CN218894660U - 一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，包括初期支护体和波纹钢临时支护体，初期支护体设于围岩内，在初期支护体内预设有波纹钢连接件；波纹钢临时支护体包括纵向波纹墙和横向波纹墙，纵向波纹墙和横向波纹墙与波纹墙连接件螺纹连接，纵向波纹墙和横向波纹墙的相交处通过螺纹连接，纵向波纹墙和横向波纹墙沿隧道延伸方向将隧道分隔为若干独立的导坑，每个导坑内的初期支护体与波纹钢临时支护体构成一个独立的支护闭合单元。本实用新型的临时支护体系通过可拆卸的波纹墙连接而成，该支护方式无需使用喷射混凝土即可完成软弱围岩条件下的隧道分步开挖支护，波纹墙拆装简便可重复利用，大大降低了隧道开挖成本，提升了施工进度。

Description

一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系

技术领域

本实用新型涉及隧道初期支护结构技术领域，具体涉及一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系。

背景技术

随着我国规划及修建的铁路隧道、公路隧道越来越多，深埋软岩隧道出现的几率也越来越大，隧道的开挖施工在通过软弱围岩时，隧道软弱围岩时常会出现急剧变形、失稳，甚至发生隧道坍方等工程事故。

为了避免上述情况的出现，现有技术中多采用CRD法施工，CRD法原则上是以十字交叉的中壁和横联将开挖断面分成四部分，每开挖一个小断面后及时架立拱架和钢格栅，然后在钢格栅喷射砼进行封闭和支护。由于喷射混凝土后不能立即承受荷载，必须经过一个养护的过程，因而使得施工进度受到一定的影响。另外，喷射混凝土既费材料又使施工环境恶劣，增加了造价费用。最后，当开挖工作面不断前进时，前期的中壁和横联需要拆除，不能重复使用，砼结构只能通过破坏式拆除，造成了很大的浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，解决现有分步开挖临时支护结构不能重复利用，施工成本高的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，包括初期支护体和波纹钢临时支护体，所述初期支护体设于围岩内，在初期支护体内预设有波纹钢连接件；所述波纹钢临时支护体包括纵向波纹墙和横向波纹墙，纵向波纹墙和横向波纹墙与波纹墙连接件螺纹连接，纵向波纹墙和横向波纹墙的相交处通过螺纹连接，纵向波纹墙和横向波纹墙沿隧道延伸方向将隧道分隔为若干独立的导坑，每个导坑内的初期支护体与波纹钢临时支护体构成一个独立的支护闭合单元。

进一步的，所述波纹墙连接件为长角钢，长角钢的连接端位于初期支护体外，在连接端上开设有若干螺纹连接孔。

进一步的，所述波纹钢临时支护体包括左纵向波纹墙、右纵向波纹墙、左横向波纹墙和右横向波纹墙，它们将隧道分隔为五个独立的支护闭合单元；

所述左纵向波纹墙、右纵向波纹墙沿隧道中心线对称设置，左纵向波纹墙、右纵向波纹墙的上下端分别连接在隧道顶部和仰拱的连接端上；所述左横向波纹墙、右横向波纹墙的外侧连接在隧道侧壁的连接端上，内侧分别通过螺纹连接在左纵向波纹墙、右纵向波纹墙的中部。

进一步的，所述横向波纹墙的内端设置连接法兰片，在所述纵向波纹墙的中部设置连接法兰片，连接法兰片上开设有螺纹孔，横向波纹墙与纵向波纹墙的连接法兰片叠置后通过螺栓连接。

进一步的，所述波纹钢临时支护体还包括中央横向波纹墙，中央横向波纹墙通过两端的连接法兰片螺纹连接在左、右纵向波纹墙之间，它们将隧道分隔为六个独立的支护闭合单元。

进一步的，所述左纵向波纹墙、右纵向波纹墙均为弧形波纹墙，左横向波纹墙、右横向波纹墙和中央横向波纹墙均为水平波纹墙。

进一步的，所述波纹钢临时支护体包括中央纵向波纹墙、左横向波纹墙和右横向波纹墙，它们螺纹连接构成十字交叉结构，将隧道分隔为四个独立的支护闭合单元；

所述中央纵向波纹墙连接在隧道顶部和仰拱的连接端上；所述左横向波纹墙、右横向波纹墙的外侧连接在隧道侧壁的连接端上，内侧分别通过螺纹连接在中央纵向波纹墙上。

进一步的，所述弧形波纹墙和水平波纹墙均由若干波纹钢单元依次拼接构成。

进一步的，波纹钢单元包括四周的框架和焊接在框架内的波纹钢板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的临时支护体系通过可拆卸的波纹墙连接而成，波纹钢临时支护体将隧道分隔为若干独立的导坑，每个导坑内的初期支护体与波纹钢临时支护体封闭成环构成一个独立的支护闭合单元，从而完成软弱围岩条件下的隧道分步开挖支护，该支护方式无需使用喷射混凝土，拆装简便可重复利用，大大降低了隧道开挖成本，提升了施工进度。

当然地，实施本实用新型的各技术方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型实施例2的A处放大示意图；

图4是本实用新型波纹钢单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例3的结构示意图；

图6是图3的波纹钢临时支护体结构示意图；

图7是不同实施例镀锌钢波纹板的波形示意图。

图中，

1-初期支护体；

2-波纹钢临时支护体，201-左纵向波纹墙，202-右纵向波纹墙，203-左横向波纹墙，204-右横向波纹墙，205-中央横向波纹墙，206-法兰接头，207-框架，208-波纹钢板，209-波纹钢仰拱，210-法兰片;

3-螺栓。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

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。

本实用新型的基本思路是设计一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，包括初期支护体和波纹钢临时支护体, 波纹钢临时支护体由波纹墙通过螺栓可拆卸的连接成片，波纹钢临时支护体与初期支护体通过预埋件的螺纹可拆卸的连接，隧道设计人员根据地质条件将隧道的开挖端面划分为若干个预开挖导坑，然后依照施工顺序从上到下，从外向内的分步开挖，一边开挖一边边建立支护体系。

实施例1：

参见图1的一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，本实施例可简称为双仰拱式波纹钢临时支护体系。

该支护体系包括初期支护体1和波纹钢临时支护体，初期支护体1设于围岩3内，在初期支护体1内预设有波纹墙连接件，波纹墙连接件的连接端设置于初期支护体1外，用于连接波纹钢临时支护体。

本实施例中，波纹钢临时支护体包括两组横向波纹墙，也可称之为波纹钢仰拱209，波纹钢仰拱209为弧形波纹墙，弧面向下，波纹钢仰拱209两端通过螺栓3与波纹墙连接件的连接端可拆卸的连接。

两组波纹钢仰拱209沿隧道延伸方向将隧道分隔为三个独立的导坑，分别为上导坑Ⅰ、中导坑Ⅱ、下导坑Ⅲ，每个导坑内的初期支护体1与波纹钢仰拱209构成一个独立的支护闭合单元。

下面介绍本实施例双仰拱式波纹钢临时支护体系的开挖步骤：

步骤一、隧道设计人员根据地质条件将隧道开挖端面划分为上、中、下三个导坑；

步骤二、按照从上到下的开挖顺序，首先对上导坑Ⅰ进行开挖，上导坑Ⅰ开挖三个单位进尺，开挖过程中，及时对开挖隧道顶部和隧道侧壁施做初期支护，初期支护时预设波纹墙连接件；

待其初期支护体基本稳固后，在上导坑Ⅰ的台阶面设置上层波纹钢仰拱构成波纹钢临时支护，上层波纹钢仰拱通过螺栓连接的方式与波纹墙连接件连接，上层波纹钢仰拱与上导坑Ⅰ内的初期支护体构成独立的上支护闭合单元，完成上导坑Ⅰ内的临时稳固支护；

步骤三、然后对中导坑Ⅱ进行开挖，中导坑Ⅱ开挖两个单位进尺，开挖过程中，及时对开挖隧道侧壁施做初期支护并预设波纹墙连接件；

待其初期支护体基本稳固后，在中导坑Ⅱ的台阶面设置下层波纹钢仰拱构成波纹钢临时支护，下层波纹钢仰拱通过螺栓连接的方式与波纹墙连接件连接，下层波纹钢仰拱与上导坑Ⅱ内隧道侧壁的初期支护体和下层波纹钢仰拱共同构成独立的中支护闭合单元，完成中导坑Ⅱ内的临时稳固支护；

步骤四、最后对下导坑Ⅲ进行开挖，下导坑Ⅲ开挖单个单位进尺，单个进尺开挖完毕，对开挖隧道仰拱及隧道侧壁施做初期支护；

待其初期支护体稳固后，下层波纹钢仰拱与下导坑Ⅲ内隧道侧壁的初期支护体和隧道仰拱的初期支护体共同构成独立的下支护闭合单元，完成导坑Ⅲ内的临时稳固支护；

步骤五、上部导坑依次超前于下部导坑一个单位进尺，循环开挖作业，施做各自的初期支护及波纹钢临时支护，后施作的波纹钢临时支护循环利用前面被拆除的波纹钢临时支护体，并对拆除了波纹钢临时支护的部分建造二次衬砌。

实施例2：

参见图2，一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，包括初期支护体1和波纹钢临时支护体2，初期支护体1设于围岩3内，在初期支护体1内预设有波纹墙连接件；本实施例中，波纹墙连接件为长角钢，长角钢预埋进初期支护体1内，其一个折角作为连接端，设置于初期支护体1外，在连接端上开设有若干螺纹连接孔，用于与波纹墙栓接。其他实施例中，波纹墙连接件也可以是其他结构，比如方钢或者钢柱等，波纹墙连接件只要可以稳固连接波纹钢临时支护体即可。

波纹钢临时支护体包括左纵向波纹墙201、右纵向波纹墙202、左横向波纹墙203和右横向波纹墙204，左纵向波纹墙201、右纵向波纹墙202为弧形波纹墙，沿隧道中心线对称设置，弧度向内，呈“）（”状，左纵向波纹墙201、右纵向波纹墙202的上下端分别通过螺栓连接在隧道顶部和隧道仰拱的连接端上；左横向波纹墙203、右横向波纹墙204均为水平波纹墙，左横向波纹墙203、右横向波纹墙204的外侧均通过螺栓连接在隧道侧壁的连接端上，左横向波纹墙203、右横向波纹墙204内侧分别通过螺纹连接在左纵向波纹墙201、右纵向波纹墙202的中部。

左纵向波纹墙201、右纵向波纹墙202、左横向波纹墙203和右横向波纹墙204沿隧道延伸方向将隧道分隔为五个独立的导坑，分别为左上导坑Ⅰ、右上导坑Ⅱ、中央导坑Ⅲ、左下导坑Ⅳ、右下导坑Ⅴ。每个导坑内的初期支护体1与其波纹墙构成一个独立的支护闭合单元，完成导坑内的临时稳固支护。

参见图4，弧形波纹墙和水平波纹墙均由若干波纹钢单元依次拼接构成，单个波纹钢单元包括四周的金属制框架207和焊接在框架207内部的波纹钢板208，其中，弧形波纹墙选用弧形波纹钢板制成，水平波纹墙选用水平波纹钢板制成。波纹钢单元四周的框架207上设置螺栓孔，用于波纹钢单元依次续接成墙，位于波纹墙端部的框架207上的螺栓孔用于与预埋于初期支护体1内的角钢连接端连接。

需要说明的是，在其他实施例中，波纹钢单元也可以是其他的结构形式，比如：波纹钢单元为带有插接结构的波纹钢板，若干波纹钢单元依次插接连成临时支护墙体结构；又比如：波纹钢单元为波纹钢板与方钢框架的结合，通过铆接或者焊接连接一体。

本实用新型的波纹钢板208由镀锌钢波纹板制成，镀锌钢波纹板的波形为正弦波浪形式，镀锌钢波纹板具备特有的良好的延性，抗拉、抗压、抗剪强度较高，构件结构断面小，自重轻，施工速度快。镀锌钢波纹板的壁厚可选区间为2.5mm—12mm，波距*波高选型包括380mm*140mm、150 mm *50 mm、200 mm *55 mm、230 mm *64 mm、300mm *110 mm或400 mm*150 mm，钢板材质包括Q345、Q235或Q355；本实施例中，镀锌钢波纹板壁厚为7.2mm，波距为300mm，波高为110mm。

在其他实施例中，镀锌钢波纹板的波形也可为三角形波折形式、梯形波折形式、直角波折形式，参见图7。

参见图3，左横向波纹墙203与左纵向波纹墙201的中部通过经特殊设计的连接件栓接，该连接件包括连接于左横向波纹墙203内端的法兰接头206以及固定于左纵向波纹墙201中部的法兰片210，法兰接头206是一个截面为“├”形状的金属板，其竖直段和水平段上均开有螺纹孔，竖直段用于与波纹钢单元的框架栓接，水平段用于和左纵向波纹墙201的法兰片210置后通过螺栓3栓接。右横向波纹墙203与右纵向波纹墙201连接同理；这种栓接方式，方便波纹钢临时支护体2根据开挖的进度拆除和安装。

本实施例的开挖步骤参考实施例1，按照左上导坑Ⅰ、右上导坑Ⅱ、中央导坑Ⅲ、左下导坑Ⅳ、右下导坑Ⅴ的顺序依次超前循环开挖。

实施例3：

参见图5和图6，与实施例2不同的是，波纹钢临时支护体还包括中央横向波纹墙205，中央横向波纹墙205通过两端的法兰接头206螺纹连接在左、右纵向波纹墙之间，左纵向波纹墙201、右纵向波纹墙202、左横向波纹墙203、右横向波纹墙204和中央横向波纹墙205它们将隧道分隔为六个独立的支护闭合单元，分别为左上导坑Ⅰ、右上导坑Ⅱ、中央上导坑Ⅲ、左下导坑Ⅳ、右下导坑Ⅴ、中央下导坑Ⅵ。

本实施例的开挖步骤参考实施例1，按照左上导坑Ⅰ、右上导坑Ⅱ、中央导坑Ⅲ、左下导坑Ⅳ、右下导坑Ⅴ、中央下导坑Ⅵ的顺序依次超前循环开挖。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，包括初期支护体和波纹钢临时支护体，所述初期支护体设于围岩内，在初期支护体内预设有波纹墙连接件；所述波纹钢临时支护体包括纵向波纹墙和横向波纹墙，纵向波纹墙和横向波纹墙与波纹墙连接件螺纹连接，纵向波纹墙和横向波纹墙的相交处通过螺纹连接，纵向波纹墙和横向波纹墙沿隧道延伸方向将隧道分隔为若干独立的导坑，每个导坑内的初期支护体与波纹钢临时支护体构成一个独立的支护闭合单元。

2.根据权利要求1所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述波纹墙连接件为长角钢，长角钢的连接端位于初期支护体外，在连接端上开设有若干螺纹连接孔。

3.根据权利要求2所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述波纹钢临时支护体包括左纵向波纹墙、右纵向波纹墙、左横向波纹墙和右横向波纹墙，它们将隧道分隔为五个独立的支护闭合单元；

所述左纵向波纹墙、右纵向波纹墙沿隧道中心线对称设置，左纵向波纹墙、右纵向波纹墙的上下端分别连接在隧道顶部和仰拱的连接端上；所述左横向波纹墙、右横向波纹墙的外侧连接在隧道侧壁的连接端上，内侧分别通过螺纹连接在左纵向波纹墙、右纵向波纹墙的中部。

4.根据权利要求3所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述横向波纹墙的内端设置连接法兰片，在所述纵向波纹墙的中部设置连接法兰片，连接法兰片上开设有螺纹孔，横向波纹墙与纵向波纹墙的连接法兰片叠置后通过螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述波纹钢临时支护体还包括中央横向波纹墙，中央横向波纹墙通过两端的连接法兰片螺纹连接在左、右纵向波纹墙之间，它们将隧道分隔为六个独立的支护闭合单元。

6.根据权利要求5所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述左纵向波纹墙、右纵向波纹墙均为弧形波纹墙，左横向波纹墙、右横向波纹墙和中央横向波纹墙均为水平波纹墙。

7.根据权利要求2所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述波纹钢临时支护体包括中央纵向波纹墙、左横向波纹墙和右横向波纹墙，它们螺纹连接构成十字交叉结构，将隧道分隔为四个独立的支护闭合单元；

所述中央纵向波纹墙连接在隧道顶部和仰拱的连接端上；所述左横向波纹墙、右横向波纹墙的外侧连接在隧道侧壁的连接端上，内侧分别通过螺纹连接在中央纵向波纹墙上。

8.根据权利要求6所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，所述弧形波纹墙和水平波纹墙均由若干波纹钢单元依次拼接构成。

9.根据权利要求8所述的隧道分步开挖波纹钢临时支护体系，其特征在于，波纹钢单元包括四周的框架和焊接在框架内的波纹钢板。

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