CN111502705A - 一种隧道钢板超前支护结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道钢板超前支护结构及方法。由于隧道采用矿山法施工时对地层的变形控制要求极为严格，采用钢板超前支护体系主要为浅埋软弱地质段(淤泥地层、黏土层、砂卵石层、砂土层、回填土层等)提供更为有效的超前支护，严格控制地层变形，保障施工安全，同时方便施工。本发明在矿山法隧道开挖前，沿隧道断面外轮廓线布置反向邻接的拉森钢板，钢板与钢板之间紧扣咬合连接，为后续开挖作业提供安全可靠的操作空间。该隧道钢板超前支护方法由拉森钢板连接形成连续、刚性、密闭的超前支护(水平方向)方法，对隧道拱部无自稳能力的软弱地层形成可靠支撑，且保证了整个支护系统的防水效果，该方法施工简单经济、安全性高、方便易操作，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程结构技术领域，具体涉及一种隧道钢板超前支护结构及方法。
背景技术
随着城市轨道交通的迅速发展，出入口通道或风道等隧道结构经常面临需下穿重要交通道路或者无法改迁的重要管线的情况，而必须采用矿山法施工。矿山法施工对隧道地层的变形控制要求极高，且施工前由于交通道路的修建以及重要管线的埋设，导致土体结构遭到破坏，隧道施工中伴随着拱顶回填土或无自稳能力的砂层等施工难题。因此，超前支护措施的选择在矿山法施工时显得尤为重要。
目前矿山法超前支护方式主要有长管棚(Φ108，t＝6mm的热轧无缝钢管)或者超前小导管(Φ42，t＝3.5mm)两种超前支护方式，管状材料按照一定间距配合注浆来实现。现场施工经验表明，这种结构在一般的粘性土、粉土、砂层中均有一定效果，但在无自稳能力的软弱地层(淤泥地层、黏土层、砂卵石层、砂土层、回填土层等)，长管棚、超前小导管等传统的支护方式由于不能形成密闭的支护体系，难以对隧道拱部的软弱地层形成有效超前水平支护，且止水效果不佳，影响施工安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种隧道钢板超前支护结构及方法，对隧道拱部的软弱地层形成有效支护，提高止水效果，减少影响施工安全的因素。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种隧道钢板超前支护方法，在矿山法施工的隧道断面轮廓外进行测量放线，沿断面轮廓放线的走向布置反向邻接的拉森钢板，将拉森钢板打入软弱地层，相邻的拉森钢板与拉森钢板之间紧扣咬合连接成为一体。
所述拉森钢板的腹板厚度为10～15mm，有效宽度为400～600mm，有效高度130～170mm，长度为4～6m，拉森钢板打入端头(即嵌入土层中的一端)制作成楔形，楔形长度600mm。
使用拉森钢板打桩机沿放线位置正向、反向逐一交替布置拉森钢板。
采用拉森钢板打桩机打设拉森钢板前，在拉森钢板尾部下缘安装打设辅助工具，所述辅助工具包括门形轮廓的主体，主体的两条侧边末端为用于夹持拉森钢板侧边下缘的凹槽结构。由于隧道内作业空间狭小，操作不便，不能使用较大型打桩机施做，4～6米的拉森钢板在隧道内具备操作条件；另一方面，隧道超欠挖具有它的刚性要求，在拉森钢板尾部下缘安装打设辅助工具来辅助打设拉森钢板，可有效解决隧道超挖这一刚性问题。
在拉森钢板内缘安装钢拱架，与拉森钢板有效连接，起到支点作用。
所述拉森钢板每个循环搭接长度为1米，超前支护范围根据地质情况调整。
一种隧道钢板超前支护结构，包括多块相互连接的拉森钢板，多块所述拉森钢板沿隧道断面外轮廓布置。
相邻拉森钢板之间反向连接，即两块拉森钢板的凹陷处相对(或者说凹陷处的法线方向相反)。
相邻拉森钢板之间通过拉森钢板的侧边搭接，及相邻拉森钢板之间通过侧边直接紧密咬合，而不需要其它连接件。
相比于现有支护方法和支护结构，本发明在矿山法施工的隧道断面轮廓外进行测量放线，沿线布置反向邻接的拉森钢板，钢板与钢板之间紧扣咬合连接成为一体。本发明相对于现有支护方法其优势体现在以下方面：
1、本发明涉及的支护材料均为工地使用的常规材料，材料的规格尺寸均为常见类型，可在市场直接购买，且较为经济实惠；
2、本发明的超前支护由拉森钢板独立支护，形成连续、刚性、密闭的支护方法，对隧道拱部无自稳能力的软弱地层形成支撑作用，且具有良好的止水效果和施工安全保证，本发明保证了矿山法开挖的可实施性和安全性，并降低了现场施工风险；
3、本发明容易操作，方便现场施工实施。
附图说明
图1是本发明的隧道钢板超前支护方法布置以及矿山法施工开挖隧道断面相对位置关系示意图；
图2是本发明的拉森钢板超前支护体系细部结构截面示意图及钢板的搭接方式示意图；
图3是本发明的拉森钢板的剖面图；
图4是打设拉森钢板辅助工具示意图；
图中：1-隧道断面，2-钢板，3-钢板咬合连接处，4-地表，5-软弱地层。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的实施方案进行详细说明，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明的隧道钢板超前支护方法包括以下步骤：
步骤一：在矿山法施工的隧道开挖断面1轮廓外进行测量放线，确定拉森钢板2打入位置，拉森钢板2打入位置沿开挖断面轮廓外0.2m处放线布置，放线可根据隧道地层调整半径，适用于半径为3m～8m的隧道。
步骤二：使用拉森钢板打桩机沿放线位置布置正向拉森钢板2，拉森钢板2打入地层外露0.5m。
步骤三：使用拉森钢板打桩机沿放线位置布置反向拉森钢板2，与前一拉森钢板紧2扣咬合连接，如图2中所示为连接处3，拉森钢板2打入地层外露0.5m。
步骤四：重复步骤二、步骤三，沿开挖断面轮廓外0.2m处放线位置布置路径和支护范围，打入其它拉森钢板2，完成拉森钢板2的超前支护。
步骤五：步骤四完成后，洞口段拉森钢板2打设完成后，在拉森钢板2内缘安装钢拱架与其紧密连接，起到支点稳定作用。
步骤六：步骤四完成后，洞身段拉森钢板2超前支护打设完成后，按设计循环进尺开挖支护，拉森钢板2外露部分与上一榀钢架采用楔块紧贴。
需要注意的是，上述步骤三中，采用拉森钢板打桩机打设拉森钢板2时，由于隧道存在超欠挖的刚性要求，无法常规作业，故采用辅助工具来打设拉森钢板2。辅助工具如图4所示，截面轮廓线呈门形，两条侧边上有凹槽结构，用于夹持拉森钢板2的两条侧边尾部下缘，以图2中3块拉森钢板2中间一块为例，使用时，将辅助工具开口向上，凹槽结构夹持在拉森钢板2的侧边尾部下缘，呈倒挂形式，将辅助工具倒挂在图2中3块拉森钢板2中间一块下方，这样可以通过抓手夹持辅助工具间接操作拉森钢板2，然后操作拉森钢板打桩机，避免超欠挖情况(如按照常规作业方式，由于拉森钢板2是一正一反连接的，没有足够的空间对拉森钢板2进行打设，会出现超挖或者欠挖情况，参考图1)。
如图1～图3所示，本发明的隧道钢板超前支护方法适用于浅埋暗挖隧道，该支护方法是一种利用拉森钢板2来实现无自稳能力软弱地层5的矿山法施工隧道超前支护结构的方法。本发明在隧道开挖前，在工作面对隧道断面1轮廓外放线，沿断面轮廓外放线布置反向邻接的拉森钢板2，拉森钢板2与拉森钢板2之间紧扣咬合连接成为一体。这种方法是在软弱地层5中采用拉森钢板2形成连续、刚性、密闭的支护方法，对隧道拱部无自稳能力的软弱地层5形成支撑，且保证了整个支护系统的防水效果，该方法施工简单经济、安全性高、方便易操作，具有广泛的应用价值。
采用拉森钢板超前支护作为隧道超前支护，较传统的小导管、管棚、预注浆等支护方法具有以下优势：
1.安全性：拉森钢板超前支护是连续、密封的支护方法，有效防止支护范围坍塌、掉块、片帮等情况，提高了施工安全性；
2.质量可靠性：拉森钢板超前支护是连续、密封的支护方法，有效控制了地下水的渗漏，也是一种止水方法，提高了隧道的结构质量；
3.经济性：较传统的超前小导管支护方法减少了注浆、超挖，节约成本，提高了经济效益；
4.时效性：较传统的超前小导管注浆支护方法省去了注浆凝结时间，拉森钢板打设完成后可立即进行开挖，节约时间，提高施工效率。
本发明的内容及相关参数不限于以上列举，本领域技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种隧道超前支护方法，其特征在于：在矿山法施工的隧道断面(1)轮廓外进行测量放线，沿断面轮廓放线的走向布置反向邻接的拉森钢板(2)，将拉森钢板(2)打入软弱地层(5)，相邻的拉森钢板(2)与拉森钢板(2)之间紧扣咬合连接成为一体。
2.根据权利要求1所述的一种隧道钢板超前支护方法，其特征在于：所述拉森钢板(2)的腹板厚度为10～15mm，有效宽度为400～600mm，有效高度130～170mm，长度为4～6m，拉森钢板(2)打入端头制作成楔形，楔形长度600mm。
3.根据权利要求1所述的一种隧道钢板超前支护方法，其特征在于：所述拉森钢板(2)每个循环搭接长度为1米，超前支护范围根据地质情况调整。
4.根据权利要求1所述的一种隧道钢板超前支护方法，其特征在于：使用拉森钢板打桩机沿放线位置正向、反向逐一交替布置拉森钢板(2)。
5.根据权利要求4所述的一种隧道钢板超前支护方法，其特征在于：采用拉森钢板打桩机打设拉森钢板(2)前，在拉森钢板(2)尾部下缘安装打设辅助工具，所述辅助工具包括门形轮廓的主体，主体的两条侧边末端为用于夹持拉森钢板(2)侧边下缘的凹槽结构。
6.根据权利要求1所述的一种隧道钢板超前支护方法，其特征在于：在拉森钢板(2)内缘安装钢拱架，与拉森钢板有效连接，起到支点作用。
7.一种隧道钢板超前支护结构，其特征在于：包括多块相互连接的拉森钢板(2)，多块所述拉森钢板(2)沿隧道断面(1)外轮廓布置。
8.根据权利要求7所述的一种隧道钢板超前支护结构，其特征在于：相邻拉森钢板(2)之间反向连接。
9.根据权利要求7所述的一种隧道钢板超前支护结构，其特征在于：相邻拉森钢板(2)之间通过拉森钢板(2)的侧边搭接。
10.根据权利要求7所述的一种隧道钢板超前支护结构，其特征在于：所述拉森钢板(2)下方与钢拱架相连。
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