔空洞2；
26.进一步，所述混凝土拱形支护包括混凝土护拱3和吹砂8，在塌腔空洞2内通过混凝土泵管6浇注水泥形成所述混凝土护拱3，所述混凝土护拱3下方通过吹砂管10填充所述吹砂8，且所述吹砂8沿着隧道1的设计顶面设置。
27.进一步，所述垂直支护包括管棚导向墙5，所述管棚导向墙5设置在所述混凝土护拱3内，所述管棚导向墙5上设置有管棚4，所述管棚4由若干钢管组成；
28.进一步，所述混凝土护拱3和管棚导向墙5均由混凝土浇筑而成；
29.进一步，所述管棚导向墙5内部设置有均布若干用于管棚导向管5-1，用于安装管
棚4；
30.进一步，所述钢管为无缝钢管，钢管外径80-180mm，钢管壁厚4-8mm；钢管的长度为塌腔空洞2的跨度；
31.一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置的施工方法，包括以下步骤：
32.步骤1，先在塌腔空洞2下方堆放反压回填渣7，反压回填渣7顶部距隧道1掌子面之间设置有间隙，然后通过吹砂管10向间隙内填充吹砂8，使吹砂8顶部沿隧道1的设计的顶部铺设形成拱形，并将预制好的管棚导向墙5埋在吹砂8上方，且管棚导向墙5在预制混凝土护拱3上设计的位置，管棚导向墙5内含有管棚导向管5-1，事先应对管棚导向管5-1管口进行封堵，防止吹砂以及混凝土护拱施工时堵塞管棚导向管5-1，且在隧道1顶部与反压回填渣7交界处放置有土袋9进行封堵，最后将混凝土泵管6穿过土袋9和吹砂8延伸至塌腔空洞2内，向塌腔空洞2内浇筑混凝土，混凝土外部与吹砂结合形成混凝土护拱3，待混凝土护拱3凝固后强度达到设计值，可进行后续施工。
33.步骤2，混凝土泵管6、撤除吹砂8、吹砂管10、土袋9，进行管棚4施工，将若干钢管延伸到混凝土护拱3内，对混凝土护拱进行加固，管棚4一端穿过混凝土护拱3，进入后方基岩内不少于2m，管棚4一端固定基岩上，管棚4另一端安装在管棚导向墙5上，对混凝土护拱3进行加固，最后对隧道1顶部进行开挖；
34.值得说明的是，所述隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，包括混凝土护拱3和管棚4，混凝土护拱3和吹砂8用于将塌腔空洞2填实；混凝土护拱3边缘处用土袋9封实，管棚导向墙5上的管棚4设置在混凝土护拱3内侧，且管棚4的钢管与基岩连接，管棚4与混凝土护拱3共同作用对塌腔空洞2进行加固，从而达到防止隧道顶部不稳定塌腔空洞坍塌的目的，该防塌装置支护效果稳定，不会出现二次坍塌。
35.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，其特征在于，该防塌装置包括混凝土拱形支护，所述混凝土拱形支护沿着隧道(1)的设计顶面延伸，所述混凝土拱形支护内垂直设置有垂直支护，所述混凝土拱形支护底部与垂直支护顶部贴合，用于加固隧道(1)顶部的塌腔空洞(2)。2.根据权利要求1所述的一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，其特征在于，所述混凝土拱形支护包括混凝土护拱(3)和吹砂(8)，在塌腔空洞(2)内通过混凝土泵管(6)浇注水泥形成所述混凝土护拱(3)，所述混凝土护拱(3)下方通过吹砂管(10)填充所述吹砂(8)，且所述吹砂(8)沿着隧道(1)的设计顶面设置。3.根据权利要求1所述的一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，其特征在于，所述垂直支护包括管棚导向墙(5)，所述管棚导向墙(5)设置在所述混凝土护拱(3)内，所述管棚导向墙(5)上设置有管棚(4)，所述管棚(4)由若干钢管组成。4.根据权利要求1所述的一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，其特征在于，所述混凝土护拱(3)和管棚导向墙(5)均由混凝土浇筑而成。5.根据权利要求3所述的一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，其特征在于，所述管棚导向墙(5)顶部设置有均布若干用于管棚导向管(5-1)，用于安装管棚(4)的钢管。6.根据权利要求3所述的一种隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置，其特征在于，所述钢管为无缝钢管，钢管外径80-180mm，钢管壁厚4-8mm；钢管的长度为塌腔空洞(2)的跨度。7.权利要求1～6任一项所述的隧道顶部不稳定塌腔空洞防塌装置的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：步骤1，先在塌腔空洞(2)下方堆放反压回填渣(7)，反压回填渣(7)顶部距隧道(1)掌子面之间设置有间隙，然后通过吹砂管(10)向间隙内填充吹砂(8)，使吹砂(8)顶部沿隧道(1)的设计的顶部铺设形成拱形，吹砂过程中先将管棚导向墙(5)埋在预制混凝土护拱(3)上设计的位置，且管棚导向墙(5)位于吹砂(8)上方，然后在隧道(1)顶部与反压回填渣(7)交界处放置有土袋(9)，最后将混凝土泵管(6)穿过土袋(9)和吹砂(8)延伸至塌腔空洞(2)内，向塌腔空洞(2)内浇筑混凝土，混凝土外部与吹砂结合形成混凝土护拱(3)，待混凝土护拱(3)凝固后强度达到设计值，然后进行下一步施工；步骤2，撤除吹砂(8)、混凝土泵管(6)、吹砂管(10)、土袋(9)，进行管棚(4)施工，在管棚导向墙(5)的管棚导向管(5-1)内插入钢管形成管棚(4)，若干钢管穿过混凝土护拱(3)延伸到基岩内，对混凝土护拱(3)进行加固。

技术总结
本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种隧道顶部不稳定塌腔的防塌装置及施工方法，该防塌装置包括混凝土拱形支护，所述混凝土拱形支护沿着隧道的设计顶面延伸，所述混凝土拱形支护内垂直设置有垂直支护，所述混凝土拱形支护底部与垂直支护顶部贴合，用于加固隧道顶部的塌腔空洞；本发明防塌装置，包括混凝土护拱和混凝土护拱内的管棚导向墙，混凝土护拱和吹砂用于将塌腔空洞填实；混凝土护拱缘处用土袋封实，管棚导向墙上的管棚设置在混凝土护拱内侧，且管棚的钢管与基岩连接，管棚与混凝土护拱紧密贴合对塌腔空洞进行加固，从而达到防止隧道顶部不稳定塌腔空洞坍塌的目的，该防塌装置支护效果稳定，不会出现二次坍塌。不会出现二次坍塌。不会出现二次坍塌。


技术研发人员：王顺然 张良 赵国晨 张陆 杜云峰 陶剑 冯浩 陶先泽 匡伟 周治发 寇帅 赵海阳 刘静 王志平 宋战平
受保护的技术使用者：中交第四公路工程局有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/9