隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体为隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法。


背景技术：

2.为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后需设置初期支护，而在地质较差的软岩地区，一般的初期支护无法满足支护要求，会出现初期支护大变形、支护力不足导致隧道发生局部坍塌等现象，如何解决这一问题成为了工程上的一大难点。
3.目前隧道初期支护大变形的处治方法中常有使用长锚杆、加大预留变形量、双层初期支护及预应力锚索等方法，也有提出采用围岩扩挖和预应力锚索支护控制技术，国外也有使用伸缩式钢架控制方法，这些方法多从加固围岩的角度出发，采用伸缩式钢架及9～13m长锚杆控制初支变形，该方法施工复杂且费用高、加大预留变形量则需要准确预测变形，实际施工中难以做到。改善洞形、喷射层留纵缝或多重支护都是隧道初支大变形处治措施，但适用性不强且带有一定的盲目性。初支大变形的控制应从地质、设计、监测和施工多方位着手。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法，包括软岩层，所述软岩层的内侧壁安装有型钢拱架，且型钢拱架的内侧焊接有钢筋网，所述钢筋网的内侧连接有内撑环拱，且内撑环拱包括有环拱单元预制件，所述环拱单元预制件的一侧开设有第一凹槽，所述环拱单元预制件的另一侧内部开设有滑行槽，且滑行槽的底端开设有锁销孔，所述滑行槽内侧放置有滑行板，且滑行板的一侧固定连接有多组凸起，所述钢筋网与型钢拱架之间浇筑有第一混凝土喷射层，所述环拱单元预制件的底端中部开设有预留槽，且预留槽的内侧放置有半球形锥头，所述半球形锥头的底部焊接有伸缩管，且伸缩管的外侧上方固定连接有旋转握把，所述伸缩管的外侧下方螺纹连接有底部圆管，且底部圆管的底端安装有第一支撑架，所述第一支撑架的侧面通过可旋转支撑座与底部圆管相连接，且第一支撑架的底端安装有第一支撑轮，所述软岩层的内部下方一侧浇筑连接有第一预制底板，且第一预制底板的另一侧拼接有第二预制底板，所述软岩层的底端安置有隧道底部软岩，且隧道底部软岩与第一预制底板、第二预制底板之间均通过多组防滑钉相连接，所述钢筋网与内撑环拱之间浇筑有第二混凝土喷射层。
6.可选的，所述预留槽通过开槽与环拱单元预制件呈一体化结构，且预留槽的内侧与半球形锥头的外侧呈紧密贴合状态分布。
7.可选的，所述伸缩管的中轴线与底部圆管的中轴线相重合，且伸缩管通过底部圆
管与第一支撑架构成伸缩结构。
8.可选的，所述滑行槽通过开槽与环拱单元预制件呈一体化结构，且滑行槽的内侧与滑行板的外侧之间为抵触连接。
9.可选的，所述凸起与滑行板之间呈垂直状态分布，且滑行板通过锁销孔、滑行槽与环拱单元预制件构成锁止结构。
10.可选的，所述环拱单元预制件呈弧形状结构，且两组环拱单元预制件之间通过凸起、第一凹槽构成拼接结构。
11.隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构的拼装装置，包括钢架，所述钢架的内侧开设有活动槽，且活动槽的内侧放置有t型杆，所述钢架的顶端焊接有两组固定环，且固定环的两侧抵触连接有螺母，所述固定环的内侧中部螺纹连接有螺纹杆，所述t型杆的底端连接有底板，且底板的顶端开设有两组第二凹槽，所述第二凹槽的内侧放置有倒钩面板，且倒钩面板通过连接轴与底板相连接，所述倒钩面板的一侧钩合连接有支撑杆，所述支撑杆的末端活动连接有旋转环，且旋转环与底板之间为固定连接，所述底板的底端焊接有第二支撑架，且第二支撑架的底端安装有第二支撑轮，所述底板的底部一侧安装有绳梯。
12.隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构的拼装方法，包括钢筋网搭建、第二混凝土喷射层喷射、内撑环拱安装及内撑环拱衬砌加固，所述钢筋网搭建施工、第二混凝土喷射层喷射步骤为：
13.步骤一、通过人工转动螺纹杆，使得螺纹杆移动的方向不同，且带动由钢架连接的倒钩面板沿着底板顶端内侧的第二凹槽滑动，并且其围绕连接轴旋转，使得倒钩面板末端抵接于预先加装的拱形结构的钢筋网的内壁处；
14.步骤二、并通过将支撑杆钩挂于倒钩面板处，使得倒钩面板、支撑杆与底板构成三角形结构，加强对钢筋网的支撑力度；
15.步骤三、再通过人工将第二混凝土喷射层喷射于钢筋网的内壁处。
16.可选的，所述内撑环拱安装步骤为：
17.步骤一、通过环拱单元预制件的两端分别为第一凹槽与凸起，可以将相邻的两个环拱单元预制件进行拼接起来；
18.步骤二、由于环拱单元预制件的内部一侧开设有滑行槽，便于人工推动滑行板沿着滑行槽内滑动，并带动与其相连接的凸起进行伸缩运动，并插入下一个环拱单元预制件的第一凹槽中，同时，滑行板推入至锁销孔，进而方便对环拱单元预制件进行快速安装与拆除工作。
19.可选的，所述内撑环拱衬砌加固步骤为：
20.步骤一、通过在环拱单元预制件的底端中部开设有预留槽，可以使第一支撑架顶端处的半球形锥头能够稳定的插入到内撑环拱内的预留槽内，从而便于第一支撑架能够稳定的对内撑环拱提供支撑作用力，且通过人工手握旋转握把，旋转伸缩管，使得其与底部圆管之间进行伸缩操作，便于快速将半球形锥头抵接于预留槽的内侧，进行固定；
21.步骤二、同时将第一支撑架外壁两侧的伸缩管进行旋转，使其与底部圆管之间螺纹旋转，进而使其上的半球形锥头伸入环拱单元预制件中的预留槽中，完成对两侧面的环拱单元预制件进行支撑操作，且在可旋转支撑座的旋转作用下，调整伸缩管的方向，便于快速对环拱单元预制件完成支撑工作。
22.本发明提供了隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法，具备以下有益效果：
23.1、本发明中，通过在软岩地区开挖的隧道内架设定型化内撑环拱，环拱单元预制件的两端分别为第一混凝土喷射层与第一凹槽，将环拱单元预制件的凸起插入到相邻环拱单元预制件的第一凹槽当中，最终形成内撑环拱，与传统的施工方法相比，本技术的内撑环拱拼接速度快，对工人的施工技术要求较低，具有高效性。
24.2、本发明中，通过在环拱单元预制件底端中部开设有预留槽的设定，便于施工人员可以通过调节旋转握把来使伸缩管从底部圆管内侧下方向上延伸，并使半球形锥头能够更加稳定的伸入到内撑环拱中的预留槽内，从而能够有效的避免伸缩管在受力过程中出现偏移脱落，进而能够有效的保证内撑环拱的安装稳定性。
25.3、本发明中，通过在固定环在内侧中部螺纹连接有螺纹杆的设定，便于施工人员可以通过转动螺母来使钢架随着螺纹杆同步移动，从而能够使钢架的宽度扩大或缩小，进而方便施工人员可以完成隧道中的各个部位施工，另外，也便于使用者可以通过缩短钢架的宽度来适应不同大小隧道口的施工工作。
26.4、本发明中，通过调节底板上的支撑杆，进而使支撑杆能够在旋转环的作用下可以紧贴在倒钩面板上，使其形成一个三角形结构，从而能够有效的抵接上部钢筋网，进而能够为施工人员提供稳定的操作平台，因而能够有效的保证隧道施工作业的快速进行。
27.5、本发明中，通过在环拱单元预制件内开设有滑行槽的设定，便于施工人员可以通过滑动滑行板的方式来促使相邻两个环拱单元预制件来进行快速的拼接工作，从而能够有效的避免为内撑环拱拼接工作效率缓慢而造成隧道施工工作效率上的低下。
附图说明
28.图1为本发明隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法的结构示意图；
29.图2为本发明隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法的软岩隧道初期支护施工结构示意图；
30.图3为本发明隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法的环拱单元预制件结构示意图；
31.图4为本发明隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法的环拱单元预制件端部内侧结构示意图；
32.图5为本发明隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法的钢架与t型杆内部连接处结构示意图；
33.图6为本发明隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法的倒钩面板与支撑杆连接处结构示意图。
34.图中：1、软岩层；2、型钢拱架；3、钢筋网；4、内撑环拱；5、第一凹槽；6、滑行槽；7、锁销孔；8、凸起；9、第一混凝土喷射层；10、预留槽；11、半球形锥头；12、伸缩管；13、旋转握把；14、底部圆管；15、可旋转支撑座；16、第一支撑架；17、第一支撑轮；18、第一预制底板；19、防滑钉；20、钢架；21、活动槽；22、t型杆；23、固定环；24、螺纹杆；25、螺母；26、底板；27、第二凹槽；28、倒钩面板；29、支撑杆；30、旋转环；31、第二支撑架；32、第二支撑轮；33、绳梯；34、环拱单元预制件；35、滑行板；36、第二预制底板；37、连接轴；38、第二混凝土喷射层；39、隧道
底部软岩。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.请参阅图1
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6，本发明提供一种技术方案：隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法，包括软岩层1，软岩层1的内侧壁安装有型钢拱架2，且型钢拱架2的内侧焊接有钢筋网3，钢筋网3的内侧连接有内撑环拱4，且内撑环拱4包括有环拱单元预制件34，环拱单元预制件34的一侧开设有第一凹槽5，环拱单元预制件34的另一侧内部开设有滑行槽6，且滑行槽6的底端开设有锁销孔7，滑行槽6内侧放置有滑行板35，且滑行板35的一侧固定连接有多组凸起8，钢筋网3与型钢拱架2之间浇筑有第一混凝土喷射层9，环拱单元预制件34的底端中部开设有预留槽10，且预留槽10的内侧放置有半球形锥头11，半球形锥头11的底部焊接有伸缩管12，且伸缩管12的外侧上方固定连接有旋转握把13，伸缩管12的外侧下方螺纹连接有底部圆管14，且底部圆管14的底端安装有第一支撑架16，第一支撑架16的侧面通过可旋转支撑座15与底部圆管14相连接，且第一支撑架16的底端安装有第一支撑轮17，软岩层1的内部下方一侧浇筑连接有第一预制底板18，且第一预制底板18的另一侧拼接有第二预制底板36，软岩层1的底端安置有隧道底部软岩39，且隧道底部软岩39与第一预制底板18、第二预制底板36之间均通过多组防滑钉19相连接，同时，第一预制底板18、第二预制底板36之间的交汇处可安置止水带，防止隧道内部的预制底板处渗水现象的产生，钢筋网3与内撑环拱4之间浇筑有第二混凝土喷射层38。
39.进一步的，预留槽10通过开槽与环拱单元预制件34呈一体化结构，且预留槽10的内侧与半球形锥头11的外侧呈紧密贴合状态分布，通过紧密贴合分布，便于半球形锥头11能够更加稳定的插入到预留槽10内，从而能够有效的提高内撑环拱4的安装稳定性。
40.进一步的，伸缩管12的中轴线与底部圆管14的中轴线相重合，且伸缩管12通过底部圆管14与第一支撑架16构成伸缩结构，通过伸缩结构，便于施工人员可以调节旋转握把13的方式来使半球形锥头11能够稳定的插入到环拱单元预制件34的预留槽10内，从而能够有效的避免伸缩管12在受力过程中出现偏移脱落。
41.进一步的，滑行槽6通过开槽与环拱单元预制件34呈一体化结构，且滑行槽6的内侧与滑行板35的外侧之间为抵触连接，通过抵触连接，便于滑行板35能够在滑行槽6内进行
相应的移动工作。
42.进一步的，凸起8与滑行板35之间呈垂直状态分布，且滑行板35通过锁销孔7、滑行槽6与环拱单元预制件34构成锁止结构，通过锁止结构，便于施工人员可以通过移动滑行板35置于锁销孔7内，完成对相邻两个环拱单元预制件34进行快速的插接工作。
43.进一步的，环拱单元预制件34呈弧形状结构，且两组环拱单元预制件34之间通过凸起8、第一凹槽5构成拼接结构，通过拼接结构，便于施工人员能够在凸起8与第一凹槽5的结合下可以快速的对环拱单元预制件34进行拼接工作，从而能够有效的节约拼接工作不便所浪费的时间。
44.隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构的拼装装置，包括钢架20，钢架20的内侧开设有活动槽21，且活动槽21的内侧放置有t型杆22，钢架20的顶端焊接有两组固定环23，且固定环23的两侧抵触连接有螺母25，固定环23的内侧中部螺纹连接有螺纹杆24，t型杆22的底端连接有底板26，且底板26的顶端开设有两组第二凹槽27，第二凹槽27的内侧放置有倒钩面板28，且倒钩面板28通过连接轴37与底板26相连接，倒钩面板28的一侧钩合连接有支撑杆29，支撑杆29的末端活动连接有旋转环30，且旋转环30与底板26之间为固定连接，底板26的底端焊接有第二支撑架31，且第二支撑架31的底端安装有第二支撑轮32，底板26的底部一侧安装有绳梯33。
45.隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构的拼装方法，包括钢筋网3搭建、第二混凝土喷射层38喷射、内撑环拱4安装及内撑环拱4衬砌加固，钢筋网3搭建施工、第二混凝土喷射层38喷射步骤为：
46.步骤一、通过人工转动螺纹杆24，使得螺纹杆24移动的方向不同，且带动由钢架20连接的倒钩面板28沿着底板26顶端内侧的第二凹槽27滑动，并且其围绕连接轴37旋转，使得倒钩面板28末端抵接于预先加装的拱形结构的钢筋网3的内壁处；
47.步骤二、并通过将支撑杆29钩挂于倒钩面板28处，使得倒钩面板28、支撑杆29与底板26构成三角形结构，加强对钢筋网3的支撑力度；
48.步骤三、再通过人工将第二混凝土喷射层38喷射于钢筋网3的内壁处。
49.进一步的，内撑环拱4安装步骤为：
50.步骤一、通过环拱单元预制件34的两端分别为第一凹槽5与凸起8，可以将相邻的两个环拱单元预制件34进行拼接起来；
51.步骤二、由于环拱单元预制件34的内部一侧开设有滑行槽6，便于人工推动滑行板35沿着滑行槽6内滑动，并带动与其相连接的凸起8进行伸缩运动，并插入下一个环拱单元预制件34的第一凹槽5中，同时，滑行板35推入至锁销孔7，进而方便对环拱单元预制件34进行快速安装与拆除工作。
52.进一步的，内撑环拱4衬砌加固步骤为：
53.步骤一、通过在环拱单元预制件34的底端中部开设有预留槽10，可以使第一支撑架16顶端处的半球形锥头11能够稳定的插入到内撑环拱4内的预留槽10内，从而便于第一支撑架16能够稳定的对内撑环拱4提供支撑作用力，且通过人工手握旋转握把13，旋转伸缩管12，使得其与底部圆管14之间进行伸缩操作，便于快速将半球形锥头11抵接于预留槽10的内侧，进行固定；
54.步骤二、同时将第一支撑架16外壁两侧的伸缩管12进行旋转，使其与底部圆管14
之间螺纹旋转，进而使其上的半球形锥头11伸入环拱单元预制件34中的预留槽10中，完成对两侧面的环拱单元预制件34进行支撑操作，且在可旋转支撑座15的旋转作用下，调整伸缩管12的方向，便于快速对环拱单元预制件34完成支撑工作。
55.综上所述，该隧道装配式内撑环拱衬砌加固结构及其拼装方法，使用时，在凸起8与第一凹槽5的结合下，便于施工人员可以快速的相邻的环拱单元预制件34进行拼接起来，从而使内撑环拱4能够强化初期支护，且初期支护需要使用的组件包括有型钢拱架2和第一混凝土喷射层9，通过型钢拱架2和第一混凝土喷射层9对软岩隧道的内壁进行初期支护操作，再通过对钢筋网3的搭建，使其贴附于第一混凝土喷射层9处，再通过人工对第二混凝土喷射层38进行喷射，并浇筑于钢筋网3的表面处，且由于固定环23的内侧中部螺纹连接有螺纹杆24的设定，也便于施工人员可以通过转动螺母25来使钢架20随着螺纹杆24向外移动，从而能够使钢架20的宽度扩大，使得由钢架20连接的倒钩面板28沿着底板26顶端内侧的第二凹槽27滑动，并且其围绕连接轴37旋转，使得倒钩面板28末端抵接于预先加装的拱形结构的钢筋网3的内壁处，并通过将支撑杆29钩挂于倒钩面板28处，使得倒钩面板28、支撑杆29与底板26构成三角形结构，加强对钢筋网3的支撑力度，然后，将第二支撑架31通过第二支撑轮32的滚动作用，实现向前行进操作，同时安置于其后的第一支撑架16通过第一支撑轮17的滚动作用，也向前行进，至钢筋网3的安置区域处，通过第一支撑架16顶端中部的伸缩管12与底部圆管14螺纹相连接的作用，使得施工人员可以过调节旋转握把13的方式来旋转，使伸缩管12顶部的半球形锥头11能够稳定的插入到环拱单元预制件34内的预留槽10中，从而实现顶部的环拱单元预制件34的限定操作，再通过环拱单元预制件34的两端分别为第一凹槽5与凸起8，能够将相邻的两个环拱单元预制件34进行拼接起来，由于环拱单元预制件34的内部一侧开设有滑行槽6，便于人工推动滑行板35沿着滑行槽6内滑动，并带动与其相连接的凸起8进行伸缩运动，并插入下一个环拱单元预制件34的第一凹槽5中，同时，滑行板35推入至锁销孔7，进而方便对环拱单元预制件34进行快速安装与拆除工作。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。