一种V级围岩大断面铁路隧道施工支护结构及施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种V级围岩大断面铁路隧道施工支护结构及施工方法。

背景技术：

对于自稳能力差的软弱、浅埋、破碎等V级围岩地段大断面铁路隧道，一般主要采用三台阶临时仰拱或者四部CD法施工，再采取洞身管棚、超前小导管等一系列辅助措施，尽量减少隧道开挖时的拱顶下沉及拱脚收敛值，保证隧道线形符合设计要求及施工安全要求。

然而，上述两种常规工法均存在各自的缺点，其中，见附图1，三台阶临时仰拱法，将整个隧道断面分成三层台阶形断面和一个仰拱断面共计四个部分分别施工，四部分层层递进、逐级开挖，当机械开挖扰动量较大时，拱脚处松散围岩将对初支结构产生一个方向朝向隧道洞身内侧的水平压力，临时仰拱的设置可以低于该水平压力，从而起到防止拱脚收敛的作用。但是在实际施工中，临时仰拱的喷射混凝土一般需要2～3小时才能终凝，平均36小时以后才能达到设计强度值，现场为保证进度，一般临时仰拱喷射混凝土施工后数小时内即开始行走挖机、运渣车等重型车辆，临时仰拱钢架单独承受重载易变形、曲率增大，同时在拱脚连接处对初支钢架产生一个指向洞身内侧的主动拉力，极易使初支钢架变形，导致隧道收敛下沉。故采用三台阶临时仰拱工法，需要尽量减少重型机械的使用频率、尽量提高临时仰拱喷射混凝土的上强速率，不利于现场施工。

四步CD法，采用纵横向支撑将整个隧道断面分割成四部分施工。其典型缺点是掘进速度极慢，对于断面面积120平方的V级围岩隧道，采用四步CD法施工，日均进尺不足1m，难以保证施工进度。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种V级围岩大断面铁路隧道施工支护结构及施工方法，能够实施对自稳能力差的软弱、浅埋、破碎等V级围岩地段大断面铁路隧道的有效支撑，确保隧道施工的安全。

为实现上述目的，本发明的V级围岩大断面铁路隧道施工支护结构采用的技术方案是：

一种V级围岩大断面铁路隧道施工支护结构，沿隧道高度方向间隔布置的第一、第二、第三横向支撑杆，第一、第二、第三横向支撑杆沿着隧道的宽度方向布置，所述第一、第二、第三横向支撑杆的两端分别与推力杆的杆端连接，所述推力杆整体呈“人”字形，推力杆的一端与第一、第二、第三横向支撑杆的杆端铰接，推力杆的两端分别与隧道的周面初支钢架连接。

本发明还存在以下特征：

所述推力杆的两端分别固定有缀板的板面固定，所述缀板为钢板，缀板的另一板面与初支钢架固定。

所述初支钢架的周边设置有锁脚锚杆，锁脚锚杆伸入隧道周面的岩壁内。

为实现上述目的，本发明的V级围岩大断面铁路隧道的施工方法采用的技术方案是：

一种V级围岩大断面铁路隧道的施工方法，包括如下步骤：

A、测量放线，施作洞门临时防护边仰坡、洞顶截水天沟，施作洞口导向墙及洞口长管棚，并在洞顶浅埋地表埋设沉降标；

B、超前预注浆，注浆范围在洞身开挖轮廓线外3～5m，每环注浆长度30m，开挖27m，保留3m止浆岩盘，注浆管采用Φ89mm钢花管，注浆顺序由外到内，同圈间隔施工；

C、开挖上台阶，施作上台阶初期支护，初期支护包括初喷混凝土、架立初支钢架、设置锁脚锚杆工序，复喷混凝土至设计厚度，上台阶每循环开挖、支护进尺为1榀钢架间距；

初支钢架较隧道设计轮廓线放大15公分，初支钢架两侧拱脚部位各设两只连接缀板，所述缀板四角设螺栓孔；

D、在上台阶施作的所述第一横向支撑杆，在第一横向支撑杆的两端通过销轴安装“人”字形推力杆，在推力杆的两端安装所述缀板，使得所述缀板与初支钢架拱脚部位的两个缀板相对应，并且用螺栓连接；

E、第一横向支撑与初支钢架连接完毕后，喷射混凝土至设计厚度，上台阶施工至一定距离后，进行工序F；

F、参照步骤C、D、E分别完成中台阶、下台阶的循环开挖，中台阶、下台阶每循环开挖、支护进尺为2榀钢架的间距；

G、开挖仰拱，仰拱每循环开挖、支护3m，仰拱距上台阶掌子面距离小于等于40m。仰拱施作完成后进行二衬结构的施工，二衬距上台阶掌子面小于等于70m；

H：循环作业，直至隧道贯通；以及

I：施作明洞和洞门结构。

与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：利用横向支撑杆及横向支撑杆两端的“人”字形推力杆，在重载作用下，“人”字形推力杆的两腿对初支钢架产生方向向外的主动推力，挤压拱脚处围岩，起到预防收敛下沉的作用，确保隧道施工的安全。

附图说明

图1是常规三台阶临时仰拱法结构示意图；

图2是本发明隧道施工的截面结构示意图；

图3是本发明边墙及隧道下部围岩注浆示意图；

图4是本发明隧道施工的支护结构受力传递示意图；

图5是至图11是本发明中隧道施工各个步骤的结构示意图。

具体实施方式

结合图1至图11，对本发明作进一步地说明：

一种V级围岩大断面铁路隧道施工支护结构，沿隧道10高度方向间隔布置的第一、第二、第三横向支撑杆20、30、40，第一、第二、第三横向支撑杆20、30、40沿着隧道10的宽度方向布置，所述第一、第二、第三横向支撑杆20、30、40的两端分别与推力杆50的杆端连接，所述推力杆50整体呈“人”字形，推力杆50的一端与第一、第二、第三横向支撑杆20、30、40的杆端铰接，推力杆50的两端分别与隧道10的周面初支钢架60连接。

结合图1所示，对现有三台阶临时仰拱工法中的临时仰拱的结构构造作调整，现有的临时仰拱受重载时，易连同初支钢架一起变形，导致隧道10拱顶下沉侵限；结合图2、图3和图4所示，而本发明中利用第一、第二、第三横向支撑杆20、30、40，并且在第一、第二、第三横向支撑杆20、30、40的两端铰接连接“人”字形的推力杆50，在重载作用下，“人”字形推力杆50的两个支腿对初支钢架60产生方向向外的主动推力，挤压拱脚处围岩，起到预防收敛下沉的作用；

同时，本方案中上、中、下台阶的第一、第二、第三横向支撑件，分别由三部分组成，各部分自重较轻，单人就能独立操作，不需要机械配合安装，操作灵活。

作为本发明的优选方案，所述推力杆50的两端分别固定有缀板70的板面固定，所述缀板70为钢板，缀板70的另一板面与初支钢架60固定；

上述实施例中，结合图4所述，在实际隧道10的挖掘施工过程中，首先由上台阶进行挖掘施工，并且进行支护，当第一横向支撑杆20及两端的推力杆50架设完毕后，在上台阶处的较为笨重的工程机械始终处在较为忙碌的状态，工程机械自身的重量压迫第一横向支撑杆20，并且使得推力杆50的两支腿始终抵靠在缀板70上，从而可以施加给初支钢架60较为均衡的压力，推力杆50迫使初支钢架60实施对围岩强有力的支撑，避免围岩的下沉；

同理，当上台阶处施工完成后，顺序进行中台阶和下台阶的施工，所对应的第二、第三横向支撑杆20的作用原理相同，均能够施加给围岩强有力的支撑。

所述初支钢架60的周边设置有锁脚锚杆80，锁脚锚杆80伸入隧道10周面的岩壁内。

结合图5至图11，采用上述支护结构的V级围岩大断面铁路隧道的施工方法，包括如下步骤：

A、测量放线，施作洞门临时防护边仰坡d、洞顶截水天沟a，施作洞口导向墙b及洞口长管棚c，并在洞顶浅埋地表埋设沉降标；结合图5所示；

B、超前预注浆，注浆范围在洞身开挖轮廓线外3～5m，每环注浆长度30m，开挖27m，保留3m止浆岩盘，注浆管采用Φ89mm钢花管，注浆顺序由外到内，同圈间隔施工；结合图6所示；

C、开挖上台阶，施作上台阶初期支护，初期支护包括初喷混凝土、架立初支钢架、设置锁脚锚杆80工序，复喷混凝土至设计厚度，上台阶每循环开挖、支护进尺为1榀钢架间距；结合图7所示；

初支钢架两侧拱脚部位各设两个缀板70，所述缀板70为钢板且四角处设螺栓孔；

D、在上台阶施作第一横向支撑杆20，在所述第一横向支撑杆20的两端通过销轴安装“人”字形推力杆50，在推力杆50的两端安装所述缀板70，使得所述缀板70与初支钢架拱脚部位的两个缀板70相对应，并且用螺栓连接；

E、当第一横向支撑杆20与初支钢架连接完毕后，喷射混凝土至设计厚度，上台阶施工至设定距离后，进行工序F；

F、参照步骤C、D、E分别完成中台阶、下台阶的循环开挖，中台阶、下台阶每循环开挖、支护进尺为2榀钢架的间距；结合图8所示；

G、开挖仰拱，仰拱每循环开挖、支护3m，仰拱距上台阶掌子面距离小于等于40m。仰拱施作完成后进行二衬结构的施工，二衬距上台阶掌子面小于等于70m；结合图9所示；

H：循环作业，直至隧道贯通；结合图10所示，以及

I：施作明洞和洞门结构；结合图11所示。

当无地下水或地下水较小时，且拱部已施作洞身管棚或超前小导管时，可不进行第二步的超前预注浆，可采取对边墙、仰拱及掌子面前方围岩进行注浆加固，增大隧道10下部地层的承载力，减少收敛下沉量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。