CN113605951B - 一种浅埋隧道支护结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浅埋隧道支护结构及其施工方法，其支护结构包括隧道内的上台阶、中台阶、下台阶，所述上台阶处设置有上台阶支护结构，中台阶处设置有中台阶支护结构，下台阶处设置有下台阶支护结构，所述上台阶支护结构中设置有对其进行固定的楔形锚固组件；其施工方法，包括以下步骤：施工楔形孔；安装拉杆上锚爪、中部锚爪；装入拉杆；施工锚固基础；施工上台阶支护结构；施工中台阶支护结构；施工下台阶支护结构。本发明施工方法简单，便于施工，结构受力明确，楔形锚固可以保证拱部钢架的稳定性，进而保证浅埋隧道施工的安全性，实现了隧道支护结构外部受力，节省了内部空间，在隧道开挖时可以上大型机械进行开挖作业，提高了施工的进度。

Description

一种浅埋隧道支护结构及其施工方法
技术领域
本发明属于浅埋隧道及地下工程结构设计技术领域，具体涉及一种浅埋隧道支护结构及其施工方法。
背景技术
随着铁路、公路、地铁等国家基础设施建设的开展，隧道等地下工程经常受到地形条件和周边建筑物的影响而不得不采用浅埋暗挖法设计和施工，传统的浅埋隧道采用内支撑体系的支护结构，内支撑采用型钢钢架配合喷射混凝土的临时结构，占用隧道内空间，后期需要拆除临时结构，要经历一次结构受力转换。传统的内支撑支护结构存在诸多问题：其一、固定拱顶部型钢钢架不稳固，钢架容易掉落，引起拱部垮塌，存在安全隐患；其二、临时内支撑将隧道分割成较小的作业空间，大型机械用不上，多采用人工开挖，效率低，进度慢；其三、拆除临时内支撑时，隧道支护结构要经历一次结构受力转换，内侧支撑力突然消失，外层结构变形较大，存在隧道坍塌的安全风险。
本发明一种浅埋隧道支护结构及其施工方法可以有效的解决以上问题。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种浅埋隧道支护结构及其施工方法。
本发明的技术方案是：一种浅埋隧道支护结构，包括隧道内的上台阶、中台阶、下台阶，所述上台阶处设置有上台阶支护结构，中台阶处设置有中台阶支护结构，下台阶处设置有下台阶支护结构，所述上台阶支护结构中设置有对其进行固定的楔形锚固组件。
更进一步的，所述楔形锚固组件包括土体中的楔形孔，所述楔形孔中设置有与上台阶支护结构中上台阶型钢钢架相固定的拉杆。
更进一步的，所述土体顶部形成基坑，所述拉杆的自由端锚固在基坑内的锚固基础中。
更进一步的，所述拉杆外设置有加固用的加固结构。
更进一步的，所述加固结构包括设置在拉杆上的拉杆上锚爪，所述拉杆上锚爪设置在锚固基础中。
更进一步的，所述加固结构包括设置在拉杆上的中部锚爪，所述中部锚爪位于楔形中，所述楔形孔填充有微膨胀水泥砂浆。
更进一步的，所述加固结构包括设置在拉杆上的拉杆下锚爪，拉杆穿过上台阶型钢钢架后装入拉杆下锚爪，从而对上台阶型钢钢架进行固定。
更进一步的，所述中台阶支护结构处设置有对其进行加固的固定锚管。
一种浅埋隧道支护结构的施工方法，包括以下步骤：
ⅰ.施工楔形孔
采用变直径的钻孔机械，钻孔至设计时拉杆在隧道内的端头位置；
ⅱ.安装拉杆上锚爪、中部锚爪
将拉杆上锚爪和中部锚爪安装到拉杆上，完成拉杆的安装；
ⅲ.装入拉杆
将拉杆放入钻好的楔形孔内，通过注浆管注入M30以上强度的微膨胀水泥砂浆填充孔内空隙，进行封孔固定；
ⅳ.施工锚固基础
开挖锚固基础的基坑，安装锚固基础的钢筋，浇筑锚固基础部分的混凝土；
ⅴ.施工上台阶支护结构
上台阶支护结构施工到安装上台阶型钢钢架后，将拉杆穿过上台阶型钢钢架中的预留孔，并安装拉杆下锚爪，继续施工直至上台阶支护结构施工完成；
ⅵ.施工中台阶支护结构
中台阶支护结构施工到安装中台阶型钢钢架后，斜向下钻孔，采用高压风清除孔内土石杂物，插入固定锚管，然后注入水泥砂浆，将固定锚管外漏部分与中台阶型钢钢架焊接固定，继续施工直至中台阶支护结构施工完成；
ⅶ.施工下台阶支护结构
继续施工下台阶支护结构直至完成。
更进一步的，步骤ⅵ中斜向下钻孔的倾斜角度为45°。
本发明施工方法简单，便于施工，结构受力明确，楔形锚固可以保证拱部钢架的稳定性，进而保证浅埋隧道施工的安全性，实现了隧道支护结构外部受力，节省了内部空间，在隧道开挖时可以上大型机械进行开挖作业，提高了施工的进度，是一种安全高效的支护结构和施工方法，应用推广前景广阔。
本发明解决浅埋隧道施工过程中，拱顶部型钢钢架固定不稳固的安全隐患，拆除临时内支撑额安全风险，内支撑结构导致施工空间小、效率低、进度慢的问题，本发明能够提高施工安全保障、提高机械化率。
附图说明
图1 是本发明的支护结构示意图；
图2 是本发明中楔形锚固组件的结构示意图；
图3 是本发明中锚爪的平面图；
图4 是本发明中锚爪的
其中：
1 锚固基础 2 拉杆上锚爪
3 微膨胀水泥砂浆 4 中部锚爪
5 拉杆 6 拉杆下锚爪
7 上台阶一层喷射混凝土 8 上台阶钢筋网片
9 上台阶型钢钢架 10 上台阶二层喷射混凝土
11 中台阶一层喷射混凝土 12 中台阶钢筋网片
13 中台阶型钢钢架 14 中台阶二层喷射混凝土
15 固定锚管 16 下台阶一层喷射混凝土
17 下台阶钢筋网片 18 下台阶型钢钢架
19 下台阶二层喷射混凝土 20 锚爪丝扣
21 锚爪指。
实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~4所示，一种浅埋隧道支护结构，包括隧道内的上台阶、中台阶、下台阶，所述上台阶处设置有上台阶支护结构，中台阶处设置有中台阶支护结构，下台阶处设置有下台阶支护结构，所述上台阶支护结构中设置有对其进行固定的楔形锚固组件。
所述楔形锚固组件包括土体中的楔形孔，所述楔形孔中设置有与上台阶支护结构中上台阶型钢钢架9相固定的拉杆5。
所述土体顶部形成基坑，所述拉杆5的自由端锚固在基坑内的锚固基础1中。
所述拉杆5外设置有加固用的加固结构。
所述加固结构包括设置在拉杆5上的拉杆上锚爪2，所述拉杆上锚爪2设置在锚固基础1中。
所述加固结构包括设置在拉杆5上的中部锚爪4，所述中部锚爪4位于楔形中，所述楔形孔填充有微膨胀水泥砂浆3。
所述加固结构包括设置在拉杆5上的拉杆下锚爪6，拉杆5穿过上台阶型钢钢架9后装入拉杆下锚爪6，从而对上台阶型钢钢架9进行固定。
所述中台阶支护结构处设置有对其进行加固的固定锚管15。
所述拉杆上锚爪2、中部锚爪4、拉杆下锚爪6包括包括与拉杆5固定的锚爪丝扣20，所述锚爪丝扣20外设置有锚爪指21，所述锚爪指21呈发散状。
更进一步的，所述拉杆上锚爪2、中部锚爪4中的锚爪指21向下倾斜，底部锚爪6中的锚爪指21向上倾斜。
楔形锚固组件中采用了上部钻孔直径大，下部钻孔直径小的楔形锚固结构，当拉杆5下部承受向下的拉力后，楔形锚固组件的锚固基础1提供一部分支撑力，微膨胀水泥砂浆3提供与围岩的摩擦力和对围岩侧向的挤压力，支撑力、摩擦力和挤压力三部分的作用力共同承担拉杆5向下的拉力。
施工楔形锚固组件后，安装上台阶型钢钢架9时，在上台阶型钢钢架9上预留孔洞，用于穿入拉杆5，将拉杆5下部端头穿入上台阶型钢钢架9预留孔上紧拉杆下锚爪6，并将拉杆5下部端头与上台阶型钢钢架9焊接，使拉杆5与上台阶型钢钢架9连接牢固，从而解决上台阶型钢钢架9固定不稳固的问题。
通过拉杆5实现了隧道上台阶结构外部固定，通过固定锚管15实现了隧道中台阶支护结构固定，代替了传统浅埋隧道支护结构的临时内支撑结构，使整个隧道支护结构的固定和受力均设置在隧道内净空之外，节省了隧道内部的空间，能够实现大型机械化开挖围岩施工。
同时，省略了临时内支撑结构，避免了拆除内支撑的支护结构力学转换，提高了隧道支护结构的安全性和可靠性。
一种浅埋隧道支护结构的施工方法，包括以下步骤：
ⅰ.施工楔形孔
采用变直径的钻孔机械，钻孔至设计时拉杆5在隧道内的端头位置；
ⅱ.安装拉杆上锚爪、中部锚爪
将拉杆上锚爪2和中部锚爪4安装到拉杆5上，完成拉杆5的安装；
ⅲ.装入拉杆
将拉杆5放入钻好的楔形孔内，注入M30以上强度的微膨胀水泥砂浆3填充孔内空隙，进行封孔固定；
ⅳ.施工锚固基础
开挖锚固基础1的基坑，安装锚固基础1的钢筋，浇筑锚固基础部分的混凝土；
ⅴ.施工上台阶支护结构
上台阶支护结构施工到安装上台阶型钢钢架9后，将拉杆5穿过上台阶型钢钢架9中的预留孔，并安装拉杆下锚爪6，继续施工直至上台阶支护结构施工完成；
ⅵ.施工中台阶支护结构
中台阶支护结构施工到安装中台阶型钢钢架13后，斜向下钻孔，采用高压风清除孔内土石杂物，插入固定锚管15，然后注入水泥砂浆，继续施工直至中台阶支护结构施工完成；
ⅶ.施工下台阶支护结构
继续施工下台阶支护结构直至完成。
步骤ⅵ中斜向下钻孔的倾斜角度为45°。
步骤ⅰ中，钻孔机械的钻头直接小，钻杆直径逐渐扩，钻孔后，清除孔内土石杂物，完成楔形孔的钻孔工作。
步骤ⅲ中，微膨胀水泥砂浆3起到使楔形锚固结构与围岩（土体）紧密结合的作用，同时起到封孔的作用，可防止地面降水沿着钻孔渗漏到隧道结构。
步骤ⅳ中，锚固基础1部分的混凝土采用C30以上混凝土。
步骤ⅴ施工上台阶支护结构的具体步骤如下：
隧道开挖至对应里程，先开挖隧道内上台阶围岩（土体），迅速施工上台阶一层喷射混凝土7；待上台阶一层喷射混凝土7强度达到设计强度后，施工上台阶钢筋网片8，采用冲击钻在一层喷射混凝土上钻孔，孔深0.4米，间距1米，孔内放入锚固剂，插入0.5米长短钢筋，将上台阶钢筋网片8焊接在钢筋上，保证上台阶钢筋网8密贴在上台阶一层喷射混凝土7上。
然后，安装上台阶型钢钢架9，在上台阶型钢钢架9上预留孔洞，用于穿入拉杆5，将拉杆5下部端头穿入上台阶型钢钢架9预留孔上紧拉杆下锚爪6，并将拉杆5下部端头与上台阶型钢钢架9焊接，使拉杆5与上台阶型钢钢架连接9，拉杆5承受上台阶型钢钢架9的自重以及围岩（土体）的压力。
最后，施工上台阶二层喷射混凝土10将上台阶钢筋网片8和上台阶型钢钢架9以及拉杆5端头完全盖住。
ⅵ施工中台阶支护结构的具体步骤如下：
待上台阶二层喷射混凝土10强度达到设计强度后，继续开挖中台阶围岩（土体），施工中台阶一层喷射混凝土11，待中台阶喷射混凝土11强度达到设计强度后施工中台阶钢筋网片12，上台阶钢筋网片8与中台阶钢筋网片12要有1~2个网格的搭接，采用冲击钻在中台阶一层喷射混凝土11上钻孔，孔内放入锚固剂，插入0.5米长短钢筋，将中台阶钢筋网片12焊接在短钢筋上，保证中台阶钢筋网12密贴在中台阶一层喷射混凝土11上。
然后，安装中台阶型钢钢架13，中台阶型钢钢架13与上台阶型钢钢架9采用连接钢板上预留螺栓孔，采用螺栓、螺母连接二者。
再后，以斜向下45度角钻孔，采用高压风清除孔内土石杂物，插入固定锚管15，后注入微膨胀水泥砂浆，增加固定锚管15的刚度和与围岩的摩擦力，将固定锚管15与中台阶型钢钢架13焊接牢固，焊缝长度不小于10厘米，焊缝饱满，起到支撑固定中台阶型钢钢架13的作用。
最后，施工二层喷射混凝土14将中台阶钢筋网片12和中台阶型钢钢架13以及固定锚管15完全盖住。
应当指出的是，上台阶一层喷射混凝土7与中台阶的一层喷射混凝土11、上台阶钢筋网片8与中台阶钢筋网片12、上台阶型钢钢架9与下台阶型钢钢架13、上台阶二层喷射混凝土10与中台阶二层喷射混凝土14均有搭接，使上层与中层支护结构形成整体受力。
步骤ⅶ施工下台阶支护结构的具体过程如下：
待中台阶二层喷射混凝土14强度达到设计强度，继续开挖下台阶围岩，施工下台阶一层喷射混凝土16，待下台阶一层喷射混凝土16达到强度后施工下台阶钢筋网片17，中台阶钢筋网片12与下台阶钢筋网片17要有1~2个网格的搭接，采用冲击钻在中台阶一层喷射混凝土上钻孔，孔内放入锚固剂，插入0.5米长短钢筋，将下台阶钢筋网片17焊接在短钢筋上，保证下台阶钢筋网17密贴在下台阶一层喷射混凝土16上。
然后，安装下台阶型钢钢架18，中台阶型钢钢架13与下台阶钢架18采用连接钢板上预留螺栓孔，采用螺栓、螺母连接二者，施工下台阶二层喷射混凝土19将下台阶钢筋网片17和下台阶型钢钢18架完全盖住。
至此，上中下台阶的支护结构连接封闭成环，整个隧道支护结构全部完成。上台阶与中台阶和下台阶的一层喷射混凝土、钢筋网片、型钢钢架、二层喷射混凝土均有搭接，使上台阶、中台阶、下台阶支护结构形成整体受力。
本发明施工方法简单，便于施工，结构受力明确，楔形锚固可以保证拱部钢架的稳定性，进而保证浅埋隧道施工的安全性，实现了隧道支护结构外部受力，节省了内部空间，在隧道开挖时可以上大型机械进行开挖作业，提高了施工的进度，是一种安全高效的支护结构和施工方法，应用推广前景广阔。
本发明解决浅埋隧道施工过程中，拱顶部型钢钢架固定不稳固的安全隐患，拆除临时内支撑额安全风险，内支撑结构导致施工空间小、效率低、进度慢的问题，本发明能够提高施工安全保障、提高机械化率。

Claims (9)

1.一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其支护结构，包括隧道内的上台阶、中台阶、下台阶，所述上台阶处设置有上台阶支护结构，中台阶处设置有中台阶支护结构，下台阶处设置有下台阶支护结构，所述上台阶支护结构中设置有对其进行固定的楔形锚固组件；
其施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）施工楔形孔
采用变直径的钻孔机械，钻孔至设计时拉杆（5）在隧道内的端头位置；
（ⅱ）安装拉杆上锚爪、中部锚爪
将拉杆上锚爪（2）和中部锚爪（4）安装到拉杆（5）上，完成拉杆（5）的安装；
（ⅲ）装入拉杆
将拉杆（5）放入钻好的楔形孔内，将注浆管插入楔形孔底部，注入M30以上强度的微膨胀水泥砂浆（3）填充孔内空隙，进行封孔固定；
（ⅳ）施工锚固基础
开挖锚固基础（1）的基坑，安装锚固基础（1）的钢筋，浇筑锚固基础部分的混凝土；
（ⅴ）施工上台阶支护结构
上台阶支护结构施工到安装上台阶型钢钢架（9）后，将拉杆（5）穿过上台阶型钢钢架（9）中的预留孔，并安装拉杆下锚爪（6），继续施工直至上台阶支护结构施工完成；
（ⅵ）施工中台阶支护结构
中台阶支护结构施工到安装中台阶型钢钢架（13）后，斜向下钻孔，采用高压风清除孔内土石杂物，插入固定锚管（15），然后注入水泥砂浆，将固定锚管（15）外漏部分与中台阶型钢钢架（13）焊接固定，继续施工直至中台阶支护结构施工完成；
（ⅶ）施工下台阶支护结构
继续施工下台阶支护结构直至完成。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述楔形锚固组件包括土体中的楔形孔，所述楔形孔中设置有与上台阶支护结构中上台阶型钢钢架（9）相固定的拉杆（5）。
3.根据权利要求2所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述土体顶部形成基坑，所述拉杆（5）的自由端锚固在基坑内的锚固基础（1）中。
4.根据权利要求3所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述拉杆（5）外设置有加固用的加固结构。
5.根据权利要求4所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述加固结构包括设置在拉杆（5）上的拉杆上锚爪（2），所述拉杆上锚爪（2）设置在锚固基础（1）中。
6.根据权利要求4所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述加固结构包括设置在拉杆（5）上的中部锚爪（4），所述中部锚爪（4）位于楔形中，所述楔形孔填充有微膨胀水泥砂浆（3）。
7.根据权利要求4所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述加固结构包括设置在拉杆（5）上的拉杆下锚爪（6），拉杆（5）穿过上台阶型钢钢架（9）后装入拉杆下锚爪（6），从而对上台阶型钢钢架（9）进行固定。
8.根据权利要求4所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述中台阶支护结构处设置有对其进行加固的固定锚管（15）。
9.根据权利要求1所述的一种浅埋隧道支护结构的施工方法，其特征在于：步骤（ⅵ）中斜向下钻孔的倾斜角度为45°。
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