[发明专利]穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法

权利要求书

1.一种穿越断层破碎带的富水软岩隧道稳定性控制施工方法，其特征在于：所施工隧道(1)的隧道洞横断面积大于100m²，所述隧道洞分为上洞体(1-5)和位于上洞体(1-5)正下方的下洞体(1-6)；所述隧道洞的开挖高度大于10m，所述上洞体(1-5)的开挖高度为6.5m～8m，所述下洞体(1-6)的开挖高度为3.5m～4.5m；所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级；

所施工隧道(1)沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段(18)，每个所述隧道节段(18)的长度为28m～32m；

对所施工隧道(1)进行施工时，沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工隧道(1)中的多个所述隧道节段(18)分别进行施工，多个所述隧道节段(18)的施工方法均相同；对所施工隧道(1)中的任一个所述隧道节段(18)进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、管棚超前支护：对当前所施工隧道节段(18)的超前管棚支护结构进行施工；

所述超前管棚支护结构为对当前所施工隧道节段(18)进行超前支护的超前支护结构；所述超前管棚支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度为l，其中l＝b+c；b为当前所施工隧道节段(18)的长度，b的取值范围为28m～34m；c为管棚前段支撑长度，θ为当前所施工隧道节段(18)的围岩岩体的内摩擦角，h为上洞体(1-5)的开挖高度；

所述超前管棚支护结构为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至当前所施工隧道节段(18)掌子面前方岩层内的管棚管(16)，多根所述管棚管(16)沿所述上洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设，所述管棚管(16)的外倾角为3°；每个所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管(16)呈均匀布设，相邻两根所述管棚管(16)后端之间的环向间距为400mm～800mm，所述管棚管(16)的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；

每根所述管棚管(16)均为自钻式管棚管，所述自钻式管棚管包括平直管体和安装在所述平直管体前端的钻头，所述钻头上沿圆周方向开有多个注浆孔，所述平直管体由多个由前向后布设于同一直线上的管段拼装而成，每个所述管段均为外壁上由前至后均设置有外螺纹的螺纹钢管；多个所述管段的横截面结构和尺寸均相同，相邻两个所述管段之间均通过一个螺纹连接套进行紧固连接；

步骤二、超前地质预报：步骤一中进行管棚超前支护过程中，采用超前地质预报系统对当前所施工隧道节段(18)进行超前地质预报，并根据超前地质预报结果，判断当前所施工隧道节段(18)掌子面前方是否存在碎屑流地层：当判断得出所述掌子面前方存在碎屑流地层时，进入步骤三；否则，进入步骤四；

步骤三、掌子面前方岩层超前加固，过程如下：

步骤B1、掌子面封堵：对掌子面封堵结构进行施工，并通过所述掌子面封堵结构对当前所施工隧道节段(18)的掌子面进行封堵；

所述掌子面封堵结构包括对上洞体(1-5)的开挖面进行封堵的止浆墙(22)和对下洞体(1-6)的开挖面进行封堵的下部封堵层(1-4)，所述下部封堵层(1-4)位于下洞体(1-6)的开挖面后方，所述下部封堵层(1-4)为位于止浆墙(22)下方的未开挖岩层或由对所施工隧道(1)进行开挖过程中产生的渣石回填形成的回填层，所述下部封堵层(1-4)的上表面为水平面且其上表面与所述上洞体(1-5)的底面呈水平布设；所述止浆墙(22)呈竖直向布设的混凝土墙且其厚度为1.8m～2.5m，所述止浆墙(22)且其横截面形状与上洞体(1-5)的横截面形状相同，所述止浆墙(22)分为上部墙体和位于所述上部墙体正下方的下部墙体，所述上部墙体的中部高度为h1，其中h1的取值范围为4.5m～5.5m；所述下部墙体后侧设置有上部回填层(23)，所述上部回填层(23)为由对所施工隧道(1)进行开挖过程中产生的渣石回填形成的回填层，所述上部回填层(23)的上表面为水平面；所述下部封堵层(1-4)和上部回填层(23)组成下部封堵结构，所述下部封堵结构的后端面为待封堵面，所述待封堵面为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；所述待封堵面上设置有一层后部封堵层(24)，所述后部封堵层(24)为向所述待封堵面上喷射一层混凝土后形成的混凝土喷射层；所述上部回填层(23)上部平铺有一层上部封堵层(25)，所述上部封堵层(25)呈水平布设且其上表面与所述下部墙体的上表面相平齐，所述上部封堵层(25)为由一层浇筑于上部回填层(23)上混凝土形成的混凝土层；所述上部封堵层(25)后部与后部封堵层(24)上部连接且二者组成对所述下部封堵结构进行封堵的外部封堵层；

步骤B2、超前泄水：对地下水排水结构进行施工，并通过所述地下水排水结构将当前所施工隧道节段(18)掌子面前方岩层内的地下水排出；

所述地下水排水结构包括多根由前向后将所施工隧道(1)掌子面前方岩层内的地下水排出的排水管(27)，所述排水管(27)的后端伸出至后部封堵层(24)后方，所述排水管(27)的前端经下部封堵层(1-4)后伸入至下部封堵层(1-4)前方的碎屑流地层内；所述下部封堵层(1-4)前方的岩层、后部封堵层(24)和下部封堵层(1-4)内均开有供排水管(27)安装的排水孔；

步骤B3、洞周超前加固：对洞周超前加固结构进行施工，并通过所述洞周超前加固结构对当前所施工隧道节段(18)的掌子面前方岩层进行加固；

所述洞周超前加固结构为通过四组注浆孔对所施工隧道(1)掌子面前方岩层进行加固后形成的帷幕注浆加固结构，每组所述注浆孔均包括多个帷幕注浆孔(26)，每个所述帷幕注浆孔(26)均为经所述上部墙体由后向前钻进至岩层内的注浆孔；

四组所述注浆孔分别为A组注浆孔、B组注浆孔、C组注浆孔和D组注浆孔，A组注浆孔、B组注浆孔和C组注浆孔中所有帷幕注浆孔(26)的前端均布设于同一隧道横断面上，A组注浆孔、B组注浆孔和C组注浆孔中各帷幕注浆孔(26)前端所处的隧道横断面为注浆前断面(20)；所述注浆前断面(20)位于当前所施工隧道节段(18)前方，当前所施工隧道节段(18)前端与所述注浆前断面(20)之间的间距为0.5m～2m；

所述注浆前断面(20)上A组注浆孔中的所有帷幕注浆孔(26)注浆完成后形成外侧注浆加固结构，所述注浆前断面(20)上B组注浆孔中的所有帷幕注浆孔(26)注浆完成后形成中间注浆加固结构，所述注浆前断面(20)上C组注浆孔中的所有帷幕注浆孔(26)注浆完成后形成内侧注浆加固结构；所述外侧注浆加固结构和所述内侧注浆加固结构均为对所施工隧道(1)的周侧围岩进行整体加固的拱形加固结构，所述外侧注浆加固结构和所述中间注浆加固结构连接为一体且二者的横截面形状均与所施工隧道(1)的拱墙横截面形状相同；所述外侧注浆加固结构位于所施工隧道(1)的拱墙开挖轮廓线外侧，所述外侧注浆加固结构的拱顶与所施工隧道(1)拱顶之间的间距为K3，K3的取值范围为4.5m～5.5m；所述内侧注浆加固结构为对上洞体(1-5)所处区域的岩层进行整体加固的加固结构，所述内侧注浆加固结构与所述中间注浆加固结构连接为一体；

所述D组注浆孔中所有帷幕注浆孔(26)的前端均布设于同一隧道横断面上，D组注浆孔中各帷幕注浆孔(26)前端所处的隧道横断面为注浆中部断面(21)，所述注浆中部断面(21)与止浆墙(22)后端面之间的水平间距为K2，K2的取值范围为16m～18m；

所述注浆中部断面(21)上D组注浆孔中的所有帷幕注浆孔(26)注浆完成后形成中部注浆加固结构，所述中部注浆加固结构为对所施工隧道(1)的周侧围岩进行整体加固的拱形加固结构，所述中部注浆加固结构的横截面形状与所施工隧道(1)的拱墙横截面形状相同；所述中部注浆加固结构位于所施工隧道(1)的拱墙开挖轮廓线外侧，所述中部注浆加固结构的拱顶与所施工隧道(1)拱顶之间的间距为K2；

步骤四、隧道开挖及初期支护施工：沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段(18)进行开挖，开挖过程中同步对开挖成型的所述隧道洞进行初期支护，并获得施工成型的隧道初期支护结构；

步骤五、隧道二次衬砌施工：步骤四中对当前所施工隧道节段(18)进行开挖过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前对当前所施工隧道节段(18)的隧道二次衬砌(14)进行施工，并使隧道二次衬砌(14)位于已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧。