本發(fā)明屬于土木工程施工技術(shù)領(lǐng)域，主要用于軟弱地層或隧道穿越對(duì)沉降變形要求嚴(yán)格的高風(fēng)險(xiǎn)源的地鐵暗挖隧道支護(hù)工程。

背景技術(shù)：

在城市地鐵暗挖隧道開挖過程中，常采用的施工工法主要包括盾構(gòu)法、淺埋暗挖法、礦山法、新奧法等。由于開挖過程對(duì)土體造成了擾動(dòng)，隧道周圍土體向臨空面產(chǎn)生蠕動(dòng)變形，為了保證在開挖過程中隧道內(nèi)部的穩(wěn)定同時(shí)減小地表變形，必須采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方法。除盾構(gòu)法外，實(shí)踐中一般經(jīng)常采用的支護(hù)方法是初期支護(hù)加二次襯砌的復(fù)合式襯砌支護(hù)方法。在軟弱地層中，隧道在施做完初期支護(hù)后，隧道內(nèi)部往往會(huì)產(chǎn)生較大變形。必要時(shí)就需要用鋼管和工字鋼等型鋼支撐構(gòu)件來撐住變形較大部位。

以上支護(hù)方法存在著自身的不足。(1)支護(hù)方式屬于被動(dòng)支撐，支撐效果不理想，對(duì)減小地層變形方面效果較差。尤其是在隧道穿越對(duì)地表沉降變形要求嚴(yán)格的高風(fēng)險(xiǎn)源的地鐵隧道支護(hù)過程中，這一缺點(diǎn)就變得更加明顯。(2)采用型鋼構(gòu)件等被動(dòng)支撐無法達(dá)到補(bǔ)償變形作用，在隧道變形較大位置只能防止變形繼續(xù)發(fā)生，而不能達(dá)到補(bǔ)償變形作用。(3)在隧道施工完成之后拆除隧道內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)造成材料浪費(fèi)，回收率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

暗挖隧道臺(tái)階法開挖隧道的過程中，先進(jìn)行小導(dǎo)管超前注漿(1)，再開挖上部臺(tái)階土體(2)，施做初期支護(hù)(3)，打設(shè)鎖腳錨桿(4)，開挖下臺(tái)階土體(5)，最后施做下部初期支護(hù)(3)。臺(tái)階留設(shè)長(zhǎng)度為3～5m。臺(tái)階法開挖隧道橫剖面圖如圖1所示，臺(tái)階法開挖隧道支護(hù)縱向剖面圖如圖2所示，其中第一榀鋼支撐(6)設(shè)置在開挖掌子面附近。

本發(fā)明的技術(shù)方案與關(guān)鍵技術(shù)是：待下部初期支護(hù)施做完成后，在距離下臺(tái)階1m的位置架設(shè)環(huán)向鋼支撐，其中環(huán)向鋼支撐為帶有防縮進(jìn)錯(cuò)動(dòng)卡槽的U型鋼，每榀環(huán)向鋼支撐之間縱向間距為1m；環(huán)向鋼支撐包括上部U型鋼支撐(7)、下部U型鋼支撐(8)、左側(cè)U型鋼支撐(9)和右側(cè)U型鋼支撐(10)；在隧道開挖并且施做初期支護(hù)后安裝鋼支撐，鋼支撐全部架設(shè)在隧道初期支護(hù)(3)上，依次安裝環(huán)向鋼支撐中的上部U型鋼支撐(7)、下部U型鋼支撐(8)、左側(cè)U型鋼支撐(9)和右側(cè)U型鋼支撐(10)，并在鋼支撐背后噴射混凝土使鋼支撐與隧道密貼。左側(cè)橫向絲杠(12)和右側(cè)橫向絲杠(13)通過套在豎向絲杠(11)中部的絲杠連接器(14)連接。豎向絲杠(11)和左側(cè)橫向絲杠(12)、右側(cè)橫向絲杠(13)采用頂部帶有螺紋的Φ200的鋼管，豎向絲杠設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為D，左側(cè)橫向絲杠(12)和右側(cè)橫向絲杠(13)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為D/2，其中，D為隧道開挖直徑。豎向絲杠(11)、左側(cè)橫向絲杠(12)、右側(cè)橫向絲杠(13)和環(huán)向鋼支撐之間的連接部分采用補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件。

補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件分為頂部補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件、底部補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件、左側(cè)補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件和右側(cè)補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件；頂部補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件包括螺紋頂升套管(15)、U型鋼固定槽(16)、螺紋水平套管(17)。兩榀鋼支撐之間用四根相互平行的拉桿(18)與補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件連接形成整體。底部補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件包括無螺紋固定套管(19)、U型鋼固定槽(16)、螺紋水平套管(17)。左側(cè)補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件和右側(cè)補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)相同。

上部U型鋼支撐(7)通過U型鋼固定槽(16)、螺紋頂升套管(15)與豎向絲杠(11)的一端連接，下部U型鋼支撐(8)通過U型鋼固定槽(16)、無螺紋固定套管(19)與豎向絲杠(11)的另一端連接。

左側(cè)U型鋼支撐(9)通過U型鋼固定槽(16)、螺紋頂升套管(15)與左側(cè)橫向絲杠(12)連接。

右側(cè)橫向絲杠(13)通過螺紋頂升套管(15)、U型鋼固定槽(16)與右側(cè)U型鋼支撐(10)連接。

左側(cè)橫向絲杠(12)和右側(cè)橫向絲杠(13)通過套在豎向絲杠(11)上的絲杠連接器(14)連接。

上部U型鋼支撐(7)、下部U型鋼支撐(8)、左側(cè)U型鋼支撐(9)和右側(cè)U型鋼支撐(10)的端部順次搭接，搭接部分處通過高強(qiáng)度螺栓(20)連接固定。

拉桿(18)的中部設(shè)有拉桿旋轉(zhuǎn)卡頭(22)，拉桿(18)與螺紋水平套管(17)通過螺紋連接形成縱向完整支撐體系。

在隧道變形較大部分能夠松開U型鋼支撐搭接部分的高強(qiáng)度螺栓(20)，然后通過用管鉗卡在設(shè)置在豎向絲杠和橫向絲杠中下部的旋轉(zhuǎn)卡頭(21)上進(jìn)行順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)向外側(cè)移動(dòng)來向隧道軸線外側(cè)方向頂升環(huán)向鋼支撐最終起到補(bǔ)償變形和隧道擴(kuò)幫的功能。由于在U型鋼搭接部分采用防縮進(jìn)錯(cuò)動(dòng)卡槽，從而可以增大搭接部分的摩擦力，防止在頂升環(huán)向鋼支撐時(shí)環(huán)向鋼支撐之間發(fā)生收縮式錯(cuò)動(dòng)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)向內(nèi)部收縮變形的情況。最后形成具有補(bǔ)償變形和隧道擴(kuò)幫、可裝配功能并且可以回收利用的地鐵隧道內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)。

待隧道開挖完成，施做二次襯砌之前，拆卸回收上部U型鋼支撐(7)、下部U型鋼支撐(8)、左側(cè)U型鋼支撐(9)和右側(cè)U型鋼支撐(10)、豎向絲杠(11)、左側(cè)橫向絲杠(12)、右側(cè)橫向絲杠(13)、絲杠連接器(14)和補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件。若遇到地層條件差的施工情況，為了減小拆卸支撐結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的隧道內(nèi)部變形，暫時(shí)不拆除支撐結(jié)構(gòu)。在澆筑二次襯砌之時(shí)，將上部U型鋼支撐(7)、下部U型鋼支撐(8)、左側(cè)U型鋼支撐(9)和右側(cè)U型鋼支撐(10)直接澆筑在二次襯砌中，待二次襯砌達(dá)到拆模強(qiáng)度后，再拆除豎向絲杠(11)、左側(cè)橫向絲杠(12)、右側(cè)橫向絲杠(13)、絲杠連接器(14)和補(bǔ)償變形節(jié)點(diǎn)構(gòu)件回收利用，同時(shí)加強(qiáng)了二次襯砌的剛度。

附圖說明

圖1為臺(tái)階法開挖隧道橫剖面圖。

圖2為臺(tái)階法開挖隧道支護(hù)縱向剖面圖。

圖3為支護(hù)的正視圖。

圖4支護(hù)的俯視圖.

圖5為1-1剖面圖。

圖6為2-2剖面圖。

圖7為3-3剖面圖。

圖8為上部U型鋼支撐防縮進(jìn)錯(cuò)動(dòng)卡槽示意圖。

圖9為左側(cè)U型鋼支撐防縮進(jìn)錯(cuò)動(dòng)卡槽示意圖。

圖中：1.小導(dǎo)管超前注漿，2.上部臺(tái)階土體，3.初期支護(hù)，4.鎖腳錨桿，5.下臺(tái)階土體，6.第一榀鋼支撐，7.上部U型鋼支撐，8.下部U型鋼支撐，9.左側(cè)U型鋼支撐，10.右側(cè)U型鋼支撐，11.豎向絲杠，12.左側(cè)橫向絲杠，13.右側(cè)橫向絲杠，14.絲杠連接器，15.螺紋頂升套管，16.U型鋼固定槽，17.螺紋水平套管，18.拉桿，19.無螺紋固定套管，20.高強(qiáng)度螺栓，21.旋轉(zhuǎn)卡頭，22.拉桿旋轉(zhuǎn)卡頭。

具體實(shí)施方式

本方法是在臺(tái)階法開挖工法基礎(chǔ)上，采用裝配式支護(hù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于軟弱地層或隧道穿越對(duì)沉降變形要求嚴(yán)格的高風(fēng)險(xiǎn)源的地鐵暗挖隧道的支護(hù)方法。

采用本方法主要解決了以下技術(shù)問題：(1)臺(tái)階法開挖地鐵隧道的裝配式補(bǔ)償變形支護(hù)技術(shù)。通過用補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件、高強(qiáng)度螺栓連接環(huán)向U型鋼支撐和中部水平及豎向絲杠使其成為一個(gè)整體共同承受荷載。補(bǔ)償變形預(yù)制節(jié)點(diǎn)構(gòu)件中的螺紋頂升套管可以通過和豎向、橫向絲杠的共同工作達(dá)到頂升環(huán)向鋼支撐獲得擴(kuò)幫的效果，從而減小隧道周圍圍巖向隧道內(nèi)部發(fā)生蠕動(dòng)變形，進(jìn)而減小地層損失，最終減小地表沉降變形。同時(shí)由于在U型鋼搭接部分采用防縮進(jìn)錯(cuò)動(dòng)卡槽，可以增大搭接部分的摩擦力，防止在頂升環(huán)向鋼支撐時(shí)環(huán)向鋼支撐之間產(chǎn)生收縮式錯(cuò)動(dòng)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)向內(nèi)部收縮變形的情況。(2)本方法解決了材料的重復(fù)利用并實(shí)現(xiàn)了裝置的快速拆卸，亦增加隧道內(nèi)部二次襯砌強(qiáng)度。在隧道開挖完畢施做初期支護(hù)之后，二次襯砌搭建模板之前，待地層變形穩(wěn)定之后對(duì)環(huán)向U型鋼支撐、中部水平和豎向絲杠進(jìn)行拆卸回收，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的重復(fù)利用。在地層條件較差的位置，可以將環(huán)向U型鋼支撐澆筑在二次襯砌中，待二次襯砌達(dá)到拆模強(qiáng)度后，將橫向和豎向絲杠拆除并回收利用，防止隧道圍巖由于本支撐的拆除而產(chǎn)生瞬時(shí)變形，同時(shí)達(dá)到加強(qiáng)二次襯砌強(qiáng)度的效果。

綜上所述，在地鐵暗挖隧道臺(tái)階法開挖支護(hù)過程中，采用本方法進(jìn)行支護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)增大初期支護(hù)體系的強(qiáng)度。通過旋轉(zhuǎn)絲杠改變環(huán)向支護(hù)結(jié)構(gòu)使隧道初期支護(hù)向隧道外部方向產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，達(dá)到補(bǔ)償變形的功能。從而減小隧道圍巖向洞內(nèi)收縮變形，減小地表沉降量，最終減小隧道開挖對(duì)地表周邊環(huán)境安全的影響。除此之外，本方法還可以實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)局部二次襯砌強(qiáng)度的作用。另一方面，通過支護(hù)裝置的可拆卸功能，可以實(shí)現(xiàn)材料的可重復(fù)利用，減小施工成本，從而提高施工過程的經(jīng)濟(jì)效益。