本發(fā)明涉及隧洞施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)及其支護(hù)方法。
背景技術(shù)：
在水利水電工程的隧洞開挖過程中，首先是地質(zhì)人員根據(jù)現(xiàn)場情況判定圍巖類別，然后根據(jù)圍巖類別及時(shí)對圍巖進(jìn)行相應(yīng)的初期支護(hù)，如Ⅲ類圍巖采用錨噴支護(hù)，Ⅳ類圍巖采用錨噴支護(hù)輔以局部型鋼拱架或格柵拱架支護(hù)，Ⅴ類圍巖采用錨噴支護(hù)輔以型鋼拱架或格柵拱架支護(hù)等；這些初期支護(hù)結(jié)構(gòu)通常可以保證施工期隧洞圍巖的穩(wěn)定。但是，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在隧洞的開挖過程中可能會遇到構(gòu)造發(fā)育、地下水活動強(qiáng)烈及軟弱夾層等不良地質(zhì)現(xiàn)象，這些不良地質(zhì)現(xiàn)象往往會引起一定程度的隧洞圍巖垮塌，上述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)雖然可以維持隧洞邊墻圍巖短時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定，但在后期應(yīng)力調(diào)整、地下水長期作用等影響下，隧洞邊墻圍巖仍可能發(fā)生垮塌，不僅會給施工帶來安全隱患，同時(shí)也可能造成工程投資的增加和工期的延誤；并且在垮塌處，圍巖受力情況發(fā)生較大變化，原有的初期支護(hù)已經(jīng)很難對垮塌后的空腔進(jìn)行有效支護(hù)；因此，在發(fā)生垮塌情況后，需要及時(shí)對垮塌處進(jìn)行有效的支護(hù)，才能確保垮塌空腔不再進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)也可確保后續(xù)施工的安全性。
隧洞邊墻發(fā)生垮塌后，目前常采用的處理方式為先對空腔內(nèi)的松動巖塊進(jìn)行清除，然后直接采用混凝土、石塊或者用裝有噴混凝土材料的袋子等對空腔進(jìn)行填充。但是，由于填充體相對獨(dú)立存在，與空腔周圍巖體未連成整體，其在應(yīng)力調(diào)整過程中仍可能向臨空面產(chǎn)生變形，即填充體發(fā)生指向洞內(nèi)的變形。因此，前述對隧洞邊墻垮塌的處理方式支護(hù)效果較差，容易在后續(xù)施工過程中出現(xiàn)二次垮塌，這樣不僅會給后續(xù)施工帶來安全隱患，同時(shí)也可能進(jìn)一步造成工程投資的增加和工期的延誤。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種可對隧洞邊墻垮塌處進(jìn)行有效支護(hù)的支護(hù)結(jié)構(gòu)及其支護(hù)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為初期錨噴支護(hù)與初期型鋼拱架的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括在隧洞邊墻的垮塌處設(shè)置的與垮塌空腔的形狀對應(yīng)的復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)包括復(fù)拱錨噴支護(hù)、復(fù)拱型鋼拱架和支撐桿；所述復(fù)拱錨噴支護(hù)包括從垮塌空腔的內(nèi)壁面插入到巖體內(nèi)的錨桿和噴射在垮塌空腔內(nèi)壁面的噴混凝土層，所述復(fù)拱型鋼拱架沿垮塌空腔的內(nèi)壁面設(shè)置，所述復(fù)拱型鋼拱架與所述初期型鋼拱架在相接處為固定連接，所述支撐桿設(shè)置于垮塌空腔內(nèi)，并且支撐桿的一端與復(fù)拱型鋼拱架固定連接，支撐桿的另一端與對應(yīng)的初期型鋼拱架固定連接。
進(jìn)一步的是：所述支撐桿的軸向方向與該支撐桿在垮塌空腔的內(nèi)壁面上對應(yīng)處的法向方向所形成的夾角為θ，并且有：0≤θ≤30°。
進(jìn)一步的是：還包括連接桿，所述連接桿設(shè)置于垮塌空腔內(nèi)，并且每根連接桿同時(shí)與至少兩根支撐桿固定連接；通過連接桿與支撐桿的連接，在垮塌空腔內(nèi)形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或者三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的是：所述初期型鋼拱架由格柵拱架代替。
進(jìn)一步的是：所述支撐桿為型鋼或者鋼管。
進(jìn)一步的是：所述支撐桿的兩端均為焊接連接。
進(jìn)一步的是：在垮塌空腔內(nèi)填充有填充體，所述填充體為混凝土或者混凝土與塊石的混合體。
另外，本發(fā)明還提供一種隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)方法，用以形成上述的隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述支護(hù)方法根據(jù)如下兩種情況分別對應(yīng)相應(yīng)的步驟：
第一種情況a、當(dāng)隧洞邊墻垮塌發(fā)生在隧洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工完成之前時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行：
a1、清理隧洞邊墻垮塌處的垮塌巖體及內(nèi)壁面上的松動巖塊，形成垮塌空腔；
a2、對隧洞的內(nèi)壁面進(jìn)行初期錨噴支護(hù)的施工，同時(shí)對垮塌空腔的內(nèi)壁面進(jìn)行復(fù)拱錨噴支護(hù)的施工；
a3、進(jìn)行隧洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架的施工；
a4、進(jìn)行復(fù)拱型鋼拱架的施工；
a5、進(jìn)行支撐桿的施工，以將初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架與復(fù)拱型鋼拱架通過支撐桿進(jìn)行連接；
第二種情況b、當(dāng)隧洞邊墻垮塌發(fā)生在隧洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工完成之后時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行：
b1、清理隧洞邊墻垮塌處的垮塌巖體及內(nèi)壁面上的松動巖塊，形成垮塌空腔；
b2、當(dāng)因邊墻垮塌對初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架造成局部破壞時(shí)，對該局部被破壞的初期型鋼拱架進(jìn)行修復(fù)或拆除重置；否則進(jìn)行下一步驟b3；
b3、對垮塌空腔的內(nèi)壁面進(jìn)行初期錨噴支護(hù)；
b4、進(jìn)行復(fù)拱型鋼拱架的施工；
b5、進(jìn)行支撐桿的施工，以將初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架與復(fù)拱型鋼拱架通過支撐桿進(jìn)行連接。
進(jìn)一步的是：當(dāng)設(shè)置有連接桿時(shí)，在進(jìn)行支撐桿的施工步驟之后，再進(jìn)行連接桿的施工。
進(jìn)一步的是：當(dāng)在垮塌空腔內(nèi)填充有填充體時(shí)，在進(jìn)行支撐桿的施工步驟之后，再進(jìn)行向垮塌空腔內(nèi)填充填充體的施工。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過設(shè)置針對隧洞邊墻垮塌空腔的復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，可起到對垮塌空腔的有效支護(hù)；并且通過設(shè)置特定支撐角度的支撐桿后，可對垮塌空腔的內(nèi)壁面起到最大限度的支撐效果，提供最佳的支撐力；進(jìn)而確保對垮塌處的有力支撐，避免后續(xù)進(jìn)一步發(fā)生垮塌情況。本發(fā)明可有效保證隧洞施工安全，為工程投資和工期的控制提供保證。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的一種隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖中標(biāo)記為：初期錨噴支護(hù)1、初期型鋼拱架2、垮塌空腔3、復(fù)拱錨噴支護(hù)4、復(fù)拱型鋼拱架5、支撐桿6、錨桿7、噴混凝土層8、軸向方向9、法向方向10、連接桿11、填充體12、隧洞13、夾角θ。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖1中所示，本發(fā)明所述的一種隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為初期錨噴支護(hù)1與初期型鋼拱架2的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：還包括在隧洞邊墻的垮塌處設(shè)置的與垮塌空腔3的形狀對應(yīng)的復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)包括復(fù)拱錨噴支護(hù)4、復(fù)拱型鋼拱架5和支撐桿6；所述復(fù)拱錨噴支護(hù)4包括從垮塌空腔3的內(nèi)壁面插入到巖體內(nèi)的錨桿7和噴射在垮塌空腔3內(nèi)壁面的噴混凝土層8，所述復(fù)拱型鋼拱架5沿垮塌空腔3的內(nèi)壁面設(shè)置，所述復(fù)拱型鋼拱架5與所述初期型鋼拱架2在相接處為固定連接，所述支撐桿6設(shè)置于垮塌空腔3內(nèi)，并且支撐桿6的一端與復(fù)拱型鋼拱架5固定連接，支撐桿6的另一端與對應(yīng)的初期型鋼拱架2固定連接。
其中，上述所述的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是在隧洞13開挖后及時(shí)進(jìn)行的對隧洞13內(nèi)壁面的支護(hù)，在本發(fā)明中，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)采用為初期錨噴支護(hù)1與初期型鋼拱架2的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)；而其中的初期錨噴支護(hù)1實(shí)際即是由錨桿7和噴混凝土層8所組成的一種組合支護(hù)結(jié)構(gòu)，具體可參照附圖1中所示。
本發(fā)明中的復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，其為用于支護(hù)垮塌空腔3的結(jié)構(gòu)。具體的，復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)中的復(fù)拱錨噴支護(hù)4和復(fù)拱型鋼拱架5可分別采用同初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期錨噴支護(hù)1與初期型鋼拱架2相同的支護(hù)形式。相應(yīng)的，只要使得復(fù)拱錨噴支護(hù)4和復(fù)拱型鋼拱架5對應(yīng)支護(hù)對象為垮塌空腔3的內(nèi)壁面即可；即參照附圖1中所示，設(shè)置的復(fù)拱錨噴支護(hù)4包括從垮塌空腔3的內(nèi)壁面插入到巖體內(nèi)的錨桿7和噴射在垮塌空腔3內(nèi)壁面的噴混凝土層8，而復(fù)拱型鋼拱架5則為沿垮塌空腔3的內(nèi)壁面設(shè)置。
更具體的，參照附圖1中所示，由于本發(fā)明中的復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)是用于對隧洞邊墻垮塌處的垮塌空腔3的支護(hù)，而由于垮塌空腔3實(shí)際大致位于隧洞13的側(cè)方，因此此時(shí)的復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際為設(shè)置在隧洞13一側(cè)的斜拱形結(jié)構(gòu)，此時(shí)復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)后期實(shí)際受到的外部巖體的壓力主要為從隧洞13的側(cè)方向施加的力。因此，為了提高整個(gè)復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，本發(fā)明中還進(jìn)一步設(shè)置有支撐桿6，并且由支撐桿6將復(fù)拱型鋼拱架5與初期型鋼拱架2進(jìn)行有效地固定連接，以此將初期型鋼拱架2和復(fù)拱型鋼拱架5連接為整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高整個(gè)復(fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和支撐效果，確保其穩(wěn)定性和有效性。
更優(yōu)選的，參照附圖1中所示，本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置所述支撐桿6的軸向方向9與該支撐桿6在垮塌空腔3的內(nèi)壁面上對應(yīng)處的法向方向10所形成的夾角為θ，并且有：0≤θ≤30°。這樣設(shè)置的目的是因?yàn)閺?fù)拱支護(hù)結(jié)構(gòu)后期實(shí)際受到的外部巖體的壓力主要為從隧洞13的側(cè)方向施加的力，因此通過上述設(shè)置，可使得支撐桿6的受力方向盡量為其軸向方向9，以提高其支撐效果。
更具體的，為了進(jìn)一步提高支撐桿6的支撐效果，進(jìn)一步還可設(shè)置有連接桿11，并且將連接桿11同樣設(shè)置于垮塌空腔3內(nèi)，并且每根連接桿11同時(shí)與至少兩根支撐桿6固定連接；設(shè)置連接桿11的目的，主要是通過連接桿11以將支撐桿6進(jìn)行有效的連接、固定；如可通過連接桿11與支撐桿6的連接，在垮塌空腔3內(nèi)形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或者三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；這樣，即可進(jìn)一步提高整體的支撐效果和穩(wěn)定性。
另外，不失一般性，本發(fā)明中的初期型鋼拱架2可由格柵拱架代替。相應(yīng)的，復(fù)拱型鋼拱架5也可同樣由格柵拱架代替。
另外，在本發(fā)明中，支撐桿6的作用主要是提供支撐力，具體的，支撐桿6可采用型鋼或者鋼管。另外，支撐桿6的兩端需要分別與初期型鋼拱架2和復(fù)拱型鋼拱架5進(jìn)行固定連接，以實(shí)現(xiàn)有效支撐的目的。具體的，對于支撐桿6的兩端分別與初期型鋼拱架2和復(fù)拱型鋼拱架5的固定連接方式，可直接采用焊接方式進(jìn)行連接；當(dāng)然，不失一般性，支撐桿6的兩端也可采用其它固定連接方式進(jìn)行連接。
另外，本發(fā)明進(jìn)一步還在垮塌空腔3內(nèi)填充有填充體12，所述填充體12為混凝土或者混凝土與塊石的混合體。通過進(jìn)一步填充填充體12，可進(jìn)一步提高對垮塌空腔3的內(nèi)壁面的支撐效果，同時(shí)還可進(jìn)一步為支撐桿6提供更好的保護(hù)、固定效果。
另外，上述本發(fā)明所述的一種隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)方法，根據(jù)隧洞邊墻發(fā)生垮塌情況的時(shí)間點(diǎn)的不同，分別對應(yīng)相應(yīng)的步驟，具體如下：
第一種情況a、當(dāng)隧洞邊墻垮塌發(fā)生在隧洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工完成之前時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行：
a1、清理隧洞邊墻垮塌處的垮塌巖體及內(nèi)壁面上的松動巖塊，形成垮塌空腔3；
a2、對隧洞13的內(nèi)壁面進(jìn)行初期錨噴支護(hù)1的施工，同時(shí)對垮塌空腔3的內(nèi)壁面進(jìn)行復(fù)拱錨噴支護(hù)4的施工；
a3、進(jìn)行隧洞13初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架2的施工；
a4、進(jìn)行復(fù)拱型鋼拱架5的施工；
a5、進(jìn)行支撐桿6的施工，以將初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架2與復(fù)拱型鋼拱架5通過支撐桿6進(jìn)行連接；
第二種情況b、當(dāng)隧洞邊墻垮塌發(fā)生在隧洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工完成之后時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行：
b1、清理隧洞邊墻垮塌處的垮塌巖體及內(nèi)壁面上的松動巖塊，形成垮塌空腔3；
b2、當(dāng)因邊墻垮塌對初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架2造成局部破壞時(shí)，對該局部被破壞的初期型鋼拱架2進(jìn)行修復(fù)或拆除重置；否則進(jìn)行下一步驟b3；
b3、對垮塌空腔3的內(nèi)壁面進(jìn)行初期錨噴支護(hù)1；
b4、進(jìn)行復(fù)拱型鋼拱架5的施工；
b5、進(jìn)行支撐桿6的施工，以將初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架2與復(fù)拱型鋼拱架5通過支撐桿6進(jìn)行連接。
當(dāng)然，在上述第一種情況中，若隧洞邊墻垮塌發(fā)生在隧洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過程中時(shí)，對于隧洞13的內(nèi)壁面進(jìn)行初期錨噴支護(hù)1的施工以及進(jìn)行隧洞13初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期型鋼拱架2的施工，若已經(jīng)完成相應(yīng)施工時(shí)，則在進(jìn)行隧洞邊墻垮塌處的支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)施工步驟時(shí)，相應(yīng)的步驟可以省略；如當(dāng)隧洞邊墻垮塌發(fā)生時(shí)，隧洞13的內(nèi)壁面已經(jīng)完成了初期錨噴支護(hù)1的施工，則在進(jìn)行步驟a2的施工時(shí)，僅需要進(jìn)行對垮塌空腔3的內(nèi)壁面進(jìn)行復(fù)拱錨噴支護(hù)4的施工即可。
另外，當(dāng)設(shè)置有連接桿11時(shí)，在進(jìn)行支撐桿6的施工步驟之后，再進(jìn)行連接桿11的施工。相應(yīng)的，當(dāng)在垮塌空腔3內(nèi)填充有填充體12時(shí)，在進(jìn)行支撐桿6的施工步驟之后，再進(jìn)行向垮塌空腔3內(nèi)填充填充體12的施工。另外，當(dāng)同時(shí)設(shè)置有連接桿11以及在垮塌空腔3內(nèi)填充有填充體12時(shí)，則應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行支撐桿6的施工步驟之后，依次進(jìn)行連接桿11的施工和進(jìn)行向垮塌空腔3內(nèi)填充填充體12的施工。