CN211737157U - 一种钢拱架的隧道初期支护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种钢拱架的隧道初期支护结构，包括与钢拱架连接的内弦撑结构，以及与内弦撑和钢拱架连接的连接撑结构，将锚索进行两道锚定，本发明内设弦撑外锚可以有效利用隧道围岩的稳定性，充分利用围岩的稳定性，通过预应力锚索将松动的围岩再次挤密稳定，并通过锚索与钢拱架背后的岩体，与钢拱架有效结合形成一个受力整体，提高了围岩的稳定性，最大程度上保留了隧道施工空间的完整性，有利于大型设备在隧道开挖空间内机械化作业。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种钢拱架的隧道初期支护结构。
背景技术
在隧道及地下空间工程施工过程中，掌子面开挖后需要进行初期支护施工。根据开挖断面的大小，常见的开挖工法有：（1）一般小断面根据围岩情况可采用：全断面、台阶法；（2）大断面一般根据围岩情况可采用：中隔壁法、双侧壁导洞法、双联拱法等。目前隧道及地下空间的开挖断面，为满足各种使用功能要求，断面尺寸越来越大，这就造成了开挖困难。断面的增大，带来开挖工法及支护工艺的进步及改变。中隔壁法、双侧壁导洞法、双联拱法共同存在一个问题，那就是临时支撑施工会占用隧道开挖断面的中部空间。为了开挖安全，人为的将隧道开挖断面分割，化大为小有效降低开挖安全风险，但是增加了施工难度。因为临时支撑架设，如CD法临时支撑架设后将开挖断面缩小一半, CRD法临时支撑架设后将开挖断面缩小至原开挖断面的1/4，双侧壁导洞法将开挖断面缩小至原开挖断面的1/3。这几种方法因为开挖断面缩小，大型机械如大功率挖掘机、三臂凿岩台车、喷浆机等大型设备都不能在隧道内有效施工，会影响到隧道施工的效率，增加了施工成本。在安全的前提下，能够快速高效的解决上述支护问题，就能够顺利施工，缩短工程建设周期，这是目前施工中存在的问题，也是施工过程中一致研究改进的课题。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种钢拱架的隧道初期支护结构及施工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钢拱架的隧道初期支护结构，包括钢拱架，钢拱架上打设有锚索，沿隧道开挖方向设置有若干组内弦撑结构，所述每组内弦撑结构包括两根内弦撑，两根内弦撑上端固定在隧道拱顶位置处的钢拱架上，下端分别固定在隧道起拱线以上的两个拱腋角位置处的钢拱架上；在钢拱架和内弦撑之间设置若干连接撑，连接撑一端固定在钢拱架上，另一端固定在内弦撑上，连接撑与内弦撑之间形成若干个三角形闭合结构；在隧道初期支护表面，锚索与钢拱架交接处固定腰梁A，在腰梁A上均匀布置打设孔，通过锚具进行第一道锚定；在锚索与内弦撑交接处，设置腰梁B，腰梁B与内弦撑垂直，在腰梁B上均匀布置打设孔，通过锚具进行第二道锚定。
所述钢拱架为提前预制。
所述内弦撑与钢拱架采用同类型工字钢。
所述内弦撑通过钢板螺栓与钢拱架连接。
所述腰梁A和腰梁B均选用工16工字钢。
所述打设孔间距为1-2米。
上述的钢拱架的隧道初期支护结构，其施工方法包括如下步骤：
（一）预制加工钢拱架；
（二）隧道上台阶开挖后安装钢拱架，喷射混凝土，及时封闭掌子面，打设锚索；
（三）将内弦撑与钢拱架连接，固定连接连接撑；
（四）在隧道初期支护喷锚面，锚索与钢拱架交接处固定腰梁A，在腰梁A上布置预应力锚索打设孔，施加预应力，达到锁定值后固定锚具，完成第一道锚定；在锚索与内弦撑交接处设置腰梁B，在腰梁B上布置预应力锚索打设孔，施加预应力，达到锁定值后固定锚具，完成第二道锚定；
（五）上台阶开挖掘进一定距离后进行下台阶施工，待下台阶掘进一定距离后，施工隧道二次衬砌仰拱，在隧道二次衬砌仰拱施工完成后，根据二次衬砌边顶拱二衬台车长度，分段拆除上台阶内弦撑和连接撑。
本发明采用一种在常规初期支护钢拱架内设弦撑、外双锚定的隧道初期支护技术，可以有效规避常规中隔壁开挖工法中，由于中隔壁架设后对隧道开挖面的分割而使作业空间减小，从而降低人员设备的施工功效问题。本发明内设弦撑外锚可以有效利用隧道围岩的稳定性，更能体现隧道开挖新奥法的施工原理，充分利用围岩的稳定性，通过预应力锚索将松动的围岩再次挤密稳定，并通过锚索与钢拱架背后的岩体，与钢拱架有效结合形成一个受力整体，提高了围岩的稳定性。通过外双锚定设置，解决了内弦撑拆除时受力转换，实现了在保证围岩稳定条件下，快速高效开挖隧道的可能。
本发明在保证初期支护围岩稳定的基础上，最大程度上保留了隧道施工空间的完整性，有利于大型设备在隧道开挖空间内机械化作业。本发明步骤简单，可操作性强，节约施工空间，经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明腰梁B处的结构示意图。
图中，1钢拱架，2锚索，3内弦撑，4连接撑，5腰梁A，6腰梁B，7打设孔，8锚具，9三角形闭合结构。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明的钢拱架的隧道初期支护结构包括现有的钢拱架1，钢拱架1上打设有锚索2，与现有技术相比，改进之处在于：
钢拱架1为在工厂提前预制。
钢拱架1沿隧道开挖方向设置有若干组内弦撑结构，所述每组内弦撑结构包括两根内弦撑3，两根内弦撑3上端固定在隧道拱顶位置，与钢拱架1通过钢板螺栓连接，下端分别固定在隧道起拱线以上的两个拱腋角位置，同样通过钢板螺栓与钢拱架1连接。
优选的，内弦撑结构形式与钢拱架1结构形式一致，这里结构形式一致指的是内弦撑结构和钢拱架1加工材料都采用同类型的钢构件，比如都采用同类型的工字钢等，连接形式采用钢板螺栓连接。
在钢拱架1和内弦撑3之间设置若干连接撑4，连接撑4一端固定在钢拱架1上，另一端固定在内弦撑3上，连接撑4与内弦撑3之间形成小的三角形闭合结构9，三角形闭合结构9提高了原钢拱架1的支撑力。本发明锚索采取外双锚定设计：在隧道初期支护表面，锚索2与钢拱架1交接处，设置腰梁A5，在腰梁A5上均匀布置打设孔7，通过锚具8进行第一道锚定；在锚索2与内弦撑3交接处，设置腰梁B6，腰梁B6与内弦撑3垂直，在腰梁B6上均匀布置打设孔7，通过锚具8进行第二道锚定。
优选的，腰梁A5和腰梁B6均选用工16工字钢，打设孔7间距为1-2米。
本发明采用上述的钢拱架的隧道初期支护结构的施工方法包括以下步骤：
步骤一：在工厂预制加工上台阶钢拱架1。
步骤二：在隧道上台阶开挖后安装步骤一预制的初期支护钢拱架1，然后进行喷射混凝土施工，及时封闭掌子面，然后进行锚索2打设施工。
喷射混凝土时要注意后面步骤中与钢拱架1有连接的位置预先覆盖，防止在喷射时被混凝土覆盖。
步骤三：根据上台阶钢拱架1设计单元，沿隧道开挖方向设置若干组内弦撑结构，内弦撑结构与钢拱架1连接。所述每组内弦撑结构包括两根内弦撑3，两根内弦撑3上端固定在隧道拱顶位置，与钢拱架1通过钢板螺栓连接，下端分别固定在隧道起拱线以上的两个拱腋角位置，同样通过钢板螺栓与钢拱架1连接。
在钢拱架1和内弦撑3之间设置若干连接撑4，连接撑4一端固定在钢拱架1上，一端固定在内弦撑3上，连接撑4与内弦撑3之间形成小的三角形闭合结构9，三角形闭合结构9提高了原钢拱架1的支撑力。步骤四：为保证外锚体系及内弦撑3受力合理，及后期拆除内弦撑3时上台阶初期支护安全，本发明采取外双锚定设计，详细介绍如下：
第一道锚定设置在隧道初期支护表面，通过在隧道初期支护喷锚面设置腰梁A5，腰梁A5采用工16工字钢，在腰梁A5上按照1-2米间距均匀布置预应力锚索2打设孔7，施加预应力，达到锁定值后固定锚具8，完成第一道锚定。
第二道锚定是以与内弦撑3纵向连接的工16工字钢作为腰梁B6，即工16工字钢与内弦撑3垂直连接固定，同样在腰梁B6上按照1-2米间距均匀布置预应力锚索2打设孔7，施加预应力，达到锁定值后固定锚具8，完成第二道锚定。
本发明外双锚定设计中第一道锚定为主，第二道锚定储备，便于在施做隧道结构防水及二次衬砌时受力转换安全。
步骤五：上台阶开挖掘进一定距离后进行下台阶施工，待下台阶掘进一定距离后，施工隧道二次衬砌仰拱，在隧道二次衬砌仰拱施工完成后，因为钢拱架1还有第一道锚定支护，并且隧道初期支护已经闭合，隧道沉降及受力稳定后，根据二次衬砌边顶拱二衬台车长度，一般在9-12米，分段拆除上台阶内弦撑3和连接撑4，施做结构防水、钢筋绑扎及混凝土浇筑施工。
本发明由于采用了内弦撑3和外双锚定支撑体系，内弦撑3架设位置刚好在隧道起拱线以上两个拱腋角位置，不会对隧道的整体开挖段断面造成分割，最大程度保留了隧道开挖断面的完整性，保证了有效施工空间，便于大型开挖及支护设备机械化施工。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种钢拱架的隧道初期支护结构，包括钢拱架（1），钢拱架（1）上打设有锚索（2），其特征在于：沿隧道开挖方向设置有若干组内弦撑结构，所述每组内弦撑结构包括两根内弦撑（3），两根内弦撑（3）上端固定在隧道拱顶位置处的钢拱架（1）上，下端分别固定在隧道起拱线以上的两个拱腋角位置处的钢拱架（1）上；在钢拱架（1）和内弦撑（3）之间设置若干连接撑（4），连接撑（4）一端固定在钢拱架（1）上，另一端固定在内弦撑（3）上，连接撑（4）与内弦撑（3）之间形成若干个三角形闭合结构（9）；在隧道初期支护表面，锚索（2）与钢拱架（1）交接处固定腰梁A（5），在腰梁A（5）上均匀布置打设孔（7），通过锚具（8）进行第一道锚定；在锚索（2）与内弦撑（3）交接处，设置腰梁B（6），腰梁B（6）与内弦撑（3）垂直，在腰梁B（6）上均匀布置打设孔（7），通过锚具（8）进行第二道锚定。
2.根据权利要求1所述的钢拱架的隧道初期支护结构，其特征在于：所述钢拱架（1）为提前预制。
3.根据权利要求1所述的钢拱架的隧道初期支护结构，其特征在于：所述内弦撑（3）与钢拱架（1）采用同类型工字钢。
4.根据权利要求1所述的钢拱架的隧道初期支护结构，其特征在于：所述内弦撑（3）通过钢板螺栓与钢拱架（1）连接。
5.根据权利要求1所述的钢拱架的隧道初期支护结构，其特征在于：所述腰梁A（5）和腰梁B（6）均选用工16工字钢。
6.根据权利要求1所述的钢拱架的隧道初期支护结构，其特征在于：所述打设孔（7）间距为1-2米。
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| CN111058872A (zh) * | 2020-02-13 | 2020-04-24 | 济南城建集团有限公司 | 一种钢拱架的隧道初期支护结构及施工方法 |
| CN112664229A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-04-16 | 成都和拓土木工程有限公司 | 一种针对隧道不均匀沉降的施工方法 |
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