CN112627861B - 悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构及其施工方法，涉及隧道开挖技术领域，初支结构包括：悬臂拱，其设置于最前面拱架至掌子面前方位置；锁脚锚管组件，各拱架的两边均设置有锁脚锚管组件，各锁脚锚管组件均包括多根对称设置于拱架两侧的锁脚锚管，且相互对称的两根锁脚锚管均固定连接；中间连接件，任意相邻两榀拱架二者相对的两个边均通过中间连接件连接，锁脚锚管组件关于中间连接件对称，各中间连接件的中部均设置开孔，各开孔内均设置有中管棚，且中管棚与其所对应的中间连接件固定连接，以使任意相邻两榀拱架均形成立体山型深锁脚加固结构。该初支结构能够控制初支变形，避免换拱问题，并防止掌子面拱顶滑塌。

Description

悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道开挖技术领域，特别是涉及一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构及其施工方法。

背景技术

某设计时速350公里的高速铁路双线隧道，全长7827.3m，分进口、1#横洞、2#横洞、斜井、出口5个工区组织施工，出口V级围岩段落，受田家沟断层等地质构造影响，节理裂隙发育，岩体破碎，裂隙面充填方解石脉，围岩自稳能力差。开挖后揭示，岩性为灰黑色砂质、炭质页岩，大部分呈薄～中厚层状，有明显挤压层状，非常破碎；部分岩体整体呈块状，局部破碎，不时有裂隙水出露，沿裂隙渗漏。

施工工法采用三台阶+临时仰拱，开挖预留变形量300mm。采用设计Vc复合式衬砌结构，拱架+超前小导管初支结构，拱脚采用锁脚锚管加固。每个循环开挖2榀拱架，进尺1.2m。

超前支护采用拱部160°φ42超前注浆小导管，长4.0m，纵向间距2.4m，每环根数50根，环向间距0.4m。

初支支护采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、全环拱架、拱架锁脚。

喷射混凝土：C25混凝土，拱部厚29cm、仰拱厚29cm。

锚杆：拱部140°范围内采用φ22组合中空注浆锚杆，边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，纵环向间距1.2×1.0m。

钢筋网：采用φ8钢筋网格，网格间距20×20cm。

全环拱架：采用I22a型钢钢架，间距0.6m。

拱架锁脚：在拱、墙脚位置设6组φ42锁脚锚管，每组2根，长4.5m。

该施工方法存在的缺陷主要有：掌子面拱顶易滑塌；初支结构易局部变形开裂、侵限，且局部变形开裂、侵限过大时需要进行换拱作业，换拱作业增加成本，影响施工进度，且安全风险高。

因此，如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构及其施工方法，以保障掌子面稳定，并防止初支沉降，控制收敛变形速率，提高初支质量，避免初支侵限、换拱问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构，包括：悬臂拱，其设置于最前面拱架至掌子面前方位置，且最前面所述拱架与所述掌子面之间的距离小于相邻两榀所述拱架之间的距离；锁脚锚管组件，各所述拱架的两边均设置有所述锁脚锚管组件，各所述锁脚锚管组件均包括多根对称设置于所述拱架两侧的锁脚锚管，且相互对称的两根所述锁脚锚管均固定连接；中间连接件，任意相邻的两榀所述拱架二者相对的两个边均通过所述中间连接件连接，所述锁脚锚管组件关于所述中间连接件对称，各所述中间连接件的中部均设置有开孔，各所述开孔内均设置有中管棚，且所述中管棚与其所对应的所述中间连接件固定连接，以使任意相邻两榀所述拱架均形成立体山型深锁脚加固结构。

优选地，各所述锁脚锚管组件均包括四根对称设置于所述拱架两侧的所述锁脚锚管，且相互对称的两个所述锁脚锚管均通过U型钢筋固定连接。

优选地，所述中管棚通过L型钢筋与所述中间连接件连接。

优选地，所述中间连接件采用工字钢制成。

优选地，所述锁脚锚管的直径为42mm，长度为4.5m，所述中管棚的直径为76mm，长度为9m。

本发明还提供一种所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构的施工方法，包括以下步骤：将所述拱架安装完成后，在最前面所述拱架至所述掌子面前方位置喷射混凝土形成所述悬臂拱；在拱脚和墙脚位置，每榀所述拱架在隧道开挖后两边各设一组所述锁脚锚管组件，并将每相邻两榀所述拱架的相邻的两边之间均用所述中间连接件连接，且在各所述中间连接件的中部均开设所述开孔，在各所述开孔内均设置中管棚，并将中管棚与其所对应的中间连接件固定连接，以使每相邻两榀所述拱架均形成所述立体山型深锁脚加固结构。

优选地，将所述拱架安装完成后，在最前面所述拱架至所述掌子面前方位置喷射倒三角形混凝土形成所述悬臂拱。

优选地，每次开挖后，先初喷50～80mm混凝土对破碎原岩进行封闭，以防止风化掉块。

优选地，每个循环开挖四榀所述拱架，进尺2.4m。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构悬臂拱结构包括：悬臂拱，其设置于最前面拱架至掌子面前方位置，且最前面拱架与掌子面之间的距离小于相邻两榀所述拱架之间的距离；锁脚锚管组件，各拱架的两边均设置有锁脚锚管组件，各锁脚锚管组件均包括多根对称设置于拱架两侧的锁脚锚管，且相互对称的两根锁脚锚管均固定连接；中间连接件，任意相邻的两榀拱架二者相对的两个边均通过中间连接件连接，锁脚锚管组件关于中间连接件对称，各中间连接件的中部均设置有开孔，各开孔内均设置有中管棚，且中管棚与其所对应的中间连接件固定连接，以使任意相邻两榀拱架均形成立体山型深锁脚加固结构。悬臂拱结构可有效防止掌子面拱顶破碎围岩滑塌，保证掌子面稳定，为下一个开挖循环钻孔作业人员提供安全保障环境。立体山型深锁脚加固初支结构，能够有效防止初支沉降，控制收敛变形速率，有效提高了初支质量，进而避免初支侵限、换拱问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的立体山型深锁脚加固结构施工方法示意图；

图2为本发明实施例中提供的悬臂拱施工方法示意图；

图3为本发明实施例中提供的立体山型深锁脚加固结构的第一角度示意图；

图4为本发明实施例中提供的立体山型深锁脚加固结构的第二角度示意图。

附图标记说明：1、悬臂拱；2、拱架；3、锁脚锚管；4、中间连接件；5、中管棚；6、U型钢筋；7、掌子面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够控制初支变形、防止掌子面拱顶滑塌的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构及其施工方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图4所示，本实施例提供一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构，包括：悬臂拱1，其设置于最前面拱架2至掌子面7前方位置，且最前面拱架2与掌子面7之间的距离小于相邻两榀拱架2之间的距离，本实施例中具体地，相邻两榀拱架之间的距离为0.6m，对应地，悬臂拱的长度大于0m小于0.6m；锁脚锚管组件，各拱架2的两边均设置有锁脚锚管组件，各锁脚锚管组件均包括多根对称设置于拱架2两侧的锁脚锚管3，且相互对称的两根锁脚锚管3均固定连接；中间连接件4，任意相邻的两榀拱架2二者相对的两个边均通过中间连接件4连接，锁脚锚管组件关于中间连接件4对称，各中间连接件4的中部均设置有开孔，各开孔内均设置有中管棚5，且中管棚5与其所对应的中间连接件4固定连接，以使任意相邻两榀拱架2均形成立体山型深锁脚加固结构。悬臂拱1结构可有效防止掌子面7拱顶破碎围岩滑塌，保证掌子面7稳定，为下一个开挖循环钻孔作业人员提供安全保障环境。立体山型深锁脚加固初支结构，能够有效防止初支沉降，控制收敛变形速率，有效提高了初支质量，进而避免初支侵限、换拱问题。

需要说明的是拱架2按照图1所示方式布置时，左右方向为拱架2的两边，前后方向为拱架2的两侧。

于本实施例中，各锁脚锚管组件均包括四根对称设置于拱架2两侧的锁脚锚管3，且相互对称的两个锁脚锚管3均通过U型钢筋6固定连接。

于本实施例中，中管棚5通过L型钢筋与中间连接件4连接。

于本实施例中，中间连接件4采用工字钢制成。

于本实施例中，锁脚锚管3的直径为42mm，长度为4.5m，中管棚5的直径为76mm，长度为9m。

本实施例还提供一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构的施工方法，包括以下步骤：将拱架2安装完成后，在最前面拱架2至掌子面7前方位置喷射混凝土形成悬臂拱1；在拱脚和墙脚位置，每榀拱架2在隧道开挖后两边各设一组锁脚锚管组件，并将每相邻两榀拱架2的相邻的两边之间均用中间连接件4连接，且在各中间连接件4的中部均开设开孔，在各开孔内均设置中管棚5，并将中管棚5与其所对应的中间连接件4固定连接，以使每相邻两榀拱架2均形成立体山型深锁脚加固结构。

于本实施例中，具体地，将拱架2安装完成后，在最前面拱架2至掌子面7前方位置喷射倒三角形混凝土形成悬臂拱1。

于本实施例中，为了防止风化掉块，每次开挖后，先初喷50～80mm混凝土对破碎原岩进行封闭。

于本实施例中，每个循环开挖四榀拱架2，进尺2.4m。每个循环开挖从两榀拱架2增加到四榀拱架2距离，每月施工进度从10～20m/月增加到60～70m/月，有效缩短了施工工期。

隧道整体施工工法同原设计方案，采用三台阶+临时仰拱，开挖预留变形量300mm。采用设计Vc复合式衬砌结构，拱架2+超前小导管喷射悬臂拱1初支结构，拱脚采用φ42锚管+φ76中管棚5立体山型深锁脚锚管加固。每个循环开挖4榀拱架2，进尺2.4m。

超前支护采用拱部160°范围内使用直径φ42超前注浆小导管，长4.0m，纵向间距2.4m，每环根数50根，环向间距0.4m。

每次开挖后，先初喷50～80mm混凝土对破碎原岩进行封闭，防止风化掉块。将拱架2安装完成后，在最前面拱架2至掌子面7前方位置喷射倒三角形混凝土，形成悬臂拱1(见图2)，防止拱部破碎围岩滑塌。

联合初期支护采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、全环拱架、拱架锁脚。

喷射混凝土：C25混凝土，拱部厚29cm、仰拱厚29cm。

锚杆：拱部140°范围内采用φ22组合中空注浆锚杆，边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，纵环向间距1.2×1.0m。

钢筋网：采用φ8钢筋网格，网格间距20×20cm。

全环拱架：采用I22a型钢钢架，间距0.6m。

拱架锁脚：在拱、墙脚位置，每榀拱架2在隧道开挖后两边各设1组φ42锁脚锚管组件，每组在拱架2两侧各2根，共4根φ42锁脚锚管3(长4.5m)，每相邻2榀拱架2之间用中间连接件4连接，在中间连接件4中间预先开孔中打1根直径φ76mm、长度9.0m中管棚5，每相邻两榀拱架2形成立体山型深锁脚加固结构。直径φ42锁脚锚管3采用U型钢筋6连接，直径φ76中管棚5深锁脚锚管3采用在纵向连接工字钢中部钻孔，用L型钢筋焊接牢固。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构，其特征在于，包括：

悬臂拱，其设置于最前面拱架至掌子面前方位置，且最前面所述拱架与所述掌子面之间的距离小于相邻两榀所述拱架之间的距离；

锁脚锚管组件，各所述拱架的两边均设置有所述锁脚锚管组件，各所述锁脚锚管组件均包括多根对称设置于所述拱架两侧的锁脚锚管，且相互对称的两根所述锁脚锚管均固定连接；

中间连接件，任意相邻的两榀所述拱架二者相对的两个边均通过所述中间连接件连接，所述锁脚锚管组件关于所述中间连接件对称，各所述中间连接件的中部均设置有开孔，各所述开孔内均设置有中管棚，且所述中管棚与其所对应的所述中间连接件固定连接，以使任意相邻两榀所述拱架均形成立体山型深锁脚加固结构；

各所述锁脚锚管组件均包括四根对称设置于所述拱架两侧的所述锁脚锚管，且相互对称的两个所述锁脚锚管均通过U型钢筋固定连接；

所述悬臂拱靠近所述掌子面的一端倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构，其特征在于，所述中管棚通过L型钢筋与所述中间连接件连接。

3.根据权利要求1所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构，其特征在于，所述中间连接件采用工字钢制成。

4.根据权利要求1所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构，其特征在于，所述锁脚锚管的直径为42mm，长度为4.5m，所述中管棚的直径为76mm，长度为9m。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述拱架安装完成后，在最前面所述拱架至所述掌子面前方位置喷射混凝土形成所述悬臂拱，所述悬臂拱靠近所述掌子面的一端倾斜设置；

在拱脚和墙脚位置，每榀所述拱架在隧道开挖后两边各设一组所述锁脚锚管组件，并将每相邻两榀所述拱架的相邻的两边之间均用所述中间连接件连接，且在各所述中间连接件的中部均开设所述开孔，在各所述开孔内均设置中管棚，并将中管棚与其所对应的中间连接件固定连接，以使每相邻两榀所述拱架均形成所述立体山型深锁脚加固结构。

6.根据权利要求5所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构的施工方法，其特征在于，将所述拱架安装完成后，在最前面所述拱架至所述掌子面前方位置喷射倒三角形混凝土形成所述悬臂拱。

7.根据权利要求5所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构的施工方法，其特征在于，每次开挖后，先初喷50～80mm混凝土对破碎原岩进行封闭，以防止风化掉块。

8.根据权利要求5所述的隧道极软围岩开挖悬臂拱与立体山型深锁脚初支结构的施工方法，其特征在于，每个循环开挖四榀所述拱架，进尺2.4m。

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