CN106837373A - 一种隧洞边墙垮塌处的支护结构 - Google Patents

一种隧洞边墙垮塌处的支护结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隧洞边墙垮塌处的支护结构及其支护方法，属于隧洞施工技术领域，提供一种可对隧洞边墙垮塌处进行有效支护的支护结构及其支护方法，所述支护结构包括初期支护结构，还包括在隧洞边墙的垮塌处设置的与垮塌空腔的形状对应的复拱支护结构，所述复拱支护结构包括复拱锚喷支护、复拱型钢拱架和支撑杆。本发明通过设置针对隧洞边墙垮塌空腔的复拱支护结构，可起到对垮塌空腔的有效支护；并且通过设置特定支撑角度的支撑杆后，可对垮塌空腔的内壁面起到最大限度的支撑效果，提供最佳的支撑力；进而确保对垮塌处的有力支撑，避免后续进一步发生垮塌情况。本发明可有效保证隧洞施工安全，为工程投资和工期的控制提供保证。

Description

一种隧洞边墙垮塌处的支护结构
技术领域
本发明涉及隧洞施工技术领域，尤其涉及一种隧洞边墙垮塌处的支护结构及其支护方法。
背景技术
在水利水电工程的隧洞开挖过程中，首先是地质人员根据现场情况判定围岩类别，然后根据围岩类别及时对围岩进行相应的初期支护，如Ⅲ类围岩采用锚喷支护，Ⅳ类围岩采用锚喷支护辅以局部型钢拱架或格栅拱架支护，Ⅴ类围岩采用锚喷支护辅以型钢拱架或格栅拱架支护等；这些初期支护结构通常可以保证施工期隧洞围岩的稳定。但是，由于地质条件的复杂性，在隧洞的开挖过程中可能会遇到构造发育、地下水活动强烈及软弱夹层等不良地质现象，这些不良地质现象往往会引起一定程度的隧洞围岩垮塌，上述初期支护结构虽然可以维持隧洞边墙围岩短时间内的稳定，但在后期应力调整、地下水长期作用等影响下，隧洞边墙围岩仍可能发生垮塌，不仅会给施工带来安全隐患，同时也可能造成工程投资的增加和工期的延误；并且在垮塌处，围岩受力情况发生较大变化，原有的初期支护已经很难对垮塌后的空腔进行有效支护；因此，在发生垮塌情况后，需要及时对垮塌处进行有效的支护，才能确保垮塌空腔不再进一步扩大，同时也可确保后续施工的安全性。
隧洞边墙发生垮塌后，目前常采用的处理方式为先对空腔内的松动岩块进行清除，然后直接采用混凝土、石块或者用装有喷混凝土材料的袋子等对空腔进行填充。但是，由于填充体相对独立存在，与空腔周围岩体未连成整体，其在应力调整过程中仍可能向临空面产生变形，即填充体发生指向洞内的变形。因此，前述对隧洞边墙垮塌的处理方式支护效果较差，容易在后续施工过程中出现二次垮塌，这样不仅会给后续施工带来安全隐患，同时也可能进一步造成工程投资的增加和工期的延误。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可对隧洞边墙垮塌处进行有效支护的支护结构及其支护方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，包括初期支护结构，所述初期支护结构为初期锚喷支护与初期型钢拱架的组合支护结构，还包括在隧洞边墙的垮塌处设置的与垮塌空腔的形状对应的复拱支护结构，所述复拱支护结构包括复拱锚喷支护、复拱型钢拱架和支撑杆；所述复拱锚喷支护包括从垮塌空腔的内壁面插入到岩体内的锚杆和喷射在垮塌空腔内壁面的喷混凝土层，所述复拱型钢拱架沿垮塌空腔的内壁面设置，所述复拱型钢拱架与所述初期型钢拱架在相接处为固定连接，所述支撑杆设置于垮塌空腔内，并且支撑杆的一端与复拱型钢拱架固定连接，支撑杆的另一端与对应的初期型钢拱架固定连接。
进一步的是：所述支撑杆的轴向方向与该支撑杆在垮塌空腔的内壁面上对应处的法向方向所形成的夹角为θ，并且有：0≤θ≤30°。
进一步的是：还包括连接杆，所述连接杆设置于垮塌空腔内，并且每根连接杆同时与至少两根支撑杆固定连接；通过连接杆与支撑杆的连接，在垮塌空腔内形成平面网状结构或者三维网状结构。
进一步的是：所述初期型钢拱架由格栅拱架代替。
进一步的是：所述支撑杆为型钢或者钢管。
进一步的是：所述支撑杆的两端均为焊接连接。
进一步的是：在垮塌空腔内填充有填充体，所述填充体为混凝土或者混凝土与块石的混合体。
另外，本发明还提供一种隧洞边墙垮塌处的支护结构的支护方法，用以形成上述的隧洞边墙垮塌处的支护结构，所述支护方法根据如下两种情况分别对应相应的步骤：
第一种情况a、当隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工完成之前时，按照如下步骤进行：
a1、清理隧洞边墙垮塌处的垮塌岩体及内壁面上的松动岩块，形成垮塌空腔；
a2、对隧洞的内壁面进行初期锚喷支护的施工，同时对垮塌空腔的内壁面进行复拱锚喷支护的施工；
a3、进行隧洞初期支护结构中的初期型钢拱架的施工；
a4、进行复拱型钢拱架的施工；
a5、进行支撑杆的施工，以将初期支护结构中的初期型钢拱架与复拱型钢拱架通过支撑杆进行连接；
第二种情况b、当隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工完成之后时，按照如下步骤进行：
b1、清理隧洞边墙垮塌处的垮塌岩体及内壁面上的松动岩块，形成垮塌空腔；
b2、当因边墙垮塌对初期支护结构中的初期型钢拱架造成局部破坏时，对该局部被破坏的初期型钢拱架进行修复或拆除重置；否则进行下一步骤b3；
b3、对垮塌空腔的内壁面进行初期锚喷支护；
b4、进行复拱型钢拱架的施工；
b5、进行支撑杆的施工，以将初期支护结构中的初期型钢拱架与复拱型钢拱架通过支撑杆进行连接。
进一步的是：当设置有连接杆时，在进行支撑杆的施工步骤之后，再进行连接杆的施工。
进一步的是：当在垮塌空腔内填充有填充体时，在进行支撑杆的施工步骤之后，再进行向垮塌空腔内填充填充体的施工。
本发明的有益效果是：本发明通过设置针对隧洞边墙垮塌空腔的复拱支护结构，可起到对垮塌空腔的有效支护；并且通过设置特定支撑角度的支撑杆后，可对垮塌空腔的内壁面起到最大限度的支撑效果，提供最佳的支撑力；进而确保对垮塌处的有力支撑，避免后续进一步发生垮塌情况。本发明可有效保证隧洞施工安全，为工程投资和工期的控制提供保证。
附图说明
图1为本发明所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构的示意图；
图中标记为：初期锚喷支护1、初期型钢拱架2、垮塌空腔3、复拱锚喷支护4、复拱型钢拱架5、支撑杆6、锚杆7、喷混凝土层8、轴向方向9、法向方向10、连接杆11、填充体12、隧洞13、夹角θ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1中所示，本发明所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，包括初期支护结构，所述初期支护结构为初期锚喷支护1与初期型钢拱架2的组合支护结构，其特征在于：还包括在隧洞边墙的垮塌处设置的与垮塌空腔3的形状对应的复拱支护结构，所述复拱支护结构包括复拱锚喷支护4、复拱型钢拱架5和支撑杆6；所述复拱锚喷支护4包括从垮塌空腔3的内壁面插入到岩体内的锚杆7和喷射在垮塌空腔3内壁面的喷混凝土层8，所述复拱型钢拱架5沿垮塌空腔3的内壁面设置，所述复拱型钢拱架5与所述初期型钢拱架2在相接处为固定连接，所述支撑杆6设置于垮塌空腔3内，并且支撑杆6的一端与复拱型钢拱架5固定连接，支撑杆6的另一端与对应的初期型钢拱架2固定连接。
其中，上述所述的初期支护结构是在隧洞13开挖后及时进行的对隧洞13内壁面的支护，在本发明中，初期支护结构采用为初期锚喷支护1与初期型钢拱架2的组合支护结构；而其中的初期锚喷支护1实际即是由锚杆7和喷混凝土层8所组成的一种组合支护结构，具体可参照附图1中所示。
本发明中的复拱支护结构，其为用于支护垮塌空腔3的结构。具体的，复拱支护结构中的复拱锚喷支护4和复拱型钢拱架5可分别采用同初期支护结构中的初期锚喷支护1与初期型钢拱架2相同的支护形式。相应的，只要使得复拱锚喷支护4和复拱型钢拱架5对应支护对象为垮塌空腔3的内壁面即可；即参照附图1中所示，设置的复拱锚喷支护4包括从垮塌空腔3的内壁面插入到岩体内的锚杆7和喷射在垮塌空腔3内壁面的喷混凝土层8，而复拱型钢拱架5则为沿垮塌空腔3的内壁面设置。
更具体的，参照附图1中所示，由于本发明中的复拱支护结构是用于对隧洞边墙垮塌处的垮塌空腔3的支护，而由于垮塌空腔3实际大致位于隧洞13的侧方，因此此时的复拱支护结构实际为设置在隧洞13一侧的斜拱形结构，此时复拱支护结构后期实际受到的外部岩体的压力主要为从隧洞13的侧方向施加的力。因此，为了提高整个复拱支护结构的支护强度和稳定性，本发明中还进一步设置有支撑杆6，并且由支撑杆6将复拱型钢拱架5与初期型钢拱架2进行有效地固定连接，以此将初期型钢拱架2和复拱型钢拱架5连接为整体结构，进而提高整个复拱支护结构的结构强度和支撑效果，确保其稳定性和有效性。
更优选的，参照附图1中所示，本发明进一步设置所述支撑杆6的轴向方向9与该支撑杆6在垮塌空腔3的内壁面上对应处的法向方向10所形成的夹角为θ，并且有：0≤θ≤30°。这样设置的目的是因为复拱支护结构后期实际受到的外部岩体的压力主要为从隧洞13的侧方向施加的力，因此通过上述设置，可使得支撑杆6的受力方向尽量为其轴向方向9，以提高其支撑效果。
更具体的，为了进一步提高支撑杆6的支撑效果，进一步还可设置有连接杆11，并且将连接杆11同样设置于垮塌空腔3内，并且每根连接杆11同时与至少两根支撑杆6固定连接；设置连接杆11的目的，主要是通过连接杆11以将支撑杆6进行有效的连接、固定；如可通过连接杆11与支撑杆6的连接，在垮塌空腔3内形成平面网状结构或者三维网状结构；这样，即可进一步提高整体的支撑效果和稳定性。
另外，不失一般性，本发明中的初期型钢拱架2可由格栅拱架代替。相应的，复拱型钢拱架5也可同样由格栅拱架代替。
另外，在本发明中，支撑杆6的作用主要是提供支撑力，具体的，支撑杆6可采用型钢或者钢管。另外，支撑杆6的两端需要分别与初期型钢拱架2和复拱型钢拱架5进行固定连接，以实现有效支撑的目的。具体的，对于支撑杆6的两端分别与初期型钢拱架2和复拱型钢拱架5的固定连接方式，可直接采用焊接方式进行连接；当然，不失一般性，支撑杆6的两端也可采用其它固定连接方式进行连接。
另外，本发明进一步还在垮塌空腔3内填充有填充体12，所述填充体12为混凝土或者混凝土与块石的混合体。通过进一步填充填充体12，可进一步提高对垮塌空腔3的内壁面的支撑效果，同时还可进一步为支撑杆6提供更好的保护、固定效果。
另外，上述本发明所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构的支护方法，根据隧洞边墙发生垮塌情况的时间点的不同，分别对应相应的步骤，具体如下：
第一种情况a、当隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工完成之前时，按照如下步骤进行：
a1、清理隧洞边墙垮塌处的垮塌岩体及内壁面上的松动岩块，形成垮塌空腔3；
a2、对隧洞13的内壁面进行初期锚喷支护1的施工，同时对垮塌空腔3的内壁面进行复拱锚喷支护4的施工；
a3、进行隧洞13初期支护结构中的初期型钢拱架2的施工；
a4、进行复拱型钢拱架5的施工；
a5、进行支撑杆6的施工，以将初期支护结构中的初期型钢拱架2与复拱型钢拱架5通过支撑杆6进行连接；
第二种情况b、当隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工完成之后时，按照如下步骤进行：
b1、清理隧洞边墙垮塌处的垮塌岩体及内壁面上的松动岩块，形成垮塌空腔3；
b2、当因边墙垮塌对初期支护结构中的初期型钢拱架2造成局部破坏时，对该局部被破坏的初期型钢拱架2进行修复或拆除重置；否则进行下一步骤b3；
b3、对垮塌空腔3的内壁面进行初期锚喷支护1；
b4、进行复拱型钢拱架5的施工；
b5、进行支撑杆6的施工，以将初期支护结构中的初期型钢拱架2与复拱型钢拱架5通过支撑杆6进行连接。
当然，在上述第一种情况中，若隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工过程中时，对于隧洞13的内壁面进行初期锚喷支护1的施工以及进行隧洞13初期支护结构中的初期型钢拱架2的施工，若已经完成相应施工时，则在进行隧洞边墙垮塌处的支护结构的支护施工步骤时，相应的步骤可以省略；如当隧洞边墙垮塌发生时，隧洞13的内壁面已经完成了初期锚喷支护1的施工，则在进行步骤a2的施工时，仅需要进行对垮塌空腔3的内壁面进行复拱锚喷支护4的施工即可。
另外，当设置有连接杆11时，在进行支撑杆6的施工步骤之后，再进行连接杆11的施工。相应的，当在垮塌空腔3内填充有填充体12时，在进行支撑杆6的施工步骤之后，再进行向垮塌空腔3内填充填充体12的施工。另外，当同时设置有连接杆11以及在垮塌空腔3内填充有填充体12时，则应当在进行支撑杆6的施工步骤之后，依次进行连接杆11的施工和进行向垮塌空腔3内填充填充体12的施工。

Claims (10)

1.一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，包括初期支护结构，所述初期支护结构为初期锚喷支护(1)与初期型钢拱架(2)的组合支护结构，其特征在于：还包括在隧洞边墙的垮塌处设置的与垮塌空腔(3)的形状对应的复拱支护结构，所述复拱支护结构包括复拱锚喷支护(4)、复拱型钢拱架(5)和支撑杆(6)；所述复拱锚喷支护(4)包括从垮塌空腔(3)的内壁面插入到岩体内的锚杆(7)和喷射在垮塌空腔(3)内壁面的喷混凝土层(8)，所述复拱型钢拱架(5)沿垮塌空腔(3)的内壁面设置，所述复拱型钢拱架(5)与所述初期型钢拱架(2)在相接处为固定连接，所述支撑杆(6)设置于垮塌空腔(3)内，并且支撑杆(6)的一端与复拱型钢拱架(5)固定连接，支撑杆(6)的另一端与对应的初期型钢拱架(2)固定连接。
2.如权利要求1所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，其特征在于：所述支撑杆(6)的轴向方向(9)与该支撑杆(6)在垮塌空腔(3)的内壁面上对应处的法向方向(10)所形成的夹角为θ，并且有：0≤θ≤30°。
3.如权利要求1所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，其特征在于：还包括连接杆(11)，所述连接杆(11)设置于垮塌空腔(3)内，并且每根连接杆(11)同时与至少两根支撑杆(6)固定连接；通过连接杆(11)与支撑杆(6)的连接，在垮塌空腔(3)内形成平面网状结构或者三维网状结构。
4.如权利要求1所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，其特征在于：所述初期型钢拱架(2)由格栅拱架代替。
5.如权利要求1所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，其特征在于：所述支撑杆(6)为型钢或者钢管。
6.如权利要求1所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，其特征在于：所述支撑杆(6)的两端均为焊接连接。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构，其特征在于：在垮塌空腔(3)内填充有填充体(12)，所述填充体(12)为混凝土或者混凝土与块石的混合体。
8.一种隧洞边墙垮塌处的支护结构的支护方法，用以形成上述权利要求1至7中任意一项所述的隧洞边墙垮塌处的支护结构，所述支护方法根据如下两种情况分别对应相应的步骤：
第一种情况a、当隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工完成之前时，按照如下步骤进行：
a1、清理隧洞边墙垮塌处的垮塌岩体及内壁面上的松动岩块，形成垮塌空腔(3)；
a2、对隧洞(13)的内壁面进行初期锚喷支护(1)的施工，同时对垮塌空腔(3)的内壁面进行复拱锚喷支护(4)的施工；
a3、进行隧洞(13)初期支护结构中的初期型钢拱架(2)的施工；
a4、进行复拱型钢拱架(5)的施工；
a5、进行支撑杆(6)的施工，以将初期支护结构中的初期型钢拱架(2)与复拱型钢拱架(5)通过支撑杆(6)进行连接；
第二种情况b、当隧洞边墙垮塌发生在隧洞初期支护结构的施工完成之后时，按照如下步骤进行：
b1、清理隧洞边墙垮塌处的垮塌岩体及内壁面上的松动岩块，形成垮塌空腔(3)；
b2、当因边墙垮塌对初期支护结构中的初期型钢拱架(2)造成局部破坏时，对该局部被破坏的初期型钢拱架(2)进行修复或拆除重置；否则进行下一步骤b3；
b3、对垮塌空腔(3)的内壁面进行初期锚喷支护(1)；
b4、进行复拱型钢拱架(5)的施工；
b5、进行支撑杆(6)的施工，以将初期支护结构中的初期型钢拱架(2)与复拱型钢拱架(5)通过支撑杆(6)进行连接。
9.如权利要求8所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构的支护方法，其特征在于：当设置有连接杆(11)时，在进行支撑杆(6)的施工步骤之后，再进行连接杆(11)的施工。
10.如权利要求8所述的一种隧洞边墙垮塌处的支护结构的支护方法，其特征在于：当在垮塌空腔(3)内填充有填充体(12)时，在进行支撑杆(6)的施工步骤之后，再进行向垮塌空腔(3)内填充填充体(12)的施工。
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