用于支護隧道拱部的拱頂鋼架的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，該拱頂鋼架（13）包括彎拱形本體部和拱架斜撐（10），該拱架斜撐的一端固定連接在所述本體部的外緣上，另一端傾斜向下地朝向所述本體部的末端方向延伸以支撐所述本體部，從而對隧道拱部進行了加固支護，尤其適合于針對易于發(fā)生坍塌的隧道。利用帶有拱架斜撐的拱頂鋼架加固支護隧道拱部的隧道施工方法中，對隧道拱頂部分的縫隙處還進行了注漿加固。并且在進行隧道開挖施工時在隧道斷面上采用分部施工并且部分臺階部的施工進度有序錯開以形成相互之間的一定滯后，從而適應于易于發(fā)生坍塌的隧道地質。
【專利說明】用于支護隧道拱部的拱頂鋼架
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種易于發(fā)生坍塌的隧道的開挖施工中所使用的支護工具。
【背景技術】
[0002]黃土隧道施工最常用的開挖方法有三臺階七部流水作業(yè)法和環(huán)形導坑預留核心土法等。但對于施工過程中易于發(fā)生坍塌的隧道，例如砂質黃土、風積砂質黃土和濕陷性土質隧道時，由于圍巖應力大于黃土直立方向的強度，會造成開挖工作面的失穩(wěn)，容易造成施工安全事故和質量事故。因此，有必要在開挖過程中對隧道拱部進行特別支護，并對開挖施工方法進行改進。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，以安全可靠地對易于發(fā)生坍塌的隧道的拱部提供支護。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，該拱頂鋼架包括彎拱形本體部和拱架斜撐，該拱架斜撐的一端固定連接在所述本體部的外緣上，另一端傾斜向下地朝向所述本體部的末端方向延伸以支撐所述本體部。
[0005]優(yōu)選地，所述拱架斜撐為多個，該多個所述拱架斜撐對稱地設置在所述本體部的兩側。
[0006]優(yōu)選地，所述拱架斜撐與水平面之間的傾斜夾角為30°?60°。
[0007]優(yōu)選地，所述本體部的外緣上安裝有連接鋼板，所述拱架斜撐固定連接于所述連接鋼板上。
[0008]優(yōu)選地，所述拱架斜撐與所述本體部之間設有加強筋。
[0009]優(yōu)選地，該拱頂鋼架的本體部包括依次連接的多個弧形鋼架段，相鄰兩個所述弧形鋼架段之間通過鋼架連接板相連。
[0010]通過上述技術方案，根據本實用新型的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架中增設了傾斜向下的拱架斜撐，該拱架斜撐的一端支承在隧道周壁上，另一端連接并支撐拱頂鋼架的彎拱形本體部，從而對隧道拱部進行了加固支護，尤其適合于針對易于發(fā)生坍塌的隧道。此外，對隧道拱頂部分的縫隙處還進行了注漿加固，在進行開挖施工時采用分部施工并且部分臺階部的施工進度彼此錯開以形成相互之間的一定滯后，適應于易于發(fā)生坍塌的隧道施工。
[0011]本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0013]圖1為根據本實用新型的優(yōu)選實施方式的隧道施工方法在隧道斷面上的分部施工工序及其各個支護機構的斷面示意圖；
[0014]圖2為根據本實用新型的優(yōu)選實施方式的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架的安裝結構示意圖；以及
[0015]圖3為常見的注漿鋼管的結構示意圖。
[0016]附醫(yī)標記說明[0017]1第一側洞室上臺階部2第一側洞室下臺階部[0018]3第一側洞室下臺階部4第二側洞室下臺階部[0019]5中部核心土上臺階部6中部核心土下臺階部[0020]7中部導坑上臺階部8中部導坑下臺階部[0021]9a第一側臨時拱頂9b第二側臨時拱頂[0022]10拱架斜撐13拱頂鋼架[0023]Ila第一側連接鋼架Ilb第二側臨時鋼架[0024]12a第一側臨時豎撐12b第二側臨時豎撐[0025]14橫撐15底部仰拱[0026]16連接鋼板17加強筋[0027]18鎖腳鋼管19鋼架連接板[0028]20超前小導管21注漿鋼管[0029]X填充部XI襯砌部
【具體實施方式】
[0030]以下，將參照附圖詳細說明根據本實用新型的實施方式。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0031]在本實用新型中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下、頂、底”通常是針對附圖所示的方向而言的或者是針對豎直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置關系描述用詞。方位詞“左、右”通常是針對紙面寬度方向而言的兩側方向。
[0032]如圖1和圖2所示，本實用新型首先提供了一種用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，該拱頂鋼架13包括彎拱形本體部和拱架斜撐10，該拱架斜撐10的一端固定連接在本體部的外緣上，另一端傾斜向下地朝向本體部的末端方向延伸以支撐本體部。參見圖1，彎拱形本體部在隧道掌子面上呈弧形地支撐隧道拱部，而拱架斜撐10則從拱頂鋼架13的側向支撐在該拱頂鋼架13的外緣上。該拱架斜撐10可優(yōu)選地支撐在拱頂鋼架13的拱腳位置處。在隧道開挖施工過程中，拱架斜撐10可斜向下地插入到隧道周壁上進行支撐，用混凝土封閉。這樣，拱頂鋼架13在通過與其相連的豎撐豎直地支撐到地面的同時，在側向也通過拱架斜撐10獲得進一步的支撐，這對于易于發(fā)生坍塌的隧道而言很有必要，能大大改善隧道開挖施工的安全性，防止隧道拱部產生坍塌。
[0033]其中，拱架斜撐10可以是多個，優(yōu)選地，該多個拱架斜撐10對稱地設置在拱頂鋼架13的本體部的兩側，以受力均衡且便于安裝。作為示例，如圖1中顯示了兩個拱架斜撐10，分別設置在拱頂鋼架13的與第一側連接鋼架Ila和第二側臨時鋼架Ilb相連的拱腳位置上。當然，如圖1所示，由于拱頂鋼架13的本體部一般包括依次連接的多個弧形鋼架段，相鄰兩個弧形鋼架段之間通過鋼架連接板19相連。因此，拱架斜撐10還可以設置在每個弧形鋼架段的端部上。
[0034]在安裝時，如圖2所示，拱頂鋼架13的本體部的外緣上可通過焊接等方式安裝有連接鋼板16，以便于拱架斜撐10的安裝并增大拱架斜撐10的支撐面積，拱架斜撐10的一端固定連接于連接鋼板16上。同時，拱架斜撐10的另一端斜向下延伸。優(yōu)選地，拱架斜撐10與水平面之間的傾斜夾角為30°?60°為佳，以便于安裝和獲得更好的支撐效果。而且，圖2中為了加強拱架斜撐10與拱頂鋼架13的本體部之間的連接強度，在拱架斜撐10與本體部之間還設有一個或多個橫向加強筋17。
[0035]通過上述拱頂鋼架13的結構，可大大改善對隧道拱部的支護效果，防止拱部產生坍塌。但對于易于坍塌的土質而言，單對隧道拱部進行有效支護還不足，還需要對隧道開挖施工方法進行改進。
[0036]因此，本實用新型還相應提供了一種隧道施工方法，該施工方法包括在開挖后的隧道拱部安裝了根據本實用新型上述的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架13，其中拱架斜撐10斜向下插入并支撐在隧道拱部的周壁上。如前所述的，通過設置一個或多個拱架斜撐10，可加強對隧道拱部的支護效果。具體地，往開挖后的隧道拱部的拱壁上初噴大約4cm厚的混凝土后再安裝帶有拱架斜撐10的拱頂鋼架13，并且在安裝該拱頂鋼架13后往拱壁上復噴混凝土至設計厚度。其中，鋼架13的本體部由依次焊接的多個弧形鋼架段組成，相鄰兩個弧形鋼架段之間通過鋼架連接板19相連，在鋼架連接板19處往隧道拱部的拱壁內插入如圖3所示的注漿鋼管21，注漿鋼管21容易插入隧道拱壁中，且通過注漿鋼管21可以向拱壁內的各處裂縫注入混凝土漿液，以使得拱部結構更加堅固。這樣，就對隧道拱部進行了多層次的加固支護措施，支護效果更好。
[0037]另外，考慮到易于坍塌的地質原因，在隧道開挖施工時采用分部施工方法。如圖1所示，將隧道斷面上劃分為中部核心土部分以及該中部核心土部分兩側的第一側洞室部分和第二側洞室部分，第一側洞室部分包括第一側洞室上臺階部I和第一側洞室下臺階部2，第二側洞室部分包括第二側洞室上臺階部3和第二側洞室下臺階部4，中部核心土部分包括從上至下的中部核心土上臺階部5、中部核心土下臺階部6、中部導坑上臺階部7和中部導坑下臺階部8。施工時依次開挖第一側洞室上臺階部1、第一側洞室下臺階部2、第二側洞室上臺階部3、第二側洞室下臺階部4、中部核心土上臺階部5、中部核心土下臺階部6、中部導坑上臺階部7和中部導坑下臺階部8。
[0038]具體而言，本實施方式中的隧道開挖施工方法的分部施工步驟包括:
[0039]步驟一:對第一側洞室上臺階部I進行超前支護，即利用鋼架施作隧道拱部Φ 89mm大管棚，后用Φ 42mm小導管進行超前支護，而后開挖并在開挖后往該第一側洞室上臺階部I的掌子面上初噴混凝土，同時施作第一側洞室上臺階部I導坑周邊的初期支護和臨時支護，即往周壁上初噴混凝土并安裝第一側臨時拱頂9a并設鎖腳鋼管18，繼續(xù)往周壁上噴混凝土至設計厚度；
[0040]步驟二:開挖第一側洞室下臺階部2并在開挖后往該第一側洞室下臺階部2的掌子面和周壁上噴混凝土，然后在周壁上安裝第一側連接鋼架Ila和第一側臨時豎撐12a并繼續(xù)往周壁上噴混凝土至設計厚度；
[0041]步驟三:對第二側洞室上臺階部3進行超前支護，即利用鋼架施作隧道拱部Φ 89mm大管棚，后用Φ 42mm小導管進行超前支護，而后開挖并在開挖后往該第二側洞室上臺階部3的掌子面上噴混凝土，同時施作第二側洞室上臺階部3導坑周邊的初期支護和臨時支護，即往周壁上初噴混凝土并安裝第二側臨時拱頂9b并繼續(xù)往周壁上噴混凝土至設計厚度；
[0042]步驟四:開挖第二側洞室下臺階部4并在開挖后往該第二側洞室下臺階部4的掌子面和周壁上噴混凝土，然后在周壁上安裝第二側連接鋼架Ilb和第二側臨時豎撐12b并繼續(xù)往周壁上噴混凝土至設計厚度；
[0043]步驟五:對中部核心土上臺階部5進行超前支護，即利用鋼架施作隧道拱部Φ89πιπι大管棚，后用Φ42πιπι小導管進行超前支護，而后開挖以形成隧道拱部，并在開挖后往該中部核心土上臺階部5的掌子面上噴混凝土，同時施作中部核心土上臺階部5導坑周邊的初期支護和臨時支護，即往拱壁上初噴混凝土并安裝拱頂鋼架13，而后繼續(xù)往拱壁上噴混凝土至設計厚度；
[0044]步驟六:利用鋼架施作隧道拱部Φ 89mm大管棚，后用Φ 42mm小導管進行超前支護，開挖中部核心土下臺階部6，噴混凝土封閉該中部核心土下臺階部6的掌子面；
[0045]步驟七:開挖中部導坑上臺階部7，噴混凝土封閉該中部導坑上臺階部7的掌子面，并且安裝橫撐14;
[0046]步驟八:開挖中部導坑下臺階部8，噴混凝土封閉該中部導坑下臺階部8的掌子面，并往該中部導坑下臺階部8的底部初噴混凝土，安設底部仰拱15使鋼架在隧道截面上封閉成環(huán)，后往底部復噴混凝土至設計厚度；
[0047]步驟九:根據監(jiān)控量測結果，待隧道斷面上的各個部分的結構穩(wěn)定后，拆除第一側臨時拱頂9a、第二側臨時拱頂％、第一側連接鋼架11a、第二側連接鋼架lib、第一側臨時豎撐12a、第二側臨時豎撐12b和橫撐14等，保留拱頂鋼架13及其拱架斜撐10等；以及
[0048]步驟十:進行襯砌部XI和仰拱填充部X的澆筑施工:澆筑圖1中的仰拱部IX與邊墻基礎，并澆筑仰拱填充部X至設計高度，最后一次性澆筑襯砌部XI。
[0049]在上述的分部施工過程中，優(yōu)選的是，沿隧道的開挖方向上，第一側洞室下臺階部2的掌子面的開挖進度滯后于第一側洞室上臺階部I的掌子面不小于5m的距離，第二側洞室上臺階部3的掌子面的開挖進度滯后于第一側洞室下臺階部2的掌子面不小于5m的距離，第二側洞室下臺階部4的掌子面的開挖進度滯后于第二側洞室上臺階部3的掌子面不小于5m的距離。這樣能進一步避免坍塌等情況產生。
[0050]以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本實用新型的技術構思范圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
[0051]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0052]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
【權利要求】
1.一種用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，其特征在于，該拱頂鋼架(13)包括彎拱形本體部和拱架斜撐(10)，該拱架斜撐(10)的一端固定連接在所述本體部的外緣上，另一端傾斜向下地朝向所述本體部的末端方向延伸以支撐所述本體部。
2.根據權利要求1所述的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，其特征在于，所述拱架斜撐(10)為多個，該多個所述拱架斜撐(10)對稱地設置在所述本體部的兩側。
3.根據權利要求1所述的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，其特征在于，所述拱架斜撐(10)與水平面之間的傾斜夾角為30°?60°。
4.根據權利要求1所述的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，其特征在于，所述本體部的外緣上安裝有連接鋼板(16)，所述拱架斜撐(10)固定連接于所述連接鋼板(16)上。
5.根據權利要求1所述的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，其特征在于，所述拱架斜撐(10)與所述本體部之間設有加強筋(17)。
6.根據權利要求1所述的用于支護隧道拱部的拱頂鋼架，其特征在于，該拱頂鋼架(13)的本體部包括依次連接的多個弧形鋼架段，相鄰兩個所述弧形鋼架段之間通過鋼架連接板(19)相連。
【文檔編號】E21D11/14GK203452804SQ201320576379
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權日:2013年9月17日
【發(fā)明者】張維世, 呼梟, 何寶華, 張青, 馬鳳偉, 張端陽, 史趙鵬, 史茂林 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華準池鐵路有限責任公司, 中鐵十二局集團第二工程有限公司