一种隧道主动支护结构与施工方法与流程

本发明涉及隧道工程施工技术领域，具体涉及一种隧道主动支护结构与施工方法。

背景技术：

隧道围岩现在常用的支护体系由复合围岩结构与复合支护结构构成。复合围岩结构是由原岩、深层围岩和浅层围岩组成，复合支护结构由初期支护和二次衬砌组成。

隧道围岩稳定性控制的关键就是开挖后隧道周边浅层围岩稳定性的控制。围岩压力需围岩与支护结构共同承载，但围岩是承载的主体。通过监控量测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自稳能力。

对于复合式支护结构，初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等支护材料中的一种或几种组成“锚喷支护”，二次衬砌一般为模筑混凝土。在施工过程中，利用现场监控量测手段，在初期支护变形稳定后才施作二次衬砌。一般来说初期支护与围岩共同承受施工期间的大部分荷载，二次衬砌则作为一种安全储备。

在隧道工程施工过程，允许围岩和初期支护发生一定程度的变形，最大限度的发挥围岩的自承能力，从而减小支护刚度，降低造价。但所施作的支护结构基本均属于被动式支护，即只有在围岩发生变形，并作用于结构上以后，才能发挥支护作用，其在承载及时性和围岩改良方面的效果极为有限，在隧道围岩差、自稳时间短时，易发生失稳破坏，甚至造成隧道局部坍塌，威胁国家财产和人员生命。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种隧道主动支护结构与施工方法，具体技术方案如下：

一种隧道主动支护结构，其特征在于：包括支撑架和锚杆，所述支撑架安装在隧道中，所述支撑架外侧与隧道内壁的初喷混凝土面贴合，在所述支撑架与所述初喷混凝土面之间分布有锚杆，所述锚杆一端伸入到所述初喷混凝土面内，另一端通过垫板连接在所述支撑架上；

所述支撑架包括格构式单元组件和加强肢，所述支撑架由格构式单元组件拼接成环形结构，沿所述格构式单元组件的纵向的两端分别安装有加强肢；

当两个格构式单元组件沿纵向方向拼接时，相邻加强肢之间固定连接形成加强肋；

所述格构式单元组件包括钢筋网和开口钢筋，在所述钢筋网的四周分别设置所述开口钢筋；

相邻的两个钢筋网通过对应的开口钢筋固定连接；

在所述支撑架的两端分别向外倾斜设置有一组锁脚锚杆。减小主动支护结构的下沉，从而保证整个结构的稳固。

进一步地：所述钢筋网的网格为矩形，所述钢筋网孔的环向尺寸为8cm～50cm，所述钢筋网孔的纵向尺寸为3cm～30cm，所述锚杆成梅花状布置，锚杆头部通过垫片固定于所述格构式单元，锚固段与围岩快速固定。

进一步地：在所述格构式单元组件的两端分别设置有端头板，所述加强肢通过端头板连接在所述格构式单元组件的两端。在施作锚杆要穿过钢筋网网格口，并施加预应力，将锚杆上的垫板固定于格构式单元，实现预制拼装式结构对隧道围岩的主动支护作用。

进一步地：相邻的加强筋焊接形成加强肋。

进一步地：相邻的加强筋通过螺栓连接形成加强筋。

进一步地：在相邻的加强筋上设置有箍筋。

进一步地：所述加强肢的截面为三角形。

进一步地：所述加强肋的截面近似为等边三角形。

进一步地：所述锚杆结构为速凝膨胀和快速锚固锚杆，在打入地层后可采用树脂、涨壳、摩擦方式实现与地层的快速粘结。

其中，一种隧道主动支护结构的施工方法的具体技术方案为：

一种隧道主动支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、根据隧道开挖尺寸预制加工格构式拼装单元，在场外开阔场地进行预拼装试验；

b、隧道开挖后，对开挖断面进行混凝土初喷；

c、现场检查格构式拼装单元的加工质量，确认合格后，对格构式拼装单元进行拼装，拼装顺序按照从下至上，先环向再纵向的原则；

d、格构式单元靠围岩侧与隧道开挖后的初喷混凝土面密贴，并在拼装过程中借助纵向、环向定位钢筋进行初步定位；

e、锚杆穿过钢筋网的网格，梅花形布置于隧道开挖面，并在打入地层后采用树脂、涨壳、摩擦方式实现与地层的快速粘结；

f、在锚杆与地层紧密粘结后，通过锚杆自由端施加预应力，并使锚杆的垫板与格构式单元紧密连接；

g、结合隧道开挖断面在左下角和右下角处分别设置有一组锁脚锚杆，固定加强拱肋底部；

h、复喷3～5cm厚保护层的混凝土，将钢筋网和加强肢完全覆盖，复喷后混凝土面进行平整处理。

本发明的有益效果为：第一，矩形长宽比较大的钢筋网密贴初喷混凝土面，使钢筋网对围岩有承接作用，并阻止较大危石的掉落，保证施工区域的安全性；

第二，施作的锚杆要穿过钢筋网网格口，并通过自由端施加预应力，使锚杆的垫板与格构式单元紧密连接，实现预制拼装式结构对隧道围岩的主动支护作用；

第三，格构式拼装单元可以快速拼装成主动支护结构，加快隧道开挖进程，缩短施工工期；

第四，锁脚锚杆可以固定加强拱肋的底部，减小隧道主动支护结构的下沉，从而保证结构的整体性，提高结构的稳定性。

附图说明

图1为本发明隧道主动支护结构的结构示意图；

图2为本发明隧道主动支护结构的三维图；

图3为格构式主动支护拼装单元平面图；

图4为图3的a-a断面图；

图5为加强肢拼装细节图；

图6位加强肢与端头板连接结构图；

其中图中附图标记说明为，钢筋网1、加强肢2、锚杆3、锁脚锚杆4、端头板5、箍筋6、格构式单元间的焊点7、锚杆垫板9、不同规格的纵向钢筋10、加强肋11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种隧道主动支护结构，包括支撑架和锚杆3，所述支撑架安装在隧道中，所述支撑架外侧与隧道内壁的初喷混凝土面贴合，在所述支撑架与所述初喷混凝土面之间分布有锚杆3，所述锚杆3一端伸入到所述初喷混凝土面内，另一端通过锚杆垫板9连接在所述支撑架上；

所述支撑架包括格构式单元组件和加强肢2，所述支撑架由格构式单元组件拼接成环形结构，在所述格构式单元组件的两端分别设置有端头板5，所述加强肢2通过端头板5连接在所述格构式单元组件的两端，所述加强肢2的截面为三角形。

在施作锚杆3要穿过钢筋网1的网格口，并通过自由端施加预应力，使锚杆3上的锚杆垫板9与格构式单元紧密连接，实现预制拼装式结构对隧道围岩的主动支护作用。

当两个格构式单元组件沿纵向方向拼接时，相邻加强肢2之间通过螺栓固定连接形成加强肋11，所述加强肋的截面近似为等边三角形，在相邻的加强肢2上设置有箍筋6进一步进行加固。

其中，格构式单元和锚杆采用预先制造装配，加快隧道开挖进程，缩短施工工期。

所述格构式单元组件包括钢筋网1和开口钢筋，在所述钢筋网1的四周分别设置所述开口钢筋，所述钢筋网1的网格为矩形，所述钢筋网1的环向尺寸8cm～50cm，所述钢筋网1的纵向尺寸为3cm～30cm，所述锚杆3成梅花状分布在所述支撑架与所述初喷混凝土面之间。

相邻的两个钢筋网1通过对应的开口钢筋固定连接；

在所述支撑架的两端分别向外倾斜设置有一组锁脚锚杆4。减小主动支护结构的下沉，从而保证整个结构的稳固。

所述锚杆结构为速凝膨胀和快速锚固锚杆，在打入地层后可采用树脂、涨壳、摩擦方式实现与地层的快速粘结。

在本实施例中，钢筋网1和加强肢2预制为拼装单元，各单元的钢筋网1片间通过开口钢筋焊接，加强肢2间通过端头板5进行螺栓连接，并辅以纵向钢筋，加强肢2和锁脚锚杆4通过u形筋焊接起来。

其中，一种隧道主动支护结构的施工方法的具体技术方案为：

一种隧道主动支护结构的施工方法，包括如下步骤：

a、根据隧道开挖半径预制加工格构式拼装单元，在场外开阔场地进行预拼装试验；

b、隧道开挖后，对开挖断面进行混凝土初喷，对开挖断面进行混凝土初喷，防止格构式拼装单元的钢筋直接与围岩接触而发生锈蚀。

c、现场检查格构式拼装单元的加工质量，确认合格后，对格构式拼装单元进行拼装，拼装顺序按照从下至上，先环向再纵向的原则；

d、格构式单元靠围岩侧与隧道开挖后的初喷混凝土面密贴，并在拼装过程中借助纵向、环向定位钢筋进行初步定位；

e、锚杆穿过钢筋网的网格，梅花形布置于隧道开挖面，并在打入地层后采用树脂、涨壳、摩擦方式实现与地层的快速粘结；

f、在锚杆与地层紧密粘结后，通过锚杆自由端施加预应力，并使锚杆的垫板与格构式单元紧密连接，实现预制拼装式结构对隧道围岩的主动支护作用。

g、结合隧道开挖断面在左下角和右下角处分别设置有一组锁脚锚杆，固定加强拱肋底部，减小主动支护结构的下沉，从而保证整个结构的稳固。

h、复喷3～5cm厚保护层的混凝土，将钢筋网和加强肢完全覆盖，复喷后混凝土面进行平整处理。使主动施工结构与喷混凝土共同受力。

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(例如，收放机构不限于采用齿轮传动，而是其它传动；调节机构不限于采用丝杆螺母传动，而是其它传动)，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。