CN113404513A - 一种敞开式tbm隧道施工用堵水支护装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置及其施工方法，属于隧道施工技术领域，用于解决敞开式TBM隧道施工时支护及堵水非常麻烦的技术问题。本堵水支护装置通过拱架、薄钢板和压条配合形成的环形支撑结构能够对隧洞内起到良好的支护作用，安装完成后，向钢拱架间的薄钢板上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板下方，与抓筋一起形成喷射混凝土层，凝结后的混凝土结构层能够加强支护结构的支撑强度和稳定性；然后通过灌浆管向薄钢板与围岩间的化灌空间灌注化灌材料，以此对围岩面的涌水进行封堵，起到良好的堵水效果；采用该堵水支护装置，操作简单，施工方便，既能防止洞顶及两侧围岩垮塌，同时也达到了良好的堵水效果。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，涉及一种支护装置，具体是一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置及其施工方法。
背景技术
TBM是指全断面隧道掘进机，硬岩TBM是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外；敞开式TBM隧道掘进机，开挖隧道时不需要铺设管片，而是集开挖、支护、出渣于一体，可以实现隧道的一次成型，主要应用于长大硬岩隧道施工。
敞开式TBM隧道内，当掘进中遇到围岩破碎且有大量的涌水时，支护及堵水非常麻烦，首先支护一般采用挂网及锚杆、钢筋排、钢拱架，但因围岩破碎且富水，锚杆孔不好成孔且孔中涌出大量的水，锚杆无法锚固，围岩容易垮塌。对于破碎的围岩堵水时，灌浆的浆液会沿着围岩破碎的裂隙到处扩散，大部分会流到隧道内，堵水效果非常不好，以往的做法是通过化学灌浆对围岩破碎的裂隙进行封堵，因为点多面广非常费时，材料也浪费的多，封堵效果也差，而且堵水过程中因围岩破碎，即使有钢筋排等支护措施还是有掉块伤人的危险。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置及其施工方法，该装置要解决的技术问题是：如何实现在敞开式TBM隧道施工时提供良好的支护结构同时具有良好的堵水效果。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置，包括用于支撑围岩的钢拱架，钢拱架呈环形设置隧洞内，两榀钢拱架之间设置有若干弯制成形的薄钢板，薄钢板通过压条固定在钢拱架的翼缘板下部，薄钢板与钢拱架的翼缘板连接处设置有用于密封的橡胶板，压条与钢拱架通过螺柱可拆连接，薄钢板安装后与围岩之间形成密封的化灌空间，薄钢板上设置有灌浆管，灌浆管与化灌空间连通，薄钢板与钢拱架下部空间为喷射混凝土层。
优选地，所述钢拱架采用H型钢制成，螺柱焊接固定在H型钢的翼缘板下部，橡胶板粘接在H型钢的翼缘板下部，单榀钢拱架通过若干弯制成型的H型钢拼接段拼接成环形。
采用以上结构，橡胶板用于密封止水，并保证化灌空间的密封性，通过螺柱固定薄钢板和压条，操作方便，连接可靠。
所述压条的两端开设有与螺柱配合的连接孔，螺柱从压条的连接孔中穿过，其下端通过螺母固定，压条位于在两块薄钢板的接缝处。
当钢拱架拼接成环后，用弯制成形的薄钢板贴在钢拱架翼缘板的橡胶板上，用压条、焊接螺柱及螺母固定薄钢板，如此往复固定一周，薄钢板块与块之间的接缝位于压条处，压条将薄钢板固定在钢拱架上，同时也可以连接两榀钢拱架，加强支护结构的稳定性。
所述薄钢板下部设置若干用于加固喷射混凝土层的抓筋。
采用以上结构，薄钢板安装完成后，在薄钢板的下方喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板上，与抓筋一起形成钢筋混凝土层，加强支护结构的支撑强度和稳定性。
所述薄钢板上开设有化灌孔，灌浆管焊接固定在化灌孔处。
采用以上结构，通过灌浆管向薄钢板与围岩间的化灌空间灌注化灌材料，化灌材料为用于堵水的化学浆液，化灌材料进入薄钢板后面发生反应，达到封堵岩面裂隙涌水的目的，以此对围岩面的涌水进行封堵，同时也可以通过灌浆管对围岩打孔进行固结灌浆，加固围岩。
一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置的施工方法，其步骤如下，
步骤一、准备弯制成形的薄钢板若干块，薄钢板上开有化灌孔，化灌孔内焊接灌浆管，薄钢板的内侧焊接若干抓筋。
步骤二、钢拱架拼接段的内侧焊接螺柱，钢拱架拼接段采用H型钢压制成型，螺柱焊接固定在H型钢的翼缘板下部，并在H型钢的翼缘板下部粘接橡胶板。
步骤三、在隧洞内将钢拱架拼接成环形，各榀环形钢拱架支撑在隧洞内。
步骤四、在两榀钢拱架之间安装薄钢板，薄钢板贴在钢拱架翼缘板的橡胶板上，并用压条进行固定，压条位于在两块薄钢板的接缝处，螺柱从压条的连接孔中穿过，其下端通过螺母固定，如此往复固定一周；在盾体后安装薄钢板时，钢拱架的中部为TBM水平支撑区，TBM水平支撑区先不安装薄钢板，以免水平支撑处的薄钢板在TBM掘进时被水平支撑压变形；如果围岩非常破碎且涌水，水平支撑无法撑住岩面，该处可以衬砌混凝土；如果围岩相对完整，待TBM掘进换步水平支撑过了未安装薄钢板的区域后，在TBM水平支撑区处安装薄钢板。
步骤五、向钢拱架间的薄钢板上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板下方，与抓筋一起形成喷射混凝土层，凝结后的混凝土结构层能够加强支护结构的支撑强度和稳定性。
步骤六、通过灌浆管向薄钢板与围岩间的化灌空间灌注化灌材料，化灌材料进入薄钢板后面发生反应，达到封堵岩面裂隙涌水的目的，以此对围岩面的涌水进行封堵，起到良好的堵水效果。如需要进一步对围岩内部进行固结灌浆，还可以通过灌浆管打固结灌浆孔，然后对围岩进行固结灌浆。
步骤七、如此往复，采用本堵水支护装置按上述步骤在隧洞内进行施工，达到对围岩破碎涌水点进行封堵及加固目的。
与现有技术相比，本敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置及其施工方法具有以下优点：
1、本堵水支护装置通过拱架、薄钢板和压条配合形成的环形支撑结构能够对隧洞内起到良好的支护作用，安装完成后，向钢拱架间的薄钢板上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板下方，与抓筋一起形成喷射混凝土层，凝结后的混凝土结构层能够加强支护结构的支撑强度和稳定性；然后通过灌浆管向薄钢板与围岩间的化灌空间灌注化灌材料，以此对围岩面的涌水进行封堵，起到良好的堵水效果。
2、在敞开式TBM隧道施工时采用该堵水支护装置，操作简单，施工方便，支撑稳定性好，结构强度高，既能防止洞顶及两侧围岩垮塌，同时也达到了良好的堵水效果，能够提高施工效率，降低施工成本，提高支护结构的安全防护性能。
附图说明
图1是本发明安装后的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是图2中A截面的结构示意图；
图4是图3中I部的放大结构示意图；
图5是本发明施工时采用水平支撑状态的结构示意图；
图中：1-钢拱架、2-薄钢板、3-橡胶板、4-压条、5-抓筋、6-灌浆管、7-螺柱、8-化灌孔、9-围岩、10-化灌材料、11-喷射混凝土层、12-TBM水平支撑区。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
请参阅图1-5，本实施例提供了一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置及其施工方法，包括用于支撑围岩9的钢拱架1，钢拱架1呈环形设置隧洞内，两榀钢拱架1之间设置有若干弯制成形的薄钢板2，薄钢板2通过压条4固定在钢拱架1的翼缘板下部，薄钢板2与钢拱架1的翼缘板连接处设置有用于密封的橡胶板3，压条4与钢拱架1通过螺柱7可拆连接，薄钢板2安装后与围岩9之间形成密封的化灌空间，薄钢板2上设置有灌浆管6，灌浆管6与化灌空间连通，薄钢板2与钢拱架1下部空间为喷射混凝土层11。钢拱架1、薄钢板2和压条4配合形成的环形支撑结构能够对隧洞内起到良好的支护作用，安装完成后，向钢拱架1间的薄钢板2上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板2下方，与抓筋5一起形成喷射混凝土层11，凝结后的混凝土结构层能够加强支护结构的支撑强度和稳定性；然后通过灌浆管6向薄钢板2与围岩9间的化灌空间灌注化灌材料10，以此对围岩面的涌水进行封堵，起到良好的堵水效果。
优选地，所述钢拱架1采用H型钢制成，螺柱7焊接固定在H型钢的翼缘板下部，橡胶板3粘接在H型钢的翼缘板下部，单榀钢拱架1通过若干弯制成型的H型钢拼接段拼接成环形；橡胶板3用于密封止水，并保证化灌空间的密封性，通过螺柱7固定薄钢板2和压条4，操作方便，连接可靠。
所述压条4的两端开设有与螺柱7配合的连接孔，螺柱7从压条4的连接孔中穿过，其下端通过螺母固定，压条4位于在两块薄钢板2的接缝处；当钢拱架1拼接成环后，用弯制成形的薄钢板2贴在钢拱架1翼缘板的橡胶板3上，用压条4、焊接螺柱7及螺母固定薄钢板2，如此往复固定一周，薄钢板2块与块之间的接缝位于压条4处，压条4将薄钢板2固定在钢拱架1上，同时也可以连接两榀钢拱架1，加强支护结构的稳定性。
所述薄钢板2下部设置若干用于加固喷射混凝土层11的抓筋5；薄钢板2安装完成后，在薄钢板2的下方喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板2上，与抓筋5一起形成钢筋混凝土层，加强支护结构的支撑强度和稳定性。
所述薄钢板2上开设有化灌孔8，灌浆管6焊接固定在化灌孔8处；通过灌浆管6向薄钢板2与围岩9间的化灌空间灌注化灌材料10，化灌材料10为用于堵水的化学浆液，化灌材料10进入薄钢板2后面发生反应，达到封堵岩面裂隙涌水的目的，以此对围岩面的涌水进行封堵，同时也可以通过灌浆管6对围岩打孔进行固结灌浆，加固围岩。
本发明的施工方法如下：
步骤一、准备弯制成形的薄钢板2若干块，薄钢板2上开有化灌孔8，化灌孔8内焊接灌浆管6，薄钢板2的内侧焊接若干抓筋5。
步骤二、钢拱架1拼接段的内侧焊接7螺柱，钢拱架1拼接段采用H型钢压制成型，螺柱7焊接固定在H型钢的翼缘板下部，并在H型钢的翼缘板下部粘接橡胶板3。
步骤三、在隧洞内将钢拱架1拼接成环形，各榀环形钢拱架1支撑在隧洞内。
步骤四、在两榀钢拱架1之间安装薄钢板2，薄钢板2贴在钢拱架1翼缘板的橡胶板3上，并用压条4进行固定，压条4位于在两块薄钢板2的接缝处，螺柱7从压条4的连接孔中穿过，其下端通过螺母固定，如此往复固定一周；在盾体后安装薄钢板2时，如图5所示，钢拱架1的中部为TBM水平支撑区12，TBM水平支撑区12先不安装薄钢板2，以免水平支撑处的薄钢板2在TBM掘进时被水平支撑压变形；如果围岩9非常破碎且涌水，水平支撑无法撑住岩面，该处可以衬砌混凝土；如果围岩9相对完整，待TBM掘进换步水平支撑过了未安装薄钢板2的区域后，在TBM水平支撑区12处安装薄钢板2，如图3所示。
步骤五、向钢拱架1间的薄钢板2上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板2下方，与抓筋5一起形成喷射混凝土层11，凝结后的混凝土结构层能够加强支护结构的支撑强度和稳定性。
步骤六、通过灌浆管6向薄钢板2与围岩9间的化灌空间灌注化灌材料10，化灌材料10进入3薄钢板后面发生反应，达到封堵岩面裂隙涌水的目的，以此对围岩面的涌水进行封堵，起到良好的堵水效果；如需要进一步对围岩9内部进行固结灌浆，还可以通过灌浆管6打固结灌浆孔，然后对围岩9进行固结灌浆。
步骤七、如此往复，采用本堵水支护装置按上述步骤在隧洞内进行施工，达到对围岩9的破碎涌水点进行封堵及加固目的。
本堵水支护装置通过拱架1、薄钢板2和压条4配合形成的环形支撑结构能够对隧洞内起到良好的支护作用，安装完成后，向钢拱架1间的薄钢板2上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板2下方，与抓筋5一起形成喷射混凝土层11，凝结后的混凝土结构层能够加强支护结构的支撑强度和稳定性；然后通过灌浆管6向薄钢板2与围岩9间的化灌空间灌注化灌材料10，以此对围岩面的涌水进行封堵，起到良好的堵水效果；在敞开式TBM隧道施工时采用该堵水支护装置，操作简单，施工方便，支撑稳定性好，结构强度高，既能防止洞顶及两侧围岩垮塌，同时也达到了良好的堵水效果，能够提高施工效率，降低施工成本，提高支护结构的安全防护性能。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置，包括用于支撑围岩（9）的钢拱架（1），其特征在于，所述钢拱架（1）呈环形设置隧洞内，两榀钢拱架（1）之间设置有若干弯制成形的薄钢板（2），薄钢板（2）通过压条（4）固定在钢拱架（1）的翼缘板下部，薄钢板（2）与钢拱架（1）的翼缘板连接处设置有用于密封的橡胶板（3），压条（4）与钢拱架（1）通过螺柱（7）可拆连接，薄钢板（2）安装后与围岩（9）之间形成密封的化灌空间，薄钢板（2）上设置有灌浆管（6），灌浆管（6）与化灌空间连通，薄钢板（2）与钢拱架（1）下部空间为喷射混凝土层（11）。
2.根据权利要求1所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置，其特征在于，所述钢拱架（1）采用H型钢制成，螺柱（7）焊接固定在H型钢的翼缘板下部，橡胶板（3）粘接在H型钢的翼缘板下部，单榀钢拱架（1）通过若干弯制成型的H型钢拼接段拼接成环形。
3.根据权利要求2所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置，其特征在于，所述压条（4）的两端开设有与螺柱（7）配合的连接孔，螺柱（7）从压条（4）的连接孔中穿过，其下端通过螺母固定，压条（4）位于在两块薄钢板（2）的接缝处。
4.根据权利要求3所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置，其特征在于，所述薄钢板（2）下部设置若干用于加固喷射混凝土层（11）的抓筋（5）。
5.根据权利要求4所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置，其特征在于，所述薄钢板（2）上开设有化灌孔（8），灌浆管（6）焊接固定在化灌孔（8）处。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置的施工方法，其特征在于，其步骤如下，
步骤一、准备弯制成形的薄钢板（2）若干块，薄钢板（2）上开有化灌孔（8），化灌孔（8）内焊接灌浆管（6），薄钢板（2）的内侧焊接若干抓筋（5）；
步骤二、钢拱架（1）拼接段的内侧焊接（7）螺柱，钢拱架（1）拼接段采用H型钢压制成型，螺柱（7）焊接固定在H型钢的翼缘板下部，并在H型钢的翼缘板下部粘接橡胶板（3）；
步骤三、在隧洞内将钢拱架（1）拼接成环形，各榀环形钢拱架（1）支撑在隧洞内；
步骤四、在两榀钢拱架（1）之间安装薄钢板（2），薄钢板（2）贴在钢拱架（1）翼缘板的橡胶板（3）上，并用压条（4）进行固定，压条（4）位于在两块薄钢板（2）的接缝处，螺柱（7）从压条（4）的连接孔中穿过，其下端通过螺母固定，如此往复固定一周；
步骤五、向钢拱架（1）间的薄钢板（2）上喷射混凝土，喷射完成后喷射混凝土固结在薄钢板（2）下方，与抓筋（5）一起形成喷射混凝土层（11）；
步骤六、通过灌浆管（6）向薄钢板（2）与围岩（9）间的化灌空间灌注化灌材料（10）；
步骤七、如此往复，采用本堵水支护装置按上述步骤在隧洞内进行施工，达到对围岩（9）的破碎涌水点进行封堵及加固目的。
7.根据权利要求6所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置的施工方法，其特征在于，所述步骤四中，在钢拱架（1）上安装薄钢板（2）时，钢拱架（1）的中部为TBM水平支撑区（12），TBM水平支撑区（12）先不安装薄钢板（2），以免水平支撑处的薄钢板（2）在TBM掘进时被水平支撑压变形；如果围岩（9）非常破碎且涌水，水平支撑无法撑住岩面，在该处衬砌混凝土；如果围岩（9）相对完整，待TBM掘进换步水平支撑过了未安装薄钢板（2）的区域后，在TBM水平支撑区（12）处安装薄钢板（2）。
8.根据权利要求6所述的一种敞开式TBM隧道施工用堵水支护装置的施工方法，其特征在于，所述步骤六中，需要进一步对围岩（9）内部进行固结灌浆时，通过灌浆管（6）打固结灌浆孔，然后对围岩（9）进行固结灌浆。
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