CN112922635A - 一种水工隧洞开挖支护结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水工隧洞开挖支护结构，包括大管棚，隧洞地势高一侧沿隧洞延伸方向设置有钻孔锚固桩，隧洞的洞口两侧设置有钻孔锚固桩，拱形的导向墙两端设置在隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩上，导向墙上设置有多个导向钢管，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外，小导管锚设在隧洞拱顶部，小导管朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈设定外插角，小导管的外露端支撑在钢拱架上。本发明还公开了一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，本发明不用将地质条件较差的隧洞段大开挖，减少因明挖施工对自然环境的破坏，解决隧洞侧向山体偏压导致开挖隧洞时发生横向滑塌问题，避免人为地质灾害的发生，不影响隧洞施工区域其他施工作业及人们的生产生活。

Description

一种水工隧洞开挖支护结构及施工方法
技术领域
本发明属于水利水电工程洞室施工技术领域，具体涉及一种水工隧洞开挖支护结构，还涉及一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法。
背景技术
在水利水电工程隧洞施工过程中，工程地质条件对隧洞开挖方案影响较大，其中围岩稳定性、围岩岩石强度、岩体完整程度、地下水等因素直接决定隧洞开挖工艺、施工进度及支护类型，特别是遇到Ⅴ类围岩，山体偏压，隧洞开挖断面部分为基岩、部分为覆盖层等系列施工问题时，常规的喷锚支护、构架支护已不能保证施工进度和施工安全。
隧洞施工区域有时因生态环境、风景名胜保护等原因不允许进行大开挖施工，有时因交通运输、生产生活等人类活动没有大开挖施工条件，设计方案不得不采用隧洞形式时，设计合理有效、安全经济的开挖方案尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种水工隧洞开挖支护结构，还提供一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，解决隧洞开挖过程中因遇不良地层、滑坡体、山体偏压、隧洞开挖断面下部为基岩及中上部为覆盖层等系列原因可能造成开挖断面地层失稳的施工技术难题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种水工隧洞开挖支护结构，包括大管棚，隧洞地势高一侧沿隧洞延伸方向设置有钻孔锚固桩，隧洞的洞口两侧设置有钻孔锚固桩，拱形的导向墙两端设置在隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩上，导向墙上设置有多个导向钢管，大管棚包括钢花管，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外，小导管锚设在隧洞拱顶部，小导管朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈设定外插角，小导管的外露端支撑在钢拱架上，钢拱架和对应的多个小导管构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向间隔设置，隧洞内壁设置有挂网喷射砼支护，隧洞内设置有城门洞型二次衬砌，钢花管内设置钢筋笼。
如上所述钢花管由不同长度的管节由丝扣连接组成，钢花管的环向间距40cm，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外50cm处，钢花管在隧洞拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°且与隧洞底板面角度为1°。
如上所述小导管锚设在隧洞拱顶部160°范围，小导管朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管的环向间距为40cm，相邻的开挖支护结构的小导管之间的搭接长度不小于1.0m。
如上所述钢拱架包括多段钢拱架工字钢，每段钢拱架工字钢的拱端对应的隧洞均布设有小导管作为锁脚锚杆，锁脚锚杆外露部分对折90°与隧洞内水流方向平行。
一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、在隧洞地势高一侧沿隧洞延伸方向设置有钻孔锚固桩，隧洞的洞口两侧设置钻孔锚固桩的骨架；
步骤2、施工导向墙的导向墙钢架，导向墙钢架的两端焊接在洞口两侧的钻孔锚固桩的骨架上，将各个导向钢管与导向墙钢架焊接，导向钢管的外插角与水平面角度为2°，导向钢管与隧洞底板面角度为1°，施工导向墙模板和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩模板，喷射砼并洒水养护形成导向墙和洞口两侧的钻孔锚固桩；
步骤3、施工大管棚：钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外50cm处，钢花管在隧洞拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°且与隧洞底板面角度为1°，钢花管的环向间距40cm，进行钢花管注浆；
步骤4、小导管施工：小导管锚设在隧洞拱顶部160°范围，小导管朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管的外露端支撑在紧邻开挖面的钢拱架上，小导管与钢拱架组成开挖支护结构，通过小导管向前方围岩注浆，使浆液渗透到围岩，小导管环向间距40cm，钢拱架和对应的多个小导管构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向每隔2米设置，相邻的开挖支护结构的小导管之间的搭接长度不小于1.0m，
步骤5、钢拱架和挂网喷射砼支护施工；
步骤6、隧洞开挖完成后，利用钢模台车浇筑城门洞型二次衬砌的混凝土，进行回填灌浆，最终完成城门洞型二次衬砌。
如上所述的导向钢管施工时，在导向墙钢架上标注导向钢管的位置，将导向钢管逐根焊接于导向墙钢架上固定；焊接过程中随时复核导向钢管的外插角；导向墙的喷射混凝土作业自导向墙的拱端至拱顶依次喷射，喷射砼完成后进行洒水养护。
如上所述的导向墙和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩的喷射混凝土施工包括以下步骤：
步骤2.1、喷射混凝土前，用水或高压风管将导向墙和洞口两侧的钻孔锚固桩的模板的粉尘及杂物冲洗干净；
步骤2.2、喷射作业分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝后间隔1h以上且前一层混凝土已蒙上粉尘时，用高压风或水清洗干净前一层混凝土，前一层混凝土有凹洼时，予以找平，喷射时插入长度比设计喷射厚度大5cm的铁丝，每1～2m设一根，作为喷射厚度控制标志，
突然断水或断料时，喷头迅速移离喷射面，禁止用高压风、水冲击尚未终凝的砼，喷射作业完成后，喷射机和输浆管内积料及时清除干净，
喷射混凝土随拌随喷，回弹物不得再次作为喷射混凝土用料，一次喷射厚度为50mm，
喷射混凝土终凝2h后，进行养护。
如上所述的步骤3中施工钢花管包括以下步骤，在隧洞开挖轮廓线外50cm处先进行奇数孔钻孔，然后在奇数孔内安装钢花管，对奇数孔内的钢花管进行注浆，奇数孔注浆完成后，在隧洞开挖轮廓线外50cm处再进行偶数孔施工，然后在偶数孔内安装钢花管，对偶数孔内的钢花管进行注浆。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1)本发明不用将地质条件较差的隧洞段大开挖，减少因明挖施工对自然环境的破坏，解决隧洞侧向山体偏压导致开挖隧洞时发生横向滑塌问题，避免人为地质灾害的发生，不影响隧洞施工区域其他施工作业及人们的生产生活。
2)在侧向压力较大的一侧综合布设钻孔锚固桩深入基岩，小导管+钢拱架的支护结构形成一侧整体支护，防止隧洞山体偏压导致开挖隧洞时隧洞顶部土体发生侧向滑塌；保证隧道洞室开挖安全。
附图说明
图1为隧洞口结构示意图；
图2为隧洞开挖顺序示意图；
图3为钢拱架的安装示意图；
图4为导向墙工字钢的安装示意图；
图5为俯视的钻孔锚固桩分布示意图；
图6为侧视的钻孔锚固桩分布示意图；
图7为隧洞剖面结构示意图；
图8为小导管的分布示意图。
图中：1-钻孔锚固桩；2-大管棚；3-小导管；4-钢拱架；5-复合断面开挖；6-挂网喷射砼支护；7-城门洞型二次衬砌；8-回填；9-导向墙；10-隧洞；11-地面线；12-基岩线。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种水工隧洞开挖支护结构，包括钻孔锚固桩1、大管棚2、小导管3、钢拱架4、挂网喷射砼支护6、城门洞型二次衬砌7和导向墙9。
隧洞10地势高一侧沿隧洞10延伸方向设置有钻孔锚固桩1，隧洞10的洞口两侧设置有钻孔锚固桩1，拱形的导向墙9两端设置在隧洞10的洞口两侧的钻孔锚固桩1上，导向墙9上设置有多个导向钢管，大管棚2包括钢花管，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外，小导管3锚设在隧洞拱顶部，小导管3朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈设定外插角，小导管3的外露端支撑在钢拱架4上，钢拱架4和对应的多个小导管3构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向间隔设置，隧洞内壁设置有挂网喷射砼支护6，隧洞内设置有城门洞型二次衬砌7。
导向墙9内设有由导向墙工字钢构成的导向墙钢架，导向墙钢架上设置有多个导向钢管。
钢花管内设置钢筋笼。
钢花管由不同长度的管节由丝扣连接组成，钢花管的环向间距40cm，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外50cm处，钢花管在隧洞拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°且与隧洞底板面角度为1°。
小导管3锚设在隧洞拱顶部160°范围，小导管3朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管3的环向间距为40cm，相邻的开挖支护结构的小导管3之间的搭接长度不小于1.0m。
钢拱架4包括多段钢拱架工字钢，每段钢拱架工字钢的拱端对应的隧洞均布设有小导管3作为锁脚锚杆，锁脚锚杆外露部分对折90°与隧洞内水流方向平行。
一、钻孔锚固桩1：
隧洞10地势高一侧沿隧洞10延伸方向设置有钻孔锚固桩1，隧洞10的洞口两侧设置有钻孔锚固桩1，导向墙9呈拱形，导向墙9两端设置在隧洞10的洞口两侧的钻孔锚固桩1上，
为防止隧洞10侧向山体偏压导致开挖隧洞10时发生横向滑塌，在隧洞10侧向(地势高的一侧)布置钻孔锚固桩1，同时布设小导管3与钢拱架4焊接，钻孔锚固桩1的直径1-1.5m，深入基岩3-5.0m。隧洞10的洞口两侧的钻孔锚固桩1作为导向墙9的基础，与导向墙9形成进口套拱。
二、导向墙9：
导向墙9呈163°的拱形，导向墙9内设有由3榀导向墙工字钢构成的导向墙钢架，导向墙钢架上设置有多个导向钢管，导向钢管与导向墙钢架焊接，导向钢管的长度为140mm，管厚4mm；导向墙工字钢之间通过连接板焊接。
三、大管棚2：
大管棚2采用φ108×8mm的热轧无缝钢花管，钢花管由3m、5m两种长度管节由丝扣连接组成，丝扣搭接长度15cm。钢花管的环向间距40cm，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外50cm处，在隧洞拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°且与隧洞底板面角度为1°。为提高管棚的抗弯能力，在钢花管内设置钢筋笼，钢筋笼包括四根主筋和多个固定环组成，主筋直径为22mm，主筋设置在钢花管内，固定环采用
Figure BDA0002934789820000051
短管节，短管节的长度为5cm，固定环沿钢花管内间隔1.5m分布，各个固定环均与四根主筋焊接。导向钢管及钢花管同一截面内的接头数不超过导向钢管和钢花管总和的50％。
四、小导管3：
小导管3锚设在隧洞拱顶部160°范围，小导管3朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管3的外露端需支撑在紧邻开挖面的钢拱架4上，与钢拱架4组成开挖支护结构，通过小导管3向前方围岩注浆，使浆液渗透到围岩，能加固一定范围内的围岩，又能支托围岩。小导管3采用直径42mm，管壁3.5mm的热轧无缝钢管，环向间距40cm，管长L＝3.5m，小导管3配合钢拱架4使用，每断面布设34个小导管3，钢拱架4和对应的多个小导管3构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向每隔2米设置，即在打入一排小导管3后开挖2米作为一次循环，然后再次打入下一排小导管3，依次类推，相邻的开挖支护结构的小导管3之间的搭接长度不小于1.0m。
五、钢拱架4、挂网喷射砼支护6
钢拱架4采用Q235B工字钢，工字钢型号为I20a，每榀钢拱架4包括多段钢拱架工字钢，钢拱架工字钢包括3节拱顶工字钢、2节拱侧工字钢、1节拱底工字钢，拱底工字钢仅作为初期支护使用，在洞身二次衬砌时须取下。
每段钢拱架工字钢的连接处布设2根小导管3作为锁脚锚杆，即每段钢拱架工字钢的拱端对应的隧洞均布设有小导管3，隧洞身段必须在大管棚2+小导管3施工以后才能进洞开挖。
隧洞设计过水截面尺寸为城门洞型，考虑到施工安全，选择适合于地质条件差、承受山岩压力大的马蹄形断面开挖。洞室开挖采用预留核心土七步开挖法进行。洞室开挖每循环进尺不大于50cm，每循环开挖完毕后，及时素喷砼一道，开挖宜采用人工为主、机械辅助进行。
每循环开挖一层支护一层，隧洞的洞室上半部开挖完成后，及时素喷砼一道(3～5cm),然后安装钢拱架4的拱顶工字钢，拱顶工字钢的拱端两侧设置2根小导管3作为锁脚锚杆，锁脚锚杆入岩2.5m，外伸1.0m，完成注浆后，锁脚锚杆外露部分须对折90°与隧洞内水流方向平行；利用开挖时预留的核心土平台，对顶拱部分进行拱顶工字钢支撑。
拱顶工字钢安装、固定后，安装孔径φ8mm的钢筋网片，打直径为φ25mm系统砂浆锚杆,喷射C20砼进行支护，形成顶部挂网喷射砼支护。然后按Ⅰ区开挖、支护，然后依次进行Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区施工，安装孔径φ8mm的钢筋网片，打直径为φ25mm系统砂浆锚杆,喷射C20砼进行支护，形成侧部挂网喷射砼支护6，最后将Ⅵ区(包括Ⅵ-1区、Ⅵ-2区和Ⅵ-3区)、Ⅶ区核心土挖除，安装钢拱架4的拱底工字钢。
六、二次衬砌7成型
隧洞开挖完成后，在隧洞内设置城门洞型二次衬砌7，,二次衬砌断面为城门洞型过水断面。
实施例2：
一种水工隧洞开挖支护结构施工方法，包括以下步骤：
步骤1、在隧洞10地势高一侧沿隧洞10延伸方向设置有钻孔锚固桩1，隧洞10的洞口两侧设置钻孔锚固桩1的骨架，钻孔锚固桩1的直径1-1.5m，深入基岩3-5.0m；
步骤2、施工导向墙9：施工导向墙钢架，导向墙钢架的两端焊接在洞口两侧的钻孔锚固桩1的骨架上，将各个导向钢管与导向墙钢架焊接，施工导向墙模板和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩模板，喷射砼并洒水养护形成导向墙9和洞口两侧的钻孔锚固桩1；
导向墙钢架采用Q235B工字钢，工字钢型号为I20a，单节导向墙钢架的长度为4415mm，弯曲半径为4610mm；导向墙钢架的两端焊接16x260x300mm的连接钢板，连接钢板之间采用10.9级M22高强锚栓连接并进行焊接，焊接方式均采用双面电弧焊，焊条应与导向墙钢架强度相适应，焊缝质量应符合现行国家规范标准及相关的施工工艺规范，焊缝不得出现裂纹、焊瘤、咬边、夹渣、气孔等明显的质量缺陷。
导向钢管长度140mm，壁厚6mm，导向钢管与导向墙钢架焊接；
导向钢管的外插角与水平面角度为2°，导向钢管与隧洞底板面角度为1°。施工时在导向墙钢架上标注导向钢管的位置，将导向钢管逐根焊接于导向墙钢架上固定；焊接过程中应随时复核导向钢管的外插角，对不合理的及时调整；导向墙9的喷射混凝土作业应分段、分片依次进行，喷射顺序自导向墙9的拱端至拱顶依次喷射，喷射砼完成后及时洒水养护。
导向墙9和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩1的喷砼材料：
水泥：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。
速凝剂：要求初凝时间不超过5min，终凝时间不超过10min。
砂：喷射混凝土采用硬质洁净的中砂或粗砂。
骨料：采用粒径不大于15mm的骨料。
导向墙9和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩1的喷射混凝土施工包括以下步骤：
步骤2.1、喷射混凝土前，应用水或高压风管将导向墙9和洞口两侧的钻孔锚固桩1的模板的粉尘及杂物冲洗干净。
步骤2.2、喷射作业应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且前一层混凝土已蒙上粉尘时，应用高压风或水清洗干净前一层混凝土。前一层混凝土有较大凹洼时，应予以找平。喷射时插入长度比设计喷射厚度大5cm的铁丝，每1～2m设一根，作为喷射厚度控制标志。
步骤2.3、突然断水或断料时，喷头应迅速移离喷射面，严禁用高压风、水冲击尚未终凝的砼。喷射作业完成后，喷射机和输浆管内积料应及时清除干净。
步骤2.4、喷射混凝土应随拌随喷，回弹物不得再次作为喷射混凝土用料。一次喷射厚度为50mm，首次喷射混凝土着重填平补齐，将模板的坡面喷平顺，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后施工。
步骤2.5、喷射混凝土终凝2h后，应做好养护工作。
混凝土强度要求：根据C30F200W6混凝土试验检测报告，混凝土满足设计强度后，方可开始大管棚钻孔、进洞开挖、支护等后续施工。
步骤3、大管棚2施工
大管棚2采用φ108×8mm的热轧无缝钢花管，钢花管由3m、5m两种长度管节由丝扣连接组成，丝扣搭接长度15cm。钢花管的环向间距40cm，在隧洞开挖轮廓线外50cm处，拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°，与隧洞底板面角度为1°。为提高管棚的抗弯能力，在钢花管内设置钢筋笼，钢筋笼包括四根主筋和多个固定环组成，主筋直径为22mm，主筋设置在钢花管内，固定环采用
Figure BDA0002934789820000081
短管节，短管节的长度为5cm，固定环沿钢花管内间隔1.5m分布，各个均与四根主筋焊接。导向钢管及钢花管同一截面内的接头数不超过导向钢管和钢花管总和的50％；
钢花管上设置有注浆孔,注浆孔的孔径10-16mm，注浆孔的孔间距25cm,呈梅花形布置，注浆孔的尾部留长度不小于1m不钻孔的止浆段。
大管棚2的注浆材料为水泥单液浆。
先进行奇数孔钻孔，然后在奇数孔内安装钢花管，经验收合格后，根据注浆试验成果采用水泥浆液水灰比1：1(重量比)对奇数孔内的钢花管进行注浆。奇数孔注浆完成后，再进行偶数孔施工。然后在偶数孔内安装钢花管，验收合格后，根据注浆试验成果采用水泥浆液水灰比1：1(重量比)对偶数孔内的钢花管进行注浆。
钢花管的注浆：注浆时，其水灰比控制在1：1(重量比)，注浆初压为0.5～1.0Mpa，终压力为2.0Mpa，以地层不出现鼓包、劈裂为控制原则，采用BW-250/50型注浆泵注浆。管棚注浆采用压力与注浆量双控制。为了保证注浆效果，在规定的压力下，根据进浆量情况分级调整浆液浓度，直至裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减小，达到结束标准即停止注浆。
为了获得良好的固结及堵水效果，必须注入足够的浆液量，确保一定的有效扩散范围。但注浆量过大，扩散范围太远，将造成浆液的浪费及给开挖造成新的难度，现场注浆用2个220L的桶配置水泥浆，每次配置0.4m3水泥浆。单根48m大管棚的注浆设计量为2.11m3。当注浆压力达到终压不小于20min或进浆量达到注浆设计量时结束注浆。
步骤4、小导管3施工：小导管3锚设在在隧洞拱顶部160°范围，小导管3朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管3的外露端需支撑在紧邻开挖面的钢拱架4上，小导管3与钢拱架4组成开挖支护结构，通过小导管3向前方围岩注浆，使浆液渗透到围岩，能加固一定范围内的围岩，又能支托围岩。小导管3采用直径42mm，管壁3.5mm的热轧无缝钢管，环向间距40cm，管长L＝3.5m，小导管3配合钢拱架4使用，每断面布设34个小导管3，钢拱架4和对应的多个小导管3构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向每隔2米设置，即在打入一排小导管3后开挖2米作为一次循环，然后再次打入下一排小导管3，依次类推，相邻的开挖支护结构的小导管3之间的搭接长度不小于1.0m。
大管棚2的注浆材料为水泥单液浆，水泥单液浆的水灰比控制在1：1(重量比)，注浆为0.5～1.0Mpa，根据注浆试验确定注浆压力、浆液的性质和浓度等参数，保证注浆效果。
步骤5、钢拱架4和挂网喷射砼支护6施工，
隧洞的洞室上半部开挖完成后，及时素喷砼一道(3～5cm),然后安装钢拱架4的拱顶工字钢，拱顶工字钢的拱端两侧设置2根小导管3作为锁脚锚杆，锁脚锚杆入岩2.5m，外伸1.0m，完成注浆后，锁脚锚杆外露部分须对折90°与水流方向平行；利用开挖时预留的核心土平台，对顶拱部分进行拱顶工字钢支撑。
拱顶工字钢安装、固定后，安装孔径φ8mm的钢筋网片，打直径为φ25mm系统砂浆锚杆,喷射C20砼进行支护，形成顶部挂网喷射砼支护。然后按Ⅰ#区开挖、支护，然后依次进行Ⅱ#区、Ⅲ#区、Ⅳ#区、Ⅴ#区施工，安装孔径φ8mm的钢筋网片，打直径为φ25mm系统砂浆锚杆,喷射C20砼进行支护，形成侧部挂网喷射砼支护，最后将Ⅵ#区、Ⅶ#区核心土挖除，安装钢拱架4的拱底工字钢。
步骤6、二次衬砌7成型
隧洞开挖完成后，利用钢模台车浇筑城门洞型二次衬砌的混凝土，进行回填灌浆，最终完成全部城门洞型二次衬砌7，形成设计的城门洞型过水断面。
需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种水工隧洞开挖支护结构，包括大管棚(2)，其特征在于，隧洞(10)地势高一侧沿隧洞(10)延伸方向设置有钻孔锚固桩(1)，隧洞(10)的洞口两侧设置有钻孔锚固桩(1)，拱形的导向墙(9)两端设置在隧洞(10)的洞口两侧的钻孔锚固桩(1)上，导向墙(9)上设置有多个导向钢管，大管棚(2)包括钢花管，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外，小导管(3)锚设在隧洞拱顶部，小导管(3)朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈设定外插角，小导管(3)的外露端支撑在钢拱架(4)上，钢拱架(4)和对应的多个小导管(3)构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向间隔设置，隧洞内壁设置有挂网喷射砼支护(6)，隧洞内设置有城门洞型二次衬砌(7),钢花管内设置钢筋笼。
2.根据权利要求1所述的一种水工隧洞开挖支护结构，其特征在于，所述的导向墙(9)内设有由导向墙工字钢构成的导向墙钢架，导向墙钢架上设置有多个导向钢管。
3.根据权利要求1所述的一种水工隧洞开挖支护结构，其特征在于，所述的钢花管由不同长度的管节由丝扣连接组成，钢花管的环向间距40cm，钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外50cm处，钢花管在隧洞拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°且与隧洞底板面角度为1°。
4.根据权利要求1所述的一种水工隧洞开挖支护结构，其特征在于，所述的小导管(3)锚设在隧洞拱顶部160°范围，小导管(3)朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管(3)的环向间距为40cm，相邻的开挖支护结构的小导管(3)之间的搭接长度不小于1.0m。
5.根据权利要求1所述的一种水工隧洞开挖支护结构，其特征在于，所述的钢拱架(4)包括多段钢拱架工字钢，每段钢拱架工字钢的拱端对应的隧洞均布设有小导管(3)作为锁脚锚杆，锁脚锚杆外露部分对折90°与隧洞内水流方向平行。
6.一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在隧洞(10)地势高一侧沿隧洞(10)延伸方向设置有钻孔锚固桩(1)，隧洞(10)的洞口两侧设置钻孔锚固桩(1)的骨架；
步骤2、施工导向墙(9)的导向墙钢架，导向墙钢架的两端焊接在洞口两侧的钻孔锚固桩(1)的骨架上，将各个导向钢管与导向墙钢架焊接，导向钢管的外插角与水平面角度为2°，导向钢管与隧洞底板面角度为1°，施工导向墙模板和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩模板，喷射砼并洒水养护形成导向墙(9)和洞口两侧的钻孔锚固桩(1)；
步骤3、施工大管棚(2)：钢花管穿过导向钢管设置在隧洞开挖轮廓线外50cm处，钢花管在隧洞拱部160°范围布置，钢花管的外插角与水平面角度为2°且与隧洞底板面角度为1°，钢花管的环向间距40cm，进行钢花管注浆；
步骤4、小导管(3)施工：小导管(3)锚设在隧洞拱顶部160°范围，小导管(3)朝隧洞前进方向与隧洞轴线呈10°外插角，小导管(3)的外露端支撑在紧邻开挖面的钢拱架(4)上，小导管(3)与钢拱架(4)组成开挖支护结构，通过小导管(3)向前方围岩注浆，使浆液渗透到围岩，小导管(3)环向间距40cm，钢拱架(4)和对应的多个小导管(3)构成开挖支护结构，开挖支护结构沿隧洞方向每隔2米设置，相邻的开挖支护结构的小导管(3)之间的搭接长度不小于1.0m，
步骤5、钢拱架(4)和挂网喷射砼支护(6)施工；
步骤6、隧洞开挖完成后，利用钢模台车浇筑城门洞型二次衬砌(7)的混凝土，进行回填灌浆，最终完成城门洞型二次衬砌(7)。
7.根据权利要求6所述的一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，其特征在于，所述的导向钢管施工时，在导向墙钢架上标注导向钢管的位置，将导向钢管逐根焊接于导向墙钢架上固定；焊接过程中随时复核导向钢管的外插角；导向墙(9)的喷射混凝土作业自导向墙(9)的拱端至拱顶依次喷射，喷射砼完成后进行洒水养护。
8.根据权利要求6所述的一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，其特征在于，所述的导向墙(9)和隧洞的洞口两侧的钻孔锚固桩(1)的喷射混凝土施工包括以下步骤：
步骤2.1、喷射混凝土前，用水或高压风管将导向墙(9)和洞口两侧的钻孔锚固桩(1)的模板的粉尘及杂物冲洗干净；
步骤2.2、喷射作业分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝后间隔1h以上且前一层混凝土已蒙上粉尘时，用高压风或水清洗干净前一层混凝土，前一层混凝土有凹洼时，予以找平，喷射时插入长度比设计喷射厚度大5cm的铁丝，每1～2m设一根，作为喷射厚度控制标志，
突然断水或断料时，喷头迅速移离喷射面，禁止用高压风、水冲击尚未终凝的砼，喷射作业完成后，喷射机和输浆管内积料及时清除干净，
喷射混凝土随拌随喷，回弹物不得再次作为喷射混凝土用料，一次喷射厚度为50mm，
喷射混凝土终凝2h后，进行养护。
9.根据权利要求6所述的一种水工隧洞开挖支护结构的施工方法，其特征在于，所述的步骤3中施工钢花管包括以下步骤，在隧洞开挖轮廓线外50cm处先进行奇数孔钻孔，然后在奇数孔内安装钢花管，对奇数孔内的钢花管进行注浆，奇数孔注浆完成后，在隧洞开挖轮廓线外50cm处再进行偶数孔施工，然后在偶数孔内安装钢花管，对偶数孔内的钢花管进行注浆。
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