CN111005741B - 一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置及方法，包括设于隧道内部破碎腰部的若干个呈环形的等直径的钢拱架，所述钢拱架均平行排列且均垂直于隧道径向，设于所述钢拱架上并与所述钢拱架连接的木板桥，木板桥呈弧形，木板桥的弧度与所述钢拱架的弧度相匹配，相邻两个钢拱架之间设有铁皮板，铁皮板呈弧形，铁皮板与木板桥相接触，铁皮板的弧度与木板桥的弧度相匹配，设于木板桥下方的封堵板，封堵板分别与木板桥下端和铁皮板下端密封连接。本发明具有如下有益效果：操作简单，实用性强，可以从根本上解决隧道腰部存在破碎时，TBM撑靴无法撑紧岩壁，无法为TBM提供前进推力的问题，为TBM快速通过断层破碎带保驾护航。
Description
技术领域
本发明涉及TBM在过断层破碎带地层时有关隧道腰部破碎支护的技术领域，尤其是涉及一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置及方法。
背景技术
敞开式全断面隧道掘进机（TBM）以其快速、高效、环保等优点，在山岭隧道以及地铁项目中得到了广泛的应用，和以往人工钻爆法相比，很大程度上提高了施工效率，也取得了良好的应用效果。但是，在TBM掘进过程中常常会遇到断层破碎带不良地质，尤其是在隧道腰部存在破碎情况时，TBM撑靴撑不住洞壁，无法为TBM提供前进推力，TBM不能顺利通过破碎地层，如果停机处理时间过长，很可能会造成TBM刀盘及护盾被卡的后果。因此，急需研究一种既能保证TBM在破碎地层不停机掘进，又对隧道腰部的破碎部位进行快速的加固措施。
目前，针对断层破碎地层TBM施工隧道腰部破碎，无法为撑靴提供掘进反力的问题，已将开展了很多研究并应用于施工现场。其中一种方法是在隧道腰部破碎坍塌处加垫方木，或者直接把方木固定在岩壁和撑靴之间，临时给TBM提供掘进反力，这种方法对于隧道腰部破碎坍塌不太严重时虽然能够起到一定的效果，但是这种方法也存在较大的隐患，可能会造成撑靴撑紧不稳的问题，从而造成TBM掘进时较大的晃动，从而发生较大的安全事故；还有研究是通过采取在腰部破碎位置直接喷射混凝土的方法进行加固，这种加固方式虽然比较简单，容易操作，但存在一个致命的缺点就是直接喷射的混泥土不够密实，撑靴撑紧的过程中很容易造成二次破坏，从而导致TBM被迫停机重新处理通过，这不仅浪费了时间，很有可能会造成TBM停机被卡的风险。本研究基于TBM在引松供水工程以及在云南高黎贡山铁路隧道工程掘进过程中经历断层破碎带的情形，结合以上专利的优点和不足，经过创新设计了一种用于破碎地层的隧道腰部支护方法，经过现场使用，获得了良好的效果。
发明内容
本发明为了克服现有技术中断层破碎地层TBM施工隧道腰部破碎，无法为撑靴提供掘进反力的问题，提出了一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置，包括设于隧道内部破碎腰部的若干个呈环形的等直径的钢拱架，所述钢拱架均平行排列且均垂直于隧道径向，设于所述钢拱架上并与所述钢拱架连接的木板桥，木板桥呈弧形，木板桥的弧度与所述钢拱架的弧度相匹配，每相邻两个钢拱架之间均设有铁皮板，所述铁皮板呈弧形，所述铁皮板均与木板桥相接触，铁皮板的弧度与木板桥的弧度相匹配，设于各个铁皮板下方的封堵板，封堵板分别与木板桥下端和对应铁皮板下端密封连接。
作为优选，所述木板桥包括若干块相同的木模板，所述木模板呈矩形，各个木模板均沿钢拱架内环均匀排列，各个木模板均与隧道径向平行，各个木模板均连接n个钢拱架，n≥2，则需要的铁皮板为n-1块，封堵板为n-1块。
作为优选，所述木板桥位于隧道破碎腰部的破碎面上，各个木模板上均设有绑扎孔，各个木模板均通过绑扎孔用铁丝固定在对应的钢拱架上。
作为优选，所述铁皮板的上下两端分别与木板桥的上下两端对应固定连接。
作为优选，各个木模板之间及各个木模板与对应钢拱架连接的部分均使用密封胶封堵。
作为优选，所述钢拱架为HW100的H型钢或HW150的H型钢。
一种基于用于破碎地层的隧道腰部的支护装置的方法，包括以下步骤：
（6-1）在隧道内破碎的腰部出露TBM护盾后，根据破碎程度立即支护钢拱架；
（6-2）将各个木模板用铁丝绑扎在对应的钢拱架上，绑扎顺序为从隧道底部向隧道顶部的方向，形成木板桥；
（6-3）将铁皮板从木板桥上端插入至木板桥的下端，并将铁皮板的上下端分别固定在木板桥的上下端上；
（6-4）将木板桥下端与铁皮板下端形成的空隙用封堵板进行密封封堵；
（6-5）将各个木模板之间的接缝、各个木模板与钢拱架连接处密封封堵；
（6-6）从铁皮板上方用混凝土进行浇筑；
（6-7）浇筑的混凝土在TBM进行掘进时养护，养护时间和掘进速度相匹配；
（6-8）养护完成后，将木模板、铁皮板、封堵板进行拆除，保证TBM顺利掘进。
作为优选，步骤（6-6）采用分段立模分段浇筑的方式；每层浇筑高度不大于2米；上层浇筑在下层混凝土初凝前进行。
本发明所使用的钢拱架为HW100的H型钢，或者HW150的H型钢，具体根据地层的破碎程度确定，一般采用HW100的H型钢，且拱架间距为1.5m；若出露护盾围岩比较破碎，则使用HW150的H型钢，且拱架间距为0.75m。木模板每块的尺寸长3~4m，宽20~30cm，厚10~20cm，木模板之间以及木模板与钢拱架之间均通过铁丝固定。密封胶为遇水膨胀止水带，具有较好的防止水泥渗漏的效果。所使用的混凝土为早强混泥土，其中添加有无机纳米材料和玻璃纤维，可以提高混凝土的抗压与抗拉强度。
因此，本发明具有如下有益效果：
本发明操作简单，实用性强，可以从根本上解决隧道腰部存在破碎时，TBM撑靴无法撑紧岩壁，无法为TBM提供前进推力的问题，为TBM快速通过断层破碎带保驾护航。
附图说明
图1是本发明的支护装置的一种结构示意图。
图中，钢拱架1，铁皮板2，封堵板3，木模板4，绑扎孔5，隧道6。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：
如图1所示的装置是一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置，包括设于隧道内部破碎腰部的若干个呈环形的等直径的钢拱架1，所述钢拱架均平行排列且均垂直于隧道径向，设于所述钢拱架上并与所述钢拱架连接的木板桥，木板桥呈弧形，木板桥的弧度与所述钢拱架的弧度相匹配，相邻两个钢拱架之间设有铁皮板2，铁皮板呈弧形，铁皮板与木板桥相接触，铁皮板的弧度与木板桥的弧度相匹配，设于木板桥下方的封堵板3，封堵板分别与木板桥下端和铁皮板下端密封连接。木板桥包括若干块相同的木模板4，所述木模板呈矩形，各个木模板均沿钢拱架内环均匀排列，各个木模板均与隧道径向平行，各个木模板均连接n个钢拱架，n≥2。木板桥位于隧道6破碎腰部的破碎面上，各个木模板上均设有绑扎孔5，各个木模板均通过绑扎孔用铁丝固定在对应的钢拱架上。
实施例1
TBM施工时，隧道腰部破碎围压出露护盾2min进行立拱工作，所使用钢拱架为HW100的H型钢，钢拱架间距为1.5m，使用3个钢拱架；使用长度为3.2m、宽20cm、厚为10cm的木模板，通过铁丝将每块木模板以及木模板与钢拱架之间进行绑扎，绑扎顺序为从隧道底部向隧道顶部的方向，形成木板桥，木板桥的绑扎高度为2.5m；然后将2.8m长、1.4m宽的铁皮板2块从木模板上端插入下端，一个钢拱架的间隔内插入一块铁皮板，并将上下两端长出的各10公分铁皮撑紧固定在木模板上，以保证灌注混凝土表面的平整；将木模板底部位置用两个长各1.5m、宽和厚各10cm的方木封堵，一个钢拱架的间隔放置一个封堵板，同时用密封止水胶带将钢拱架以及木模板周边的孔隙进行封堵，防止漏浆；采用添加过无机纳米材料与玻璃短纤维的C25混凝土先浇筑第一层高度为2m的混凝土，待第一层混凝土初凝前继续浇筑第二层高度为0.5m的混泥土，全部浇筑完毕后养护2天后拆模，TBM撑靴正好到达破碎位置，强度复合撑紧要求，保证了TBM的顺利掘进。
实施例2
TBM施工时，隧道腰部破碎围压出露护盾1min进行立拱工作，所使用钢拱架为HW150的H型钢，拱架间距为0.75m，使用4个钢拱架；使用长度为2.5m、宽25cm、厚为15cm的木模板，通过铁丝将每块木模板以及木模板与钢拱架之间进行绑扎，绑扎顺序为从隧道底部向隧道顶部的方向，木模板绑扎高度为3 m；然后将3.2m长、0.75m宽的薄铁皮3块从模板上端插入下端，分别插入3个钢拱架间隔，并将上下两端长出的各10公分铁皮撑紧固定在木模板上，以保证灌注混凝土表面的平整；将木模板底部位置用3个长各0.75m、宽和厚各10cm的方木封堵，同时用密封止水胶带将拱架以及模板周边的孔隙进行封堵，防止漏浆；采用添加过无机纳米材料与玻璃短纤维的C25混凝土先浇筑第一层高度为2m的混凝土，待第一层混凝土初凝前继续浇筑第二层高度为1 m的混泥土，全部浇筑完毕后养护3天后拆模，TBM撑靴正好到达破碎位置，强度复合撑紧要求，保证了TBM的顺利掘进。
实施例3
TBM施工时，隧道腰部破碎围压出露护盾1min进行立拱工作，所使用拱架为HW150的H型钢，拱架间距为0.75m，使用5个钢拱架；使用长度为3.2m、宽30cm、厚为20cm的木模板，通过铁丝将每块木模板以及木模板与钢拱架之间进行绑扎，绑扎顺序为从隧道底部向隧道顶部的方向，形成木板桥，木板桥绑扎高度为4 m；然后将4.2m长、0.74m宽的薄铁皮4块从模板上端插入下端，分别插入4个间隔，并将上下两端长出的各10公分铁皮撑紧固定在木模板上，以保证灌注混凝土表面的平整；将木模板底部位置用4个长各0.75m、宽和厚各10cm的方木封堵，同时用密封止水胶带将拱架以及模板周边的孔隙进行封堵，防止漏浆；采用添加过无机纳米材料与玻璃短纤维的C25混凝土先浇筑第一层高度为2m的混凝土，待第一层混凝土初凝前继续浇筑第二层高度为2 m的混泥土，全部浇筑完毕后养护3天后拆模，TBM撑靴正好到达破碎位置，强度复合撑紧要求，保证了TBM的顺利掘进。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种用于破碎地层的隧道腰部的支护装置，其特征是，包括设于隧道内部破碎腰部的若干个呈环形的等直径的钢拱架（1），所述钢拱架均平行排列且均垂直于隧道径向，设于所述钢拱架上并与所述钢拱架连接的木板桥，木板桥呈弧形，木板桥的弧度与所述钢拱架的弧度相匹配，每相邻两个钢拱架之间均设有铁皮板（2），所述铁皮板呈弧形，所述铁皮板均与木板桥相接触，所述铁皮板的弧度与木板桥的弧度相匹配，设于各个铁皮板下方的封堵板（3），封堵板分别与木板桥下端和对应铁皮板下端密封连接；所述木板桥 包括若干块相同的木模板（4），所述木模板呈矩形，各个木模板均沿钢拱架内环均匀排列， 各个木模板均与隧道径向平行，各个木模板均连接n个钢拱架，n≥2，则需要的铁皮板为n-1 块，封堵板为n-1块；所述木板桥 位于隧道（6）破碎腰部的破碎面上，各个木模板上均设有绑扎孔（5），各个木模板均通过绑 扎孔用铁丝固定在对应的钢拱架上；所述铁皮板 的上下两端分别与木板桥的上下两端对应固定连接；各个木模板 之间及各个木模板与对应钢拱架连接的部分均使用密封胶封堵；
基于所述的用于破碎地层的隧道腰部的支护装置的方法，包括以下步骤： （6-1）在隧道内破碎的腰部出露TBM护盾后，根据破碎程度立即支护钢拱架； （6-2）将各个木模板用铁丝绑扎在对应的钢拱架上，绑扎顺序为从隧道底部向隧道顶 部的方向，形成木板桥； （6-3）将铁皮板从木板桥上端插入至木板桥的下端，并将铁皮板的上下端分别固定在 木板桥的上下端上 （6-4）将木板桥下端与铁皮板下端形成的空隙用封堵板进行密封封堵； （6-5）将各个木模板之间的接缝、各个木模板与钢拱架连接处密封封堵； （6-6）从铁皮板上方用混凝土浇筑； （6-7）浇筑的混凝土在TBM进行掘进时养护，养护时间和掘进速度相匹配；（6-8）养护完成后，将木模板、铁皮板、封堵板进行拆除，保证TBM顺利掘进。
2.根据权利要求1所述的用于破碎地层的隧道腰部的支护装置的方法，其特征是，步骤（6-6）采用分段立模分段浇筑的方式，每层浇筑高度不大于2米；上层浇筑在下层混凝土初凝前进行。
3.根据权利要求1所述的用于破碎地层的隧道腰部的支护装置，其特征是，所述钢拱架为HW100的H型钢或HW150的H型钢。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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