CN111425226A - 一种软土隧道超前拱脚基础及拱脚支撑方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种软土隧道超前拱脚基础及拱脚支撑方法,包括沿隧道开挖方向延伸的支撑梁构件,所述支撑梁构件能够在隧道开挖前预置于隧道的土壤中,所述支撑梁构件与隧道的相对位置被设置为:支撑梁构件处于隧道开挖后,待支撑的钢拱架拱脚的正下方;所述支撑梁构件能够依次固定连接多榀钢拱架的拱脚,以将多榀钢拱架的拱脚与支撑梁构件组合形成整体的受力结构。
Description
技术领域
本公开属于隧道施工技术领域,具体涉及一种软土隧道超前拱脚基础及拱脚支撑方法。
背景技术
目前,隧道施工过程中初期支护通常采用钢拱架支撑,每榀钢拱架按照隧道开挖先后顺序采用分段连接形式,钢拱架连接处采用锁脚锚杆进行加固。
发明人了解到,软土隧道周围地层条件较差,围岩变形较大,特别是存在应力集中的拱脚位置,由于隧道开挖的时空效应,施工过程中往往不能很好地控制围岩变形,而且软土隧道中锁脚锚杆加固作用有限,从而出现钢拱架下沉等问题,因此应采用合理的结构形式,保证隧道结构的稳定。
当前,隧道钢拱架拱脚位置处通常采用锁脚锚杆注浆加固的形式或者采用增设大拱脚等方法,但这些方法通常是在隧道开挖后采用,上述方法仍会存在钢拱架下沉、不稳固、安全性差和施工过程复杂等问题。
发明内容
本公开的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种软土隧道超前拱脚基础及拱脚支撑方法,能够在隧道开挖前进行拱脚基础的预置,利用预置的拱脚基础实现钢拱架拱脚的临时支撑,解决单纯采用锁脚锚杆时,钢拱架下沉的问题。
为实现上述目的,本公开的第一方面提供一种软土隧道超前拱脚基础,包括沿隧道开挖方向延伸的支撑梁构件,所述支撑梁构件能够在隧道开挖前预置于隧道的土壤中,所述支撑梁构件与隧道的相对位置被设置为:支撑梁构件处于隧道开挖后,待支撑的钢拱架拱脚的正下方;所述支撑梁构件能够依次固定连接多榀钢拱架的拱脚,以将多榀钢拱架的拱脚与支撑梁构件组合形成整体的受力结构。
作为第一方面的进一步改进,所述支撑梁构件包括钢管,钢管中固定套设有钢梁,所述钢管每隔设定距离设置一个槽口,槽口处暴露的钢梁能够连接该位置处钢拱架的拱脚,槽口沿钢管的分布位置与多榀钢拱架中相邻拱脚之间的距离相适配。
本公开的第二方面提供一种软土隧道开挖用拱脚支撑方法,包括以下步骤:
软土隧道土体开挖前,利用水平定向钻在钢拱架临时拱脚位置进行全线超前钻孔;
超前钻孔完成后,将拱脚基础放置在钻孔内;
预置拱脚基础后,方可进行隧道开挖,每开挖一榀支护一榀;
架设钢拱架时,采用钢拱架的拱脚通过连接件与拱脚预置基础固定,以实现初期支护。
以上一个或多个技术方案的有益效果:
采用超前钻孔的预置拱脚基础,在隧道开挖及钢拱架架设之前就进行拱脚基础的预置,拱脚基础贯穿隧道的开挖方向,单独一个拱脚位置隧道底壁处的岩土超挖、破碎下陷不会影响整个拱脚基础相对于隧道的位置,拱脚基础能够实现钢拱架拱脚的有效支撑。
同时,预置的拱脚基础将多榀钢拱架拱脚相连接以形成整体结构,提高钢拱架结构的整体性和稳定性,大大降低钢拱架下沉的问题。
采用钢管与钢梁的组合以形成支撑梁构件,将钢管套设在钢梁的外部,钢管的横截面形状与钻孔的横截面形状都是圆形,便于实现支撑梁构件在钻孔完成后的置入过程;同时,在钢管的侧壁每隔一定距离开设槽口,能够利用槽口处的钢梁实现钢拱架拱脚的连接固定,避免钢管外圆侧面不便于固定拱脚的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的限定。
图1为本公开实施例中钢管与工字钢连接的截面图;
图2为本公开实施例中钢管与工字钢在槽口处的截面图;
图3为本公开实施例中钢管上开设槽口的轴测图;
图4为本公开实施例中工字钢中两翼缘板分别与钢拱架端部固定的示意图;
图5为本公开实施例中台阶法施工时利用拱脚基础进行支撑的示意图。
图中:1、工字钢;2、钢管;201、槽口;3、连接钢板;4、钢拱架;401、钢拱架拱脚;5、螺母;6、螺栓孔;7、定位钢板;8、锁脚锚杆。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述,本公开中如果出现“上、下、左、右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本公开和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本公开的限制。
本实施例以三层台阶法为例,钢拱架自上而下包括上台阶部分、中台阶部分、下台阶部分,超前拱脚基础分别预置在上台阶、中台阶的两侧底部位置,工字钢和钢管的类型及尺寸可结合隧道围岩级别进行选择,拱脚基础采用螺栓的方式固定。
实施例1
如图1-4所示,本实施例一种软土隧道超前拱脚基础,包括沿隧道开挖方向延伸的支撑梁构件,所述支撑梁构件能够在隧道开挖前预置于隧道的土壤中,所述支撑梁构件与隧道的相对位置被设置为:支撑梁构件处于隧道开挖后,待支撑的钢拱架拱脚401的正下方。
具体的,本实施例中支撑梁构件指的是:能够向“梁”一样,沿设定方向延伸,且能够实现上部连接件支撑的构件。
所述支撑梁构件能够依次固定连接多榀钢拱架4的拱脚,以将多榀钢拱架的拱脚与支撑梁构件组合形成整体的受力结构。
需要指出的是,本实施例中支撑梁构件是用于实现钢拱架拱脚的临时支撑,采用台阶法施工时,完成当前台阶的开挖后,利用超前预置的支撑梁构件实现上部钢拱架的支撑,当上层台阶上方围岩初步变形完毕,沉降处于相对平稳的状态时,进行下一层台阶的开挖。下层台阶开挖后,上层台阶处的支撑梁构件会暴露在隧道空间中,在下层台阶开挖后,需要在下层架设新的钢支撑架,此时,上层台阶处暴露的支撑梁构件可以固定连接下层钢支撑架的顶端,以使得新架设的钢支撑架与原有的钢拱架形成一个整体。
即本公开附图5中所示的,以上层台阶开挖为例,钢拱架分为上下三层,分三次架设,上层钢拱架拱脚处的预置基础能够连接下层钢支撑架的顶端,使得多层钢架结构形成一个整体。
所述支撑梁构件包括钢管2,钢管2中固定套设有钢梁,所述钢管2每隔设定距离设置一个槽口201,槽口201处暴露的钢梁能够连接该位置处钢拱架的拱脚,槽口201沿钢管2的分布位置与多榀钢拱架中相邻拱脚之间的距离相适配。
需要指出的是,钢拱架拱脚、钢支撑架顶端与钢梁的固定可以采用螺栓连接,即在钢梁的侧面处以及钢拱架拱脚、钢支撑架顶端设置螺栓孔5,螺栓孔中设置有螺栓。
在一些实施方式中,钢拱架拱脚、钢支撑架顶端不便于设置螺栓孔的情况下,可以在其端部焊接一个连接钢板、连接钢板上设置有所述螺栓孔。螺栓孔5、螺栓与螺母6的配合实现固定连接。
具体的,本实施例中的槽口可以采用在钢管的外壁处沿着钢梁的边缘切割掉一部分结构后形成,槽口的尺寸可由本领域技术人员根据需要自行设置。
所述钢管2每隔设定距离开设有一个槽口201组件,所述槽口201组件包括两个关于钢管2轴线对称的所述槽口201。
具体的,为了满足上述的台阶法施工时,支撑梁构件固定上方钢拱架拱脚与下方钢支撑架顶端的需要,在同一位置开设两个对称的槽口,两个槽口的形状与尺寸可以相同,也可以不同。
所述槽口201处的钢梁外部设置有可拆卸的包覆件,所述钢管2的内腔能够灌注混凝土以增加强度,所述包覆件用于阻挡钢管2内腔的混凝土外流至钢梁位置。
具体的,本实施例中包覆件可以采用泡沫板,泡沫板套设在钢梁的外部且能够阻挡钢管中的混凝土;当需要利用槽口处钢梁连接钢拱架时,直接将泡沫板破拆即可。
本实施例中,在钢管内部灌注混凝土,凝固后的混凝土能够固定钢梁与钢管的相对位置,且增强支撑梁构件的整体结构强度。
在本实施例中,所述钢梁包括工字钢1,所述工字钢1嵌套设置在所述钢管2内部。
可以理解的是,因为工字钢具有一个腹板和两个相互平行的翼缘板,利用两个翼缘板能够分别实现上下两侧钢拱架拱脚或者下层钢支撑架顶端的固定。在另外一些实施方式中,横截面为回字形的箱形钢梁同样能够满足使用,但是其对于钢材的消耗相对较多。在满足使用要求的情况下,钢梁的结构形式可由本领域技术人员自行设置。
本实施例中,钢管包覆设置在钢梁的外部,可以理解的是,钢管的横截面一般为圆形,其拟合钻孔的横截面形状;在一些实施方式中,也可以将钢管的横截面设置成方形等正多边形,只要能够满足钢管与钻孔、钢梁的配合即可。
具体的,所述工字钢1与钢管2的内壁之间通过定位钢板7焊接固定。可以理解的是,在钢管中灌注混凝土之前,工字钢与钢管之间需要预先进行定位,因此利用焊接在二者之间的定位钢板7可以实现预先固定;焊缝厚度为5mm~8mm。
可以理解的,为了暴露槽口处的钢梁,定位钢板并非是通长焊接,需要在槽口处断开。
所述工字钢1中两个翼缘板分别暴露在同组槽口201组件的两个槽口201处。
可以理解的,在不使用工字钢时,其他结构形式的钢梁的两个侧面分别暴露在两个槽口处。
实施例2
如图5所示,本实施例提供一种软土隧道开挖用拱脚支撑方法,包括以下步骤:
步骤1,软土隧道土体开挖前,利用水平定向钻在钢拱架临时拱脚位置进行全线超前钻孔;所述钻孔的直径数值为第一数值;支撑梁构件中:垂直钻孔轴线的任一横截面轮廓的外切圆的直径为第二数值,第一数值大于第二数值。
步骤2,通过钢板7将工字钢1与钢管2连接组合成拱脚基础,焊缝厚度为5mm~8mm,为满足施工误差和后期拱脚基础高度调整,钢管管径要比孔径小1~3cm;
步骤3,钢板7并非通长焊接,须在工字钢预留螺栓钻孔处6断开,钢管在工字钢与钢拱架连接处沿着工字钢翼缘处切割掉外部钢管,为防止预留螺栓孔堵塞,工字钢在此处绑扎固定泡沫板。
步骤4,超前钻孔完成后,将拱脚基础的放置在孔内,随后管内注浆;
步骤5,预置拱脚基础后,方可进行隧道开挖,每开挖一榀支护一榀;
步骤6,架设钢拱架4之前,将拱脚基础工字钢1表面绑扎的泡沫板8清除;
步骤7,架设钢拱架4时,采用定位钢板7与钢拱架端部4焊接,再用螺栓5将定位钢板7与工字钢1连接,钢拱架接头按等强度加工。本实施例中,工字钢端头焊缝厚度h=5mm(腹板),h=9mm(翼缘);在其他实施方式中,此处焊缝的尺寸参数可由本领域技术人员自行设置。
步骤8,为提高拱脚加固效果,在拱脚基础1、2处向围岩内打设注浆锁脚锚杆8,同时填充钻孔内孔隙,进一步加固拱脚。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本公开的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,包括沿隧道开挖方向延伸的支撑梁构件,所述支撑梁构件能够在隧道开挖前预置于隧道的土壤中,所述支撑梁构件与隧道的相对位置被设置为:支撑梁构件处于隧道开挖后,待支撑的钢拱架拱脚的正下方;
所述支撑梁构件能够依次固定连接多榀钢拱架的拱脚,以将多榀钢拱架的拱脚与支撑梁构件组合形成整体的受力结构。
2.根据权利要求1所述的软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,所述支撑梁构件包括钢管,钢管中固定套设有钢梁,所述钢管每隔设定距离设置一个槽口,槽口处暴露的钢梁能够固定连接钢拱架的拱脚。
3.根据权利要求2所述的软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,所述钢管每隔设定距离开设有一个槽口组件,所述槽口组件包括两个关于钢管轴线对称的所述槽口。
4.根据权利要求2所述的软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,所述槽口处钢梁外部可拆卸设置有包覆件,所述钢管的内腔能够灌注混凝土以增加强度,所述包覆件用于阻挡钢管内腔的混凝土外流至钢梁位置。
5.根据权利要求2所述的软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,所述钢梁包括工字钢,所述工字钢嵌套设置在钢管内部。
6.根据权利要求5所述的软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,所述工字钢与钢管的内壁之间通过定位钢板焊接固定。
7.根据权利要求5所述的软土隧道超前拱脚基础,其特征在于,所述工字钢中两个翼缘板分别暴露在同组槽口组件的两个槽口处。
8.一种软土隧道开挖用拱脚支撑方法,其特征在于,包括以下步骤:
软土隧道土体开挖前,利用水平定向钻在钢拱架临时拱脚位置进行全线超前钻孔;
超前钻孔完成后,将拱脚基础放置在钻孔内;
预置拱脚基础后,方可进行隧道开挖,每开挖一榀支护一榀;
架设钢拱架时,采用钢拱架的拱脚通过连接件与拱脚预置基础固定。
9.根据权利要求8所述的软土隧道开挖用拱脚支撑方法,其特征在于,所述钻孔的直径数值为第一数值;支撑梁构件中:垂直钻孔轴线的任一横截面轮廓的外切圆的直径为第二数值,第一数值大于第二数值。
10.根据权利要求8所述的软土隧道开挖用拱脚支撑方法,其特征在于,采用台阶法开挖隧道时,钢拱架呈上下多层布设,所述拱脚基础能够实现当前架设钢拱架处拱脚的临时支撑,并能够固定连接上层钢拱架的拱脚与下层钢拱架底顶端。
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