CN216894437U - 一种大断面富水黄土隧道初期支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大断面富水黄土隧道初期支护结构，其包括装置本体，装置本体包括若干个拼接相连的单榀钢拱架，相邻单榀钢拱架之间灌注模筑混凝土，单榀钢拱架上设置有多个定位板，定位板上开设有定位孔，定位孔内穿设有锁脚锚杆，锁脚锚杆穿过单榀钢拱架插入外部围岩，单榀钢拱架包括拱顶钢拱架，以及分别与拱顶钢拱架连接的左拱墙钢拱架和右拱墙钢拱架；本实用新型在肋板两侧设置有纵向连接板和插接口，通过纵向连接板和插接口的配合将相邻两榀钢拱架连接起来，提高支护结构的受力性能，使得整个初期支护结构形成一个统一的整体，更有利于承担隧道开挖产生的围岩压力。

Description

一种大断面富水黄土隧道初期支护结构

技术领域

本实用新型涉及隧道支护技术领域，具体涉及一种大断面富水黄土隧道初期支护结构。

背景技术

黄土是第四系堆积的陆相沉积物，主要分布于黄河中游地区的关中、陕北、宁夏、豫西、甘肃等地区。近年来，随着交通强国战略的实施，西部地区修建了大量的黄土隧道，受行车线路的限制以及交通量的需求，隧道开挖断面逐渐增大，施工环境日趋复杂，施工难度大，安全风险高。同时，黄土垂直节理发育，地表水下渗，会在黄土内部赋存自由水，围岩受水影响下，承载力急剧下降，造成支护结构产生较大变形，引发初期支护开裂、侵限及至塌方等施工灾害，造成人员伤亡、工期延误、资金受损。

黄土隧道常用的初期支护方式为钢拱架+喷射混凝土+锁脚锚杆，但是在富水黄土隧道中仍存在支护结构强度不足、初期支护结构封闭时间较长等情况，这主要是由于水流影响，黄土围岩压力较大，且各个钢拱架无法连接成为一个整体，导致其支护作用减弱。因此，在大断面富水黄土隧道中提出一种新型初期支护结构显得尤为重要。

实用新型内容

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种大断面富水黄土隧道初期支护结构，解决了现有隧道初期支护方式，在黄土隧道中支护强度不足的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种大断面富水黄土隧道初期支护结构，其包括装置本体；

装置本体包括若干个拼接相连的单榀钢拱架，相邻单榀钢拱架之间灌注模筑混凝土；单榀钢拱架上设置有多个定位板，定位板上开设有定位孔，定位孔内穿设有锁脚锚杆，锁脚锚杆穿过单榀钢拱架插入外部围岩；

单榀钢拱架包括拱顶钢拱架，以及分别与拱顶钢拱架连接的左拱墙钢拱架以及右拱墙钢拱架。

本方案通过拼接相连相邻的单榀钢拱架，使整个支护结构在初期就能形成一个统一的整体，提高支护结构的受力性能，并在相邻的单榀钢拱架之间灌注模筑混凝土，进一步形成具有更高刚度和强度的组合结构，提高支护结构的受力性能。

进一步地，拱顶钢拱架包括两块第一翼缘板和位于两块第一翼缘板之间的第一肋板，且第一肋板分别与两块第一翼缘板焊接相连。

进一步地，第一肋板两侧分别焊接有纵向连接板和插接口。

本方案通过相邻的单榀钢拱架上的纵向连接板和插接口的配合，使相邻的单榀钢拱架之间拼接相连。

进一步地，左拱墙钢拱架包括两块第二翼缘板和位于两块第二翼缘板之间的第二肋板，且第二肋板分别与两块第二翼缘板焊接相连；右拱墙钢拱架包括两块第三翼缘板和位于两块第三翼缘板之间的第三肋板，且第三肋板分别与两块第三翼缘板焊接相连。

进一步地，第二肋板和第三肋板的两侧分别焊接有纵向连接板和插接口。

进一步地，纵向连接板嵌入插接口，并将插接口和纵向连接板焊接相连，以实现相邻单榀钢拱架之间的连接。

本方案通过相邻的单榀钢拱架上的纵向连接板和插接口的配合，使相邻的单榀钢拱架之间拼接相连。

进一步地，位于内圈的第一翼缘板、第二翼缘板和第三翼缘板上均焊接有多块定位板。

本方案通过在第一翼缘板、第二翼缘板和第三翼缘板上设置定位板，提前确定锁脚锚杆的位置，方便了锁脚锚杆的打设，节省了现场施工过程中需要锁脚锚杆的位置进行确定所产生的时间。

进一步地，拱顶钢拱架、左拱墙钢拱架和右拱墙钢拱架的两端分别设置有L形连接板，L形连接板上开设有通孔。

进一步地，拱顶钢拱架与左拱墙钢拱架、拱顶钢拱架与右拱墙钢拱架的之间的连接处均设置有横向连接板，横向连接板上开设有多个通孔，孔内焊接有连接管，连接管的两端开设有内螺纹。

进一步地，连接管穿过L形连接板上的通孔，并通过螺栓紧固。

本方案通过在钢拱架上设置L形连接板，通过螺栓将L形连接板和横向连接板固定连接，保证了单榀钢拱架个部分之间连接的紧密型，且节省了施工时间。

本实用新型公开了一种大断面富水黄土隧道初期支护结构，其有益效果为：

1、本实用新型在肋板两侧设置有纵向连接板和插接口，通过纵向连接板和插接口的配合将相邻两榀钢拱架连接起来，提高支护结构的受力性能，使得整个初期支护结构形成一个统一的整体，更有利于承担隧道开挖产生的围岩压力。

2、本实用新型在相邻两榀钢拱架之间的空隙中灌注模筑混凝土填充，形成以钢拱架作为主要承载结构，混凝土作为填充料，对钢拱架进行填充、包裹，充分发挥了混凝土与钢材的优点，形成具有更高刚度和强度的组合结构，进一步提高支护结构的受力性能。

3、本实用新型将单榀钢拱架分为三部分，相邻钢拱架之间采用横向连接板，通过螺栓连接起来，保证了支护系统之间连接的紧密型，方便运输以及施工安装，节约了施工时间和运输成本。

4、本实用新型在单榀钢拱架上设置有定位板以及定位孔，方便锁脚锚杆的打设，节省了现场施工过程中需要对定位孔进行确定所产生的时间，提高施工效率，加快施工进度。

5、本实用新型在单榀钢拱架连接完成后，能够使得支护结构及时封闭，对围岩径向产生支护能力。

附图说明

图1为大断面富水黄土隧道开挖支护整体图的结构示意图。

图2为本实用新型的钢拱架纵向连接的结构示意图。

图3为本实用新型的单榀钢拱架的结构示意图。

图4为本实用新型的拱顶钢拱架的结构示意图。

图5为本实用新型的左拱墙钢拱架的结构示意图。

图6为本实用新型的右拱墙钢拱架的结构示意图。

其中，1、拱顶钢拱架；2、左拱墙钢拱架；3、右拱墙钢拱架；4、纵向连接板；5、插接口；6、定位板；7、锁脚锚杆；8、横向连接板；81、连接管；10、单榀钢拱架的；11、第一翼缘板；12、第一肋板；21、第二翼缘板；22、第二肋板；31、第三翼缘板；32、第三肋板；101、模筑混凝土；102、上台阶核心土；103、中台阶核心土；104、中台阶左侧土体；105、中台阶右侧土体；106、弧形导坑。

具体实施方式

面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

根据本申请的实施例一，参考图1、图2和图3，本实施例的一种大断面富水黄土隧道初期支护结构，其包括装置本体。

装置本体包括若干个拼接相连的单榀钢拱架10，拼接连接的单榀钢拱架10构成一个整体，增强了初期支护结构的承载能力，避免了某个区域围岩压力过大，造成该部分应力集中，进而导致初期支护出现开裂、坍塌的现象；相邻单榀钢拱架10之间灌注模筑混凝土101，模筑混凝土101填充相邻单榀钢拱架10之间的间隙，形成防护层，防护层可以保证钢拱架不被外界环境侵蚀，增强了其耐腐蚀性，增长了钢拱架的使用时间以及寿命，且充分发挥混凝土与钢材的材料性能，有效的控制富水大断面黄土隧道开挖产生的变形。

单榀钢拱架10上设置有多个定位板6，定位板6上开设有定位孔，定位孔内穿设有锁脚锚杆7，锁脚锚杆7穿过单榀钢拱架10上预留的孔插入外部围岩。

单榀钢拱架10包括拱顶钢拱架1，以及分别与拱顶钢拱架1连接的左拱墙钢拱架2以及右拱墙钢拱架3。

作为本实施例拱顶钢拱架1的进一步方案，参考图4，拱顶钢拱架1包括两块第一翼缘板11和位于两块第一翼缘板11之间的第一肋板12，且第一肋板12分别与两块第一翼缘板11焊接相连；第一翼缘板11增加了结构的抗扭转能力，保证了初期支护的稳定性。

位于外圈的第一翼缘板11靠近隧道围岩，防止了围岩剥落、掉落等现象，保证了施工的高效性以及安全性。

位于内圈的第一翼缘板11上焊接有多块定位板6，定位板6上开设有定位孔，孔内穿设有锁脚锚杆7，且两块第一翼缘板11上预留有通孔，锁脚锚杆7穿过两块第一翼缘板11上的通孔插入外部围岩，定位板6与第一翼缘板11切线相交，交角大致为30°～45°，定位板6用于对锁脚锚杆7的位置进行确定，方便锁脚锚杆7的打设。

第一肋板12两侧分别焊接有多个纵向连接板4和多个插接口5，纵向连接板4嵌入插接口5，并将插接口5和纵向连接板4焊接相连，以实现单榀钢拱架10之间的连接；相邻纵向连接板4绕第一肋板12的环形间距为40cm，相邻插接口5绕第一肋板12的环形间距为40cm，纵向连接板4和插接口5配合将相邻单榀钢拱架10连接，使支护结构整体受力，防止隧道局部围岩压力过大，造成初期支护开裂以及倾陷。

作为本实施例左拱墙钢拱架2的进一步方案，参考图5，左拱墙钢拱架2包括两块第二翼缘板21和位于两块第二翼缘板21之间的第二肋板22，且第二肋板22分别与两块第二翼缘板21焊接相连，第二翼缘板21增加了结构的抗扭转能力，保证了初期支护的稳定性。

位于外圈的第二翼缘板21靠近隧道围岩，防止了围岩剥落、掉落等现象，保证了施工的高效性以及安全性。

位于内圈的第二翼缘板21上焊接有多块定位板6，定位板6上开设有定位孔，孔内穿设有锁脚锚杆7，且两块第二翼缘板21上预留有通孔，锁脚锚杆7穿过两块第二翼缘板21上的通孔插入外部围岩，定位板6与第二翼缘板21切线相交，交角大致为30°～45°，定位板6用于对锁脚锚杆7的位置进行确定，方便锁脚锚杆7的打设。

第二肋板22两侧分别焊接有多个纵向连接板4和多个插接口5，纵向连接板4嵌入插接口5，并将插接口5和纵向连接板4焊接相连，以实现单榀钢拱架10之间的连接；相邻纵向连接板4绕第二肋板22的环形间距为40cm，相邻插接口5绕第二肋板22的环形间距为40cm，纵向连接板4和插接口5配合将相邻单榀钢拱架10连接，使支护结构整体受力，防止隧道局部围岩压力过大，造成初期支护开裂以及倾陷。

作为本实施例右拱墙钢拱架3的进一步方案，参考图6，右拱墙钢拱架3包括两块第三翼缘板31和位于两块第三翼缘板31之间的第三肋板32，且第三肋板32分别与两块第三翼缘板31焊接相连；第三翼缘板31增加了结构的抗扭转能力，保证了初期支护的稳定性。

位于外圈的第三翼缘板31靠近隧道围岩，防止了围岩剥落、掉落等现象，保证了施工的高效性以及安全性。

位于内圈的第三翼缘板31上焊接有多块定位板6，定位板6上开设有定位孔，孔内穿设有锁脚锚杆7，且两块第三翼缘板31上预留有通孔，锁脚锚杆7穿过两块第三翼缘板31上的通孔插入外部围岩，定位板6与第三翼缘板31切线相交，交角大致为30°～45°，定位板6用于对锁脚锚杆7的位置进行确定，方便锁脚锚杆7的打设。

第三肋板32两侧分别焊接有多个纵向连接板4和多个插接口5，纵向连接板4嵌入插接口5，并将插接口5和纵向连接板4焊接相连，以实现单榀钢拱架10之间的连接；相邻纵向连接板4绕第三肋板32的环形间距为40cm，相邻插接口5绕第三肋板32的环形间距为40cm，纵向连接板4和插接口5配合将相邻单榀钢拱架10连接，使支护结构整体受力，防止隧道局部围岩压力过大，造成初期支护开裂以及倾陷。

拱顶钢拱架1、左拱墙钢拱架2和右拱墙钢拱架3的两端均设置有L形连接板，L形连接板上开设有通孔。

拱顶钢拱架1分别与左拱墙钢拱架2和右拱墙钢拱架3连接处设置有横向连接板8，横向连接板8上开设有多个通孔，孔内焊接有连接管81，连接管81的两端开设有内螺纹。

连接管81穿过L形连接板上的通孔后通过螺栓紧固。

本实施例一种大断面富水黄土隧道初期支护结构的工作原理为：

本实用新型在实际应用中，对隧道上部弧形导坑106进行开挖，开挖长度为1.5m，形成掌子面与上台阶核心土103，对开挖部位进行支护，安装拱顶钢拱架1，通过拱顶钢拱架1两侧的定位板6，打设锁脚锚杆7，锁脚锚杆7施工完毕后，在锁脚锚杆7内部注入水泥浆液，同时对拱顶钢拱架1浇筑模筑混凝土101，模筑混凝土101填充至围岩与拱顶钢拱架1之间形成保护层。

继续对隧道进行开挖，使得掌子面与核心土沿着隧道开挖方向移动，待弧形导坑开挖6～10m后，对隧道中台阶核心土103进行开挖。

开挖隧道中台阶左侧土体104，对隧道中台阶左侧进行支护左拱墙钢拱架2，通过左拱墙钢拱架2上的横向连接板8，使左拱墙钢拱架2和拱顶钢拱架1通过螺栓相连，随后，打设中台阶左侧的锁脚锚杆7，在锁脚锚杆7内部注入水泥浆液，同时对左拱墙钢拱架2浇筑模筑混凝土101，模筑混凝土101填充至围岩与左拱墙钢拱架2之间形成保护层。

开挖隧道中台阶右侧土体105，对隧道中台阶右侧进行支护右拱墙钢拱架3，通过右拱墙钢拱架3上的横向连接板8，使右拱墙钢拱架3和拱顶钢拱架1通过螺栓相连，随后，打设中台阶右侧的锁脚锚杆7，在锁脚锚杆7内部注入水泥浆液，同时对右拱墙钢拱架3浇筑模筑混凝土101，模筑混凝土101填充至围岩与右拱墙钢拱架3之间形成保护层。

初期支护上部结构封闭成环，施做二次衬砌混凝土，形成二次衬砌支护层，其厚度为50cm。

待初期支护结构施做完成后，继续进行下一榀钢拱架的支护，重复之前的操作，将相邻两榀钢拱架之间的纵向连接板4与插接口5相连，对插接缝进行焊接，待隧道初期支护施工30m后，施做隧道二次衬砌混凝土，形成二次衬砌支护层，其厚度为50cm。

虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：包括装置本体；

所述装置本体包括若干个拼接相连的单榀钢拱架(10)，相邻单榀钢拱架(10)之间灌注模筑混凝土(101)；

所述单榀钢拱架(10)上设置有多个定位板(6)，定位板(6)上开设有定位孔，定位孔内穿设有锁脚锚杆(7)，锁脚锚杆(7)穿过单榀钢拱架(10)插入外部围岩；

所述单榀钢拱架(10)包括拱顶钢拱架(1)，以及分别与拱顶钢拱架(1)连接的左拱墙钢拱架(2)和右拱墙钢拱架(3)。

2.根据权利要求1所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述拱顶钢拱架(1)包括两块第一翼缘板(11)和位于两块第一翼缘板(11)之间的第一肋板(12)，且第一肋板(12)分别与两块第一翼缘板(11)焊接相连。

3.根据权利要求2所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述第一肋板(12)两侧分别焊接有纵向连接板(4)和插接口(5)。

4.根据权利要求2所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述左拱墙钢拱架(2)包括两块第二翼缘板(21)和位于两块第二翼缘板(21)之间的第二肋板(22)，且第二肋板(22)分别与两块第二翼缘板(21)焊接相连；所述右拱墙钢拱架(3)包括两块第三翼缘板(31)和位于两块第三翼缘板(31)之间的第三肋板(32)，且第三肋板(32)分别与两块第三翼缘板(31)焊接相连。

5.根据权利要求4所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述第二肋板(22)和第三肋板(32)的两侧均分别焊接有纵向连接板(4)和插接口(5)。

6.根据权利要求3或5所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述纵向连接板(4)嵌入插接口(5)，并将插接口(5)和纵向连接板(4)焊接相连，以实现相邻单榀钢拱架(10)之间的连接。

7.根据权利要求4所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：位于内圈的所述第一翼缘板(11)、第二翼缘板(21)和第三翼缘板(31)上均焊接有多块定位板(6)。

8.根据权利要求1所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述拱顶钢拱架(1)、左拱墙钢拱架(2)和右拱墙钢拱架(3)的两端均设置有L形连接板，L形连接板上开设有通孔。

9.根据权利要求8所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述拱顶钢拱架(1)与左拱墙钢拱架(2)、拱顶钢拱架(1)与右拱墙钢拱架(3)的之间的连接处均设置有横向连接板(8)，横向连接板(8)上开设有多个通孔，孔内焊接有连接管(81)，连接管(81)的两端开设有内螺纹。

10.根据权利要求9所述的大断面富水黄土隧道初期支护结构，其特征在于：所述连接管(81)穿过L形连接板上的通孔，并通过螺栓紧固。

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