一種隧道裝配式支護體系及其施工方法技術

本發明專利技術公開了一種隧道裝配式支護體系及其施工方法，包括超前支護，柔性支護和剛性支護等主要結構，各結構層按施工工序依次緊跟施作。超前支護通過超前小導管注漿預加固圍巖，柔性支護通過預制泡沫混凝土塊采用螺栓連接拼裝而成，所有預制泡沫混凝土塊之間的接縫采用彈性橡膠密封墊密封防水，剛性支護包括沿隧道環向布置一周、縱向間隔布置的鋼管混凝土拱架和填充于鋼管混凝土拱架之間的預制鋼筋混凝土管片，相鄰兩榀鋼管混凝土拱架之間通過縱向鋼筋連接，鋼管環向之間通過套管連接，預制鋼筋混凝土管片之間通過螺栓連接。本發明專利技術在有效保證隧道結構安全的同時，工序簡單，施工進度快、質量高，防水效果好。

【技術實現步驟摘要】
一種隧道裝配式支護體系及其施工方法
本專利技術涉及隧道施工支護
，具體涉及一種隧道裝配式支護體系及其施工方法。
技術介紹
近年來，隨著我國西部黃土地區交通建設事業的快速發展，河南、陜西、甘肅、青海等地修建了一大批黃土隧道。黃土隧道的設計、施工仍然沿用以往在巖石隧道中應用廣泛的新奧法，采用噴射混凝土作為初期支護，變形基本穩定后施作二次襯砌，二次襯砌主要作為安全儲備。但是，由于黃土與巖石的力學性質差異極大，具有顯著的遇水濕陷性，而噴射混凝土時必然夾帶有水，黃土圍巖吸收混凝土中的水分容易變得不穩定，降低了圍巖自承能力。根據現場測試結果，黃土隧道修建過程中普遍存在圍巖壓力大、變形量大、變形持續時間長，需要在變形未穩定的情況下及時施作襯砌，導致二次襯砌承擔了較大的荷載，有時甚至超過初期支護承擔的荷載。目前，黃土隧道在前期施工以及后期運營期間均出現了一系列問題，如施工期間圍巖大變形、失穩乃至坍塌、初期支護開裂，運營期間二次襯砌開裂、隧道滲漏水等。因此，僅僅采取常規的新奧法措施很難保證黃土隧道結構安全，需要結合黃土特殊的工程特性以及隧道受力變形特征研究必要的新型支護方式及其施工方法來保證隧道施工、運營安全。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術存在的缺陷和不足，提供一種隧道裝配式支護體系及其施工方法，能夠有效解決當前黃土隧道普遍存在的大變形、滲漏水以及襯砌開裂等問題，從而保證隧道結構的安全與穩定。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種隧道裝配式支護體系，包括超前支護、柔性支護和剛性支護，沿著隧道的徑向，超前支護、柔性支護和剛性支護由外向內依次設置，所述超前支護包括通過超前小導管1向圍巖中注漿形成的注漿圍巖；所述柔性支護包括預制泡沫混凝土塊2，預制泡沫混凝土塊2之間通過螺栓連接且密封，設置在圍巖壁的內側形成柔性支護，預制泡沫混凝土塊2上開設有鎖腳錨桿孔，在該鎖腳錨桿孔內設置有鎖腳錨桿3，鎖腳錨桿3用于將預制泡沫混凝土塊2錨固于圍巖上；所述剛性支護設置在柔性支護的內側，包括鋼管混凝土拱架9，鋼管混凝土拱架9沿著隧道環向布置一周，沿著隧道縱向間隔布置，相鄰的鋼管混凝土拱架9之間，填充有預制鋼筋混凝土管片8。所述超前支護的注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿；超前小導管1設置在隧道掌子面處拱頂120°范圍內，沿隧道周向設置，超前小導管1沿隧道周向的間距為30cm～50cm，外插角為3°～5°，長度為6m～8m。所述預制泡沫混凝土塊2之間的縫隙內充滿粘接劑，且在接縫內設置有彈性橡膠密封墊7，彈性橡膠密封墊7通過粘接劑與預制泡沫混凝土塊2粘接固定。所述預制泡沫混凝土塊2之間的接縫均錯開設置。所述的鋼管混凝土拱架9包括空心鋼管4，空心鋼管4內充滿混凝土5，沿著隧道環向，相鄰設置的空心鋼管4的接縫處套設有套管6，相鄰設置的空心鋼管4通過套管6連接。沿著隧道的縱向，相鄰設置的兩榀鋼管混凝土拱架9之間設置有縱向鋼筋，縱向鋼筋的兩端分別與鋼管混凝土拱架9連接。一種隧道裝配式支護施工方法，將開挖斷面從上至下依次分成上臺階(I，II)、下臺階(III，IV)和仰拱部分V，上臺階(I，II)、下臺階(III，IV)和仰拱部分V采用臺階法錯臺開挖，上臺階開挖預留中部核心土(II)，下臺階左、右兩側(III，IV)交錯開挖，包括如下步驟：步驟一：進行超前支護，沿隧道拱部一定角度范圍內，沿隧道周向開挖輪廓線，在挖掘好的位置向圍巖內施作超前小導管1，并通過超前小導管1向圍巖內注入漿液來加固圍巖；步驟二：在超前支護施作完成后，在超前支護的下方開挖上臺階I并在上臺階I的中部預留中部核心土II；步驟三：在上臺階I挖掘完成后，在上臺階I上方對應的圍巖壁內側安裝預制泡沫混凝土塊2，沿著圍巖的周向，通過螺栓連接上臺階部分預制泡沫混凝土塊2，并通過預制泡沫混凝土塊2上預留的鎖腳錨桿孔安設鎖腳錨桿3，預制泡沫混凝土塊2通過鎖腳錨桿3與圍巖錨固；步驟四：開挖中部核心土II；步驟五：中部核心土II挖掘完成后，開挖下臺階左側III，沿著隧道的縱向，下臺階左側III向內挖掘一定距離，然后沿著隧道的周向，在隧道左側圍巖壁的內側，在步驟三安裝好的預制泡沫混凝土塊2的端部繼續連接預制泡沫混凝土塊2，并通過預制泡沫混凝土塊2上預留的鎖腳錨桿孔安設鎖腳錨桿3；步驟六：再開挖下臺階右側IV，沿著隧道的縱向，下臺階右側IV向內挖掘一定距離，然后沿著隧道的周向，在隧道右側圍巖壁的內側，在步驟三安裝好的預制泡沫混凝土塊2的端部繼續連接預制泡沫混凝土塊2，并通過預制泡沫混凝土塊2上預留的鎖腳錨桿孔安設鎖腳錨桿3；步驟七：開挖仰拱部分V，沿著隧道的縱向，仰拱部分V向內挖掘一定的距離，仰拱部分V挖掘完成后，然后沿著隧道的周向，在步驟五及步驟六安裝好的預制泡沫混凝土塊2的端部繼續連接預制泡沫混凝土塊2，使預制泡沫混凝土塊2沿著隧道的周向分布一周，形成一段柔性支護；步驟八：待步驟七完成后，在預制泡沫混凝土塊2的內側架設鋼管混凝土拱架9，然后通過縱向鋼筋將該鋼管混凝土拱架9與前一榀的鋼管混凝土拱架9連接起來；步驟九：在相鄰兩榀鋼管混凝土拱架9之間拼裝預制鋼筋混凝土管片8，沿著隧道的周向，預制鋼筋混凝土管片8通過螺栓連接；重復步驟一至步驟九，對隧道進行持續施工。所述的步驟二中，上臺階I挖掘的進尺為預制泡沫混凝土塊2寬度的一倍；所述的步驟五及步驟六中，下臺階左側III以及下臺階右側IV挖掘的進尺為預制泡沫混凝土塊2寬度的1～2倍；所述的步驟七中，仰拱部分V每次挖掘的進尺為預制泡沫混凝土塊2寬度的1～2倍。所述的步驟八中，在架設鋼管混凝土拱架9時，先架設空心鋼管4，沿著隧道的周向，相鄰的空心鋼管4通過套管6固定連接，在空心鋼管4沿著預制泡沫混凝土塊2的內側設置一周完成后，再通過空心鋼管4上預留的注漿孔向空心鋼管4的內腔灌注滿混凝土5，即完成鋼管混凝土拱架9的架設。所述的上臺階(I，II)與下臺階(III，IV)以及下臺階(III，IV)和仰拱部分V前后錯開的距離分別控制在4m～6m；所述的步驟一中，沿隧道拱部120度范圍內開挖輪廓線，超前小導管1沿隧道周向的間距為30cm～50cm，外插角為3°～5°，長度為6m～8m，所述的漿液為水泥-水玻璃雙液漿；所述的步驟二中，中部核心土II與上臺階掌子面距離始終保持在2m～3m；所述的步驟三及步驟五至步驟七中，在安裝預制泡沫混凝土塊2時，在相鄰的預制泡沫混凝土塊2之間的接縫內設置彈性橡膠密封墊7，用粘接劑將彈性橡膠密封墊7與預制泡沫混凝土塊2粘接，再用粘接劑將預制泡沫混凝土塊2之間的接縫填滿。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：本專利技術通過設置超前支護改善圍巖和加固圍巖，提高了圍巖的自承載能力，能夠提高施工的安全性，通過在圍巖壁的內側設置柔性支護，能夠使變形有所發展，應力有所釋放，預制泡沫混凝土塊之間密封連接，因此柔性支護具有防水效果，可不用專門設置防水層，節約成本；通過在柔性支護的內側設置剛性支護，通過剛性支護的鋼管混凝土拱架較高的強度和剛度能夠有效地控制變形，保證結構的安全性。進一步的，預制泡沫混凝土塊接縫之間采用彈性橡膠密封墊，通過彈性橡膠密封墊來吸收因隧道變形時的變形能，有利于保證隧道結構的安全。本專利技術適合于黃土隧道的受力、變形特征，通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種隧道裝配式支護體系，其特征在于，包括超前支護、柔性支護和剛性支護，沿著隧道的徑向，超前支護、柔性支護和剛性支護由外向內依次設置，所述超前支護包括通過超前小導管(1)向圍巖中注漿形成的注漿圍巖；所述柔性支護包括預制泡沫混凝土塊(2)，預制泡沫混凝土塊(2)之間通過螺栓連接且密封，設置在圍巖壁的內側形成柔性支護，預制泡沫混凝土塊(2)上開設有鎖腳錨桿孔，在該鎖腳錨桿孔內設置有鎖腳錨桿(3)，鎖腳錨桿(3)用于將預制泡沫混凝土塊(2)錨固于圍巖上；所述剛性支護設置在柔性支護的內側，包括鋼管混凝土拱架(9)，鋼管混凝土拱架(9)沿著隧道周向布置一周，沿著隧道縱向間隔布置，相鄰的鋼管混凝土拱架(9)之間，填充有預制鋼筋混凝土管片(8)。

【技術特征摘要】
1.一種隧道裝配式支護體系，其特征在于，包括超前支護、柔性支護和剛性支護，沿著隧道的徑向，超前支護、柔性支護和剛性支護由外向內依次設置，所述超前支護包括通過超前小導管(1)向圍巖中注漿形成的注漿圍巖；所述柔性支護包括預制泡沫混凝土塊(2)，預制泡沫混凝土塊(2)與預制泡沫混凝土塊(2)之間通過螺栓連接，且預制泡沫混凝土塊(2)與預制泡沫混凝土塊(2)之間密封，設置在圍巖壁的內側形成柔性支護，預制泡沫混凝土塊(2)之間的密封結構為在預制泡沫混凝土塊(2)之間的縫隙內充滿粘接劑，且在接縫內設置有彈性橡膠密封墊(7)，彈性橡膠密封墊(7)通過粘接劑與預制泡沫混凝土塊(2)粘接固定，預制泡沫混凝土塊(2)之間的接縫均錯開設置，預制泡沫混凝土塊(2)上開設有鎖腳錨桿孔，在該鎖腳錨桿孔內設置有鎖腳錨桿(3)，鎖腳錨桿(3)用于將預制泡沫混凝土塊(2)錨固于圍巖上；所述剛性支護包括鋼管混凝土拱架(9)，鋼管混凝土拱架(9)沿著隧道周向布置一周，沿著隧道縱向間隔布置，相鄰的鋼管混凝土拱架(9)之間，填充有預制鋼筋混凝土管片(8)。2.根據權利要求1所述的一種隧道裝配式支護體系，其特征在于，所述超前支護的注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿；超前小導管(1)設置在隧道掌子面處拱頂120°范圍內，沿隧道周向設置，超前小導管(1)沿隧道周向的間距為30cm～50cm，外插角為3°～5°，長度為6m～8m。3.根據權利要求1所述的一種隧道裝配式支護體系，其特征在于，所述的鋼管混凝土拱架(9)包括空心鋼管(4)，空心鋼管(4)內充滿混凝土(5)，空心鋼管(4)沿著隧道周向設置一周，相鄰設置的空心鋼管(4)的接縫處套設有套管(6)，相鄰設置的空心鋼管(4)通過套管(6)連接。4.根據權利要求1所述的一種隧道裝配式支護體系，其特征在于，沿著隧道的縱向，相鄰設置的兩榀鋼管混凝土拱架(9)之間設置有縱向鋼筋，縱向鋼筋的兩端分別與鋼管混凝土拱架(9)連接。5.一種隧道裝配式支護施工方法，其特征在于，將開挖斷面從上至下依次分成上臺階(I，II)、下臺階(III，IV)和仰拱部分(V)，上臺階(I，II)、下臺階(III，IV)和仰拱部分(V)采用臺階法錯臺開挖，上臺階開挖預留中部核心土(II)，下臺階左、右兩側(III，IV)交錯開挖，包括如下步驟：步驟一：實施超前支護，沿隧道拱部一定角度范圍內，沿隧道周向開挖輪廓線，在挖掘好的位置向圍巖內施作超前小導管(1)，并通過超前小導管(1)向圍巖內注入漿液來加固圍巖；步驟二：在超前支護施作完成后，在超前支護的下方開挖上臺階(I)并在上臺階(I)的中部預留中部核心土(II)；步驟三：在上臺階(I)挖掘完成后，在上臺階(I)上方對應的圍巖壁內側安裝預制泡沫混凝土塊(2)，沿著圍巖的周向，通過螺栓連接上臺階部分預制泡沫混凝土塊(2)，并通過預制泡沫混凝土塊(2)上預留的鎖腳錨桿孔安設鎖腳錨桿(3)，預制泡沫混凝土塊(2)通過鎖腳錨桿(3)與圍巖錨固；步驟四：開挖中部核心土(II)；步驟五：中部核心土(II)挖掘完成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賴金星，昝文博，謝永利，張玉偉，來弘鵬，李又云，王亞瓊，劉禹陽，邱軍領，樊浩博，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61