CN108506024A - 一种隧道初期支护的施工方法及支护模具 - Google Patents

一种隧道初期支护的施工方法及支护模具 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种隧道初期支护的施工方法及支护模具，在隧道初期支护的施工中采用可移动的支护模具，所述支护模具与隧道开挖面形成模腔，所述支护模具以隧道开挖面轮廓为运动轨迹移动，通过移动的支护模具与隧道开挖面共同配合形成用于成型隧道初期支护混凝土层的模腔，向模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，待模腔底部混凝土初凝后，所述支护模具逐步向下一工位移动，所述支护模具移动时，持续向支护模具移动过程中与隧道开挖面新形成的模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，最后形成整个隧道初支混凝土层。本发明的有益效果在于：作业时间短效率高、速凝剂用量低、无回弹、平整度光滑无凹凸、美观且无需后期处理。

Description

一种隧道初期支护的施工方法及支护模具
技术领域
本发明涉及隧道施工初期支护技术领域，尤其是涉及一种隧道初期支护的施工方法及支护模具。
背景技术
采用矿山法进行暗挖施工时，围岩支护一般分为初期支护和二次衬砌，二次衬砌一般是混凝土或钢筋混凝土结构。在二次衬砌施作之前，刚开挖之后立即进行的支护形式称之为初期支护。初期支护是隧道稳定的主要承载结构，它是密贴于围岩的柔性结构与控制围岩变形松弛的主要支护手段，而二次衬砌是在围岩与初期支护变形基本稳定的情况下修筑的，初期支护是二次衬砌的基础。
当前隧道初期支护一般采用锚喷网结构形式，在已经开挖完成的隧道初期表面，人工或者自动地逐层喷射混合有大量速凝剂的混凝土，使其在隧道初期的表面上形成一定厚度的初期支护，如图4所示。但是，由于为了保证混凝土快速地在隧道内表面形成初期支护层，在混凝土中往往加入了大量的速凝剂，速凝剂不仅对施工人员造成健康危害，容易导致工人患矽肺等疾病，而且还会造成环境污染。同时，直接在隧道与锚喷网上喷射混凝土，也会造成初期支护刚度较差，甚至出现初期支护变形开裂的情况，尤其是破碎围岩地段，名称为《隧道初期支护的加固方法》，申请号为201610225659.6的发明专利申请文件中也有所记载。
在隧道初期支护层混凝土喷射过程中，混凝土的回弹现象尤为严重，回弹率大约10%-50%，造成了材料的极大浪费，且喷射后表面易出现混凝土堆积，出现凸起和凹坑。导致下面工序需处理表面堆积过多的凸起部位，造成了人力成本浪费，名称为《一种隧道初期支护结构 》，申请号为201721035530.5的实用新型专利申请文件中也有相关记载和说明。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种隧道初期支护的施工方法及支护模具，该方法作业时间短、速凝剂用量低、无回弹、平整度光滑无凹凸无需后期处理，便于实现自动化施工。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种隧道初期支护的施工方法，在隧道初期支护的施工中采用可移动的支护模具，所述支护模具与隧道开挖面形成模腔，向模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，待模腔底部混凝土初凝后，所述支护模具逐步向下一工位移动，所述支护模具移动时，持续向支护模具移动过程中与隧道开挖面新形成的模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，最终形成整个隧道初支混凝土层。
优选地，所述支护模具与隧道开挖面形成的模腔上设有混凝土喷射口，所述混凝土采用喷射的方式填入模腔内，所述混凝土在喷射的同时所述支护模具逐步向下一工位移动。
优选地，所述隧道初期支护采用隧道左右两半幅依次由下往上的施工方式，或者所述隧道初期支护采用隧道左右两半幅同时由下往上的施工方式。
优选地，所述隧道左右两半幅施工形成的隧道初期支护混凝土层在隧道顶部位置进行搭接，在搭接处填实后用模板支护、刮平，完成整个隧道轮廓的支护。
优选地，所述支护模具的底部初始状态下与隧道底部接触，其侧部与钢拱架紧贴。
一种隧道初期支护的支护模具，包括模板，所述模板以隧道开挖面轮廓为运动轨迹移动，通过移动的支护模具与隧道开挖面共同配合形成用于成型隧道初期支护混凝土层的模腔。
优选地，所述支护模具的侧部设有挡板，所述挡板、已成型支护层、支护模具和隧道开挖面共同围成模腔。
优选地，所述模板的外表面为弧面结构。
优选地，所述支护模具与隧道开挖面之间还设有钢筋网片和钢拱架。
优选地，所述支护模具上设有缓冲装置，所述缓冲装置能够保证支护模具与钢拱架紧密贴合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在隧道初期支护的施工中采用移动的支护模具，该支护模具在移动过程中与隧道开挖面持续形成模腔，不断的向该模腔内喷射添加有速凝剂的混凝土，不仅具有对新开挖岩层进行快速封闭、防止掉石和层变形等优点，还能在短时间内使初支喷射层达到强度要求，缩短施工周期，节约速凝剂的用量，同时混凝土无回弹，初支混凝土层平整光滑无凹凸、无需后期处理，可靠性高。
附图说明
图1为本发明第一实施例的初始位置混凝土喷射的工作状态图。
图2为本发明第一实施例的隧道侧壁混凝土喷射工作状态图。
图3为本发明第一实施例的隧道拱顶混凝土喷射工作状态图。
图4为现有技术的隧道初期支护的工作状态图。
图5为本发明第二实施例的支护模具的结构示意图。
图6为本发明第二实施例的I部局部放大视图。
图中标记：1-隧道开挖面、2-钢筋网片、3-钢拱架、4-支护模具、5-混凝土喷嘴、6-角度调节机构、401-模板、402-耐磨板、403-橡胶块、404-弹簧、405-沉头螺栓、601-支座、602-调节油缸。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种隧道初期支护的施工方法及支护模具，在隧道初期支护的施工中采用可移动的支护模具4，所述支护模具4与隧道开挖面1形成模腔，向模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，待模腔内部分（底部）混凝土初凝后，所述支护模具4逐步向下一工位移动，此时支护模具、已成型支护层和隧道开挖面共同围成新的模腔，所述支护模具4移动时，持续向支护模具4移动过程中与隧道开挖面1新形成的模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，最终形成整个隧道初支混凝土层。所述支护模具4的初始工作状态为支护模具4的底部与隧道底部接触配合，其侧部与隧道开挖面1的侧壁端面处于同一平面上，其侧部与钢拱架紧贴，支护模具上设有缓冲装置，所述缓冲装置能够保证支护模具与钢拱架紧密贴合，向模腔内喷射混凝土达到隧道初期支护设计要求的厚度。工作时，支护模具4沿着隧道开挖面1的轮廓移动，所述支护模具4可安装在喷模台车上，随着喷模台车的伸缩臂移动，其不仅可采用隧道左右两半幅依次由下往上的施工方式，还可以采用隧道左右两半幅同时由下往上的施工方式，以提升初期支护层的工作效率，所述隧道左右两半幅施工形成的隧道初支混凝土层在隧道顶部位置进行搭接，在搭接处填实后用模板支护、刮平，完成整个隧道轮廓的支护。
如图5和图6所示，本发明第二实施例的支护模具4包括模板401、耐磨板402、橡胶块403、弹簧404和沉头螺栓405，所述模板401的外侧（近隧道开挖轮廓面的一侧）设有耐磨板402，所述耐磨板402与模板401之间设有橡胶块403，所述橡胶块403的内部为空心结构，所述空心腔体之间设有弹簧404，沉头螺栓405依次穿过耐磨板402、橡胶块403及橡胶块内的弹簧404和模板401将耐磨板402和橡胶块403锁紧在模板401上。所述耐磨板402成条形，且设置在模板401的两端，形成拱桥形状的浇筑模腔，所述橡胶块403的尺寸小于耐磨板402的尺寸，耐磨板402将橡胶块403完全覆盖。当支护模具4工作时，其耐磨板402与隧道开挖面1接触，向耐磨板402、橡胶块403和模板401及隧道开挖面1之间的腔体内注入混凝土，由于所述的橡胶块403具有弹性作用同时橡胶块403的内部还安装有起张紧作用的弹簧404，故当隧道开挖面1平整度较差时耐磨板402也能再橡胶块403和弹簧404的作用下，尽可能大地保持耐磨板402与隧道开挖面1接触，减少模腔内混凝土的泄漏。
如图6所示，支护模具4还包括角度调节机构6，支护模具4的模板内侧（远离隧道开挖轮廓面的一侧）的两端分别固设有铰接块，所述铰接块上铰接角度调节机构6，所述角度调节机构6能够保证支护模具4在行走过程中，实时与隧道开挖轮廓面1的弧度契合。角度调节机构6包括支座601和调节油缸602，所述支座601的一端与固设在模板401一端的铰接块铰接，支座601的另一端与调节油缸602的一端铰接，所述调节油缸602的另一端与固设在模板401另一端的铰接块铰接，所述支座601、调节油缸602和模板401共同围成三角形的铰接连杆机构。支座601可与喷射台车的机械臂连接，实现支护模具4的固定，再通过调节油缸602的伸缩功能，实现支护模具4以模板401和支座601的铰接点为圆心转动，从而保证支护模具4在隧道开挖轮廓面支护施工的任意工作位置，能够保持与隧道开挖轮廓面的弧度契合。
在支护模具4与隧道开挖面1之间还设有钢筋网片2和钢拱架3，向支护模具的模腔内填入混凝土之前，先完成本段钢筋网、钢拱架的安装工作，再向模腔内喷射混凝土至隧道初期支护要求的厚度。支护模具4的外表面为圆弧结构，该圆弧结构的弧度与隧道二次衬砌的内表面弧度相同，由于平整度光滑无凹凸、美观无需后期处理，二次衬砌的混凝土喷射过程中可直接以初支混凝土层为基础，降低人工成本。
如图2和图3所示，支护模具4离开初始位置运动至隧道侧壁及拱顶位置的工作示意图，结合支护模具在初始位置时的工作情况（图1），以隧道内结构包含钢筋网片2和钢拱架3为例，隧道初始支护的工作的过程为：S1.在隧道初期开挖轮廓面内安装钢筋网和钢拱架；S2.计算并确定支护模具的高度，保证支护模具的模腔内喷射混凝土达到80%时，处于底部混凝土已经初凝；S3.移动支护模具至初始位置，即支护模具的底部与隧道底部接触配合，形成初始模腔；S4.向初始模腔内注入混有速凝剂的混凝土，保证混凝土具有一定时间的流动性；S5.待初始模腔内的混凝土部分初凝后，沿着隧道开挖面的轮廓移动支护模具，使得逐步移动的支护模具与隧道开挖轮廓面始终形成模腔，同时持续向模腔内喷射添加了适量速凝剂的混凝土；S6.依次重复步骤S5，直至完成隧道拱顶混凝土的喷射，待拱顶的混凝土初凝后卸下支护模具；S7.将隧道内初凝混凝土搭接处的凸起或凹陷刮平，完成整个隧道轮廓的初期支护。
在隧道初期支护施工中采用支护模具4可保证混凝土无回弹，大大降低了生产成本，即与现有湿喷相比：1、混凝土用量每班约30方，回弹平均20%，每班可省6方*500元/方=3000元；2、现有湿喷速凝剂30方用量约600公斤，采用支护模具后速凝剂用量约300公斤，每班节约300公斤*3元/公斤=900元；故施工一年仅材料上便可节省成本：（3000+900）元/天*2*330天=257.4万元。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道初期支护的施工方法，其特征在于：在隧道初期支护的施工中采用可移动的支护模具，所述支护模具与隧道开挖面形成模腔，向模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，待模腔底部混凝土初凝后，所述支护模具逐步向下一工位移动，所述支护模具移动时，持续向支护模具移动过程中与隧道开挖面新形成的模腔内填入添加有速凝剂的混凝土，最终形成整个隧道初支混凝土层。
2.根据权利要求1所述的隧道初期支护的施工方法，其特征在于：所述支护模具与隧道开挖面形成的模腔上设有混凝土喷射口，所述混凝土采用喷射的方式填入模腔内，所述混凝土在喷射的同时所述支护模具逐步向下一工位移动。
3.根据权利要求2所述的隧道初期支护的施工方法，其特征在于：所述隧道初期支护采用隧道左右两半幅依次由下往上的施工方式，或者所述隧道初期支护采用隧道左右两半幅同时由下往上的施工方式。
4.根据权利要求3所述的隧道初期支护的施工方法，其特征在于：所述隧道左右两半幅施工形成的隧道初期支护混凝土层在隧道顶部位置进行搭接，在搭接处填实后用模板支护、刮平，完成整个隧道轮廓的支护。
5.根据权利要求4所述的隧道初期支护的施工方法，其特征在于：所述支护模具的底部初始状态下与隧道底部接触，其侧部与钢拱架紧贴。
6.一种隧道初期支护的支护模具，包括模板，其特征在于：所述模板以隧道开挖面轮廓为运动轨迹移动，通过移动的支护模具与隧道开挖面共同配合形成用于成型隧道初期支护混凝土层的模腔。
7.根据权利要求6所述的一种隧道初期支护的支护模具，其特征在于：所述支护模具的侧部设有挡板，所述挡板、已成型支护层、支护模具和隧道开挖面共同围成模腔。
8.根据权利要求6或7所述的一种隧道初期支护的支护模具，其特征在于：所述模板的外表面为弧面结构。
9.根据权利要求8所述的一种隧道初期支护的支护模具，其特征在于：所述支护模具与隧道开挖面之间还设有钢筋网片和钢拱架。
10.根据权利要求9所述的一种隧道初期支护的支护模具，其特征在于：所述支护模具上设有缓冲装置，所述缓冲装置能够保证支护模具与钢拱架紧密贴合。
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