CN113294178A - 极破碎围岩隧道联合支护系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道支护，公开了一种极破碎围岩隧道联合支护系统，包括拱顶支撑部、临时支撑部、侧壁支撑部、底部支撑部和二次支护结构；拱顶支撑部包括相互连接的钢拱架、顶部锚杆和钢筋梁，锚固在隧道顶部围岩中；临时支撑部包括支撑柱、辅助支撑柱和钢轨枕，能够对拱顶支撑部形成临时支撑；侧壁支撑部包括左、右钢架和侧壁、底角锚杆，能够固在隧道的左右两侧，并对拱顶支撑部形成支撑；底部支撑部包括左、右底板和底部锚杆，能够锚固在隧道的底部；二次支护结构包括钢筋网和混凝土层，设置在前期支护结构的内侧，形成一体式联合支护。本发明还提供了该支护系统的施工方法，能够在隧道施工过程中分步进行支护，支护强度高，施工方便。

Description

极破碎围岩隧道联合支护系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道支护，具体地涉及一种极破碎围岩隧道联合支护系统。本发明还涉及一种极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法。

背景技术

随着我国城市交通建设、交通发展战略的持续推进，以“地下空间开发与利用”作为未来战略发展的重要课题方向，由此承建的隧道工程项目越来越多。不可避免的，地下隧道较为频繁地遇到极破碎、松软地层、地质构造带等V类岩体，而此类岩体的抗压强度和结构稳定性极低，难以形成隧道围岩的有效支撑，需要对其围岩体进行持续高效的人工支护。

在地下隧道穿越不良地质区域时，通常采用台阶式开挖方式进行施工。通常在采用此方法施工之前，会采取管棚注浆方式首先加固顶板，提高顶板的稳定性，接着按照设计要求挖掘隧道上断面、打孔安装锚杆、铺设金属网，并喷涂混凝土浆液，形成对上部断面围岩支护，然后继续进行下断面的开挖。显然，对于地质条件更为复杂的V类围岩隧道，这种以锚杆和金属网为主的支护系统难以维持其施工过程中的安全稳定，易导致在对下断面进行开挖的过程中，支护结构随上部围岩一起坍塌。进一步地，即使目前针对性地对上述支护系统中增设钢拱架，以此提高上部围岩的支护强度。但这种支护结构在上部围岩支护完成后，进行隧道下断面开挖时，上部围岩的支护结构得不到来自下方的支撑力，使得钢拱架一端处于临空不受力状态，极易导致在隧道下断面的开挖过程中上部围岩和支护结构共同失稳坍塌。此类工程问题在现场极为常见，不仅延误了工程的顺利推进，而且极易造成施工人员的伤亡，因此其俨然成了极破碎围岩等V类岩体区域隧道施工的一大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种极破碎围岩隧道联合支护系统，能够对极破碎围岩隧道提供有效支护，防止围岩壁的坍塌。

本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法，能够保障在穿越开挖不良地质带的隧道开挖过程中构建稳固的联合支护系统，防止施工过程中支护结构整体失稳，引起顶板冒落塌陷。

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种极破碎围岩隧道联合支护系统，包括拱顶支撑部、临时支撑部、侧壁支撑部、底部支撑部和二次支护结构；所述拱顶支撑部包括钢拱架、顶部锚杆和钢筋梁，所述钢拱架间隔安装在隧道的顶部，所述顶部锚杆锚固在隧道顶部围岩中，且与所述钢拱架固定连接，所述钢筋梁间隔固定在相邻的钢拱架的之间；所述临时支撑部包括支撑柱、辅助支撑柱和钢轨枕，所述支撑柱支撑在所述钢拱架与隧道底部之间，所述辅助支撑柱斜向连接在所述钢拱架的一侧与所述支撑柱之间，以能够对所述钢拱架形成辅助支撑，所述钢轨枕横向连接所述钢拱架另一侧的端部与所述支撑柱；所述侧壁支撑部包括左钢架、右钢架、侧壁锚杆和底角锚杆，所述左钢架和右钢架分别安装在隧道的左右两侧，顶部分别与所述钢拱架左右两侧的端部固定连接，所述侧壁锚杆和底角锚杆分别锚固在隧道左右两侧和底角的围岩中，且分别与所述左钢架或者右钢架固定连接；所述底部支撑部包括左底板、右底板和底部锚杆，所述左底板和右底板并列安装在隧道的底部的左右两侧，所述底部锚杆锚固在隧道底部围岩中，且与所述左底板或者右底板固定连接；所述二次支护结构包括钢筋网和混凝土层，所述钢筋网设置在隧道四周，且位于所述拱顶支撑部、侧壁支撑部或者底部支撑部的内侧，所述混凝土层包覆所述钢筋网。

优选地，所述钢拱架使用工字钢制作成型。在该优选技术方案中，工字钢制作成型钢拱架对顶部围岩的支撑强度更高，也更便于钢架梁与其他支撑结构的连接。

进一步优选地，所述支撑柱和辅助支撑柱的顶部与所述钢拱架通过卡揽环固定连接。在该优选技术方案中，卡揽环是一种经过专门设计的用于与工字钢连接的连接件，能够更好地与工字钢成型的钢拱架配合，连接方便，连接强度高。

优选地，所述钢轨枕通过链接环扣与所述钢架梁固定连接。在该优选技术方案中，链接环扣是一种由槽钢制作成型的连接件，能够方便地形成钢架梁的端部与钢轨枕之间可靠的支撑连接。

作为优选技术方案，所述辅助支撑柱与所述支撑柱之间通过铰接的方式相互连接。通过该优选技术方案，支撑柱与辅助支撑柱之间的铰接连接使得辅助支撑柱能够对钢拱架的一侧提供辅助向上的支撑力，并能够减小支撑柱上部的侧向应力。

优选地，所述支撑柱的底部设置有脚帽，并通过所述脚帽支撑在隧道的底部。在该优选技术方案中，脚帽的设置能够减小支撑柱对隧道底部围岩的压强，以利用隧道底部的极破碎围岩提供更大的支撑力。

本发明第二方面提供了一种极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法，该方法包括如下步骤：S1、管棚注浆；S2、上断面开挖，安装拱顶支撑部；S3、安装临时支撑部；S4、左下断面开挖，安装左侧侧壁支撑部和左侧底部支撑部；S5、右下断面开挖，安装右侧侧壁支撑部；S6、拆除临时支撑部，安装右侧底部支撑部；S7、浇筑二次支护结构。

优选地，在步骤S2中，上断面开挖后，先安装顶部锚杆，再安装钢筋梁和钢拱架，将所述顶部锚杆和钢筋梁焊接在所述钢拱架上。在该优选技术方案中，将锚杆和钢筋梁焊接在钢拱架上，能够使得锚杆、钢筋梁和钢拱架形成一个整体，锚杆的锚固作用力和钢拱架的支撑力共同形成对隧道上部围岩的整体支护。

进一步优选地，在步骤S3中，先在所述钢拱架拱顶下方的下断面掏槽，安装支撑柱，然后进行所述支撑柱的顶部与所述钢拱架拱顶的连接，再分别将辅助支撑柱和钢轨枕的两端与所述钢拱架和支撑柱连接在一起。通过该优选技术方案，在下断面开挖前安装好支撑柱，能够在隧道下断面的开挖过程中对钢拱架提供高强的持续性支撑力，辅助支撑柱和钢轨枕能够将支撑力传递到钢拱架的两侧，形成下断面开挖过程中对钢拱架的有效支撑。

优选地，在步骤S4中，在左下断面开挖后，先在隧道围岩的左侧壁安装侧壁锚杆和底角锚杆，在隧道围岩的左侧底部安装底部锚杆，然后在所述钢拱架左侧端部的下方安装左钢架，在隧道围岩的左侧底部安装左底板，再将所述侧壁锚杆和底角锚杆固定在所述左钢架上，将所述底部锚杆固定在所述左底板上。通过该优选技术方案，在左下断面开挖后，锚杆、左钢架和左底板对隧道左下部围岩形成支护，并使用左钢架支撑在钢拱架的左侧端部，能够形成上部围岩和左下部围岩的有效支护，保证左下部断面开挖后上部围岩及其支护结构的稳定性。

进一步优选地，在步骤S5中，在右下断面开挖后，先在隧道围岩的右侧壁安装侧壁锚杆和底角锚杆，在隧道围岩的右侧底部安装底部锚杆，然后在所述钢拱架右侧端部的下方安装右钢架，再将所述侧壁锚杆和底角锚杆固定在所述右钢架上，将所述钢拱架分别与所述左钢架和右钢架连接在一起。在该优选技术方案中，通过锚杆、右钢架形成对右下部围岩的支护，通过右钢架对钢拱架的右侧端部形成支撑，并将钢拱架的左右两侧分别与左钢架和右钢架连接在一起，形成整体的支护结构。保证了整个隧道断面结构的稳定性。

进一步地，在步骤S6中，拆除钢轨枕、辅助支撑柱和支撑柱，在隧道围岩底部的右侧铺设右底板，并将右侧的底部锚杆固定在右底板上。在该优选技术方案中，由于钢拱架的左右两侧已经由的左钢架和右钢架形成有效支撑，拆除设置在隧道中间的钢轨枕、辅助支撑柱和支撑柱，能够在不影响隧道支护强度的情况下，保证隧道内部的通畅。并便于形成隧道底部的完整支护。

本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统，由钢拱架、顶部锚杆和钢筋梁固定连接形成的拱顶支撑部，顶部锚杆形成的锚固力和钢拱架、钢筋梁形成的支撑力相配合，能够对隧道的上断面形成有效支撑。临时支撑部的使用，能够在下断面施工的过程中，对拱顶支撑部提供支撑，解决因下断面施工而导致对顶部支撑不足的问题，提高了施工过程中隧道顶部的稳定性。侧壁支撑部和底部支撑部的使用，与拱顶支撑部一起，形成了对隧道围岩四周的整体支护，进一步提高了隧道围岩的稳定性。二次支护结构的使用，进一步提高了对隧道围岩的支护强度，保证了隧道围岩的长期稳定。

本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法，通过对隧道的上断面、左下断面和有下断面分步施工，分步支护的方法，在施工过程中使用本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统对隧道围岩的不同部分及时进行支护，保证了不同施工阶段隧道围岩的稳定性，保证了极破碎围岩隧道的施工和使用安全。

附图说明

图1是本发明的支护系统一个实施例中拱顶支撑部支撑结构示意图；

图2是本发明的支护系统一个实施例中卡揽环连接结构示意图；

图3是本发明的支护系统一个实施例中链接环扣连接结构示意图；

图4是本发明的支护系统一个实施例的结构俯视图；

图5是本发明的施工方法一个实施例的流程框图；

图6是本发明的施工方法一个实施例中左下断面开挖前支护结构示意图；

图7是本发明的施工方法一个实施例中左下断面开挖前支护结构示意图；

图8是本发明的施工方法一个实施例中隧道断面开挖完成后支护结构示意图；

图9是本发明的施工方法一个实施例中二次支护前支护结构示意图；

图10是本发明的施工方法一个实施例施工完成后支护结构示意图。

附图标记说明

11 钢拱架 12 顶部锚杆

13 钢筋梁 21 支撑柱

22 辅助支撑柱 23 钢轨枕

31 左钢架 32 右钢架

33 侧壁锚杆 34 底角锚杆

41 左底板 42 右底板

43 底部锚杆 51 钢筋网

52 混凝土层 6 卡揽环

7 链接环扣 8 螺栓

具体实施方式

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右、前、后、内、外”所指示的方位或位置关系，是基于本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统实际使用状态时的方位或位置关系。其中，施工中隧道的掘进方向为“前”，靠近隧道断面中心处为“内”。对于本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的装置或部件的方位或位置关系的描述，与其在支护系统中实际使用的状态一致。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的一种实施方式，如图1至图4和图6至图10所示，包括拱顶支撑部、临时支撑部、侧壁支撑部、底部支撑部和二次支护结构。其中，拱顶支撑部用于对隧道上部围岩进行支护，拱顶支撑部包括钢拱架11、顶部锚杆12和钢筋梁13。钢拱架使用型钢制成与隧道顶部相适应的形状，通常是圆拱形。钢拱架11可以使用工字钢、方钢等成型，但不易采用U型钢或槽钢成型。顶部锚杆12沿隧道的横断面间隔锚固在隧道顶部围岩中，端部与钢拱架11固定连接，通常，顶部锚杆12与钢拱架11之间通过焊接方式固定连接，以能够将钢拱架11悬吊在隧道的顶部。随着隧道的掘进，钢拱架11可以设置多个，多个钢拱架11沿隧道掘进方向间隔设置。相邻钢拱架11之间的间距可以根据极破碎围岩的具体情况设定，通常设置为1-2米。钢筋梁13纵向固定在相邻的多个钢拱架11之间，沿钢拱架11的左右方向间隔固定有多个钢筋梁13，相邻的钢筋梁13之间的间隔距离通常设置为0.5-1.5米，钢筋梁13通常通过焊接方式固定在钢拱架11的外侧。

临时支撑部用于在施工过程中对拱顶支撑部提供临时支撑，增强施工过程中、侧壁支撑部架设完成前拱顶支撑部的支撑强度，防止施工过程中顶部围岩的坍塌。临时支撑部包括支撑柱21、辅助支撑柱22和钢轨枕23。支撑柱21支撑在钢拱架11的拱顶部位的下方，在钢拱架11与隧道底部之间形成支撑。支撑柱21可以采用型钢制成的钢柱，支撑柱21可以制成一根整体的钢柱，也可以分别制成一根上支撑柱和一根下支撑柱，在使用时将上支撑柱和下支撑柱固定连接在一起，形成支撑柱21。如图1所示，辅助支撑柱22斜向连接在钢拱架11的一侧与支撑柱21之间，以加强对钢拱架11侧部的支撑力。钢轨枕23横向连接在钢拱架11另一侧的端部与支撑柱21之间，在钢轨枕下方的隧道下断面开挖前卫钢拱架11提供向上的足够承载力，并能够和支撑柱21、辅助支撑柱22以及钢拱架11一起形成整体的支撑结构框架。

侧壁支撑部用于对隧道两侧的围岩形成支护，并在拱顶支撑部和隧道的底部之间形成支撑。侧部支撑部包括左钢架31、右钢架32、侧壁锚杆33和底角锚杆34。侧壁锚杆33有多个，分别横向安装在隧道左右两侧的围岩中，在两侧围岩侧壁的下部，分别安装有向侧下方斜向延伸的地脚锚杆34。左钢架31和右钢架32通常使用与钢拱架11相同的型钢制作成型，左钢架31安装在隧道左侧围岩壁部，钢拱架11左侧端部的下方；右钢架32安装在隧道右侧围岩壁部，钢拱架11右侧端部的下方。左钢架31和右钢架32的上端分别与钢拱架11的左右两侧端部固定连接。侧壁锚杆33和底角锚杆34分别与左钢架31或者右钢架32固定连接，通常以焊接方式固定连接。

底部支撑部固定在隧道的底部，用于对隧道底部围岩形成支护，提高底部围岩的承压强度和结构稳定性。底部支撑部包括左底板41、右底板42和底部锚杆43。左底板41和右底板42并列布置在隧道的底部的左右两侧，以能够提高隧道底部围岩的抗压强度。底部锚杆43锚固在隧道底部围岩中，并且固定连接在左底板41或者右底板42上，通常，底部锚杆43焊接固定在左底板41或者右底板42上，对左底板41和右底板42形成向下的锚固力，使得左底板41和右底板42紧贴在隧道底部围岩上。

二次支护结构用于对拱顶支撑部、侧壁支撑部和底部支撑部形成加强支护，提高隧道四周围岩壁的整体支护强度，进一步提高隧道围岩的稳定性，延长隧道的使用寿命。通常也可以将拱顶支撑部、侧壁支撑部和底部支撑部称为初次支护结构。二次支护结构包括钢筋网51和混凝土层52。钢筋网51设置在隧道四周，且位于所述拱顶支撑部、侧壁支撑部和底部支撑部的内侧，混凝土层52浇注在钢筋网51的周围，并包覆钢筋网51，形成钢筋混凝土结构。混凝土层52还能够将初次支护结构和二次支护结构紧密连接在一起，形成一体式的联合支护系统，进一步提高本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的支护强度，保证隧道围岩的稳定性，提高隧道的使用寿命。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的一些实施例中，如图1至图3所示，钢拱架11使用工字钢制作成型。工字钢成型的钢拱架11不仅能够提高相同重量下拱架的支护强度，而且在支护状态下能够方便地与其他结构相连接，有助于简化施工工艺，提高施工进度。

作为本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的一种具体实施方式，如图2所示，支撑柱21的顶部与钢拱架11之间，以及辅助支撑柱22的顶部与钢拱架11之间均通过卡揽环6相固定连接。卡揽环6包括两个中部向外凸出的环体，环体由条形钢板成型，环体的两端为相向延伸的连接部，中间为向一侧凸出的配合部，配合部的形状大小与工字钢的下翼板的形状一致，两端连接部的中间打有连接孔。相互连接的工字钢的腰部和支撑柱21的顶部也打有连接孔，两个环体相对扣合在工字钢的腿部，使得配合部扣合在工字钢两侧的下翼板上，环体上端的连接孔与工字钢腰部的连接孔相对，环体下端的连接孔与支撑柱顶部的连接孔相对，使用螺栓8穿过两侧环体上端的连接孔和工字钢腰部的连接孔将卡揽环6的上端与钢拱架11固定在一起，使用螺栓8穿过两侧环体下端的连接孔和支撑柱顶部的连接孔将卡揽环6的下端与支撑柱21连接在一起，形成钢拱架11与支撑柱21之间高强度的固定连接。这样，就能够方便的在钢拱架11的支护状态下进行钢拱架11与支撑柱21之间的连接，并能够在需要时方便地将支撑柱21从钢拱架11上拆开。

作为本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的一种具体实施方式，如图2所示，钢轨枕23通过链接环扣7与钢架梁11固定连接。链接环扣7使用槽钢制成，槽钢的一侧壁部打有连接孔，钢轨枕23的端部打有连接孔。使用时，将链接环扣7放置在钢拱架11的端部，使得钢拱架11的端部支撑在槽钢的底部，槽钢侧壁部的连接孔与钢轨枕23端部的连接孔相对，使用螺栓8穿过槽钢侧壁部的连接孔和钢轨枕23端部的连接孔将链接环扣7与钢轨枕23连接在一起，形成对钢拱架11的端部的承载和固定。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的一些实施例中，辅助支撑柱22的下端通过铰接方式连接在支撑柱21上。辅助支撑柱22与支撑柱21之间通过铰接方式相连接，使得支撑柱21仅相辅助支撑柱22提供轴向支撑力，能够减小支撑柱21上部的侧向应力。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的一些实施例中，如图1所示，在支撑柱21的底端设置有脚帽24。脚帽24具有比支撑柱21的截面积更大的面积，支撑柱21通过脚帽24支撑在隧道的底部。这样，在隧道底部围岩支撑强度相同的情况下，能够对支撑柱21能够提供更大的支撑力，从而使得支撑柱21能够对拱顶支撑部提高更强的支撑。

本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法，用于在极破碎围岩等V类岩体地质环境下，使用本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统进行隧道的挖掘施工。本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法的一种实施例，如图5所示，包括如下步骤：

S1、管棚注浆。在施工地段待开挖隧道四周的岩体中，进行管棚注浆，以尽量提高隧道四周极破碎岩体的承载力，为隧道的开挖提供保障。

S2、进行隧道上断面的开挖施工，在开挖过程中及时安装拱顶支撑部，对隧道上断面围岩进行支护。在隧道上断面掘进过程中，按照边掘进边支护的方式，每掘进一段距离，安装一段拱顶支撑部，防止隧道上断面掘进过程中，顶部围岩的坍塌。

S3、在拱顶支撑部的下方安装临时支撑部，形成对拱顶支撑部的支撑力。这样，就能够在隧道下断面开挖，拱顶支撑部所受到的隧道下断面岩体的支撑力消失后，能够通过临时支撑部对拱顶支撑部形成支撑力，保证隧道下断面开挖施工时顶部围岩及其下方的拱顶支撑部的稳定。

S4、进行隧道左下断面的开挖，而保留右下断面的围岩。在拱顶支撑部自身支护作用和临时支撑部提供支撑力的共同作用下，仅进行隧道下断面半幅岩体的挖掘施工，能够更大程度地保证挖掘施工的安全性。在开挖过程中按照边掘进边支护的方式及时安装侧壁支撑部的左侧部分和底部支撑部的左侧部分。左侧侧壁支撑部的安装能够加强隧道左侧围岩的稳定性，并对拱顶支撑部的左侧部分形成支撑，左侧底部支撑部的安装能够提高隧道左侧底部围岩的强度，保证隧道底部左侧围岩的稳定性。当然，也可以先对隧道的右下断面进行开挖、支护后，再进行左下断面的开挖。

S5、在隧道左下断面支护完成后，再进行隧道右下断面的开挖。右下断面的开挖同样采取边掘进边支护的方式安装侧壁支撑部的右侧部分，对隧道右侧围岩进行支护，并对拱顶支撑部的右侧部分进行支撑。此时，由于临时支撑部的存在，还不能对隧道底部围岩的右侧部分进行完整支护，隧道底部围岩右侧部分的支护通常在临时支撑部拆除后进行。

S6、在隧道下断面左右两侧壁部支护完成，对拱顶支撑部两侧的支撑形成后，拆除临时支撑部，去除隧道内临时支撑部对隧道通道的影响，通过侧壁支撑部对拱顶支撑部进行支撑。此时，再安装底部支撑部的右侧部分，形成整个的底部支撑部，对整个隧道底部围岩形成整体支护。

S7、采用配套的机械车，在初次支护结构的内侧铺设钢筋网51，在钢筋网51的内侧安装注浆模板后，再在注浆模板的外侧注入混凝土浆液，使得混凝土浆液充满注浆模板外侧钢筋网51和初次支护结构周边的空间，混凝土浆液凝固后形成包覆钢筋网51和初次支护结构内侧的混凝土层52。由钢筋网51和混凝土层52形成的二次支护结构与由拱顶支撑部、侧壁支撑部和底部支撑部形成的初次支护结构通过混凝土层52紧密凝集在一起，形成如图10所示的一体式联合支护系统。二次支护结构的浇筑也随着隧道的掘进和初次支护结构的安装分段向前推进，通常，二次支护结构的施工段距离初次支护结构的施工段之间的距离保持在10至20米。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法的一些实施例中，如图6所示，在上断面开挖后，在隧道的一个横断面上的不同位置，向垂直于隧道上部围岩的方向向围岩深处打孔，安装多个顶部锚杆12。再在上部围岩的该横断面处安装钢拱架11。在距离该横断面设定距离的下一个隧道横断面处再按同样的方式分别安装顶部锚杆12和钢拱架11，在相邻的钢拱架11外侧按设定的间距安装钢筋梁13，将顶部锚杆12和钢筋梁13焊接在相应的钢拱架11上，形成整体的拱顶支撑部。

作为本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法的一种具体实施方式，如图6所示，安装临时支撑部的方法为，在钢拱架11拱顶部位下方的隧道下断面掏槽，在槽中安装支撑柱21，使得支撑柱21的下端支撑在隧道的底部，上端支撑在钢拱架11的下方。支撑柱21可以使用一根整段的长柱体，为了方便支撑柱21的安装，也可以使用一根较短的上支撑柱和一根较短的下支撑柱，将下支撑柱安装在隧道下断面的槽中，将上支撑柱支撑在钢拱架11的下方，再将上支撑柱和下支撑柱固定在一起，形成一个支撑柱21。支撑柱21的下端还可以设置有脚帽24，脚帽24安装在隧道的底部，支撑柱21安装在脚帽24上。钢拱架11通常使用工字钢制作成型，此时，支撑柱21的上端可以通过卡揽环6固定在钢拱架上。将辅助支撑柱22的一端安装在钢拱架11的左侧，并将辅助支撑柱22的另一端向下安装在支撑柱21上。在钢拱架11的右侧端部与支撑柱21之间，横向安装钢轨枕23，钢轨枕23安装在隧道上断面的底部，钢轨枕23的两端分别与钢拱架11和支撑柱21相连接。其中，钢轨枕23的右端可以与链接环扣7固定连接，并使得钢拱架11的右侧端部支撑连接在链接环扣7上。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法的一些实施例中，如图7所示，在隧道左下断面开挖后，在钢拱架11下方的隧道左侧壁围岩上的不同位置横向打孔，安装数个侧壁锚杆33，在钢拱架11下方的隧道左侧壁围岩底部向侧下方打孔，安装底角锚杆34。在隧道底部左侧部分的围岩上的不同位置向下打孔，安装底部锚杆43。在钢拱架11左侧端部的下方安装左钢架31，使得左钢架31的下端支撑在隧道底部围岩上，左钢架31的上端支撑在钢拱架11的左侧端部，将侧壁锚杆33和底角锚杆34焊接在左钢架31上。在隧道围岩的左侧底部安装左底板41，将底部锚杆43焊接在左底板41上。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法的一些实施例中，如图8所示，在隧道右下断面开挖后，在钢拱架11下方的隧道右侧壁围岩上的不同位置横向打孔，安装数个侧壁锚杆33，在钢拱架11下方的隧道右侧壁围岩底部向侧下方打孔，安装底角锚杆34。在隧道底部右侧部分的围岩上的不同位置向下打孔，安装底部锚杆43。在钢拱架11右侧端部的下方安装右钢架32，使得右钢架32的下端支撑在隧道底部围岩上，右钢架32的上端支撑在钢拱架11的右侧端部，将侧壁锚杆33和底角锚杆34焊接在右钢架32上。为了隧道右下断面的开挖方便，也可以在右下断面开挖前，先拆除钢轨枕23。再在右下断面开挖后，拆除其他临时支撑部。

在本发明的极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法的一些实施例中，如图9所示，因为已经通过左钢架31和右钢架32形成对钢拱架11的支撑，此时，拆除钢轨枕23、辅助支撑柱22和支撑柱21，去除临时支撑部对隧道通道和底板施工的影响。其中的钢轨枕23也可以在隧道的右下断面开挖前拆除。在隧道底部围岩的右侧部分安装右底板42，并将右侧的底部锚杆43焊接在右底板42上，形成完整的底部围岩支护，提高隧道底部围岩的结构强度。

在本发明的描述中，参考术语“一些实施例”、“一种实施方式”和“一种实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，和对各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种极破碎围岩隧道联合支护系统，其特征在于，包括拱顶支撑部、临时支撑部、侧壁支撑部、底部支撑部和二次支护结构；

所述拱顶支撑部包括钢拱架(11)、顶部锚杆(12)和钢筋梁(13)，所述钢拱架(11)间隔安装在隧道的顶部，所述顶部锚杆(12)锚固在隧道顶部围岩中，且与所述钢拱架(11)固定连接，所述钢筋梁(13)间隔固定在相邻的钢拱架(11)的之间；

所述临时支撑部包括支撑柱(21)、辅助支撑柱(22)和钢轨枕(23)，所述支撑柱(21)支撑在所述钢拱架(11)与隧道底部之间，所述辅助支撑柱(22)斜向连接在所述钢拱架(11)的一侧与所述支撑柱(21)之间，以能够对所述钢拱架(11)形成辅助支撑，所述钢轨枕(23)横向连接所述钢拱架(11)另一侧的端部与所述支撑柱(21)；

所述侧壁支撑部包括左钢架(31)、右钢架(32)、侧壁锚杆(33)和底角锚杆(34)，所述左钢架(31)和右钢架(32)分别安装在隧道的左右两侧，顶部分别与所述钢拱架(11)左右两侧的端部固定连接，所述侧壁锚杆(33)和底角锚杆(34)分别锚固在隧道左右两侧和底角的围岩中，且分别与所述左钢架(31)或者右钢架(32)固定连接；

所述底部支撑部包括左底板(41)、右底板(42)和底部锚杆(43)，所述左底板(41)和右底板(42)并列安装在隧道的底部的左右两侧，所述底部锚杆(43)锚固在隧道底部围岩中，且与所述左底板(41)或者右底板(42)固定连接；

所述二次支护结构包括钢筋网(51)和混凝土层(52)，所述钢筋网(51)设置在隧道四周，且位于所述拱顶支撑部、侧壁支撑部和底部支撑部的内侧，所述混凝土层(52)包覆所述钢筋网(51)。

2.根据权利要求1所述的极破碎围岩隧道联合支护系统，其特征在于，所述钢拱架(11)使用工字钢制作成型。

3.根据权利要求2所述的极破碎围岩隧道联合支护系统，其特征在于，所述支撑柱(21)和辅助支撑柱(22)的顶部与所述钢拱架(11)通过卡揽环(6)固定连接。

4.根据权利要求2所述的极破碎围岩隧道联合支护系统，其特征在于，所述钢轨枕(23)通过链接环扣(7)与所述钢架梁(11)固定连接。

5.根据权利要求1所述的极破碎围岩隧道联合支护系统，其特征在于，所述辅助支撑柱(22)与所述支撑柱(21)之间通过铰接的方式相互连接。

6.根据权利要求1所述的极破碎围岩隧道联合支护系统，其特征在于，所述支撑柱(21)的底部设置有脚帽(24)，并通过所述脚帽(24)支撑在隧道的底部。

7.一种极破碎围岩隧道联合支护系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、管棚注浆；

S2、上断面开挖，安装拱顶支撑部；

S3、安装临时支撑部；

S4、左下断面开挖，安装左侧侧壁支撑部和左侧底部支撑部；

S5、右下断面开挖，安装右侧侧壁支撑部；

S6、拆除临时支撑部，安装右侧底部支撑部；

S7、浇筑二次支护结构。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，上断面开挖后，先安装顶部锚杆(12)，再安装钢筋梁(13)和钢拱架(11)，将所述顶部锚杆(12)和钢筋梁(13)焊接在所述钢拱架(11)上。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，先在所述钢拱架(11)拱顶下方的下断面掏槽，安装支撑柱(21)，然后进行所述支撑柱(21)的顶部与所述钢拱架(11)拱顶的连接，再分别将辅助支撑柱(22)和钢轨枕(23)的两端与所述钢拱架(11)和支撑柱(21)连接在一起。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，在左下断面开挖后，先在隧道围岩的左侧壁安装侧壁锚杆(33)和底角锚杆(34)，在隧道围岩的左侧底部安装底部锚杆(43)，然后在所述钢拱架(11)左侧端部的下方安装左钢架(31)，在隧道围岩的左侧底部安装左底板(41)，再将所述侧壁锚杆(33)和底角锚杆(34)固定在所述左钢架(31)上，将所述底部锚杆(43)固定在所述左底板(41)上。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤S5中，在右下断面开挖后，先在隧道围岩的右侧壁安装侧壁锚杆(33)和底角锚杆(34)，在隧道围岩的右侧底部安装底部锚杆(43)，然后在所述钢拱架(11)右侧端部的下方安装右钢架(32)，再将所述侧壁锚杆(33)和底角锚杆(34)固定在所述右钢架(32)上，将所述钢拱架(11)分别与所述左钢架(31)和右钢架(32)连接在一起。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤S6中，拆除钢轨枕(23)、辅助支撑柱(22)和支撑柱(21)，在隧道围岩底部的右侧铺设右底板(42)，并将右侧的底部锚杆(43)固定在右底板(42)上。

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