CN111648791A - 一种隧道的开挖支护结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隧道的开挖支护结构及施工方法，一种隧道的开挖支护结构，包括外层支撑和内层支撑，所述外层支撑包括可调节的外层底板和可调节的外层拱形支撑，所述内层支撑包括内层底板和内层拱形支撑，外层支撑和内层支撑之间形成一个夹层空间；还提供了一种施工方法，其包括：安装外层底板，安装外层拱形支撑，形成混凝土临时支撑层，安装内层支撑，形成混凝土永久加固层等步骤。该发明安装比较简单，有利于工程施工快速开展，适应性强，具有经济优势，还能够较好地控制支撑结构变形的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道的开挖支护结构及施工方法。
背景技术
对于地质条件较好的大断面隧道，一般采取全面开挖的方法，对于地质条件较差的大断面隧道，往往采用台阶法或者分部开挖法，在开挖过程中都需要采取支护结构，阻止隧道壁的垮塌和变形，还要控制好支护结构变形对已有地面建筑物带来的不利影响。然而，现有的一些支护结构普遍存在安装困难、支护结构适应性不强以及存在无法有效控制变形的问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种隧道的开挖支护结构及施工方法，其解决了现有技术中存在的安装困难、支护结构适应性不强以及存在无法有效控制变形的问题。
根据本发明的实施例，一种隧道的开挖支护结构，包括外层支撑和内层支撑，所述外层支撑包括外层底板和外层拱形支撑，所述内层支撑包括内层底板和内层拱形支撑；
所述外层底板包括第一底板、第二底板和第三底板，所述第一底板底部设置有第一滚轮，所述第二底板底部设置有第二滚轮，所述第三底板底部设置有第三滚轮，所述第二底板两端分别可拆卸地与所述第一底板和所述第三底板连接，所述第一底板上还设置有第一安装支架，所述第二底板上还设置有第二安装支架，所述第三底板上还设置有第三安装支架；
所述外层拱形支撑包括左连接板、右连接板、左拱形板、右拱形板和接口拱形板，所述左连接板下端与所述第一底板可拆卸连接，所述左连接板上端与所述左拱形板下端铰接，所述右连接板下端与所述第三底板可拆卸连接，所述右连接板上端与所述右拱形板下端铰接，所述接口拱形板的两端分别与所述左拱形板的上端和所述右拱形板的上端铰接，所述左拱形板上设置有左安装架，所述右拱形板上设置有右安装架，所述接口拱形板上设置有顶部安装架；
所述内层底板安装在所述第一安装支架、第二安装支架和所述第三安装支架上，所述内层拱形支撑安装在所述左安装架、所述右安装架和所述顶部安装架上，所述外层支撑和内层支撑之间形成一个夹层空间。
相比于现有技术，该支护结构具有如下有益效果：
1、安装比较简单，有利于工程施工快速开展。通过将外层底板设置为第一底板、第二底板和第三底板，运输时便于运输，安装时将该三个底板连接在一起即可，该三块底板下部均设置有滚轮，便于连接时移动底板以及将底板组合在一起后调整到合适的位置，使底板处于隧道截面比较居中的位置；外层拱形支撑包括左连接板、右连接板、左拱形板、右拱形板和接口拱形板，该五块板连接在一起组成外层拱形支撑；总之，在搭建外层支撑时只是将以上各个板子相互连接即可，安装非常简单快速，有利于一边挖掘隧道一边快速搭建起临时支撑结构。
2、适应性强，进行简单变换就可以对一定直径范围内的隧道进行支撑，具有经济优势。通过将外层底板设置为第一底板、第二底板和第三底板，对于不同直径的隧道，只需选配合适宽度的第二底板，第一底板和第三底板不变，就能组装出与隧道匹配的外层底板；外层拱形支撑包括左连接板、右连接板、左拱形板、右拱形板和接口拱形板，通过选配合适高度的左连接板和右连接板，左拱形板、右拱形板和接口拱形板不变，就可以组装出合适尺寸的外层拱形支撑，一般来说，左连接板与右连接板为相同结构；因此，只需选配2至3块组成板件，就达到了调整外层支撑的目的，使得本发明的支护结构适应性强，比较经济。
另一方面，根据本发明实施例，还提供了一种施工方法，其包括：
安装外层底板：根据隧道底部宽度选配合适宽度的所述第二底板，将所述第一底板、所述第二底板和所述第三底板依次排布隧道底部，将所述第二底板的两端分别与所述第一底板和所述第三底板连接；
安装外层拱形支撑：根据隧道的截面大小选配合适高度的所述左连接板和所述右连接板，将所述外层底板、所述左连接板、所述右连接板、所述左拱形板、所述右拱形板和所述接口拱形板连接形成所述外层支撑；
形成混凝土临时支撑层：在所述外层支撑的前端面安装挡板，将所述外层支撑前端与隧道壁之间的开口挡住，从所述外层支撑的后端向所述外层支撑与所述隧道壁之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土临时支撑层；
安装内层支撑：将所述内层底板安装在所述第一安装支架、所述第二安装支架和所述第三安装支架上，将所述内层拱形支撑安装在所述左安装架、所述右安装架和所述顶部安装架上；
形成混凝土永久加固层:在所述外层支撑和所述内层支撑前端之间安装挡泥板，将所述外层支撑前端与所述内层支撑前端之间的开口挡住，向所述外层支撑与所述内层支撑之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土永久加固层。
通过以上施工方法，本发明具有如下有益效果：
既能快速支撑隧道，又能够较好地控制支撑结构变形的问题。通过快速安装好外层底板和外层拱形支撑，并向外层支撑与隧道壁之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土临时支撑层；以上工序比较快速方便，混凝土快速硬化，能临时支撑住隧道，保证隧道掘进施工的快速正常开展。通过安装内层支撑并向外层支撑与内层支撑之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土永久加固层，由于永久加固层的施工时间比较充裕，永久加固层施工得比较结实，就可以在以上双层结构的作用下有效地控制好支撑结构和隧道变形的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的支护结构的示意图。
图2为本发明实施例的支护结构的施工示意图。
图3为本发明实施例的外层底板的示意图。
图4为图3的A-A剖视示意图。
图5为图3的B-B剖视示意图。
图6为图3的C-C剖视示意图。
图7为本发明实施例的左连接板的主视图。
图8为本发明实施例的左连接板的右视图。
图9为本发明实施例的左拱形板的主视图。
图10为本发明实施例的左拱形板的右视图。
图11为本发明实施例的左拱形板和左连接板的连接状态示意图。
图12为本发明实施例的接口拱形板的主视图。
图13为本发明实施例的接口拱形板的右视图。
图14为本发明实施例的上一段支护结构的底板与下段支护结构的底板连接示意图。
上述附图中：10、第一底板；20、第二底板；30、第三底板；40、左连接板；50、左拱形板；60、接口拱形板；70、右拱形板；80、右连接板；91、内层拱形支撑；92、内层底板；101、第一架体；102、第一安装支架；103、第一挡板安装孔；104、第一滚轮；105、第一安装支耳；106、安装孔；107、安装边；108、第一翻边；201、第二架体；202、第二安装支架；203、第二挡板安装孔；204、第二滚轮；205、左安装边；206、右安装边；208、第二翻边；301、第三架体；302、第三安装支架；304、第三滚轮；305、第三安装支耳；306、第三安装边；308、第三翻边；401、固定孔；402、转轴孔；403、上咬合部；501、左安装架；502、下咬合部；503、第一转动咬合部；601、顶部安装架；602、第二转动咬合部；603、第三转动咬合部；100、隧道壁；200、混凝土临时支撑层；300、混凝土永久加固层；400、外层支撑；500、内层支撑；600、连接块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
如图1-2所示，本发明实施例提出了一种隧道的开挖支护结构，包括外层支撑400和内层支撑500，外层支撑400包括外层底板和外层拱形支撑，内层支撑500包括内层底板92和内层拱形支撑91；
如图1、图3，外层底板包括第一底板10、第二底板20和第三底板30，第一底板10底部设置有第一滚轮104，第二底板20底部设置有第二滚轮204，第三底板30底部设置有第三滚轮304。
如图3，第二底板20两端具有左安装边205和右安装边206，第一底板10上有安装边107，第三底板30上有第三安装边306，左安装边205和安装边107用螺栓连接，右安装边206和第三安装边306螺栓连接，实现了第二底板20分别可拆卸地与第一底板10和第三底板30连接，达到了通过选取不同宽度的第二底板20而第一底板10和第三底板30不变即可变化出不同宽度的外层底板，以适应不同直径的隧道。
如图3-6，第一底板10上还设置有第一安装支架102，第一安装支架102与第一架体101一体成型，端面上设置有第一挡板安装孔103，内设螺纹，便于用螺钉安装挡板，第一架体101左端还有第一安装支耳105，安装支耳上有安装孔106；第二底板20上还设置有第二安装支架202，第二安装支架202与第二架体201一体成型，前端还设置有第二挡板安装孔203；第三底板30上还设置有第三安装支架302，第三安装支架302与第三架体301一体成型，其右端还设置有第三安装支耳305。
如图4-6，第一架体101前后端均翘曲形成第一翻边108，第二架体201前后端均翘曲形成第二翻边208，第三架体301前后端均翘曲形成第三翻边308；如图14，当前一段支护结构搭建施工完成后，继续向前推进搭建下一段支护结构，需要将两端支护结构连接起来，本发明是采用连接块600将前一段支护结构的外层底板的翻边和后一段支护结构的外层底板的翻边连接在一起，图14展示的是前一段支护结构的第一架体101与下一段支护结构的第一架体101连接的示意图，连接块600的凹槽勾住两个翻边，这种机构连接非常简单且便于调整。
如图1，外层拱形支撑包括左连接板40、右连接板80、左拱形板50、右拱形板70和接口拱形板60，左连接板40和右连接板80具有相同结构，左拱形板50和右拱形板70具有相同结构。
如图1、图3、图7-8，左连接板40下端有固定孔401，螺栓将固定孔401与安装孔106连接，从而使得左连接板40与第一底板10可拆卸连接，左连接板40上端设置有上咬合部403，还有转轴孔402,如图9-13，左拱形板50下端设置有下咬合部502，上端有第一转动咬合部503，左拱形板50上设置有左安装架501，右拱形板70上设置有右安装架，接口拱形板60上设置有顶部安装架601，如图11，上咬合部403和下咬合部502呈犬牙交错状咬合在一起，上咬合部403和下咬合部502之间以转轴连接形成可转动的铰链结构。犬牙交错状咬合一是连接强度比较大，而是连接处缝隙小，对岩体的支撑比较好。
同理，如图1、图12、图13，右连接板80下端与第三底板30可拆卸连接，右连接板80上端与右拱形板70下端铰接，接口拱形板60的第二转动咬合部602与左拱形板50的上端第一转动咬合部503连接。接口拱形板60的第三转动咬合部603和右拱形板70的上端铰接。
如图1，内层底板92通过螺钉安装在第一安装支架102、第二安装支架202和第三安装支架302上，内层拱形支撑91安装在左安装架501、右安装架和顶部安装架601上，内层底板92一般由多块钢板现场焊接而成，内层拱形支撑91也由多块钢板焊接而成，一般是先将各块钢板固定在上述安装支架或安装架上后，再将之间缝隙用补缝板焊接在一起形成一个大的完整的钢板结构。
另一方面，本发明实施例还提供了一种施工方法，包括如下步骤：
安装外层底板：根据隧道底部宽度选配合适宽度的所述第二底板20，将第一底板10、第二底板20和第三底板30依次排布隧道底部，将第二底板20的两端分别与第一底板10和第三底板30连接；
安装外层拱形支撑：根据隧道的截面大小选配合适高度的左连接板40和右连接板80，将外层底板、左连接板40、右连接板80、左拱形板50、右拱形板70和接口拱形板60连接形成外层支撑400；
形成混凝土临时支撑层200：在外层支撑400的前端面安装挡板，将外层支撑400前端与隧道壁之间的开口挡住，从外层支撑400的后端向外层支撑400与所述隧道壁100之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土临时支撑层200，一般采用快速凝固混凝土，可选择向混凝土里面掺入了1％～2％的氯化钙，来提高混凝土的凝固速度。
安装内层支撑500：将内层底板92安装在第一安装支架102、第二安装支架202和第三安装支架302上，将内层拱形支撑91安装在左安装架501、右安装架和顶部安装架601上；内层底板92一般由多块钢板现场焊接而成，内层拱形支撑91也由多块钢板焊接而成，一般是先将各块钢板固定在上述安装支架或安装架上后，再将之间缝隙用补缝板焊接在一起形成一个大的完整的钢板结构。
形成混凝土永久加固层300:在外层支撑400和内层支撑500前端之间安装挡泥板，将外层支撑400前端与内层支撑500前端之间的开口挡住，向外层支撑400与内层支撑500之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土永久加固层300，优选地，混凝土永久加固层300采用钢纤维混凝土，以加强其强度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种隧道的开挖支护结构，其特征在于，包括外层支撑(400)和内层支撑(500)，所述外层支撑(400)包括外层底板和外层拱形支撑，所述内层支撑(500)包括内层底板(92)和内层拱形支撑(91)；
所述外层底板包括第一底板(10)、第二底板(20)和第三底板(30)，所述第一底板(10)底部设置有第一滚轮(104)，所述第二底板(20)底部设置有第二滚轮(204)，所述第三底板(30)底部设置有第三滚轮(304)，所述第二底板(20)两端分别可拆卸地与所述第一底板(10)和所述第三底板(30)连接，所述第一底板(10)上还设置有第一安装支架(102)，所述第二底板(20)上还设置有第二安装支架(202)，所述第三底板(30)上还设置有第三安装支架(302)；
所述外层拱形支撑包括左连接板(40)、右连接板(80)、左拱形板(50)、右拱形板(70)和接口拱形板(60)，所述左连接板(40)下端与所述第一底板(10)可拆卸连接，所述左连接板(40)上端与所述左拱形板(50)下端铰接，所述右连接板(80)下端与所述第三底板(30)可拆卸连接，所述右连接板(80)上端与所述右拱形板(70)下端铰接，所述接口拱形板(60)的两端分别与所述左拱形板(50)的上端和所述右拱形板(70)的上端铰接，所述左拱形板(50)上设置有左安装架(501)，所述右拱形板(70)上设置有右安装架，所述接口拱形板(60)上设置有顶部安装架(601)；
所述内层底板(92)安装在所述第一安装支架(102)、第二安装支架(202)和所述第三安装支架(302)上，所述内层拱形支撑(91)安装在所述左安装架(501)、所述右安装架和所述顶部安装架(601)上，所述外层支撑(400)和内层支撑(500)之间形成一个夹层空间。
2.如权利要求1所述的一种隧道的开挖支护结构，其特征在于，所述第一底板(10)、所述第二底板(20)和所述第三底板(30)前端均设置有挡板安装孔。
3.如权利要求2所述的一种隧道的开挖支护结构，其特征在于，所述第一底板(10)、所述第二底板(20)和所述第三底板(30)三者的前端和后端均设置有翻边。
4.如权利要求3所述的一种隧道的开挖支护结构，其特征在于，所述左连接板(40)上端设置有上咬合部(403)，所述左拱形板(50)下端设置有下咬合部(502)，所述上咬合部(403)和所述下咬合部(502)呈犬牙交错状咬合在一起，所述上咬合部(403)和所述下咬合部(502)之间以转轴连接形成可转动的铰链结构。
5.一种施工方法，其特征在于，采用了如权利要求1所述的一种隧道的开挖支护结构，包括如下步骤：
安装外层底板：根据隧道底部宽度选配合适宽度的所述第二底板(20)，将所述第一底板(10)、所述第二底板(20)和所述第三底板(30)依次排布隧道底部，将所述第二底板(20)的两端分别与所述第一底板(10)和所述第三底板(30)连接；
安装外层拱形支撑：根据隧道的截面大小选配合适高度的所述左连接板(40)和所述右连接板(80)，将所述外层底板、所述左连接板(40)、所述右连接板(80)、所述左拱形板(50)、所述右拱形板(70)和所述接口拱形板(60)连接形成所述外层支撑(400)；
形成混凝土临时支撑层(200)：在所述外层支撑(400)的前端面安装挡板，将所述外层支撑(400)前端与隧道壁之间的开口挡住，从所述外层支撑(400)的后端向所述外层支撑(400)与所述隧道壁之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土临时支撑层(200)；
安装内层支撑(500)：将所述内层底板(92)安装在所述第一安装支架(102)、所述第二安装支架(202)和所述第三安装支架(302)上，将所述内层拱形支撑(91)安装在所述左安装架(501)、所述右安装架和所述顶部安装架(601)上；
形成混凝土永久加固层(300):在所述外层支撑(400)和所述内层支撑(500)前端之间安装挡泥板，将所述外层支撑(400)前端与所述内层支撑(500)前端之间的开口挡住，向所述外层支撑(400)与所述内层支撑(500)之间的空间注入混凝土，从而形成混凝土永久加固层(300)。
6.如权利要求5所述的一种施工方法，其特征在于，所述混凝土临时支撑层(200)的混凝土里面掺入了1％～2％的氯化钙。
7.如权利要求6所述的一种施工方法，其特征在于，所述混凝土永久加固层(300)采用钢纤维混凝土。
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2020
- 2020-06-16 CN CN202010545950.8A patent/CN111648791B/zh active Active
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