软弱围岩隧道支护钢架及施工方法与流程

本发明涉及一种支护钢架及施工方法，特别涉及一种软弱围岩隧道支护钢架及施工方法。

背景技术：

随着隧道建设向更深、更复杂地层发展，面临的软岩大变形问题越来越多，高等级公路的迅猛发展，大跨度软岩公路隧道的施工方法也不断发展，主要有台阶法和双侧壁导坑法、中隔墙法等。但在工程实践中，发现双侧壁导坑法和中隔墙法存在以下缺点：一是限制了大型施工机械的使用，降低了工效；二是在软硬围岩相间的隧道施工中，施工方法的调整时间很长；三是临时施工支护多、投入大、不经济；四是施工中相互干扰大；五是分部施工防水层和混凝土衬砌，运营病害多。在复杂的工程地质条件、高地应力环境、软弱围岩地区建设长大隧道，围岩常常表现出大变形特点。锚杆支护是围岩大变形控制最常用的措施，但是，传统锚杆在大变形隧道中难以达到有效支护效果，主要原因是传统锚杆允许变形量小，当围岩出现较大的变形、围岩变形量超过传统锚杆的承受范围时，锚杆将出现拉断破坏，进而造成支护结构失效和破坏。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种软弱围岩隧道支护钢架及施工方法。

这种软弱围岩隧道支护钢架，包括衬砌层、混凝土喷射层、初期支护层、锚杆、支护刚架、排水系统和顶部连接钢座操作平台车；初期支护层位于隧道最外层，初期支护层内侧为混凝土喷射层，混凝土喷射层内侧为衬砌层；衬砌层内侧设置支护刚架，锚杆深入初期支护层的围岩中，锚杆内端与支护刚架相连接；隧道地面设置排水系统，排水系统包括预留排水槽、排水槽和排水器；所述支护刚架包括支护钢臂、底部连接钢座、顶部连接钢筋、底部连接钢筋、顶部连接钢座和支护拱钢筋，底部连接钢座位于隧道地面之上，每一个单元呈正方形分布，在一个单元的对斜角处设置有支护钢臂和支护拱钢筋，位于同侧的底部连接钢座之间通过底部连接钢筋连接，在两组支护钢臂和支护拱钢筋的交叉处设置有顶部连接钢座，两个顶部连接钢座之间设置有顶部连接钢筋；顶部连接钢座由顶部连接钢座操作平台车的支撑柱支撑。

作为优选：所述底部连接钢座与隧道地面之间的连接结构包括底部钢筋钢座预留孔、底板、延伸钢筋和微型桩，微型桩打设在地下层内，微型桩上部设置延伸钢筋用于与上部结构连接，延伸钢筋上部设有底板，底板上部设有底部连接钢座，底部连接钢座上预留底部钢筋钢座预留孔，底部钢筋钢座预留孔与支护钢臂连接。

作为优选：所述底部连接钢筋通过固定螺帽和加固螺旋装置与底部连接钢座连接，加固螺旋装置固定在固定螺帽上。

作为优选：所述锚杆的上端设置有锚杆下螺帽，锚杆下螺帽上端设置有锚杆连接段支座，锚杆连接段支座上端设置有锚杆连接段，锚杆连接段上端设置有检测仪顶座，检测仪顶座上端设置有锚杆上螺帽，锚杆上螺帽上端设置有锚头；锚杆连接段支座两端通过焊接的方式连接有检测仪支座，检测仪一端位于检测仪支座，另一端连接在检测仪顶座上；弹簧缠绕在锚杆连接段上。

作为优选：所述顶部连接钢座操作平台车包括千斤顶、轮胎、操作平台底座、钢旋梯、操作平台、支撑柱、钢护板、加固柱和钢桁架；千斤顶和轮胎位于操作平台底座之下，在操作平台底座上设置有加固柱和钢桁架，在加固柱的旁边和操作平台底座之上设置有钢旋梯；在加固柱和钢桁架之上设置有操作平台、支撑柱和钢护板，顶部连接钢座由支撑柱支撑。

作为优选：顶部连接钢座之间的连接结构包括顶部连接钢筋和顶部连接钢座预留孔洞，两个顶部连接钢座之间通过顶部连接钢筋加固连接，并且顶部连接钢座上对应设置有顶部连接钢座预留孔洞，顶部连接钢筋穿过顶部连接钢座预留孔洞。

作为优选：顶部连接钢座与隧道顶部结构的连接结构包括垫板、叉枝状筋支柱和叉枝状筋，顶部连接钢座上部铺设一层垫板，垫板上设置有叉枝状筋支柱和叉枝状筋，叉枝状筋支柱和叉枝状筋与隧道顶部结构牢固连接。

作为优选：所述排水器包括出水口、过滤箱、过滤网、电动推杆、刮网、进水口、通水管口、中央处理器、动力箱、排水器弹簧和收集箱；出水口位于过滤箱的下部，过滤箱的一侧是排水器弹簧和收集箱，过滤箱的上部布置有一层过滤网，过滤网的上部是动力箱，动力箱内部安装有电动推杆、刮网和中央处理器，动力箱的上端是进水口，进水口上端是通水管口。

作为优选：预留排水槽比排水槽宽，排水器位于排水槽上方。

这种软弱围岩隧道支护钢架的施工方法，包括以下施工步骤：

1)首先在工厂预制锚杆：锚杆的上端设置有锚杆下螺帽，锚杆下螺帽上端设置有锚杆连接段支座，锚杆连接段支座上端设置有锚杆连接段，锚杆连接段上端设置有检测仪顶座，检测仪顶座上端设置有锚杆上螺帽，锚杆上螺帽上端设置有锚头，弹簧缠绕在锚杆连接段上；在工厂同时也预制微型桩；

2)接着在工厂预制顶部连接钢座操作平台车：将千斤顶和轮胎布置于操作平台底座之下，在操作平台底座上设置加固柱和钢桁架，在加固柱的旁边和操作平台底座之上设置钢旋梯；在加固柱和钢桁架之上设置操作平台、支撑柱和钢护板，顶部连接钢座依靠支撑柱来支撑住并施工；

3)进行隧道的初支，在围岩的周围布置围岩的初期支护层，再在初期支护层的基础上喷射混凝土，施工混凝土喷射层，在混凝土喷射层的内侧再布置一层衬砌层；接着再布置锚杆，锚杆深入初期支护层的围岩中，锚杆内端与支护刚架相连接；

4)进行底部连接钢座的施工：微型桩预先打设在地下层内，微型桩上部设置延伸钢筋用于与上部结构连接，然后进行底板的施工，再在底板的基础上进行底部连接钢座的施工，并在进行浇筑混凝土时预留底部钢筋钢座预留孔，底部钢筋钢座预留孔用于与支护钢臂的连接；

5)进行底部连接钢座的连接：底部连接钢座之间由底部连接钢筋加固连接，底部连接钢筋通过固定螺帽和加固螺旋装置进行连接，加固螺旋装置固定在固定螺帽上，旋转加固螺旋装置加固固定螺帽；搭设布置支护钢臂和支护拱钢筋，支护钢臂与底部连接钢座连接，支护拱钢筋一端与底部连接钢座连接，另一端与顶部连接钢座连接，支护拱钢筋呈交叉状分布；

6)进行顶部连接钢座的固定和连接施工：顶部连接钢座依靠支撑柱来支撑住并施工，两个顶部连接钢座由顶部连接钢筋加固连接，并且顶部连接钢座上设置有顶部连接钢座预留孔洞，顶部连接钢筋穿过顶部连接钢座预留孔洞；顶部连接钢座上铺设一层垫板，垫板上设置叉枝状筋支柱和叉枝状筋，叉枝状筋支柱和叉枝状筋与隧道顶部结构牢固连接；

7)接着搭设排水器：出水口位于过滤箱的下部，过滤箱的一侧是排水器弹簧和收集箱，过滤箱的上部布置有一层过滤网，过滤网的上部是动力箱，动力箱内部安装有电动推杆、刮网和中央处理器，动力箱的上端是进水口，进水口上端是通水管口；

8)最后进行排水槽的施工：排水槽分为预留排水槽和排水槽，预留排水槽挖得比排水槽宽，并在排水槽上布置排水器；至此完成软弱围岩隧道支护钢架的施工。

本发明的有益效果是：

1.本发明的锚杆结构自带有监测仪，可以及时地监控整体结构的稳固情况，可以在事故发生之前做到及时预警，让压锚杆结构施工方便，结构简单，不需要其他过多的结构来起到让压的作用，有很好的经济效益和技术效益。

2.本发明的支护刚架呈交叉状分布，这样更好地提升了结构的整体稳定性，而且施工简单，节省材料，有很好的技术效益和经济效益。

3.本发明的排水器结构可以很好起到过滤和排水的作用，排水器内部结构简单，经济实用，这样不但节省了施工材料，而且操作简单，施工方便，有很好的的技术效益。

附图说明

图1是软弱围岩隧道支护钢架正视示意图；

图2是支护钢架俯视示意图；

图3是支护钢架侧视示意图；

图4是底部连接钢座与隧道地面连接示意图；

图5是底部连接钢座之间连接示意图；

图6是锚杆结构示意图；

图7是顶部连接钢座操作平台车示意图；

图8是顶部连接钢座连接示意图；

图9是排水系统俯视示意图；

图10是排水器结构示意图。

附图标记说明：1-衬砌层；2-混凝土喷射层；3-初期支护层；4-锚杆；5-支护钢臂；6-底部连接钢座；7-排水器；8-顶部连接钢筋；9-底部连接钢筋；10-顶部连接钢座；11-支护拱钢筋；12-底部钢筋钢座预留孔；13-地下层；14-底板；15-延伸钢筋；16-微型桩；17-固定螺帽；18-加固螺旋装置；19-锚杆下螺帽；20-检测仪支座；21-检测仪；22-检测仪顶座；23-锚杆上螺帽；24-锚头；25-弹簧；26-锚杆连接段；27-锚杆连接段支座；28-千斤顶；29-轮胎；30-操作平台底座；31-钢旋梯；32-操作平台；33-支撑柱；34-钢护板；35-加固柱；36-钢桁架；37-顶部连接钢座预留孔洞；38-垫板；39-叉枝状筋支柱；40-叉枝状筋；41-预留排水槽；42-排水槽；43-出水口；44-过滤箱；45-过滤网；46-电动推杆；47-刮网；48-进水口；49-通水管口；50-中央处理器；51-动力箱；52-排水器弹簧；53-收集箱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

所述软弱围岩隧道支护钢架，包括衬砌层1、混凝土喷射层2、初期支护层3、锚杆4、支护刚架、排水系统和顶部连接钢座操作平台车；初期支护层3位于隧道最外层，初期支护层3内侧为混凝土喷射层2，混凝土喷射层2内侧为衬砌层1；衬砌层1内侧设置支护刚架，锚杆4深入初期支护层3的围岩中，锚杆4内端与支护刚架相连接；隧道地面设置排水系统，排水系统包括预留排水槽41、排水槽42和排水器7；所述支护刚架包括支护钢臂5、底部连接钢座6、顶部连接钢筋8、底部连接钢筋9、顶部连接钢座10和支护拱钢筋11，底部连接钢座6位于隧道地面之上，每一个单元呈正方形分布，在一个单元的对斜角处设置有支护钢臂5和支护拱钢筋11，位于同侧的底部连接钢座6之间通过底部连接钢筋9连接，在两组支护钢臂5和支护拱钢筋11的交叉处设置有顶部连接钢座10，两个顶部连接钢座10之间设置有顶部连接钢筋8；顶部连接钢座10由顶部连接钢座操作平台车的支撑柱33支撑，顶部连接钢座操作平台车可移动，根据隧道的施工情况进行移动或停止。

所述底部连接钢座6与隧道地面之间的连接结构包括底部钢筋钢座预留孔12、底板14、延伸钢筋15和微型桩16，微型桩16打设在地下层13内，微型桩16上部设置延伸钢筋15用于与上部结构连接，延伸钢筋15上部设有底板14，底板14上部设有底部连接钢座6，底部连接钢座6进行混凝土浇筑时预留底部钢筋钢座预留孔12，底部钢筋钢座预留孔12与支护钢臂5连接。

所述底部连接钢筋9通过固定螺帽17和加固螺旋装置18与底部连接钢座6连接，加固螺旋装置18固定在固定螺帽17上，加固螺旋装置18可以进行旋转来加强固定螺帽17的稳定性。

所述锚杆4的上端设置有锚杆下螺帽19，锚杆下螺帽19上端设置有锚杆连接段支座27，锚杆连接段支座27上端设置有锚杆连接段26，锚杆连接段26上端设置有检测仪顶座20，检测仪顶座20上端设置有锚杆上螺帽23，锚杆上螺帽23上端设置有锚头24；锚杆连接段支座27两端通过焊接的方式连接有检测仪支座20，检测仪21一端位于检测仪支座20，另一端连接在检测仪顶座22上；弹簧25缠绕在锚杆连接段26上。

所述顶部连接钢座操作平台车包括千斤顶28、轮胎29、操作平台底座30、钢旋梯31、操作平台32、支撑柱33、钢护板34、加固柱35和钢桁架36；千斤顶28和轮胎29位于操作平台底座30之下，在操作平台底座30上设置有加固柱35和钢桁架36，在加固柱35的旁边和操作平台底座30之上设置有钢旋梯31可用于工作人员的攀爬；在加固柱35和钢桁架36之上设置有操作平台32、支撑柱33和钢护板34，顶部连接钢座10由支撑柱33支撑，钢护板34起到保护工作人员的作用。

顶部连接钢座10之间的连接结构包括顶部连接钢筋8和顶部连接钢座预留孔洞37，两个顶部连接钢座10之间通过顶部连接钢筋8加固连接，并且顶部连接钢座10上对应设置有顶部连接钢座预留孔洞37，顶部连接钢筋8穿过顶部连接钢座预留孔洞37。

顶部连接钢座10与隧道顶部结构的连接结构包括垫板38、叉枝状筋支柱39和叉枝状筋40，顶部连接钢座10上部铺设一层垫板38，垫板38上设置有叉枝状筋支柱39和叉枝状筋40，叉枝状筋支柱39和叉枝状筋40与隧道顶部结构牢固连接。

所述排水器7包括出水口43、过滤箱44、过滤网45、电动推杆46、刮网47、进水口48、通水管口49、中央处理器50、动力箱51、排水器弹簧52和收集箱53；出水口43位于过滤箱44的下部，过滤箱44的一侧是排水器弹簧52和收集箱53，过滤箱44的上部布置有一层过滤网45，过滤网45的上部是动力箱51，动力箱51内部安装有电动推杆46、刮网47和中央处理器50，动力箱51的上端是进水口48，进水口48上端是通水管口49。

预留排水槽41比排水槽11宽，排水器7位于排水槽11上方。

所述软弱围岩隧道支护钢架的施工方法，包括以下步骤：

1)按照图6所示，首先在工厂预制好锚杆：锚杆的上端设置有锚杆下螺帽，锚杆下螺帽上端设置有锚杆连接段支座，锚杆连接段支座上端设置有锚杆连接段，锚杆连接段上端设置有检测仪顶座，检测仪顶座上端设置有锚杆上螺帽，锚杆上螺帽上端设置有锚头，弹簧缠绕在锚杆连接段上。在工厂同时也预制好微型桩。

2)按照图7所示，接着在工厂预制好顶部连接钢座操作平台车：将千斤顶和轮胎布置于操作平台底座之下，在操作平台底座上设置加固柱、钢桁架，在加固柱的旁边和操作平台底座之上设置钢旋梯。在加固柱、钢桁架之上设置操作平台、支撑柱、钢护板，顶部连接钢座依靠支撑柱来支撑住并施工，钢护板起到保护工作人员的作用。

3)按照图1所示，进行隧道的初支，在围岩的周围布置好围岩的初期支护层，再在初期支护层的基础上喷射混凝土，细致地施工好混凝土喷射层，在混凝土喷射层的内侧再布置一层衬砌层。接着再布置锚杆，锚杆深入初期支护层的围岩中，锚杆内端与支护刚架相连接。

4)按照图4所示，进行底部连接钢座的施工：微型桩预先打设在地下层内，微型桩上部设置好延伸钢筋用于与上部结构连接，然后进行底板的施工，在底板施工完成后，在底板的基础上进行底部连接钢座的施工，并在进行浇筑混凝土时预留好底部钢筋钢座预留孔，底部钢筋钢座预留孔用于与支护钢臂的连接。

5)按照图5所示，进行底部连接钢座的连接：底部连接钢座之间由底部连接钢筋来加固连接，底部连接钢筋通过固定螺帽、加固螺旋装置来进行连接，加固螺旋装置固定在固定螺帽上，加固螺旋装置可以进行旋转来加强固定螺帽的稳定性。搭设布置支护钢臂和支护拱钢筋，支护钢臂与底部连接钢座连接，支护拱钢筋一端与底部连接钢座连接，另一端与顶部连接钢座连接，支护拱钢筋呈交叉状分布。

6)按照图2、图3和图8所示，进行顶部连接钢座的固定和连接施工：顶部连接钢座依靠支撑柱来支撑住并施工，钢护板起到保护工作人员的作用。两个顶部连接钢座依靠顶部连接钢筋来加固连接，并且顶部连接钢座上设置有顶部连接钢座预留孔洞，顶部连接钢筋穿过顶部连接钢座预留孔洞，顶部连接钢座10上铺设一层垫板，垫板上设置有叉枝状筋支柱、叉枝状筋，叉枝状筋支柱、叉枝状筋与隧道顶部结构牢固连接。

7)按照图10所示，接着需要搭设排水器：出水口位于过滤箱的下部，过滤箱的右侧是排水器弹簧和收集箱。过滤箱的上部布置有一层过滤网。过滤网的上一层是动力箱，动力箱内部安装有电动推杆、刮网、中央处理器。动力箱的上端是进水口，进水口上端是通水管口。

8)按照图9所示，最后进行排水槽的施工。排水槽分为预留排水槽、排水槽，预留排水槽要挖得比排水槽宽，并在排水槽上布置好排水器。这样就完成了软弱围岩隧道支护钢架的施工。