CN114922653A - 一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构及其施工方法，通过刚性支架对隧道进行预支，同时通过分段注浆锚杆对隧道周边围岩进行注浆加固，进而保证膨胀湿陷土层中隧道周边围岩的稳固性；然后对注浆加固后的隧道段从下至上依次施作仰拱混凝土支模、侧面混凝土支模、拱顶混凝土支模，通过支模结构对隧道进行进一步支撑加固，同时有效防止积水渗漏，避免土层变形塌陷，然后通过在支模结构上向围岩中打设加固锚杆，进而实现对隧道周边围岩进行二次加固，进而保证了隧道施工的稳固性与安全性。

Description

一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道支护的技术领域，具体涉及一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构及其施工方法。

背景技术

膨胀湿陷混合地层是一种主要由湿润性黄土以及膨胀土混合而成的地层结构，其同时具备湿陷性与膨胀性的特点。当土层内部含水量较多时，湿陷性的黄土会迅速塌陷下沉，而膨胀性土层吸水后则会发生膨胀。这就造成膨胀湿陷混合地层的地质结构极其复杂，在膨胀湿陷地层中进行隧道施工挖掘时，极易引起土层的变形塌陷。黄土湿陷性对隧道危害极大，施工期间土层湿陷会导致围岩变形迅速增大乃至坍塌、初期支护受力增大甚至开裂，运营期间导致二次衬砌开裂、隧道渗漏水等问题。因此，在湿陷性土层围岩条件下进行隧道建设，要特别注意防止水的渗入。

在进行隧道的建设过程中，对于隧道的支护是最为重要的事项之一，在隧道的支护时，防止隧道岩体在隧道上出现位移、滑落、晃动是最为主要的。现有对隧道进行支护的技术一般是同时直接在围岩中打入锚杆，并配合隧道内的支架或管棚对隧道进行支护。但是针对膨胀湿陷性土层中的隧道施工，仅仅通过传统的直接打设锚杆、设置支护支架与管棚依然难以实现对隧道进行稳固安全的支护。

因此，针对膨胀湿陷土层的特点，本发明公开了一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构及其施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构及其施工方法，能够保证膨胀湿陷混合地层隧道施工效率的同时，进一步保证隧道施工围岩的稳固性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，包括沿着隧道移动的刚性支架，所述刚性支架与隧道的内侧面之间设置有防水层，所述刚性支架上设置有若干分段注浆锚杆，所述分段注浆锚杆包括延伸至围岩中并带有注浆孔的锚固部，所述锚固部靠近刚性支架的一端可拆卸设置有穿过防水层与刚性支架的注浆部；所述刚性支架远离掌子面的一侧的开挖段中对应拱顶设置有拱顶混凝土支模，所述拱顶混凝土支模的左右两侧分别对应隧道的侧墙设置有侧面混凝土支模，两侧的侧面混凝土支模的顶部之间对应隧道的仰拱设置有仰拱混凝土支模；所述拱顶混凝土支模与侧面混凝土支模之间设置有第一连接缝，所述第一连接缝中设置有用于连接拱顶混凝土支模与侧面混凝土支模的第一连接件；所述侧面混凝土支模与仰拱混凝土支模之间设置有第二连接缝，所述第二连接缝中设置有用于连接侧面混凝土支模与仰拱混凝土支模的第二连接件；所述拱顶混凝土支模、侧面混凝土支模、仰拱混凝土支模上均贯穿设置有延伸至围岩中的加固锚杆。

预先对隧道周边围岩进行超前注浆加固，然后开挖隧道，隧道开挖掘进单位距离后，在开挖段的隧道内侧施作防水层。然后在开挖段靠近掌子面的一端安装刚性支架，刚性支架的外侧面与防水层接触用于对隧道进行支撑加固。然后在刚性支架上预设的若干安装孔中插装分段注浆锚杆。分段注浆锚杆包括锚固部与注浆部，锚固部闯过刚性支架上的安装孔以及防水层插入围岩的内部用于对围岩进行锚固。锚固部的一端连接有延伸至隧道内部的注浆部。在对围岩进行注浆加固之前，需要先对周边围岩进行排水，避免地层中含水梁超标导致后期施作混凝土支模时涂层变形甚至坍塌。周边围岩的积水通过插入围岩内部的锚固部上的注浆孔排出，并通过注浆部流向隧道的内部。隧道仰拱两侧设置有排水槽，流入隧道内部的积水通过排水槽迅速排出隧道。排水作业完成后，将注浆管与注浆部连接，通过注浆部向锚固部注浆，混凝土浆通过锚固部上的注浆孔进入围岩，对围岩进行注浆加固。注浆完成后，将注浆部从锚固部上拆除，使得锚固部留在围岩内部作为锚固结构。然后即可将刚性支架移动至下一工作段。

针对已经注浆的隧道段，则按照从下至上的顺序依次施作仰拱混凝土支模、两侧的侧面混凝土支模、顶部的拱顶混凝土支模。首先对应隧道的仰拱施作仰拱混凝土支模，然后在仰拱混凝土支模的两端对应隧道的侧墙施作侧面混凝土支模，然后在两侧的侧面混凝土支模的顶部之间对应隧道的拱顶施作拱顶混凝土支模。通过支模形成内衬支护，进而对隧道进行支撑加固，每施作一个位置的支模就对应设置加固锚杆对周边围岩进行锚固。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述第一连接件包括弹性橡胶垫、顶模锚杆、侧模顶部锚杆、第一拉紧弹簧，所述弹性橡胶垫设置在第一连接缝的内部并将第一连接缝填充封堵，所述弹性橡胶垫的内部设置有相互滑动连接的顶模锚杆与侧模顶部锚杆，所述顶模锚杆远离侧模顶部锚杆的一端延伸锚固至拱顶混凝土支模的内部，所述侧模顶部锚杆远离顶模锚杆的一端延伸锚固至侧面混凝土支模的内部；所述顶模锚杆延伸至弹性橡胶垫内部的一端与侧模顶部锚杆延伸至弹性橡胶垫内部的一端之间设置有第一拉紧弹簧。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述弹性橡胶垫的内部设置有第一连接套筒，所述顶模锚杆远离侧模顶部锚杆的一端延伸至第一连接套筒一端的内孔中并与内孔滑动连接，所述侧模顶部锚杆远离顶模锚杆的一端延伸至第一连接套筒另一端的内孔中并与内孔滑动连接；所述第一连接套筒的内部设置有用于连接顶模锚杆与侧模顶部锚杆的第一拉紧弹簧。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述第二连接件包括弹性橡胶垫、仰拱锚杆、侧模底部锚杆、第二拉紧弹簧，所述弹性橡胶垫设置在第二连接缝的内部并将第二连接缝填充封堵，所述弹性橡胶垫的内部设置有相互滑动连接的仰拱锚杆与侧模底部锚杆，所述仰拱锚杆远离侧模底部锚杆的一端延伸锚固至仰拱混凝土支模的内部，所述侧模底部锚杆远离仰拱锚杆的一端延伸锚固至侧面混凝土支模的内部；所述仰拱锚杆延伸至弹性橡胶垫内部的一端与侧模底部锚杆延伸至弹性橡胶垫内部的一端之间设置有第二拉紧弹簧。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述仰拱混凝土支模的左右两端的内部均设置有仰拱锚杆，且左右两端的仰拱锚杆之间通过加固横梁连接。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述锚固部的内部设置有中央注浆腔，所述锚固部的侧壁上设置有若干与中央注浆腔连接的出浆口；所述锚固部远离围岩的一端设置有母法兰；所述注浆部靠近锚固部的一端设置有与母法兰对接的子法兰，注浆部的内部设置有与中央注浆腔连接的注浆管路。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述母法兰靠近注浆部的一端上设置有锥形接口，所述子法兰靠近锚固部的一端上设置有与锥形接口配合插接的锥形凸台。

一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构的施工方法，基于上述膨胀湿陷混合地层隧道支护结构实现，包括以下步骤：

步骤1、施作超前支护，然后进行初步开挖并在隧道的内侧施作防水层，然后在初步开挖段中安装刚性支架；

步骤2、在刚性支架上沿隧道内侧轮廓安装分段注浆锚杆，分段注浆锚杆的锚固部插入围岩中，分段注浆锚杆的注浆部与排水管连接，通过锚固部的注浆孔对围顶部进行排水；排水作业完成后，通过注浆部向锚固部进行注浆作业；

步骤3、注浆作业完成后，拆分锚固部与注浆部，使得锚固部存留在围岩内部；然后将刚性支架沿着隧道移动至下一开挖区域；

步骤4、在已经注浆加固的隧道段的仰拱位置施作仰拱混凝土支模，并在仰拱混凝土支模上沿着仰拱轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆；以仰拱混凝土支模为依托，在仰拱混凝土支模的左右两端分别施作侧面混凝土支模，并在侧面混凝土支模上沿着隧道侧墙的轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆；以左右两侧的侧面混凝土支模为依托，在左右两侧的侧面混凝土支模的顶端之间沿着隧道拱顶轮廓施作拱顶混凝土支模，并在拱顶混凝土支模上沿着隧道拱顶的轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆；

步骤5、在仰拱混凝土支模与侧面混凝土支模底部之间的第二连接缝中施作第二连接件，在侧面混凝土支模顶部与拱顶混凝土支模之间的第一连接缝中施作第一连接件，并对第一连接缝与第二连接缝喷砼封闭；

步骤6、重复上述步骤1-5，直到整个隧道开挖支护完成。

为了更好地实现本发明，进一步的，在仰拱混凝土支模的顶部两侧施作平行的工字钢梁作为刚性支架的滑移轨道；侧面混凝土支模施作完成后，在工字钢梁的顶部与侧面混凝土支模之间施作侧面临时支护；拱顶混凝土支模施作完成后，在工字钢梁的顶部与拱顶混凝土支模之间施作拱顶临时支护。

为了更好地实现本发明，进一步的，整体隧道施工完成后，拆除刚性支架、侧面临时支护、拱顶临时支护，并保留工字钢梁，然后在仰拱混凝土支模的顶部施作二次衬砌将工字钢梁覆盖。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过在隧道内施作刚性支架，通过刚性支架对隧道进行预支，同时通过分段注浆锚杆对隧道周边围岩进行注浆加固，进而保证膨胀湿陷土层中隧道周边围岩的稳固性；然后对注浆加固后的隧道段从下至上依次施作仰拱混凝土支模、侧面混凝土支模、拱顶混凝土支模，通过支模结构对隧道进行进一步支撑加固，同时有效防止积水渗漏，避免土层变形塌陷，然后通过在支模结构上向围岩中打设加固锚杆，进而实现对隧道周边围岩进行二次加固，进而保证了隧道施工的稳固性与安全性；

（2）本发明通过刚性支架预支注浆加固与支模结构配合支撑的方式对隧道进行递进挖掘支护，不仅仅能够有效保证隧道掘进的效率，同时也有效保证了在膨胀湿陷土层中隧道支护的稳固性与安全性。

附图说明

图1为本发明支模结构的示意图；

图2为刚性支架的安装示意图；

图3为隧道轴向剖视图；

图4为图1的A处局部放大图；

图5为图1的B处局部放大图；

图6为图2的C处局部放大图。

其中：1-刚性支架；2-防水层；3-分段注浆锚杆；4-拱顶混凝土支模；5-侧面混凝土支模；6-仰拱混凝土支模；7-加固锚杆；8-加固横梁；01-第一连接件；02-第二连接件；111-第一连接缝；222-第二连接缝；31-母法兰；32-子法兰；301-锚固部；302-注浆部；011-顶模锚杆；012-侧模顶部锚杆；013-第一拉紧弹簧；014-第一连接套筒；021-仰拱锚杆；022-侧模底部锚杆；023-第二拉紧弹簧。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，如图1-图3所示，包括沿着隧道移动的刚性支架1，所述刚性支架1与隧道的内侧面之间设置有防水层2，所述刚性支架1上设置有若干分段注浆锚杆3。

如图6所示，所述分段注浆锚杆3包括延伸至围岩中并带有注浆孔的锚固部301，所述锚固部301靠近刚性支架1的一端可拆卸设置有穿过防水层2与刚性支架1的注浆部302；所述刚性支架1远离掌子面的一侧的开挖段中对应拱顶设置有拱顶混凝土支模4，所述拱顶混凝土支模4的左右两侧分别对应隧道的侧墙设置有侧面混凝土支模5，两侧的侧面混凝土支模5的顶部之间对应隧道的仰拱设置有仰拱混凝土支模6；所述拱顶混凝土支模4与侧面混凝土支模5之间设置有第一连接缝111，所述第一连接缝111中设置有用于连接拱顶混凝土支模4与侧面混凝土支模5的第一连接件01；所述侧面混凝土支模5与仰拱混凝土支模6之间设置有第二连接缝222，所述第二连接缝222中设置有用于连接侧面混凝土支模5与仰拱混凝土支模6的第二连接件02；所述拱顶混凝土支模4、侧面混凝土支模5、仰拱混凝土支模6上均贯穿设置有延伸至围岩中的加固锚杆7。

进行隧道掘进之前，首先对隧道进行超前注浆支护，对应隧道拱顶以及侧墙位置预先设置注浆管，并进行注浆加固。注浆加固完成后，隧道按照单位长度递进开挖，单位长度为5m-10m。且开挖时按照上层、中层、下层依次开挖，开挖隧道上侧土体时预留中心土。上层土体开挖后，对应隧道拱顶位置施作防水层2，然后施作顶部支架对拱顶进行支护，并对顶部支架进行临时支护。然后开挖上层中心土、中层土体，中层土体开挖后，对应隧道侧墙施作防水层，然后施作侧面支架对隧道侧墙进行支护，同时对侧面支架施作临时支护。然后开挖下层土体，下层土体开挖后，对隧道仰拱部分施作防水层，然后将侧面支架与顶部支架连接，并在侧面支架的底部施作滑动部以构成刚性支架1。

刚性支架1施工完成后，沿着隧道的轮廓施作分段注浆锚杆3。分段注浆锚杆3的锚固部301穿过刚性支架1上的安装孔延伸至隧道周边的围岩中，锚固部301靠近隧道内部的一端与注浆部302连接，通过注浆部302向锚固部301进行注浆，进而对隧道周边围岩进行注浆加固。注浆加固完成后，即可将注浆部302从锚固部301的一端超出，使得锚固部301留存在围岩内部作为支护结构。此时即可继续进行隧道掘进，并将刚性支架1移动至下一隧道工作段。

针对刚性支架1移开后的已经进行注浆加固的隧道段，首先针对仰拱部分施作仰拱混凝土支模6，仰拱混凝土支模6的内部预埋有加固钢筋网。仰拱混凝土支模6施作过程汇总预留锚固孔，仰拱混凝土支模6施作完成后，通过锚固孔向周边围岩中打入加固锚杆7进行加固。然后在仰拱混凝土支模6的左右两侧分别对应隧道侧墙施作侧面混凝土支模5，侧面混凝土支模5的底部与仰拱混凝土支模6的端部之间设置有第二连接缝222作为伸缩调节间隙，同时在第二连接缝222中设置第二连接件02以弹性连接侧面混凝土支模5的底部与仰拱混凝土支模6的端部，使得侧面混凝土支模5与仰拱混凝土支模6之间具有一定的弹性调节余量。侧面混凝土支模5施作时预留锚固孔，侧面混凝土支模5施作完成后，通过锚固孔向周边围岩中打入加固锚杆7。然后在左右两侧的侧面混凝土支模5的顶部之间对应隧道的拱顶施作拱顶混凝土支模4，侧面混凝土支模5的顶部与拱顶混凝土支模4的端部之间设置有第一连接缝111作为伸缩调节间隙，并在第一连接缝111的内部设置第一连接件01以弹性连接侧面混凝土支模5的顶部与拱顶混凝土支模4的端部，使得侧面混凝土支模5与拱顶混凝土支模4之间具有一定的弹性调节余量。施作拱顶混凝土支模4预留锚固孔，拱顶混凝土支模4施作完成后，通过锚固孔向周边围岩中打入加固锚杆7进行加固。

通过支模结构对隧道进行支撑加固，同时通过刚性支架1对未注浆的隧道段进行排水注浆，在保证隧道稳固的前提下提高了施工效率。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，如图1和图4所示，所述第一连接件01包括弹性橡胶垫、顶模锚杆011、侧模顶部锚杆012、第一拉紧弹簧013，所述弹性橡胶垫设置在第一连接缝111的内部并将第一连接缝111填充封堵，所述弹性橡胶垫的内部设置有相互滑动连接的顶模锚杆011与侧模顶部锚杆012，所述顶模锚杆011远离侧模顶部锚杆012的一端延伸锚固至拱顶混凝土支模4的内部，所述侧模顶部锚杆012远离顶模锚杆011的一端延伸锚固至侧面混凝土支模5的内部；所述顶模锚杆011延伸至弹性橡胶垫内部的一端与侧模顶部锚杆012延伸至弹性橡胶垫内部的一端之间设置有第一拉紧弹簧013。

在侧面混凝土支模5的顶部预留锚固孔，并在锚固孔中锚固安装侧模顶部锚杆012，侧模顶部锚杆012的锚固端延伸至锚固孔内部，侧模顶部锚杆012的连接端延伸至第一连接缝111中的弹性橡胶垫内部。在拱顶混凝土支模4的端部预留锚固孔，并在锚固孔中锚固安装顶模锚杆011，顶模锚杆011的锚固端延伸至锚固孔内部，顶模锚杆011的连接端延伸至第一连接缝111中的弹性橡胶垫内部。侧模顶部锚杆012的连接端与顶模锚杆011的连接端滑动连接，使得侧模顶部锚杆012与顶模锚杆011能够相对微动靠近或远离。同时在侧模顶部锚杆012的连接端与顶模锚杆011的连接端之间设置有第一拉紧弹簧013用于缓冲，进而对混凝土凝固时的边形量进行补偿。待拱顶混凝土支模4与侧面混凝土支模5凝固达标后，即可在第一连接缝111中喷砼填充，实现拱顶混凝土支模4与侧面混凝土支模5的完全连接。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，如图4所示，所述弹性橡胶垫的内部设置有第一连接套筒014，所述顶模锚杆011远离侧模顶部锚杆012的一端延伸至第一连接套筒014一端的内孔中并与内孔滑动连接，所述侧模顶部锚杆012远离顶模锚杆011的一端延伸至第一连接套筒014另一端的内孔中并与内孔滑动连接；所述第一连接套筒014的内部设置有用于连接顶模锚杆011与侧模顶部锚杆012的第一拉紧弹簧013。

弹性橡胶垫的内部预埋有第一连接套筒014，第一连接套筒014的两端分别设置有连接孔。顶模锚杆011的连接端延伸至第一连接套筒014一端的连接孔中并与连接孔滑动连接。同理，侧模顶部锚杆012的连接端延伸至第一连接套筒014另一端的连接孔中并与连接孔滑动连接。第一连接套筒014内部设置有第一拉紧弹簧013，第一拉紧弹簧013的两端分别与侧模顶部锚杆012的连接端以及顶模锚杆011的连接端连接，进而在顶模锚杆011与侧模顶部锚杆012相对移动时进行弹性缓冲。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，如图1和图5所示，所述第二连接件02包括弹性橡胶垫、仰拱锚杆021、侧模底部锚杆022、第二拉紧弹簧023，所述弹性橡胶垫设置在第二连接缝222的内部并将第二连接缝222填充封堵，所述弹性橡胶垫的内部设置有相互滑动连接的仰拱锚杆021与侧模底部锚杆022，所述仰拱锚杆021远离侧模底部锚杆022的一端延伸锚固至仰拱混凝土支模6的内部，所述侧模底部锚杆022远离仰拱锚杆021的一端延伸锚固至侧面混凝土支模5的内部；所述仰拱锚杆021延伸至弹性橡胶垫内部的一端与侧模底部锚杆022延伸至弹性橡胶垫内部的一端之间设置有第二拉紧弹簧023。

弹性橡胶垫的内部设置有连接孔，仰拱锚杆021的连接端延伸至连接孔的一端内部并与连接孔滑动连接，侧模底部锚杆022的连接端延伸至连接孔的另一端的内部并与连接孔滑动连接。连接孔的内部设置有第二拉紧弹簧023，第二拉紧弹簧023的两端分别与仰拱锚杆021的连接端以及侧模底部锚杆022的连接端连接，进而在仰拱锚杆021与侧模底部锚杆022相对移动时进行弹性缓冲。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，如图1所示，所述仰拱混凝土支模6的左右两端的内部均设置有仰拱锚杆021，且左右两端的仰拱锚杆021之间通过加固横梁8连接。

仰拱混凝土支模6的左右两端均预留有锚固孔，锚固孔内部与仰拱锚杆021的锚固端连接。仰拱锚杆021的锚固端与连接端之间设置有横向加固部，横向加固部件沿着隧道的横截面的方向穿过仰拱混凝土支模6并延伸至仰拱混凝土支模6的外部。左右两侧的仰拱锚杆021的横向加固部之间通过加固横梁8连接，加固横梁8的底部则与仰拱混凝土支模6内部预埋的钢筋连接。进而构成横向加固结构，对承重的仰拱进行支护加固。

实施例6：

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，如图6所示，所述锚固部301的内部设置有中央注浆腔，所述锚固部301的侧壁上设置有若干与中央注浆腔连接的出浆口；所述锚固部301远离围岩的一端设置有母法兰31；所述注浆部302靠近锚固部301的一端设置有与母法兰31对接的子法兰32，注浆部302的内部设置有与中央注浆腔连接的注浆管路。

部分出浆口向上倾斜设置，部分出浆口向下倾斜设置，向下倾斜的出浆口在进行注浆之前作为排水孔使用。周边围岩内部的积水通过向下倾斜的注浆口快速进入锚固部301内部的中央注浆腔中，然后通过注浆部302内部的注浆管路流向隧道内侧。

锚固部301与注浆部302之间通过母法兰31与子法兰32的对接实现连接，母法兰31与子法兰32对接后，通过连接螺栓进行连接加固。

进一步的，所述母法兰31靠近注浆部302的一端上设置有锥形接口，所述子法兰32靠近锚固部301的一端上设置有与锥形接口配合插接的锥形凸台。通过锥形凸台与锥形结构之间的配合进行导向，使得母法兰31与子法兰32快速准确对接。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

实施例7：

一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构的施工方法，基于上述膨胀湿陷混合地层隧道支护结构实现，包括以下步骤：

步骤1、施作超前支护，然后进行初步开挖并在隧道的内侧施作防水层2，然后在初步开挖段中安装刚性支架1；针对隧道的拱顶以及侧墙外侧的围岩施作超前支护导管，并通过超前支护导管对拱顶以及侧墙周边的围岩进行注浆加固。针对隧道拱顶呈扇形布设的超前支护导管对应的圆心角小于等于120°，对应隧道侧墙围岩施作的超前支护导管从上之下依次交错设置。注浆加固完成后，即可开挖隧道。

开挖隧道包括以下步骤：

（1）首先开挖上层土体并预留中心土，然后对隧道拱顶部分施作防水层2，然后对应拱顶的位置施作顶部支架，通过顶部支架对拱顶进行临时支护，并通过顶部支架上预留的锚固孔中向拱顶围岩中打入分段注浆锚杆3。

（2）开挖中层土体，然后对隧道侧墙部分施作防水层2，然后对应侧墙的位置施作侧面支架，通过侧面直接对隧道侧墙进行临时支护，并通过侧面支架上预留的锚固孔向侧墙围岩中打入分段注浆锚杆3。

（3）开挖下层土体，然后对隧道仰拱部分施作防水层2，然后将顶部支架与侧面支架连接构成刚性支架1，并在刚性支架1的底部设置滑动结构。

步骤2、在刚性支架1上沿隧道内侧轮廓安装分段注浆锚杆3，分段注浆锚杆3的锚固部301插入围岩中，分段注浆锚杆3的注浆部302与排水管连接，通过锚固部301的注浆孔对围顶部进行排水；排水作业完成后，通过注浆部302向锚固部301进行注浆作业；

步骤3、注浆作业完成后，拆分锚固部301与注浆部302，使得锚固部301存留在围岩内部；然后将刚性支架1沿着隧道移动至下一开挖区域；

步骤4、在已经注浆加固的隧道段的仰拱位置施作仰拱混凝土支模6，并在仰拱混凝土支模6上沿着仰拱轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆7；以仰拱混凝土支模6为依托，在仰拱混凝土支模6的左右两端分别施作侧面混凝土支模5，并在侧面混凝土支模5上沿着隧道侧墙的轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆7；以左右两侧的侧面混凝土支模5为依托，在左右两侧的侧面混凝土支模5的顶端之间沿着隧道拱顶轮廓施作拱顶混凝土支模4，并在拱顶混凝土支模4上沿着隧道拱顶的轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆7；

步骤5、在仰拱混凝土支模6与侧面混凝土支模5底部之间的第二连接缝222中施作第二连接件02，在侧面混凝土支模5顶部与拱顶混凝土支模4之间的第一连接缝111中施作第一连接件01，并对第一连接缝111与第二连接缝222喷砼封闭；

步骤6、重复上述步骤1-5，直到整个隧道开挖支护完成。

实施例8：

本实施例在上述实施例7的基础上做进一步优化，在仰拱混凝土支模6的顶部两侧施作平行的工字钢梁作为刚性支架1的滑移轨道，刚性支架1的底部与工字钢梁通过带有滚轮的滑动支座滑动连接，通过滑动支座沿着工字钢梁滑动，进而使得刚性支架1能够沿着隧道移动；

侧面混凝土支模5施作完成后，在工字钢梁的顶部与侧面混凝土支模5之间施作侧面临时支护；拱顶混凝土支模4施作完成后，在工字钢梁的顶部与拱顶混凝土支模4之间施作拱顶临时支护。通过临时支护保证侧面混凝土支模5与拱顶混凝土支模4没有固连成为整体结构之前的稳固性。

进一步的，整体隧道施工完成后，拆除刚性支架1、侧面临时支护、拱顶临时支护，并保留工字钢梁，然后在仰拱混凝土支模6的顶部施作二次衬砌将工字钢梁覆盖。

本实施例的其他部分与上述实施例7相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，包括沿着隧道移动的刚性支架（1），所述刚性支架（1）与隧道的内侧面之间设置有防水层（2），所述刚性支架（1）上设置有若干分段注浆锚杆（3），所述分段注浆锚杆（3）包括延伸至围岩中并带有注浆孔的锚固部（301），所述锚固部（301）靠近刚性支架（1）的一端可拆卸设置有穿过防水层（2）与刚性支架（1）的注浆部（302）；所述刚性支架（1）远离掌子面的一侧的开挖段中对应拱顶设置有拱顶混凝土支模（4），所述拱顶混凝土支模（4）的左右两侧分别对应隧道的侧墙设置有侧面混凝土支模（5），两侧的侧面混凝土支模（5）的顶部之间对应隧道的仰拱设置有仰拱混凝土支模（6）；所述拱顶混凝土支模（4）与侧面混凝土支模（5）之间设置有第一连接缝（111），所述第一连接缝（111）中设置有用于连接拱顶混凝土支模（4）与侧面混凝土支模（5）的第一连接件（01）；所述侧面混凝土支模（5）与仰拱混凝土支模（6）之间设置有第二连接缝（222），所述第二连接缝（222）中设置有用于连接侧面混凝土支模（5）与仰拱混凝土支模（6）的第二连接件（02）；所述拱顶混凝土支模（4）、侧面混凝土支模（5）、仰拱混凝土支模（6）上均贯穿设置有延伸至围岩中的加固锚杆（7）。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，所述第一连接件（01）包括弹性橡胶垫、顶模锚杆（011）、侧模顶部锚杆（012）、第一拉紧弹簧（013），所述弹性橡胶垫设置在第一连接缝（111）的内部并将第一连接缝（111）填充封堵，所述弹性橡胶垫的内部设置有相互滑动连接的顶模锚杆（011）与侧模顶部锚杆（012），所述顶模锚杆（011）远离侧模顶部锚杆（012）的一端延伸锚固至拱顶混凝土支模（4）的内部，所述侧模顶部锚杆（012）远离顶模锚杆（011）的一端延伸锚固至侧面混凝土支模（5）的内部；所述顶模锚杆（011）延伸至弹性橡胶垫内部的一端与侧模顶部锚杆（012）延伸至弹性橡胶垫内部的一端之间设置有第一拉紧弹簧（013）。

3.根据权利要求2所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，所述弹性橡胶垫的内部设置有第一连接套筒（014），所述顶模锚杆（011）远离侧模顶部锚杆（012）的一端延伸至第一连接套筒（014）一端的内孔中并与内孔滑动连接，所述侧模顶部锚杆（012）远离顶模锚杆（011）的一端延伸至第一连接套筒（014）另一端的内孔中并与内孔滑动连接；所述第一连接套筒（014）的内部设置有用于连接顶模锚杆（011）与侧模顶部锚杆（012）的第一拉紧弹簧（013）。

4.根据权利要求1所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，所述第二连接件（02）包括弹性橡胶垫、仰拱锚杆（021）、侧模底部锚杆（022）、第二拉紧弹簧（023），所述弹性橡胶垫设置在第二连接缝（222）的内部并将第二连接缝（222）填充封堵，所述弹性橡胶垫的内部设置有相互滑动连接的仰拱锚杆（021）与侧模底部锚杆（022），所述仰拱锚杆（021）远离侧模底部锚杆（022）的一端延伸锚固至仰拱混凝土支模（6）的内部，所述侧模底部锚杆（022）远离仰拱锚杆（021）的一端延伸锚固至侧面混凝土支模（5）的内部；所述仰拱锚杆（021）延伸至弹性橡胶垫内部的一端与侧模底部锚杆（022）延伸至弹性橡胶垫内部的一端之间设置有第二拉紧弹簧（023）。

5.根据权利要求4所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，所述仰拱混凝土支模（6）的左右两端的内部均设置有仰拱锚杆（021），且左右两端的仰拱锚杆（021）之间通过加固横梁（8）连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，所述锚固部的内部设置有中央注浆腔，所述锚固部的侧壁上设置有若干与中央注浆腔连接的出浆口；所述锚固部远离围岩的一端设置有母法兰（31）；所述注浆部靠近锚固部的一端设置有与母法兰（31）对接的子法兰（32），注浆部的内部设置有与中央注浆腔连接的注浆管路。

7.根据权利要求6所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构，其特征在于，所述母法兰（31）靠近注浆部的一端上设置有锥形接口，所述子法兰（32）靠近锚固部的一端上设置有与锥形接口配合插接的锥形凸台。

8.一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构的施工方法，基于如权利要求1-7任一项所述的膨胀湿陷混合地层隧道支护结构实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、施作超前支护，然后进行初步开挖并在隧道的内侧施作防水层（2），然后在初步开挖段中安装刚性支架（1）；

步骤2、在刚性支架（1）上沿隧道内侧轮廓安装分段注浆锚杆（3），分段注浆锚杆（3）的锚固部（301）插入围岩中，分段注浆锚杆（3）的注浆部（302）与排水管连接，通过锚固部（301）的注浆孔对围顶部进行排水；排水作业完成后，通过注浆部（302）向锚固部（301）进行注浆作业；

步骤3、注浆作业完成后，拆分锚固部（301）与注浆部（302），使得锚固部（301）存留在围岩内部；然后将刚性支架（1）沿着隧道移动至下一开挖区域；

步骤4、在已经注浆加固的隧道段的仰拱位置施作仰拱混凝土支模（6），并在仰拱混凝土支模（6）上沿着仰拱轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆（7）；以仰拱混凝土支模（6）为依托，在仰拱混凝土支模（6）的左右两端分别施作侧面混凝土支模（5），并在侧面混凝土支模（5）上沿着隧道侧墙的轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆（7）；以左右两侧的侧面混凝土支模（5）为依托，在左右两侧的侧面混凝土支模（5）的顶端之间沿着隧道拱顶轮廓施作拱顶混凝土支模（4），并在拱顶混凝土支模（4）上沿着隧道拱顶的轮廓设置延伸至围岩中的加固锚杆（7）；

步骤5、在仰拱混凝土支模（6）与侧面混凝土支模（5）底部之间的第二连接缝（222）中施作第二连接件（02），在侧面混凝土支模（5）顶部与拱顶混凝土支模（4）之间的第一连接缝（111）中施作第一连接件（01），并对第一连接缝（111）与第二连接缝（222）喷砼封闭；

步骤6、重复上述步骤1-5，直到整个隧道开挖支护完成。

9.根据权利要求8所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构的施工方法，其特征在于，在仰拱混凝土支模（6）的顶部两侧施作平行的工字钢梁作为刚性支架（1）的滑移轨道；侧面混凝土支模（5）施作完成后，在工字钢梁的顶部与侧面混凝土支模（5）之间施作侧面临时支护；拱顶混凝土支模（4）施作完成后，在工字钢梁的顶部与拱顶混凝土支模（4）之间施作拱顶临时支护。

10.根据权利要求9所述的一种膨胀湿陷混合地层隧道支护结构的施工方法，其特征在于，整体隧道施工完成后，拆除刚性支架（1）、侧面临时支护、拱顶临时支护，并保留工字钢梁，然后在仰拱混凝土支模（6）的顶部施作二次衬砌将工字钢梁覆盖。

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