[发明专利]一种富水软弱围岩隧道超前支护结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种富水软弱围岩隧道超前支护结构及其施工方法，支护结构包括挤压排水面板、管棚、聚能爆破排水管和支撑固结体；挤压排水面板包括环形外壳，环形外壳贯穿地开设有若干个均匀分布且合围成环状的管棚孔，管棚穿过管棚孔；环形外壳内侧卡接有带肋排水板，带肋排水板上开设有圆形孔；聚能爆破排水管包括钢管，钢管穿过圆形孔，钢管的管壁上开设有渗水孔，钢管的前端内部装有与起爆装置连接的炸药，引爆炸药使围岩内形成空腔，高压旋喷装置的高压旋喷嘴穿过钢管至空腔内并高压旋喷注浆使核心土内部形成用于支撑管棚前端的支撑固结体，在富水软弱围岩内提升核心土强度，并对围岩形成有效支撑，防止掌子面失稳、突水突泥等工程地质灾害。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，具体是一种富水软弱围岩隧道超前支护结构及其施工方法。

背景技术

近年来，我国公路、铁路等交通基础设施由东向西不断向崎岖的山地延伸，为保证线路设计的笔直性和运营能力要求，能够缩短线路里程的长大隧道工程数量剧增，同时伴随着隧道数量的增多，隧道建设过程中常遇到形态各异的岩溶地貌，裂隙发育的富水断层破碎带等特殊地质情况的次数也越来越多。但由于富水围岩强度低、稳定性差，围岩浸水后在施工扰动和卸荷等作用下极易发生收缩大变形，掌子面涌水突泥等地质灾害，严重威胁隧道的施工人员和机械的安全，是我国山岭隧道建设中最为常见，同时也是工程处理最为困难的复杂地质条件之一。因此，如何保障富水围岩隧道的安全施工和后期正常运营是隧道设计和施工者同时面临的难题。

为了防止富水软弱围岩隧道在施工过程中的大变形、突水突泥等地质灾害问题，现阶段主要从超前地质预报、超前支护、施工工法和支护结构四个方面来提高富水软弱围岩隧道的施工安全。然而，超前地质预报仅能了解到前方不良地质区域的范围，无法解决其在施工中存在的问题；采用不同扰动下的分部开挖工法仅能减小工程扰动，且分部开挖方法施工速度慢，施工周期长，造价高昂；加强隧道的支护结构仅能加固已经开挖的围岩，而对于掌子面失稳、突水突泥地质灾害没有效果。而且，现有的超前支护结构是通过管棚等加固未开挖围岩，形成梁效应，支撑周边围岩，从而控制隧道开挖大变形，然而由于软弱围岩的流变特性，插入围岩内部的管棚端头没有支撑点，不能形成有效支点，同时由于富水软弱围岩的流变特性，掌子面仍然可能失稳、突水突泥等灾害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富水软弱围岩隧道超前支护结构及其施工方法，在富水软弱围岩内对掌子面和周边围岩形成有效的支撑，有效防止掌子面失稳而涌水突泥。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种富水软弱围岩隧道超前支护结构，包括挤压排水面板、管棚、聚能爆破排水管和支撑固结体；

所述挤压排水面板包括与隧道的轮廓相匹配的环形外壳，环形外壳贯穿地开设有若干个均匀分布且合围成环状的管棚孔，管棚穿过管棚孔且其前端插入围岩内；环形外壳内侧卡接有带肋排水板，带肋排水板上开设有至少四个均匀分布的圆形孔；

所述聚能爆破排水管包括与管棚长度相同的钢管，钢管穿过圆形孔插入围岩内，钢管的管壁上开设有多个渗水孔，钢管的前端内部装有炸药，炸药通过导火索与位于钢管外部的起爆装置连接，引爆炸药使围岩内形成空腔，高压旋喷装置的高压旋喷嘴穿过钢管至空腔内并高压旋喷注浆使核心土内部形成用于支撑管棚前端的支撑固结体。

进一步地，所述环形外壳的内侧沿其径向开设有至少两对凹槽，每对凹槽的位置相对并固定连接有导槽，导槽内滑动连接有伸缩杆组件；

所述带肋排水板的侧面固定安装有与伸缩杆组件抵接的加肋板，围岩径向收缩迫使伸缩杆组件向环形外壳的中心方向移动从而挤压加肋板使带肋排水板与环形外壳脱离并挤压管棚和支撑固结体内封闭的核心土使其通过聚能爆破排水管排水固结。

进一步地，所述伸缩杆组件包括伸缩杆，伸缩杆的一端固定安装有楔形体；

所述加肋板与楔形体的形状相同，加肋板的斜面与楔形体的斜面贴合时形成长方体。