一種隧道裝配式支護(hù)體系及其施工方法【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及隧道施工支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道裝配式支護(hù)體系及其施工方法。

背景技術(shù)：
近年來，隨著我國西部黃土地區(qū)交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)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(shè)計(jì)、施工仍然沿用以往在巖石隧道中應(yīng)用廣泛的新奧法，采用噴射混凝土作為初期支護(hù)，變形基本穩(wěn)定后施作二次襯砌，二次襯砌主要作為安全儲(chǔ)備。但是，由于黃土與巖石的力學(xué)性質(zhì)差異極大，具有顯著的遇水濕陷性，而噴射混凝土?xí)r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(wěn)定，降低了圍巖自承能力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)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(xù)時(shí)間長，需要在變形未穩(wěn)定的情況下及時(shí)施作襯砌，導(dǎo)致二次襯砌承擔(dān)了較大的荷載，有時(shí)甚至超過初期支護(hù)承擔(dān)的荷載。目前，黃土隧道在前期施工以及后期運(yùn)營期間均出現(xiàn)了一系列問題，如施工期間圍巖大變形、失穩(wěn)乃至坍塌、初期支護(hù)開裂，運(yùn)營期間二次襯砌開裂、隧道滲漏水等。因此，僅僅采取常規(guī)的新奧法措施很難保證黃土隧道結(jié)構(gòu)安全，需要結(jié)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(hù)方式及其施工方法來保證隧道施工、運(yùn)營安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提供一種隧道裝配式支護(hù)體系及其施工方法，能夠有效解決當(dāng)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(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種隧道裝配式支護(hù)體系，包括超前支護(hù)、柔性支護(hù)和剛性支護(hù)，沿著隧道的徑向，超前支護(hù)、柔性支護(hù)和剛性支護(hù)由外向內(nèi)依次設(shè)置，所述超前支護(hù)包括通過超前小導(dǎo)管1向圍巖中注漿形成的注漿圍巖；所述柔性支護(hù)包括預(yù)制泡沫混凝土塊2，預(yù)制泡沫混凝土塊2之間通過螺栓連接且密封，設(shè)置在圍巖壁的內(nèi)側(cè)形成柔性支護(hù)，預(yù)制泡沫混凝土塊2上開設(shè)有鎖腳錨桿孔，在該鎖腳錨桿孔內(nèi)設(shè)置有鎖腳錨桿3，鎖腳錨桿3用于將預(yù)制泡沫混凝土塊2錨固于圍巖上；所述剛性支護(hù)設(shè)置在柔性支護(hù)的內(nèi)側(cè)，包括鋼管混凝土拱架9，鋼管混凝土拱架9沿著隧道環(huán)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(yù)制鋼筋混凝土管片8。所述超前支護(hù)的注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿；超前小導(dǎo)管1設(shè)置在隧道掌子面處拱頂120°范圍內(nèi)，沿隧道周向設(shè)置，超前小導(dǎo)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(yù)制泡沫混凝土塊2之間的縫隙內(nèi)充滿粘接劑，且在接縫內(nèi)設(shè)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(yù)制泡沫混凝土塊2粘接固定。所述預(yù)制泡沫混凝土塊2之間的接縫均錯(cuò)開設(shè)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(nèi)充滿混凝土5，沿著隧道環(huán)向，相鄰設(shè)置的空心鋼管4的接縫處套設(shè)有套管6，相鄰設(shè)置的空心鋼管4通過套管6連接。沿著隧道的縱向，相鄰設(shè)置的兩榀鋼管混凝土拱架9之間設(shè)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(hù)施工方法，將開挖斷面從上至下依次分成上臺(tái)階(I，II)、下臺(tái)階(III，IV)和仰拱部分V，上臺(tái)階(I，II)、下臺(tái)階(III，IV)和仰拱部分V采用臺(tái)階法錯(cuò)臺(tái)開挖，上臺(tái)階開挖預(yù)留中部核心土(II)，下臺(tái)階左、右兩側(cè)(III，IV)交錯(cuò)開挖，包括如下步驟：步驟一：進(jìn)行超前支護(hù)，沿隧道拱部一定角度范圍內(nèi)，沿隧道周向開挖輪廓線，在挖掘好的位置向圍巖內(nèi)施作超前小導(dǎo)管1，并通過超前小導(dǎo)管1向圍巖內(nèi)注入漿液來加固圍巖；步驟二：在超前支護(hù)施作完成后，在超前支護(hù)的下方開挖上臺(tái)階I并在上臺(tái)階I的中部預(yù)留中部核心土II；步驟三：在上臺(tái)階I挖掘完成后，在上臺(tái)階I上方對(duì)應(yīng)的圍巖壁內(nèi)側(cè)安裝預(yù)制泡沫混凝土塊2，沿著圍巖的周向，通過螺栓連接上臺(tái)階部分預(yù)制泡沫混凝土塊2，并通過預(yù)制泡沫混凝土塊2上預(yù)留的鎖腳錨桿孔安設(shè)鎖腳錨桿3，預(yù)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(tái)階左側(cè)III，沿著隧道的縱向，下臺(tái)階左側(cè)III向內(nèi)挖掘一定距離，然后沿著隧道的周向，在隧道左側(cè)圍巖壁的內(nèi)側(cè)，在步驟三安裝好的預(yù)制泡沫混凝土塊2的端部繼續(xù)連接預(yù)制泡沫混凝土塊2，并通過預(yù)制泡沫混凝土塊2上預(yù)留的鎖腳錨桿孔安設(shè)鎖腳錨桿3；步驟六：再開挖下臺(tái)階右側(cè)IV，沿著隧道的縱向，下臺(tái)階右側(cè)IV向內(nèi)挖掘一定距離，然后沿著隧道的周向，在隧道右側(cè)圍巖壁的內(nèi)側(cè)，在步驟三安裝好的預(yù)制泡沫混凝土塊2的端部繼續(xù)連接預(yù)制泡沫混凝土塊2，并通過預(yù)制泡沫混凝土塊2上預(yù)留的鎖腳錨桿孔安設(shè)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(nèi)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(yù)制泡沫混凝土塊2的端部繼續(xù)連接預(yù)制泡沫混凝土塊2，使預(yù)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(hù)；步驟八：待步驟七完成后，在預(yù)制泡沫混凝土塊2的內(nèi)側(cè)架設(shè)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(yù)制鋼筋混凝土管片8，沿著隧道的周向，預(yù)制鋼筋混凝土管片8通過螺栓連接；重復(fù)步驟一至步驟九，對(duì)隧道進(jìn)行持續(xù)施工。所述的步驟二中，上臺(tái)階I挖掘的進(jìn)尺為預(yù)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(tái)階左側(cè)III以及下臺(tái)階右側(cè)IV挖掘的進(jìn)尺為預(yù)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(jìn)尺為預(yù)制泡沫混凝土塊2寬度的1～2倍。所述的步驟八中，在架設(shè)鋼管混凝土拱架9時(shí)，先架設(shè)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(yù)制泡沫混凝土塊2的內(nèi)側(cè)設(shè)置一周完成后，再通過空心鋼管4上預(yù)留的注漿孔向空心鋼管4的內(nèi)腔灌注滿混凝土5，即完成鋼管混凝土拱架9的架設(shè)。所述的上臺(tái)階(I，II)與下臺(tái)階(III，IV)以及下臺(tái)階(III，IV)和仰拱部分V前后錯(cuò)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(nèi)開挖輪廓線，超前小導(dǎo)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(tái)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(yù)制泡沫混凝土塊2時(shí)，在相鄰的預(yù)制泡沫混凝土塊2之間的接縫內(nèi)設(shè)置彈性橡膠密封墊7，用粘接劑將彈性橡膠密封墊7與預(yù)制泡沫混凝土塊2粘接，再用粘接劑將預(yù)制泡沫混凝土塊2之間的接縫填滿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明通過設(shè)置超前支護(hù)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(nèi)側(cè)設(shè)置柔性支護(hù)，能夠使變形有所發(fā)展，應(yīng)力有所釋放，預(yù)制泡沫混凝土塊之間密封連接，因此柔性支護(hù)具有防水效果，可不用專門設(shè)置防水層，節(jié)約成本；通過在柔性支護(hù)的內(nèi)側(cè)設(shè)置剛性支護(hù)，通過剛性支護(hù)的鋼管混凝土拱架較高的強(qiáng)度和剛度能夠有效地控制變形，保證結(jié)構(gòu)的安全性。進(jìn)一步的，預(yù)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(shí)的變形能，有利于保證隧道結(jié)構(gòu)的安全。本發(fā)明適合于黃土隧道的受力、變形特征，通過柔性支護(hù)使變形有所發(fā)展，應(yīng)力有所釋放，利用鋼管混凝土拱架較高的強(qiáng)度和剛度控制變形，抵抗荷載，保證隧道結(jié)構(gòu)安全；適合于具有垂直節(jié)理和顯著濕陷性的黃土圍巖工程特性，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)“無水、無塵”施工，避免施工用水導(dǎo)致黃土濕陷，改善隧道施工環(huán)境；通過泡沫混凝土和彈性橡膠密封墊密封防水效果好，取消專門的防水層；裝配式支護(hù)體系所有構(gòu)件可工廠化預(yù)制，施工進(jìn)度快，防水效果好，造價(jià)低，工程質(zhì)量可靠。【附圖說明】圖1是本發(fā)明的隧道支護(hù)體系橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的隧道支護(hù)體系縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的隧道施工方法橫斷面示意圖；圖4是本發(fā)明的隧道施工方法縱斷面示意圖；其中：1—超前小導(dǎo)管，2—預(yù)制泡沫混凝土塊，3—鎖腳錨桿，4—空心鋼管，5—灌注混凝土，6—套管，7—彈性橡膠密封墊，8—預(yù)制鋼筋混凝土管片，9-鋼筋混凝土拱架?！揪唧w實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖1和圖2，本發(fā)明包括超前支護(hù)、柔性支護(hù)和剛性支護(hù)，超前支護(hù)、柔性支護(hù)和剛性支護(hù)按施工工序依次緊跟施作，超前支護(hù)為沿隧道拱部輪廓線設(shè)置超前小導(dǎo)管1，并通過超前小導(dǎo)管1向圍巖內(nèi)注入水泥-水玻璃雙液漿形成的預(yù)加固圍巖，柔性支護(hù)為通過預(yù)制泡沫混凝土塊2拼裝而成，預(yù)制泡沫混凝土塊2之間通過螺栓連接，在所有預(yù)制泡沫混凝土塊2之間的接縫位置采用彈性橡膠密封墊7密封防水，彈性橡膠密封墊7通過粘接劑粘接在預(yù)制泡沫混凝土塊2上，并使粘接劑涂滿密封墊溝槽，預(yù)制泡沫混凝土塊2上預(yù)留的鎖腳錨桿孔安設(shè)鎖腳錨桿3；剛性支護(hù)包括沿隧道周向設(shè)置一周、縱向間隔設(shè)置的鋼管混凝土拱架9和填充于鋼管混凝土拱架9之間的預(yù)制鋼筋混凝土管片8，預(yù)制鋼筋混凝土管片8通過螺栓連接拼裝而成。超前支護(hù)通過超前小導(dǎo)管1在隧道掌子面處拱頂120°范圍內(nèi)沿隧道周向施作，超前小導(dǎo)管環(huán)向間距為30cm～50cm，外插角為3°～5°，長度為6m～8m。鋼管混凝土拱架9為通過向空心鋼管4內(nèi)腔灌注混凝土5形成；鋼管混凝土拱架9之間通過縱向鋼筋焊接形成整體承載結(jié)構(gòu)，空心鋼管4環(huán)向之間通過套管6連接。參見圖3、4，在實(shí)施本發(fā)明施工方法時(shí)，首先將開挖斷面從上至下依次分成上臺(tái)階(I，II)、下臺(tái)階(III，IV)和仰拱部分V，上臺(tái)階(I，II)、下臺(tái)階(III，IV)和仰拱部分V采用臺(tái)階法錯(cuò)臺(tái)開挖，上臺(tái)階(I，II)、下臺(tái)階(III，IV)和仰拱部分V前后錯(cuò)開的距離控制在4m～6m，上臺(tái)階開挖預(yù)留中部核心土II，下臺(tái)階左、右兩側(cè)(III，IV)交錯(cuò)開挖；具體包括如下步驟：沿隧道拱部120°范圍開挖輪廓線，施作超前小導(dǎo)管1(施作范圍)并注水泥-水玻璃雙液漿預(yù)加固圍巖，超前小導(dǎo)管1環(huán)向間距為30cm～50cm，外插角為3°～5°，長度為6m～8m；在超前小導(dǎo)管支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行上臺(tái)階Ⅰ的開挖并預(yù)留中部核心土II，上臺(tái)階Ⅰ每次開挖進(jìn)尺為1倍預(yù)制泡沫混凝土塊2的寬度；所有預(yù)制泡沫混凝土塊2之間的接縫位置使用粘結(jié)劑粘結(jié)彈性橡膠密封墊7，并使粘結(jié)劑涂滿密封墊溝槽；在上臺(tái)階I上方對(duì)應(yīng)的圍巖壁內(nèi)側(cè)，通過螺栓連接拼裝預(yù)制泡沫混凝土塊2，并通過預(yù)制泡沫混凝土塊2上預(yù)留的鎖腳錨桿孔安設(shè)鎖腳錨桿3；開挖中部核心土Ⅱ，每次開挖進(jìn)尺1～2倍預(yù)制泡沫混凝土塊2的寬度，中部核心土II與上臺(tái)階掌子面始終保持2m～3m距離；開挖下臺(tái)階左側(cè)Ⅲ，每次開挖進(jìn)尺控制在1～2倍預(yù)制泡沫混凝土塊寬度，然后通過螺栓接長下臺(tái)階左側(cè)部分預(yù)制泡沫混凝土塊2，與上臺(tái)階部分預(yù)制泡沫混凝土塊2連接成整體，并通過預(yù)制泡沫混凝土塊2上預(yù)留的鎖腳錨桿孔安設(shè)鎖腳錨桿3；開挖下臺(tái)階右側(cè)Ⅳ，施工步驟同下臺(tái)階左側(cè)III；開挖仰拱部分Ⅴ的土體，每次開挖的進(jìn)尺為1-2倍預(yù)制泡沫混凝土塊2的寬度，然后通過螺栓拼裝仰拱部分的預(yù)制泡沫混凝土塊2，并立即與上、下臺(tái)階部分對(duì)應(yīng)的柔性支護(hù)連接成整體，使柔性支護(hù)閉合成環(huán)；緊跟施作剛性支護(hù)層，架設(shè)空心鋼管4，空心鋼管環(huán)向之間通過套管6連接，并通過縱向鋼筋與前一榀鋼管混凝土拱架9連接成整體承載結(jié)構(gòu)；在兩榀鋼管混凝土拱架9之間拼裝預(yù)制鋼筋混凝土管片8，沿著隧道的周向，預(yù)制鋼筋混凝土管片8通過螺栓連接在一起；通過空心鋼管4上的預(yù)留注漿孔向空心鋼管內(nèi)腔灌注混凝土5，形成鋼管混凝土拱架9；重復(fù)以上施工步驟，進(jìn)行隧道持續(xù)開挖。通過上述發(fā)明的裝配式支護(hù)體系及其施工方法，設(shè)置了超前支護(hù)、柔性支護(hù)和剛性支護(hù)，超前支護(hù)改善圍巖和加固圍巖，提高圍巖自承能力；柔性支護(hù)使變形有所發(fā)展，應(yīng)力有所釋放，柔性支護(hù)接縫位置采用彈性橡膠密封墊密封防水效果好，可取消專門的防水層；剛性支護(hù)利用鋼管混凝土拱架較高的強(qiáng)度和剛度控制變形，保證結(jié)構(gòu)安全；整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)“無水、無塵”施工，避免施工用水導(dǎo)致黃土濕陷，改善隧道施工環(huán)境；采用裝配式支護(hù)體系，所有構(gòu)件可工廠化預(yù)制，施工進(jìn)度快，工程質(zhì)量可靠。