CN104533465A

CN104533465A - 隧道施工中的临时支护结构

Info

Publication number: CN104533465A
Application number: CN201510018669.8A
Authority: CN
Inventors: 王薇; 李军; 卞家胜; 潘文硕; 李达; 杨峰; 黄叙; 鄢本存; 尹俊涛; 孟相昆
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明公开了一种隧道施工中的临时支护结构，所述临时支护结构包括多个钢拱架、纵向连接筋及加强筋，相邻两个钢拱架之间焊接有纵向连接筋而构成临时支护架，在所述临时支护架的至少一个侧面设有加强筋构成临时支护结构。本发明公开的临时支护结构，既能够满足大断面隧道分块开挖，抑制隧道施工初期变形，提高施工安全性的要求，又能够循环利用临时支护材料，节省造价，增加施作、拆除的方便性，加快进度，提高施工效率。

Description

隧道施工中的临时支护结构

技术领域

本发明公开了一种隧道施工中的临时支护结构，属于隧道施工技术领域。

背景技术

随着隧道工程的不断发展，大跨度隧道越来越多，大断面隧道一次性开挖会造成工作面曝露时间过长，荷载释放较快等问题而引起的围岩不稳定，加大了隧道施工风险，因此隧道分块开挖的思想逐渐盛行。在围岩较差的地质条件下，越来越多的大跨隧道施工采用，分块开挖+临时支护的施工方法。临时支护作为隧道开挖过程中，提高安全性的临时性结构，对封闭围岩，保护围岩强度等的要求较低，只要能够保证临时支护的强度、刚度及整体性，就能够发挥临时支护功能；现有临时支护方式通常采用由钢拱架+纵向连接筋+钢筋网构成的骨架喷施混凝土构成。这种临时支护结构具有很高的强度、刚性，完全可以满足安全生产的需要。但是，这种临时支护结构也还存在以下缺陷：

1)由于临时支护是由混凝土与钢拱架+纵向连接筋+钢筋网构成的骨架固结在一起形成，因此，施作工序复杂、周期长，特别是拆除的时候，操作非常麻烦，通常是采用风镐逐层破拆，有时候甚至要动用大型冲击设备进行破拆，才能有效拆除，一方面，拆除工序时间长、操作不便，对其他各工序的影响较大，严重影响施工进度；另一方面，利用大型冲击设备进行破拆，稍不小心及会破坏初期支护，给施工带来安全隐患。

2)由钢拱架+纵向连接筋+钢筋网构成的骨架喷施混凝土构成的支护结构，材料消耗量大，且不能够循环利用，增加工程造价。

3)当有临时仰拱存在或侧壁导坑存在的情况下施工，由于临时支护全喷施了混凝土、钢拱架间没有空隙，则掌子面渣土不能够直接通过临时支护结构输送到临时仰拱下或导坑内严重影响出渣效率，拖慢施工进度，给施工组织带来很大的困难。

如何在保证安全的前提下，加快施工进度，节省工程造价，提高施工效率，是随到施工亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种结构合理、组装拆卸方便、使用成本低、材料可循环使用的隧道施工中的临时支护结构。

本发明隧道施工中的临时支护结构，所述临时支护结构包括多个钢拱架、纵向连接筋及加强筋，相邻两个钢拱架之间焊接有纵向连接筋而构成临时支护架，在所述临时支护架的至少一个侧面设有加强筋构成临时支护结构。

本发明隧道施工中的临时支护结构，所述加强筋为钢板，沿临时支护架的纵向与每一个钢拱架实现焊接连接。

本发明隧道施工中的临时支护结构，所述加强筋设置在所述临时支护架的两个侧面。

本发明隧道施工中的临时支护结构，所述加强筋数量为1-8条。

本发明隧道施工中的临时支护结构，临时支护架的形状按隧道分块开挖所形成的支护空间形状确定。

本发明隧道施工中的临时支护结构，两个临时支护架垂直交叉连接处采用角钢连接固定，所述角钢与两个临时支护架中的钢拱架之间采用螺栓连接固定或焊接固定。

本发明的优点：

1)减少临时支护材料的消耗，有利于材料的循环利用，最大限度的节约工程造价；

2)简化施工工序，临时支护一榀钢拱架喷砼时间在30～40min，且喷射混凝土容易堵管，增加进入下一道工序的时间，在临时支护拆除时，一榀钢拱架喷砼凿除的时间也在30min左右，因此，采用本发明临时支护方法，在临时支护施作及拆除中节约大量时间，有利于加快施工进度，提高施工效率，降低成本；

3)减轻了临时支护自身重量，避免了由于临时支护自重对支护效果、隧道结构带来的不利影响。

4)施作简单、灵活，可以根据具体的施工方法、地质条件等进行合理调整，且不同支护结构间的相互转化也较容易实现。

附图说明

附图1为采用CRD法施工时，现有技术的临时支护结构示意图。

附图2为采用CRD法施工时，本发明实施例1的临时支护结构示意图。

附图3为采用CD法施工时，现有技术的临时支护结构示意图。

附图4为采用CD法施工时，本发明实施例2的临时支护结构示意图。

附图5为采用双侧壁导坑法法施工时，现有技术的临时支护结构示意图。

附图6为采用双侧壁导坑法法施工时，本发明实施例3的临时支护结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见附图2，采用CRD法施工，对开挖轮廓高约10m，宽约12m，隧道埋深约14m，围岩级别为Ⅴ级的隧道采用本发明的临时支护结构，支护长度50m；

本实施例中，所述临时支护结构包括多个钢拱架、纵向连接筋及加强筋，相邻两个钢拱架之间焊接有纵向连接筋而构成临时支护架，连接处采用角钢连接固定，竖向的临时支护架形成中隔壁，横向的临时支护架形成临时仰拱，在临时仰拱上搭设方木形成施工便道，供工人行走，材料运输等；在所述临时支护架的一个侧面设有加强筋构成临时支护结构；所述加强筋为钢板并沿临时支护架的纵向与每一个钢拱架实现焊接或螺栓连接；所述加强筋数量为4条。

本实施例中，临时支护架采用的钢拱架为I18工字钢，间距为0.5m,相邻两钢拱架间采用纵向连接筋连接，架设2～5榀钢拱架后，沿临时支护架纵向焊接或螺栓连接钢板形成临时支护结构。

施工中，对试验段50m范围内采用本发明提供的临时支护结构，而非试验段则采用传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼；在试验段与非试验段中的钢拱架上装设表面应变计，量测数据显示试验段与非试验段钢拱架所受应力大小无显著差别，临时仰拱处钢拱架应力大小在10～15MPa，中隔壁处钢拱架应力在20～30MPa，远小于钢拱架的屈服强度；

利用有限元软件对采用本发明提供的临时支护结构和传统临时支护结构的施工全过程进行三维数值模拟，数值计算结果规律同监控量测数据；

采用本发明提供的临时支护结构的试验段，实现安全快速贯通，地表沉降值控制在20mm以内，拱顶沉降值控制在30mm以内，水平收敛控制在13mm以内；满足施工规范要求；

本实施例中，临时支护结构的横断面由上、下中隔壁，左右临时仰拱4部分构成，在施工过程中，每榀钢拱架的安装时间较非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼的安装时间，可节省约0.6小时，由于间距为0.5m，因此，则该试验段50m范围共节省安装时间约4*0.6*50/0.5＝240小时；每榀钢拱架的拆除时间较非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼的拆除时间，可节省约0.5小时，则该试验段50m范围共节省拆除时间约4*0.5*50/0.5＝200小时；

临时支护结构中临时仰拱、中隔壁的长度分别取隧道开挖轮廓的宽度、高度，即每横断面钢拱架长度约为10+12＝22m，则该试验段临时支护结构中所用的钢拱架总长约为22*50/0.5＝2200m，重量约为2200*24.1＝53020kg，以循环利用1次计算，该试验段节省型钢约为53020/2＝26510kg；而非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼结构，型钢不能循环使用。此外，本试验段还可以节省混凝土约为0.18*50*22＝198m³。

实施例2

参见附图4，采用CD法施工，对开挖轮廓高约11m，宽约12m，隧道埋深约18m，围岩级别为Ⅴ级的隧道采用本发明的临时支护结构，支护长度50m；

本实施例中，所述临时支护结构包括多个钢拱架、纵向连接筋及加强筋，相邻两个钢拱架之间焊接有纵向连接筋而构成临时支护架；在所述临时支护架的一个侧面设有加强筋构成临时支护结构；所述加强筋为钢板并沿临时支护架的纵向与每一个钢拱架实现焊接或螺栓连接；所述加强筋数量为2条。

施工中，对试验段50m范围内采用本发明提供的临时支护结构，而非试验段则采用传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼；在试验段与非试验段中的钢拱架上装设表面应变计，量测数据显示试验段与非试验段钢拱架所受应力大小无显著差别，中隔壁处钢拱架应力在30MPa左右，远小于钢拱架的屈服强度；

采用本发明提供的临时支护结构的试验段，实现安全快速贯通，地表沉降值控制在28mm以内，拱顶沉降值控制在40mm以内，水平收敛控制在15mm以内；满足施工规范要求；

本实施例中，临时支护结构即中隔壁，由上、下2部分构成，在施工过程中，每榀钢拱架的安装时间较非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼的安装时间，可节省约0.6小时，由于间距为0.5m，因此，则该试验段50m范围共节省安装时间约2*0.6*50/0.5＝120小时；每榀钢拱架的拆除时间较非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼的拆除时间，可节省约0.5小时，则该试验段50m范围共节省拆除时间约2*0.5*50/0.5＝100小时；

临时支护结构中隔壁的长度取隧道开挖轮廓的高度，即每横断面钢拱架长度约为11m，则该试验段临时支护结构中所用的钢拱架总长约为11*50/0.5＝1100m，重量约为1100*24.1＝26510kg，以循环利用1次计算，该试验段节省型钢约为26510/2＝13255kg；而非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼结构，型钢不能循环使用。此外，本试验段还可以节省混凝土约为0.18*50*11＝99m³。

实施例3

参见附图6，采用双侧壁导坑法施工，对开挖轮廓高约12m，宽约13m，隧道埋深约15m，围岩级别为Ⅴ级的隧道采用本发明的临时支护结构，支护长度50m；

本实施例中，所述临时支护结构包括多个钢拱架、纵向连接筋及加强筋，相邻两个钢拱架之间焊接有纵向连接筋而构成临时支护架；在所述临时支护架的一个侧面设有加强筋构成临时支护结构；所述加强筋为钢板并沿临时支护架的纵向与每一个钢拱架实现焊接或螺栓连接；所述加强筋数量为4条。

施工中，对试验段50m范围内采用本发明提供的临时支护结构，而非试验段则采用传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼；在试验段与非试验段中的钢拱架上装设表面应变计，量测数据显示试验段与非试验段钢拱架所受应力大小无显著差别，临时支护结构钢拱架应力在15-20MPa左右，远小于钢拱架的屈服强度；

采用本发明提供的临时支护结构的试验段，实现安全快速贯通，地表沉降值控制在15mm以内，拱顶沉降值控制在15mm以内，水平收敛控制在10mm以内；满足施工规范要求；

本实施例中，临时支护结构分左、右两块，每块由上、下2部分共4部分构成，在施工过程中，每榀钢拱架的安装时间较非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼的安装时间，可节省约0.5小时，由于间距为0.5m，因此，则该试验段50m范围共节省安装时间约4*0.5*50/0.5＝200小时；每榀钢拱架的拆除时间较非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼的拆除时间，可节省约0.5小时，则该试验段50m范围共节省拆除时间约4*0.5*50/0.5＝200小时；

临时支护结构由左右两块构成，即每横断面钢拱架长度约为10*2＝20m，则该试验段临时支护结构中所用的钢拱架总长约为20*50/0.5＝2000m，重量约为2000*24.1＝48200kg，以循环利用1次计算，该试验段节省型钢约为48200/2＝24100kg；而非试验段的传统临时支护的钢拱架+纵向连接筋+钢筋网+喷砼结构，型钢不能循环使用。此外，本试验段还可以节省混凝土约为0.18*50*20＝180m³。

采用本发明临时支护结构，施作时的注意事项及操作原则为：

1)在一个循环进尺开挖完成后，架设临时支护钢拱架及纵向连接筋，施作工艺同传统临时支护方式；

2)在架设临时支护钢拱架2～5榀后，连接纵向角钢或钢板，增加临时支护的整体性，纵向连接筋及角钢或钢板的数量根据具体情况适当调整；

3)角钢或钢板通过焊接或螺栓连接的方式与钢拱架进行连接，施作工程中要保证焊缝质量，也可以增加U型筋连接。

4)临时支护结构中有临时仰拱的，在临时仰拱上搭设方木形成施工便道，

供工人行走，材料运输等。

临时支护拆除：

1)基于监控量测信息，当初支封闭，可以承受围岩全部应力，拱顶沉降稳定后，拆除临时支护，临时支护拆除时机与传统临时支护拆除时机相同；

2)搭设脚手架，布置防护安全网，首先拆除纵向连接钢板或角钢，再去掉纵向连接筋，最后拆除钢拱架，拆除后的材料妥善保管以便循环利用；

3)临时支护拆除后，加强隧道的监控量测，并及时施作二衬。

Claims

1.隧道施工中的临时支护结构，所述临时支护结构包括多个钢拱架、纵向连接筋及加强筋，其特征在于：相邻两个钢拱架之间焊接有纵向连接筋而构成临时支护架，在所述临时支护架的至少一个侧面设有加强筋构成临时支护结构。

2.根据权利要求1所述的隧道施工中的临时支护结构，其特征在于：所述加强筋为钢板，沿临时支护架的纵向与每一个钢拱架实现焊接或螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的隧道施工中的临时支护结构，其特征在于：所述加强筋设置在所述临时支护架的两个侧面。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的隧道施工中的临时支护结构，其特征在于：所述加强筋数量为1-8条。

5.根据权利要求4所述的隧道施工中的临时支护结构，其特征在于：临时支护架的形状按隧道分块开挖所形成的支护空间形状确定。

6.根据权利要求5所述的隧道施工中的临时支护结构，其特征在于：两个临时支护架垂直交叉连接处采用角钢连接固定，所述角钢与两个临时支护架中的钢拱架之间采用螺栓连接固定或焊接固定。