一种隧道拼装式初期支护方法
【专利摘要】本发明涉及一种隧道拼装式初期支护方法，解决了采用矿山法施工开挖后的隧道、地下工程初期支护，特别是没有采用盾构法施工时，地质较为软弱破碎特殊区段的工程有效支护问题，包括整体式支护和分部开挖支护，其特征是根据隧道断面形式，将支护构件分解成若干块，在现场紧贴开挖面，将构件拼装成环，控制围岩变形；分部开挖支护即分部开挖分别成环，整体连接。及时支护围岩，控制变形，并改善作业环境；缩短初期支护作业时间，提高作业面施工安全系数；受力更加均匀；保证防水层施工质量；可实现机械化安装，效率高；使用方法更灵活，适用范围更广；支护成本低。
【专利说明】
_种隧道拼装式初期支护方法
技术领域
[0001]本发明涉及城市隧道及地下工程技术领域，尤其是一种隧道拼装式初期支护方法。
【背景技术】
[0002]隧道开挖破坏了地层的初始应力平衡，产生围岩应力释放和洞室变形，软弱围岩因其自承能力较低，变形表现更为突出，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全和施工安全，在开挖后的洞室周边立即进行初期支护，向洞室周边提供抗力，控制围岩变形。现有技术中有多种初期支护方法，其过程和效果各的特点，适应性也不一样。如专利公开号为CN101592032A，公开的一种浅埋下穿高速公路不均匀地层超大断面隧道初期支护构造，包括超前支护结构和初期支护结构，超前支护结构是由径向间隔布设的外大管棚、内大管棚复合构成;初期支护结构是由通过喷射混凝土形成的拱部外支护层、全环内支护层复合构成，并在其边墙段布设边墙系统锚杆。又如专利公开号为CN102226407A设计的一种四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，包括覆盖围岩的喷射混凝土层和沿隧道开挖方向间隔布设的全环钢架，以及沿拱墙面布设锚固于围岩中的系统锚杆，全环钢架埋设于喷射混凝土层内；在隧道拱部钢架与临时竖撑连接处沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架连接的第一组预应力锚索，在边墙部位、拱脚处附近分别沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架连接的第二组预应力锚索、第三组预应力锚索。再如专利公开号为CN104863614A提出的一种由波纹钢板与混凝土组合结构替代钢格栅初期支护的方法，由上部支护波纹板、边墙波纹板及仰拱波纹板组接成环而构成;洞室上台阶两拱脚处固有两H型钢，上部支护波纹板及边墙波纹板的上端部经H型钢支撑固定;下台阶的两拱脚处固有两槽钢，边墙波纹板的下端由槽钢支撑固定，边墙波纹板的下端部预留有仰拱搭接头;上部支护波纹板、边墙波纹板及仰拱波纹板在纵向上依次通过法兰连接;上部支护波纹板、边墙波纹板及仰拱波纹板与围岩之间灌注混凝土。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决采用矿山法施工开挖后的隧道、地下工程初期支护，特别是没有或无法采用盾构法施工时，地质较为软弱破碎特殊区段的工程有效支护问题，提供一种结构合理、效率高且施工安全的隧道拼装式初期支护方法。
[0004]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种隧道拼装式初期支护方法，包括整体式支护和分部开挖支护，其特征是根据隧道断面形式，将支护构件分解成若干块，在现场紧贴开挖面，将构件拼装成环，控制围岩变形;所述的分部开挖支护即分部开挖分别成环，整体连接，具体步骤如下(以隧道断面宽度中心线为Y轴、隧道高度中点为原点设定平面直角坐标)。
[0005](—)开挖第I或第Π象限部分，进行初期支护并临时锁定，具体做法具有以下步骤。
[0006]①测量放样:根据设计断面测量出开挖轮廓线。
[0007]②开挖:软弱围岩采用挖机开挖，较硬围岩采用松动爆破开挖，一次开挖深度为50-80cm。
[0008]③出砟、清理平整开挖面。
[0009]④拼装支护构件，并进行连接形成整体。
[0010]⑤后背注浆填充。
[0011]⑥拆除临时支撑。
[0012](二)对应第1、第π象限，开挖第IV、第m象限，进行初期支护后并与相邻支护构件连接且临时锁定。
[0013](三)完成各象限支护，拆除临时锁定构件，初期支护封闭成环。
[0014]矿山法是一种传统的施工方法，隧道在开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，随时会产生坍落现象，基于这种松弛荷载理论依据，施工按分部顺序采取分割式一块一块的开挖，并要求边挖边撑以求安全，支撑复杂，耗材多。而新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。本技术方案针对现有技术在实践中存在的不足进行初期支护设计，在采用矿山法施工时，由于开挖后围岩前期比较稳定，后期变形却较大，而盾构法施工的投入成本大，且许多工程不适合采用此法，对于地质较为软弱破碎特殊区段的城市地铁、地下人行通道、公路隧道、铁路隧道、水利隧道等地下工程，通过本装置和支护方法的应用，达到安全、高效的支护目的。
[0015]作为优选，所述的支护构件包括普通支护构件和调节块，普通支护构件和调节块均由基体和位于基体外表面的承载板构成。支护构件是初期支护的主要硬件工具，本方法利用普通支护构件和调节块的合理组合，按支护点位的实际力变情况，选择性地采用整体式支护和分部开挖支护。支护构件采取预先工厂化生产，对普通支护构件统一标准，现场机械化安装；由于经测量放样，根据设计断面测量出开挖轮廓线，使支护构件具有理论数据基础，各支护构件单件、组合后其表面平整光滑，有利于防水层施工。支护构件为弧形板结构，基体外表面主要是指基体的外弧形面。
[0016]作为优选，所述的支护构件包括普通支护构件和调节块，普通支护构件和调节块在四个厚度面上均设有连接螺孔。本方案中，各单件支护构件之间的连接全部通过厚度边部配合，弧形基体内侧设置斜沉孔式安装螺槽，从安装螺槽中即可直接穿装螺杆和固定螺母。
[0017]作为优选，所述的连接螺孔位于普通支护构件或调节块中的基体厚度部位，并在基体内表面相对应部位设有安装螺槽。
[0018]作为优选，所述的拼装支护构件并进行连接形成整体，在第I或第Π象限中，从下往上依次进行A1-A2-A3或C1-C2-C3支护构件的安装。
[0019]作为优选，所述的拼装支护构件时，在第ΙΠ、第IV象限中，其侧面从下而上依次进行B1-B2或D1-D2支护构件的安装。底部从中间向边部进行安装。
[0020]作为优选，所述的安装螺槽的深度与连接螺孔相配合，并朝连接螺孔方向设有定位平面。
[0021]作为优选，所述的拆除临时支撑在所有支护构件固定之后进行。
[0022]本发明的有益效果是:相对喷射混凝土支护来说，克服了早期混凝土强度较低的缺点，及时支护围岩，控制变形，并改善作业环境;模块组装方式，缩短初期支护作业时间，提高作业面施工安全系数;封闭成环后，以注浆措施使其与围岩接触更加密贴，受力更加均匀;支护构件表面平整光滑，便于防水层施作，保证防水层施工质量；同一工程中的支护构件工厂化、标准化生产，并可实现机械化安装，效率高;实现拼装式初期支护，使用方法更灵活，适用范围更广;投入较小，可选择性在局部软弱围岩中采用，支护成本低。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的一种整体式支护方法示意图。
[0024]图2是本发明的一种分部开挖支护方法第一部分开挖示意图。
[0025]图3是本发明的一种分部开挖支护方法第二部分开挖示意图。
[0026]图4是本发明的一种分部开挖支护方法第三部分开挖示意图。
[0027]图5是本发明的一种分部开挖支护方法第四部分开挖示意图。
[0028]图6是本发明的一种分部开挖支护方法结束状态示意图。
[0029]图7是本发明的一种普通支护构件结构示意图。
[0030]图8是本发明的一种调节块结构示意图。
[0031]图中:1.普通支护构件，11.安装螺槽，12.连接螺孔，2.调节块，3.基体，4.承载板;图中M为周边围岩。
【具体实施方式】
[0032]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0033]本实施例隧道拼装式初期支护方法，将支护构件分解成多块，在工厂或现场集中制作，然后运至工程点，采用机械将构件拼装成环，紧贴开挖面，控制围岩变形。
[0034]支护构件包括普通支护构件I和调节块2，参见图7、图8，普通支护构件I和调节块2均由基体3和位于基体3外表面的承载板4构成，承载板即为模板。普通支护构件I在四个厚度面的基体3上均设有连接螺孔12，其中长度方向两边各设三处，宽度方向两边各设两处。调节块2与普通支护构件I配合的厚度面上设两处连接螺孔12，另两个面分别设一处连接螺孔12。在调节块2内表面相对连接螺孔12的部位设有安装螺槽11，安装螺槽11的深度与连接螺孔12相配合，并在朝连接螺孔12方向的一端设有定位平面，保证穿过连接用螺杆和安装紧固螺母。
[0035]实施例一，如图1所示，对于小断面隧道，采用整体式支护，即一次开挖一次支护成型，图中M为隧道周边围岩，下同，具体方法是:
一、测量放样:根据设计断面测量出开挖轮廓线。
[0036]二、开挖:软弱围岩采用挖机开挖，较硬围岩采用松动爆破开挖，一次开挖以50-80cm为宜。
[0037]三、出砟、清理平整开挖面。
[0038]四、按照图示方式进行拼装支护构件，其中包括9件普通支护构件I，顶部I件调节块2，所有支护构件进行螺栓接连接形成整体。
[0039]五、后背注浆填充。
[0040]六、拆除临时支撑。
[0041]实施例二，对于大断面，采用分部开挖支护，即分部开挖分别成环，整体连接，按以下步骤进行，以隧道断面宽度中心线为Y轴，隧道高度中点为原点，水平线为X轴，设定平面直角坐标:
一、开挖第Π象限A区，如图2所示，进行初期支护并采用槽钢、螺纹钢等型材或合成支撑杆等进行临时锁定，具体做法是:
①测量放样:根据设计断面测量出开挖轮廓线。
[0042]②开挖:软弱围岩采用挖机开挖，较硬围岩采用松动爆破开挖，一次开挖为60cm。
[0043]③出砟、清理平整开挖面。
[0044]④按照图中从下往上依次按A1-A2-A3进行拼装支护构件，支护构件均为普通支护构件I，并进行螺栓连接形成整体。
[0045]⑤后背注浆填充。
[0046]⑥拆除临时支撑。(注:拆除临时支撑可以在所有支护构件固定之后进行，下同)
二、开挖第ΙΠ象限B区，侧面从下而上依次进行B1-B2支护构件的安装，如图3所示，底面从中间向两边进行，图中B3-B4，初期支护之时与相邻支护件如A区中的Al进行连接，临时锁定，具体做法同第一步。
[0047]三、开挖第I象限C区，按照图4所示的C1-C2-C3从下往上依次进行拼装支护构件，在进行初期支护时与相邻支护件连接临时锁定，具体操作步骤与第一步相同。
[0048]四、开挖第IV象限D区，如图5、图6所示，进行初期支护时与相邻支护件连接临时锁定，侧面从下而上依次进行D1-D2支护构件的安装，底面从中间向两边按D3-D4顺序进行支护。
[0049]五、在完成各分部支护后，拆除临时锁定构件，初期支护封闭成环。
[0050]另外，在所初期支护工程中，对普通支护件I拼装后剩余的部分均可采用调节块2进行补齐，尤其是一些特殊结构断面，可灵活地采用两块及两块以上的调节块2进行补偿性调节。
[0051]上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种隧道拼装式初期支护方法，包括整体式支护和分部开挖支护，其特征是根据隧道断面形式，将支护构件分解成若干块，在现场紧贴开挖面，将构件拼装成环，控制围岩变形;所述的分部开挖支护即分部开挖分别成环，整体连接，具体步骤如下(以隧道断面宽度中心线为Y轴、隧道高度中点为原点设定平面直角坐标): (一)开挖第I或第Π象限部分，进行初期支护并临时锁定，具体做法: ①测量放样:根据设计断面测量出开挖轮廓线； ②开挖:软弱围岩采用挖机开挖，较硬围岩采用松动爆破开挖，一次开挖深度为50-80cm； ③出砟、清理平整开挖面； ④拼装支护构件，并进行连接形成整体； ⑤后背注浆填充； ⑥拆除临时支撑； (二)对应第1、第π象限，开挖第IV、第m象限，进行初期支护后并与相邻支护构件连接且临时锁定； (三)完成各象限支护，拆除临时锁定构件，初期支护封闭成环。2.根据权利要求1所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于所述的支护构件包括普通支护构件(I)和调节块(2)，普通支护构件和调节块均由基体(3)和位于基体外表面的承载板(4)构成。3.根据权利要求1或2所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于所述的支护构件包括普通支护构件(I)和调节块(2)，普通支护构件和调节块在四个厚度面上均设有连接螺孔(12)。4.根据权利要求3所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于所述的连接螺孔(12)位于普通支护构件(I)或调节块(2)中的基体(3)厚度部位，并在基体内表面相对应部位设有安装螺槽(11)。5.根据权利要求1或2所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于拼装支护构件并进行连接形成整体，在第I或第Π象限中，从下往上依次进行A1-A2-A3或C1-C2-C3支护构件的安装。6.根据权利要求1或2所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于拼装支护构件时，在第ΙΠ、第IV象限中，其侧面从下而上依次进行B1-B2或D1-D2支护构件的安装。7.根据权利要求4所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于所述的安装螺槽(11)的深度与连接螺孔(12)相配合，并朝连接螺孔方向设有定位平面。8.根据权利要求1或2所述的一种隧道拼装式初期支护方法，其特征在于所述的拆除临时支撑在所有支护构件固定之后进行。
【文档编号】E21D9/00GK105952459SQ201610287784
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】陈翔航, 靳炳强
【申请人】中铁二十四局集团浙江工程有限公司