CN113027493B - 一种处理塌方的支撑结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种处理塌方的支撑结构及施工方法，属于隧道施工的技术领域，其包括两个用于固定在隧道内的主拱架、设在两个主拱架之间的支撑板、设在支撑板与主拱架之间的连接机构；所述连接机构将支撑板与主拱架固定连接，所述支撑板的顶面与主拱架的顶面平齐，所述支撑板上开设有若干个灌注孔，所述灌注孔内设有将其封闭的堵塞，所述堵塞与支撑板可拆卸连接。利用支撑板先将塌方开口封闭，再向塌方孔洞内灌注混凝土，使混凝土在支撑板上逐渐堆积填充在塌方孔洞内，无需采用逐层喷射混凝土的方式，加快了对塌方的处理速度，提高施工效率。
Description
技术领域
本申请涉及隧道施工的领域，尤其是涉及一种处理塌方的支撑结构及施工方法。
背景技术
在隧道施工的过程中，会因地质因素或施工方法措施不当等导致出现塌方的现象，对后续的施工过程中造成安全隐患，因此在出现塌方后需要尽快对塌方进行处理。
目前，塌方主要采用向塌方内部喷射混凝土的方式处理，并在隧道内设置支撑构件对喷射混凝土的位置进行临时支顶。
这种处理方式在喷射混凝土时，为了防止喷出的混凝土从塌方内部落出，混凝土需要逐层喷射在塌方的内部岩壁上，当塌方体积较大时，喷射混凝土的方法速度较慢，对塌方的处理效率较低。
发明内容
为了加快对塌方的处理效率，本申请提供一种处理塌方的支撑结构及施工方法。
第一方面，本申请提供的一种处理塌方的支撑结构，其采用如下的技术方案：
一种处理塌方的支撑结构，包括两个用于固定在隧道内的主拱架、设在两个主拱架之间的支撑板、设在支撑板与主拱架之间的连接机构；所述连接机构将支撑板与主拱架固定连接，所述支撑板的顶面与主拱架的顶面平齐，所述支撑板上开设有若干个灌注孔，所述灌注孔内设有将其封闭的堵塞，所述堵塞与支撑板可拆卸连接。
通过采用上述技术方案，在处理塌方时，将两个主拱架分别固定在塌方开口的两侧，令整个塌方孔洞处于两个主拱架之间，然后再将支撑板固定到两个主拱架之间，并使支撑板将塌方开口全部封闭，最后打开堵塞，通过灌注孔向塌方孔洞内灌注混凝土即可，使混凝土在塌方孔洞内凝固，以此对塌方位置进行加固，实现处理塌方的目的。在灌注混凝土的过程中，由于支撑板已经将塌方的开口全部封闭，因此混凝土从堆积在支撑板上逐渐累积，不会出现混凝土从塌方内落出的现象，也无需采用逐层喷射的方式喷射混凝土，加快了对塌方的处理速度，提高了施工效率。
可选的，所述连接机构包括设在主拱架靠近支撑板一侧的安装块、固设在支撑板上的卡接板；所述安装块远离主拱架的侧壁上开设有卡接槽，所述卡接槽沿主拱架周向的两侧均呈开口状，所述卡接板插接在卡接槽中与安装块固定连接，且所述卡接板可从卡接槽的开口滑入卡接槽内。
通过采用上述技术方案，连接支撑板与拱架时，将卡接板从卡接槽的一侧开口滑入卡接槽内，实现快速对支撑板定位和固定的功能，连接方式简单便捷，施工效率较高，也确保支撑板的顶面与拱架顶面平齐，使支撑板能够与隧道内壁充分贴合，对塌方开口的封闭效果较好。
可选的，所述安装块于卡接板下方的侧壁上开设有连接孔，所述安装块于卡接板上方的侧壁上开设有螺纹孔；所述连接机构还包括连接螺栓，所述连接螺栓穿过连接孔并贯穿卡接板后螺纹连接在螺纹孔内。
通过采用上述技术方案，将卡接板与卡接槽配合后，再使用连接螺栓穿过卡接板后拧入螺纹孔内，在连接螺栓的作用下使卡接槽的上下两个内侧壁同时对卡接板的上下两个侧壁进行挤压，以此将卡接板和安装块固定连接，连接方式简单，且连接强度较高。
可选的，所述安装块也能够在主拱架上沿拱架的周向滑动，所述安装块与主拱架之间设有固定件，所述固定件将安装块固定在主拱架上。
通过采用上述技术方案，将支撑板固定到拱架上时，先将支撑板放置到塌方开口处，然后再滑动安装块，使安装块移动至卡接槽和卡接板配合的状态，因安装块的体积远小于卡接板的体积，滑动安装块要比滑动卡接板更加轻松，进一步加快连接支撑板和拱架的操作。
可选的，还包括若干个副拱架，所述副拱架设在两个主拱架之间，且所述副拱架支撑在支撑板的底面。
通过采用上述技术方案，在固定好支撑板后，在塌方开口下方再固定好若干个副拱架，提高对支撑板的支撑效果，加强支撑板的抗压能力。
可选的，所述副拱架的顶面开设有嵌槽，所述支撑板嵌于嵌槽内，所述副拱架的顶面与支撑板的顶面平齐。
通过采用上述技术方案，嵌槽使副拱架顶面与支撑板不接触的位置能够与隧道内部充分贴合，方便对副拱架进行固定，提高副拱架的稳定性。
可选的，所述副拱架的顶面固设有至少两个垫板，相邻两个垫板间隔设置，两个所述垫板的间隙在副拱架上形成嵌槽，所述支撑板嵌合在两个垫板之间并与其顶面平齐。
通过采用上述技术方案，采用固定垫板的方式在副拱架上形成嵌槽，相比于在副拱架上切割嵌槽而言，其加工方式更加简单，两个垫板的间距也能够根据支撑板的大小而调节。
另一方面，本申请还提供的一种处理塌方施工方法，其采用如下的技术方案：
一种处理塌方施工方法，其施工步骤为：
S1、清理隧道内在塌方位置的渣土，检查塌方孔洞的安全性，并估测塌方孔洞体积以及塌方开口尺寸；
S2、根据塌方开口尺寸和隧道轮廓形状制作支撑板和主拱架，并将主拱架锚固到隧道内部，使塌方孔洞处于两个主拱架之间；
S3、将支撑板利用连接机构固定到两个主拱架上，并使主拱架与隧道内壁贴合，令支撑板将塌方开口封闭；
S4、打开堵塞，通过灌注孔向塌方孔洞内灌注混凝土，灌注结束后及时将堵塞安装到灌注孔内；
S5、在支撑板于塌方孔洞的下方位置固定副拱架。
通过采用上述技术方案，在施工过程中，利用支撑板先将塌方开口封闭，在灌注混凝土的过程中即可避免混凝土从塌方孔洞内落出的现象，因此无需采用逐层喷射混凝土的方式对塌方进行加固，施工效率更快，达到对塌方快速加固处理的目的，安全性较高。
可选的，在步骤S1中，检测塌方孔洞的安全性后，向塌方孔洞的内部的岩壁上喷涂一层抗裂砂浆。
通过采用上述技术方案，抗裂砂浆在塌方孔洞内凝固后可以起到抗裂作用，使塌方孔洞内部的岩壁不易出现裂缝，从而使塌方位置不易出现二次塌方的现象，保证了后续施工过程中的安全性。
可选的，连接支撑板和主拱架时，先将支撑板顶起到与隧道内壁贴合的状态，然后滑动安装块，使安装块上的卡接槽与卡接板配合，再使用连接螺栓将安装块和支撑板固定在一起，最后使用固定件将安装块与主拱架固定在一起。
通过采用上述技术方案，先确定好支撑板的位置后，支撑板无需再次移动，只需移动安装块即可将支撑板和主拱架固定在一起，相比于先固定安装块再滑动支撑板的方式固定支撑板，其施工方式更加简单方便，施工效率较高。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.利用支撑板先将塌方开口封闭，再向塌方孔洞内灌注混凝土，使混凝土在支撑板上逐渐堆积填充在塌方孔洞内，无需采用逐层喷射混凝土的方式，加快了对塌方的处理速度，提高施工效率；
2.利用安装块滑动的方式，实现连接支撑板和主拱架的功能，能够快速对支撑板进行位置固定，连接方式简单便捷；
3.使用副拱架增加对支撑板的支撑效果，使支撑板的承载强度较高，对塌方内混凝土的承载效果，提高了对塌方的处理效果。
附图说明
图1是表示本申请实施例中支撑结构的结构示意图。
图2是表示支撑结构与隧道和塌方孔洞位置关系的断面图。
图3是表示图2中A部分的放大图。
图4是表示副拱架和支撑板连接关系的剖视图。
图5是表示卡接板、安装块和主拱架连接关系的局部爆炸图。
图6是表示卡接板、安装块和主拱架连接关系的局部剖视图。
附图标记说明：1、主拱架；2、支撑板；21、灌注孔；22、堵塞；221、螺杆；222、堵头；223；垫环；3、副拱架；31、垫板；32、嵌槽；4、连接机构；41、安装块；411、卡接槽；412、连接孔；413、螺纹孔；42、卡接板；421、腰型孔；43、固定件；44、连接螺栓。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种处理塌方的支撑结构。
参照图1和图2，支撑结构包括两个主拱架1、支撑板2和若干个副拱架3；两个主拱架1用于锚固在隧道内于塌方孔洞的两侧；支撑板2用于固定在两个主拱架1之间，并将塌方开口封闭；副拱架3用于对支撑板2在两个主拱架1之间的部位增加支撑点。支撑板2与塌方开口对应的部位开设有若干个灌注孔21，灌注孔21与塌方孔洞连通，灌注孔21用于向塌方孔洞内部灌注混凝土。每一个灌注孔21内均设有堵塞22，使堵塞22将灌注孔21封闭。
将支撑结构安装到隧道内塌方的位置后，打开堵塞22，通过灌注孔21向塌方孔洞内部灌注混凝土，使混凝土逐渐在塌方孔洞内部堆积填充，灌注完成后再使用堵塞22将灌注孔21封闭，待混凝土凝固后在塌方孔洞内形成支撑，起到加固隧道的功能。
其中，参照图1，主拱架1和副拱架3均与隧道轮廓形状相同，使主拱架1和副拱架3置于隧道内后能够与隧道内壁贴合，且主拱架1和副拱架3均采用工字钢弯曲焊接形成，使主拱架1和副拱架3的支撑效果较好、承载力较大。
参照图1和图2，支撑板2为钢板弯曲成型的弧形板设置使支撑板2与隧道塌方位置的轮廓形状相同，使支撑板2能够更好的贴合在隧道内壁上，对塌方开口的封闭效果较好。支撑板2沿隧道走向的两端分别与两个主拱架1配合，并与每一个主拱架1之间均设有连接机构4，连接机构4用于使支撑板2和主拱架1固定连接在一起。
参照图3，堵塞22包括螺杆221、堵头222和垫环223，螺杆221穿设在灌注孔21内与支撑板2螺纹连接，堵头222固设在螺杆221的底端，且垫环223套设在螺杆221上并抵接在堵头222的上方，垫环223采用海绵材料制成，使垫环223具有柔性，同时垫环223被堵头222挤压在支撑板2的底面上。垫环223依靠自身的柔性与支撑板2的底面弧形相适配，使堵头222能够拧紧在支撑板2上，增加堵塞22与支撑板2连接的密封性。
在隧道内安装支撑结构时，需要先将支撑板2通过两个主拱架1固定在隧道内，再将副拱架3固定在支撑板2需要加固支撑的部位，因此副拱架3的顶面需要与支撑板2远离隧道内壁的侧面贴合在一起，这样会导致副拱架3的顶面与隧道内壁之间会形成与支撑板2厚度一致的间隙，副拱架3与支撑板2不贴合的位置无法与隧道内壁贴合锚固。
因此，参照图1和图4，在副拱架3上焊接还有多个垫板31，垫板31的数量至少为两个，垫板31呈弧形设置并与副拱架3的顶面相贴合，垫板31的厚度与支撑板2的厚度一致，其中两个相邻的垫板31间隔设置，使两个垫板31之间的间隙在副拱架3上方形成嵌槽32，支撑板2嵌合在嵌槽32内，使支撑板2的顶面、垫板31的顶面以及主拱架1的顶面均相平齐，垫板31弥补了副拱架3和隧道内壁的间隙，使副拱架3能够稳定的锚固到隧道内壁上。
嵌槽32也可以采用在副拱架3顶面切割部分材料的方式成型，但由于副拱架3采用工字钢支撑，在副拱架3上切割嵌槽32的加工方式较为复杂，加工效率较慢，并且难以保证切割出的嵌槽32与支撑板2的配合精度。而采用焊接垫板31的方式，便于加工制作，而且两个垫板31的间隔能够根据支撑板2的大小而调节，施工效率较高。
参照图5和图6，连接机构4包括若干个安装块41、卡接板42、固定件43和连接螺栓44。安装块41呈圆柱状，安装块41的轴线沿隧道的长度方向设置，安装块41的轴线与制作主拱架1的工字钢的两个翼缘板间距一致，使安装块41能够嵌于在工字钢的凹槽内，且由于安装块41整体呈圆柱状，使安装块41能够在凹槽内沿着主拱架1的周向滑动。固定件43设在安装块41与主拱架1之间，用于固定安装块41在主拱架1上的位置。
参照图5，卡接板42也采用钢板弯曲制成，卡接板42的弯曲形状与支撑板2的弯曲形状一致，卡接板42焊接在支撑板2靠近主拱架1的端部的底面上，且卡接板42靠近主拱架1的一端延伸至支撑板2的外侧。
参照图5和图6，安装块41靠近支撑板2的一端延伸至主拱架1的凹槽外侧，安装块41靠近支撑板2的端部开设有卡接槽411，卡接槽411沿主拱架1的周向开设，且卡接槽411沿主拱架1周向的两侧均贯穿安装块41形成开口，卡接板42插接在卡接槽411内，且卡接板42能够在卡接槽411内沿着主拱架1的周向滑动。
参照图6，安装块41于支撑板2下方的侧壁上开设有连接孔412、于支撑板2上方的侧壁上开设有螺纹孔413，连接孔412与螺纹孔413的轴线重合；卡接板42位于卡接槽411内的部位开设有腰型孔421，腰型孔421沿着主拱架1的周向设置，连接螺栓44的螺柱依次穿过连接孔412和腰型孔421后与螺纹孔413螺纹连接，且连接螺栓44的螺帽压紧在安装块41的底面上。在连接螺栓44的作用下，使安装块41的上下两个侧壁同时向卡接板42一侧挤压，使卡接板42与安装块41相互固定在一起。
在连接支撑板2和主拱架1时，先将支撑板2顶起在塌方开口处，此时支撑板2两侧的卡接板42与两个主拱架1相对应，然后移动安装块41的位置，使卡接板42通过卡接槽411的一侧开口滑入卡接槽411中，实现安装块41和卡接板42的相互配合，对卡接板42和支撑板2起到初步的定位功能。然后将连接螺栓44从安装块41下方连接到安装块41上，实现安装块41和支撑板2的连接，同时再使用固定螺栓将安装块41与主拱架1相连接在一起，令安装块41的位置固定，即支撑板2与主拱架1的相对位置固定，实现支撑板2和主拱架1的连接。
本实施例中，固定件43设为固定螺栓，固定螺栓穿过主拱架1后螺纹连接到安装块41内，实现对安装块41的固定效果。
本申请实施例一种处理塌方的支撑结构的实施原理为：利用两个主拱架1和若干个副拱架3将支撑板2固定到塌方开口的下方，使支撑板2先将塌方开口封闭，然后向通过灌注孔21向塌方内部灌注混凝土，使混凝土在支撑板2上堆积填充在塌方孔洞内部，以此实现对塌方加固处理的功能。在灌注混凝土的过程中，由于支撑板2已经将塌方孔洞开口封闭，因此灌注过程中的混凝土不会从塌方孔洞内落出，无需采用逐层喷射混凝土的方式，施工效率较高，也加快了对塌方的处理效率，及时稳固隧道内的塌方，保障了后续施工的安全性。
本申请实施例还公开一种处理塌方施工方法，施工步骤如下：
S1、准备工作
清理隧道内的渣土，并查看塌方孔洞内部以及塌方开口附近是否存在裂纹等进一步扩大的隐患，确认安全后估测塌方孔洞体积以及塌方开口尺寸并做好记录。
然后向塌方孔洞内部的岩壁上喷涂一层抗裂砂浆，使抗裂砂浆固定在塌方内部，抗裂砂浆凝固后可以使塌方孔洞内部岩壁不易再次出现开裂的现象，使塌方孔洞不易出现二次塌方，有效保证后续施工过程中的安全性。
S2、固定主拱架1
使用工字钢根据隧道轮廓形状制作主拱架1和副拱架3，在主拱架1加工完成后的第一时间，将制作好的两个主拱架1推进至塌方开口两侧，使两个主拱架1的间距大于塌方孔洞内部最大间隙，然后将主拱架1锚固在隧道内壁上。
在锚固主拱架1的同时，根据塌方孔洞体积和开口尺寸制作裁剪对应大小的钢板后，并对钢板进行弯曲加工制作支撑板2和卡接板42，再根据支撑板2与塌方孔洞开口对应的位置开设对应数量的灌注孔21。
采用多方位同步进行工作，可以缩短整个支撑结构中各部件的加工时间，达到快速施工的目的。
S3、安装支撑板2
将制作好的支撑板2移动到塌方孔洞的下方，并使用起重设备将支撑板2顶起，调整支撑板2的位置，使支撑板2与隧道内壁贴合，同时令支撑板2两侧的卡接板42与两个主拱架1相对应。
然后将安装块41放入主拱架1的凹槽内，安装块41的数量根据卡接板42的长度进行选择，然后依次滑动安装块41，令每一个安装块41上的卡接槽411均滑动至与卡接板42配合的状态，并使用连接螺栓44将卡接板42和安装块41固定在一起，再使用固定螺栓依次将所有的安装块41固定到主拱架1上，使支撑板2和两个主拱架1相互固定。
虽然也能够采用先固定安装块41，再将卡接板42滑动至卡接槽411内的状态实现配合，但整个支撑板2的体积较大，滑动时较为困难，也无法保证两侧卡接板42在滑动过程中能够同时进入两个卡接槽411内。采用滑动安装块41的方式即可避免上述问题，加快固定支撑板2的施工速度。
S4、灌注混凝土
将堵塞22从灌注孔21内旋下，并通过灌注孔21向塌方孔洞内灌注混凝土，灌注过程由两侧向中间依次灌注，灌注混凝土的体积控制在塌方孔洞体积的1/2-3/4，灌注好之后立即将堵塞22旋回灌注孔21。
混凝土自下而上的从支撑板2顶部堆积并填充在塌方孔洞内，堆积的密实度较大，不易出现夹杂气泡等现象。
S5、安装副拱架3
根据支撑板2的长度选择对应数量的副拱架3，并根据支撑板2的宽度和位置在副拱架3上焊接对应位置两个垫板31的间距，然后将副拱架3锚固到隧道中，并使支撑板2嵌入到嵌槽32内。
锚固好副拱架3后，将副拱架3与支撑板2的连接点、支撑板2与安装块41的连接点、安装块41和主拱架1的连接点均焊接在一起，将整个支撑结构固定在一起，将支撑板2稳固的支撑在隧道内，完成对隧道塌方位置的加固效果。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种处理塌方的支撑结构，其特征在于：包括两个用于固定在隧道内的主拱架(1)、设在两个主拱架(1)之间的支撑板(2)、设在支撑板(2)与主拱架(1)之间的连接机构(4)；所述连接机构(4)将支撑板(2)与主拱架(1)固定连接，所述支撑板(2)的顶面与主拱架(1)的顶面平齐，所述支撑板(2)上开设有若干个灌注孔(21)，所述灌注孔(21)内设有将其封闭的堵塞(22)，所述堵塞(22)与支撑板(2)可拆卸连接；所述连接机构(4)包括设在主拱架(1)靠近支撑板(2)一侧的安装块(41)、固设在支撑板(2)上的卡接板(42)；所述安装块(41)远离主拱架(1)的侧壁上开设有卡接槽(411)，所述卡接槽(411)沿主拱架(1)周向的两侧均呈开口状，所述卡接板(42)插接在卡接槽(411)中与安装块(41)固定连接，且所述卡接板(42)可从卡接槽(411)的开口滑入卡接槽(411)内；所述安装块(41)于卡接板(42)下方的侧壁上开设有连接孔(412)，所述安装块(41)于卡接板(42)上方的侧壁上开设有螺纹孔(413)；所述连接机构(4)还包括连接螺栓(44)，所述连接螺栓(44)穿过连接孔(412)并贯穿卡接板(42)后螺纹连接在螺纹孔(413)内；所述安装块(41)也能够在主拱架(1)上沿拱架的周向滑动，所述安装块(41)与主拱架(1)之间设有固定件(43)，所述固定件(43)将安装块(41)固定在主拱架(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种处理塌方的支撑结构，其特征在于：还包括若干个副拱架(3)，所述副拱架(3)设在两个主拱架(1)之间，且所述副拱架(3)支撑在支撑板(2)的底面。
3.根据权利要求2所述的一种处理塌方的支撑结构，其特征在于：所述副拱架(3)的顶面开设有嵌槽(32)，所述支撑板(2)嵌于嵌槽(32)内，所述副拱架(3)的顶面与支撑板(2)的顶面平齐。
4.根据权利要求3所述的一种处理塌方的支撑结构，其特征在于：所述副拱架(3)的顶面固设有至少两个垫板(31)，相邻两个垫板(31)间隔设置，两个所述垫板(31)的间隙在副拱架(3)上形成嵌槽(32)，所述支撑板(2)嵌合在两个垫板(31)之间并与其顶面平齐。
5.根据权利要求4所述的处理塌方的支撑结构的处理塌方施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
S1、清理隧道内在塌方位置的渣土，检查塌方孔洞的安全性，并估测塌方孔洞体积以及塌方开口尺寸；
S2、根据塌方开口尺寸和隧道轮廓形状制作支撑板(2)和主拱架(1)，并将主拱架(1)锚固到隧道内部，使塌方孔洞处于两个主拱架(1)之间；
S3、将支撑板(2)利用连接机构(4)固定到两个主拱架(1)上，并使主拱架(1)与隧道内壁贴合，令支撑板(2)将塌方开口封闭；
S4、打开堵塞(22)，通过灌注孔(21)向塌方孔洞内灌注混凝土，灌注结束后及时将堵塞(22)安装到灌注孔(21)内；
S5、在支撑板(2)于塌方孔洞的下方位置固定副拱架(3)。
6.根据权利要求5所述的一种处理塌方施工方法，其特征在于：在步骤S1中，检测塌方孔洞的安全性后，向塌方孔洞的内部的岩壁上喷涂一层抗裂砂浆。
7.根据权利要求6所述的一种处理塌方施工方法，其特征在于：连接支撑板(2)和主拱架(1)时，先将支撑板(2)顶起到与隧道内壁贴合的状态，然后滑动安装块(41)，使安装块(41)上的卡接槽(411)与卡接板(42)配合，再使用连接螺栓(44)将安装块(41)和支撑板(2)固定在一起，最后使用固定件(43)将安装块(41)与主拱架(1)固定在一起。
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