高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构及方法与流程

1.本技术涉及隧道施工技术的领域，尤其是涉及一种高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构及方法。


背景技术：

2.随着公路建设里层的增加，路网建设密度逐步扩大，高速公路在建设过程中通常会穿过不同地质，比如会面临岩溶地质等施工问题，因岩溶地区的地质条件较为复杂，针对不同的岩溶地质需要采用不同的施工方法，以满足高速公路整体工程的安全性。
3.目前，在隧道施工过程中，需要涉及到勘探、爆破、开挖、支护以及衬砌等工艺步骤，其中，在针对岩溶地区进行施工的过程中，勘探出溶洞的具体位置、大小以及是否有填充物等情况，对后续的开挖处理措施制定、保证施工进度及安全以及降低施工成本具有重要意义。
4.在探测出溶洞的大小以及位置后，因岩溶地质所具有的不稳定性，在初期支护施工中，依据传统的施工做法，存在隧道初期支护措施强度不足的缺陷，难以满足工程施工需求，初期支护结构的整体结构强度还具有较大的改进空间。


技术实现要素：

5.为了提升初期支护结构的结构强度，本技术提供一种高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构及方法。
6.第一方面，本技术提供的高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构采用如下的技术方案：高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构，包括若干道间隔设置的工字钢拱，还包括锁合杆以及若干个锁合节点；所述锁合杆，横向设置，并与若干道所述工字钢拱相邻；所述锁合节点，套接于所述锁合杆上，并与所述锁合杆相固定连接，若干个所述锁合节点分别与若干道所述工字钢拱相固定连接。
7.通过采用上述技术方案，横向设置的锁合杆通过若干个锁合节点，可实现将若干道工字钢拱受力关联，以形成立体框架状的受力结构，初期支护结构的结构强度，在此得到提升。
8.优选的，所述锁合节点包括套接部以及连接部；所述套接部套接于所述锁合杆，且与所述锁合杆相固定连接；所述连接部转动连接于所述套接部靠近工字钢拱的一侧，所述连接部相对于所述套接部可倾斜调整，所述连接部与所述锁合节点相固定连接。
9.通过采用上述技术方案，将套接部套接于锁合杆上，即可实现锁合节点以及锁合杆之间的连接，同时，将连接部转动设置于套接部上，套接部对连接部进行支撑以实现连接部的安装，并且，通过转动连接部，可调节连接部的安装方向，在实际应用中，工字钢拱通常并不完全竖立设置，容易倾斜，此时将连接部在套接部上进行转动调整，可满足连接部的安装方位，解决了在实际工况中，提高连接部的连接稳定问题。
10.优选的，所述连接部包括转轴、安装座、第一夹持臂、第二夹持臂、第一夹持件以及第二夹持件；所述转轴的一端固定连接于所述套接部，所述安装座转动连接于所述转轴；所述第一夹持臂以及所述第二夹持臂分别固定连接于所述安装座的两侧，且所述第一夹持臂与所述第二夹持臂相互平行；所述第一夹持件设置于所述第一夹持臂以及所述第二夹持臂，所述第二夹持件设置于所述第一夹持臂以及所述第二夹持臂，所述第一夹持件以及所述第二夹持件的相对位置可调，所述第一夹持件、所述第二夹持件、所述第一夹持臂以及所述第二夹持臂之间形成供工字钢拱嵌入的夹持间隙。
11.通过采用上述技术方案，在将连接部固定安装于工字钢拱的过程中，首先转动安装座，在转轴的导向作用下，第一夹持臂与第二夹持臂的夹持角度转动调整，进而使得工字钢拱可伸入第一夹持臂以及第二夹持臂之间，随后，通过调整位于第一夹持臂以及第二夹持臂上的第一夹持件以及第二夹持件，即可将工字钢拱抱持固定；工字钢拱在实际设置应用中，并不会完全平行，而会朝向隧道两侧左右错开，在安装加固结构时，通过调整第一夹持件以及第二夹持件的相对位置，即可对具体的安装位置进行伸缩调节，满足实际施工要求。
12.优选的，所述套接部包括套筒，所述套筒内部设有圆孔，所述锁合杆为圆杆，所述套筒经由所述圆孔套接于所述锁合杆上。
13.通过采用上述技术方案，将锁合杆设置为圆形，并在套筒内部设置圆孔，一方面，工字钢拱呈拱形设置，将锁合杆的外形与圆孔的形状相适配设置，锁合杆与套筒可相互贴合，锁合杆安装时的稳定性得到提升；另一方面，套筒可相对于锁合杆转动，通过转动套筒，可使得连接部朝向工字钢拱的方位实现调整，满足连接部的固定方向，锁合节点安装时的稳定性得到提升。
14.优选的，所述工字钢拱上固定连接有若干个承托块，所述承托块分别位于所述连接部的相背两侧，并与所述连接部相抵接。
15.通过采用上述技术方案，承托块对连接部进行定位，进而使得连接部安装时不易在工字钢拱上晃动偏移，连接部安装时的稳定性得到进一步提升。
16.优选的，所述锁合节点以及锁合杆为多组，多组所述锁合节点以及所述锁合杆沿着所述工字钢拱的长度方向呈间隔设置。
17.通过采用上述技术方案，多组锁合节点以及锁合杆可对工字钢拱进行多点加固，进而使得工字钢拱的结构强度得到进一步提升。
18.优选的，任意相邻的两根所述工字钢拱之间设置有加强组件，所述加强组件包括加强杆以及扣件，所述扣件分别设置于所述加强杆的两端，所述扣件与所述锁合杆相固定连接。
19.通过采用上述技术方案，相邻的两根锁合杆通过扣件以及加强杆相互受力关联，在此过程中，若干个锁合杆也相互关联形成受力体系，初期支护的整体结构强度得到进一步提升。
20.优选的，所述扣件包括第一弹臂、第二弹臂、锁合螺钉以及锁合螺母，所述第一弹臂的一端固定连接于所述加强杆，所述第二弹臂的一端固定连接于所述加强杆，所述第一弹臂与所述第二弹臂夹持所述锁合杆，所述锁合螺钉贯穿所述第一弹臂的另一端以及第二弹臂的另一端，所述锁合螺母螺纹连接于所述锁合螺钉。
21.通过采用上述技术方案，第一弹臂以及第二弹臂可将加强杆扣合锁合杆处，同时，在锁合螺钉以及锁合螺母的作用下，第一弹臂与第二弹臂实现相互固定，安装快捷方便。
22.优选的，任意相邻的两根所述工字钢拱之间的加强组件为多组，多组所述加强组件沿着所述工字钢拱的长度方向呈间隔设置。
23.通过采用上述技术方案，多组加强组件对两根相邻的工字钢拱进行多点加固，进而使得相邻两根工字钢拱之间的连接强度得到进一步提升。
24.第二方面，本技术提供的高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固方法采用如下的技术方案：高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护方法，包括以下步骤：s1：超前探测，检测溶洞的位置、大小，根据探测结果确定支护结构搭建参数；s2：套拱建设，随后进行暗洞开挖，开挖后形成拱墙、拱腰或拱顶等拱壁特征；s3：将注浆锚杆打入拱壁内，相邻锚杆之间的间距为110cm至130cm；s4：安装内钢筋网片，并将内钢筋网片贴合拱壁；s5：喷射防护砼层，防护砼层需要将内钢筋网片埋设于层结构内部；s6：搭设初期支护；s6
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1：搭设工字钢拱，将工字钢拱摆放至洞口内，工字钢拱底部用垫块进行支撑，使用锁脚钢花杆固定于拱壁；s6
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2：搭设锁合杆以及锁合节点，首先将锁合杆抬升至合适高度，并将锁合节点套接至锁合杆上，随后将若干个锁合节点与若干根工字钢拱相固定，并将锁合节点可灵活运动的部分焊接固定，实现加固结构的安装。
25.s6
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3：在任意两根锁合杆之间安装加强组件；s7：将外钢筋网片挂设于工字钢拱上，喷射砼层，以使工字钢拱、锁合杆、锁合节点以及加强组件等埋设于砼层内。
26.通过采用上述技术方案，施工过程容易理解，并且装配方便，初期支护的结构强度得到较好提升。
27.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1、横向设置的锁合杆通过若干个锁合节点，可实现将若干道工字钢拱受力关联，以形成立体框架状的受力结构，初期支护结构的结构强度，在此得到提升；2、安装节点的装夹位置可随工字钢拱的设置位置以及偏差对应调整，以满足在存在施工误差的条件下将不同的工字钢拱进行加固的效果，适用性强；3、施工过程容易理解，并且装配方便，初期支护的结构强度得到较好提升。
附图说明
28.图1是本技术初级支护加固结构的结构示意图。
29.图2是本技术工字钢拱、锁合杆以及锁合节点的结构示意图。
30.图3是本技术加强组件与锁合杆的结构示意图。
31.图4是图3中a部分的放大图。
32.附图标记说明：1、工字钢拱；2、锁合杆；3、锁合节点；31、套接部；32、连接部；321、转轴；322、安装座；323、第一夹持臂；324、第二夹持臂；325、第一夹持件；326、第二夹持件；
4、承托块；5、加强组件；51、加强杆；52、扣件；521、第一弹臂；522、第二弹臂；523、锁合螺钉；524、锁合螺母。
具体实施方式
33.以下结合附图1
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3对本技术作进一步详细说明。
34.本技术实施例公开一种高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构。
35.参照图1，该加固结构包括若干道间隔设置的工字钢拱1，工字钢拱1可摆放于隧道内，工字钢拱1可用于对隧道的拱壁进行支撑，以保证隧道的结构稳定性，工字钢拱1的具体设置数量可依据隧道的长度以及实际需要的数量作对应设置，在此不作限制，在本实施例中，工字钢拱1的设置数量选用五道以作示例。
36.在针对实际应用中不同的地形地貌，对初期支护的承载能力要求不同，为提升初期支护的结构强度，该加固结构还包括若干根横向设置的锁合杆2以及若干个锁合节点3，锁合杆2的长度方向与隧道的长度方向相一致，其中，锁合杆2与若干道工字钢拱1相邻，锁合节点3设于锁合杆2上，锁合节点3的设置数量与工字钢拱1的设置数量相一致，并且锁合节点3用于与工字钢拱1相固定。
37.在此，将若干个锁合节点3设置于锁合杆2上，并将同一锁合杆2上的若干个锁合节点3分别对应与若干根工字钢拱1固定连接，进而使得若干根工字钢拱1在横向得到受力关联，形成受力整体。
38.参照图2，具体的，为实现将若干根工字钢拱1进行受力关联，锁合节点3包括套接部31以及连接部32。锁合杆2设置在套接部31上，其中，在本实施例中，锁合杆2呈圆杆状设置，并且套接部31包括套筒，套筒的外观呈圆柱套筒状设置，套筒上设有贯穿两端圆孔，套筒经由圆孔沿水平方向套接于锁合杆2上，进而使套接部31实现套接于锁合杆2。
39.同时，圆孔的开口尺寸与锁合杆2的杆径相一致，将套筒套接于锁合杆2上，圆孔内壁与锁合杆2表面相抵接，套筒与锁合杆2不易相互晃动，另外，套筒与锁合杆2相固定连接，通常，套筒与锁合杆2相互焊接固定，套筒与锁合杆2的连接稳定性较好。
40.另外，连接部32设置于套接部31上，连接部32用于与工字钢拱1相固定连接，以实现锁合杆2与工字钢拱1之间的相互连接。其中，工字钢拱1在实际安装时，部分工字钢拱1会存在相应的施工误差，导致工字钢拱1实际安装位置会朝向隧道的两侧左右偏移，对于部分偏差较大的工字钢拱1而言，此时连接部32的装夹位置需要相应调整，以满足连接部32的安装距离，因此在将连接部32安装于锁合部前可预先转动套筒，进而使得连接部32可上下转动，以使连接部32正对工字钢拱1，随后将套筒与锁合杆2相焊接固定，在此可缩短连接部32与工字钢拱1之间的间距，满足连接部32与工字钢拱1的安装距离。
41.继续参照图2，为锁合杆2与工字钢拱1之间的相互固定，具体的，连接部32转动连接于套接部31靠近工字钢拱1的一侧，其中，连接部32包括转轴321、安装座322、第一夹持臂323、第二夹持臂324、第一夹持件325以及第二夹持件326。
42.转轴321的一端一体连接有大于轴径的限位块，转轴321具有限位块的一端朝向工字钢拱1，同时，转轴321远离限位块的一端固定连接于套接部31，并且转轴321与安装座322相垂，通常，转轴321与套接部31可通过焊接固定的方式实现相连，转轴321用于供安装座322转动安装。
43.在本实施例中，安装座322呈长杆状设置，安装座322上贯穿设置有通孔，转轴321经由通孔贯穿安装座322，并且通孔的内壁与转轴321的表面相滑移抵接，使安装座322转动连接于转轴321，安装座322用于供第一夹持臂323以及第二夹持臂324进行安装。
44.其中，在本实施例中，第一夹持臂323以及第二夹持臂324均呈圆杆状设置，第一夹持臂323的一端以及第二夹持臂324的一端分别固定连接于安装座322的两侧，通常，第一夹持臂323以及第二夹持臂324可通过焊接的方式固定安装于安装座322，第一夹持臂323与第二夹持臂324相互平行，第一夹持臂323以及第二夹持臂324的另一端可朝向工字钢拱1相背的两侧延伸，并分别与工字钢拱1相抵接。
45.在此，将安装座322相对于套接部31转动，进而使得第一夹持臂323以及第二夹持臂324倾斜转动，实现角度调整，其中，工字钢拱1在实际安装时，通常并不完全竖立设置，存在工字钢拱1稍微倾斜的现象，此时连接部32通过倾斜调整，以适配工字钢拱1的倾斜角度。
46.进一步地，第一夹持件325以及第二夹持件326在本实施例中呈板条状设置，第一夹持件325的两端以及第二夹持件326的两端分别贯穿设置有过孔，第一夹持臂323以及第二夹持臂324可经由过孔分别穿过第一夹持件325，同时还可以穿过第二夹持件326，使第一夹持件325设置于第一夹持臂323以及第二夹持臂324，并使第二夹持件326设置于第一夹持臂323以及第二夹持臂324；此时，第一夹持件325、第二夹持件326、第一夹持臂323以及第二夹持臂324之间形成供工字钢拱1嵌入的夹持间隙，将工字钢拱1嵌入至夹持间隙内，第一夹持件325以及第二夹持件326分别位于工字钢拱1的相背两侧。
47.同时，第一夹持臂323以及第二夹持臂324分别设有外螺纹，其中，第一夹持臂323上螺纹连接有两个螺母，两个螺母分别位于第一夹持臂323背对第二夹持臂324的一侧、以及位于第二夹持臂324背对第一夹持臂323的一侧，旋紧两个螺母，可使第一夹持件325以及第二夹持件326将工字钢拱1夹持固定，相应的，第二夹持臂324上也可以以相同方式设置两个用于装夹第一夹持件325以及第二夹持件326的螺母，在此不再赘述螺母的安装方法。
48.通过将第一夹持件325以及第二夹持件326对工字钢进行夹持固定，可使锁合杆2固定于工字钢拱1上，同时，依据工字钢拱1的实际安装误差，第一夹持件325以及第二夹持件326在对工字钢拱1锁合时，可在第一夹持臂323以及第二夹持臂324上往复滑动，第一夹持件325以及第二夹持件326的相对位置实现伸缩可调，满足实际装夹位置，使用灵活。
49.进一步地，工字钢拱1上固定连接有若干个承托块4，在本实施例中，与一组锁合组件连接部32所配套使用的承托块4为四个，其中，承托块4呈长条块状设置，四个承托块4均分为两组，每一组承托块4分别位于工字钢拱1靠近第一夹持臂323以及靠近第二夹持臂324的一侧，位于工字钢拱1同一侧的两个承托块4分别位于连接部32的相背两侧，通常，承托块4通过焊接固定的方式固定安装于承托块4上，位于工字钢拱1同一侧的两个承托块4分别与第一夹持臂323或第二夹持臂324相抵接，进而对第一夹持臂323以及第一夹持臂323进行定位，连接部32安装时的稳定性得到提升。
50.回看图1，在此，将一根锁合杆2以及设置于其上的若干个锁合节点3定义为一组，相互连接的锁合杆2以及锁合节点3可以多组，多组锁合节点3以及锁合杆2沿着工字钢拱1的长度方向呈间隔设置，以实现对工字钢拱1进行多方位加固，结构稳定性得以提升；相互连接的锁合杆2以及锁合节点3的具体设置组数可依据实际需要作对应设置，在此不作限制，在本实施例中，选用为五组以作示例，在其余实施例中还可以为三组、四组或六组等。
51.此外，该加固结构还包括若干组加强组件5，加强组件5位于任意相邻的两根工字钢拱1之间，加强组件5分别与相邻的两根锁合杆2相连接，进而使两根锁合杆2相互受力关联，加固结构的整体稳定性得到进一步提升。并且在相邻的两根锁合杆2之间还可以设置多组加强组件5，多组加强组件5沿着隧道的长度方向间隔设置，同时若干组加强组件5沿着工字钢拱1的长度方向呈间隔设置，以实现对加固结构进一步进行多方位加固，加强组件5的具体设置数量可以以实际施工成本和支护强度需求作对应调整，在此不对加强组件5的具体设置数量作限制。
52.参照图3和图4，具体的，为实现对两根相邻的锁合杆2进行加固，加强组件5包括加强杆51以及扣件52，在本实施例中加强杆51呈弧形杆，加强杆51的弧度与工字钢拱1的弧度相适配，并且加强杆51与工字钢拱1相平行，加强杆51中部的弯折方向与工字钢拱1相一致，以使加强杆51不易外凸，避免影响喷砼厚度。
53.另外，扣件52分别设置于加强杆51的两端，扣件52与锁合杆2相固定连接，此时加强杆51对两根相邻的锁合杆2进行支撑，进而形成框架状的受力体系；其中，扣件52包括第一弹臂521、第二弹臂522、锁合螺钉523以及锁合螺母524，第一弹臂521以及第二弹臂522均呈圆弧臂状设置，并使用金属制成，具有一定弹性，第一弹臂521的一端固定连接于加强杆51，第二弹臂522的一端固定连接于加强杆51；在自然状态下，第一弹臂521的另一端与第二弹臂522的另一端相互抵接并在中部形成夹持口，通过掰开第一弹臂521以及第二弹臂522，可将锁合杆2嵌入夹持口内，实现扣合定位，第一弹臂521与第二弹臂522在此夹持锁合杆2。
54.第一弹臂521的另一端以及第二弹臂522的另一端分别设置有通孔，第一弹臂521的另一端与第二弹臂522的另一端相抵接，第一弹臂521的通孔与第二弹臂522的通孔相连通，在将锁合杆2进行扣合后，将锁合螺钉523经由通孔贯穿第一弹臂521的另一端以及第二弹臂522的另一端，随后将锁合螺母524螺纹连接于锁合螺钉523，实现加强组件5与锁合杆2之间的相互固定安装。
55.本技术实施例高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护加固结构的实施原理为：锁合杆2通过锁合节点3将若干根工字钢拱1进行受力关联，初期支护的结构强度得到提升，同时，锁合节点3的倾角可调、连接部32的角度可倾斜调整，并且第一夹持件325以及第二夹持件326的夹持深度可调，满足实际施工误差，安装灵活。
56.本身实施例还公开一种高速公路隧道穿越岩溶不良地质初期支护方法，包括以下步骤：s1：超前探测，可采用地质雷达、地震波法以及顺变电磁仪等手段，检测溶洞的位置、大小，根据探测结果，首先通过计算确定初期支护所需的承载力大小，随后确定支护结构搭建参数，比如初期支护的长度尺寸以及材料选用，规划好施工。
57.s2：套拱建设，搭设模板，通过混凝土浇筑的方式进行成型，随后使用挖掘机进行暗洞开挖，开挖后形成拱墙、拱腰或拱顶等拱壁特征。
58.s3：将注浆锚杆打入拱壁内，使用注浆设备将混凝土将打入注浆锚杆内，相邻锚杆之间的间距为110cm至130cm，具体间距在本实施例中为110cm，也可以为120cm或130cm等，同时，注浆锚杆的具体设置数量依据隧道拱壁的长度大小适配调整，注浆锚杆的一端伸出拱壁外。
59.s4：安装内钢筋网片，通常，可将内钢筋网片使用钢丝绳缠绕固定于锚杆上，并将
内钢筋网片贴合拱壁。
60.s5：喷射防护砼层，在喷射时，使用喷射机以及喷枪等设备，直至防护砼层将内钢筋网片埋设于层结构内部，等待砼凝固。
61.s6：搭设初期支护，包括以下子步骤：s6
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1：搭设工字钢拱1，采用吊机吊装，工字钢拱1可拆分为多段工字钢拱1可依次安装，不同的工字钢拱1的端部通过螺栓进行固定连接，减少安装难度；吊机将工字钢拱1摆放至洞口内，工字钢拱1底部用垫块进行支撑，并且工字钢拱1的底部使用锁脚钢花杆固定于拱壁，锁脚钢花杆在安装时首先插入拱璧内并紧挨锁紧钢花杆，将锁紧钢花杆与工字钢拱1相焊接固定，以满足安装强度需求。
62.s6
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2：搭设锁合杆2以及锁合节点3，首先将锁合杆2抬升至合适高度，在抬升时，可使用吊机；锁合节点3的设置数量依据工字钢拱1的具体设置数量，比如在本技术中，工字钢拱1的数量设置五个，因此锁合节点3的设置数量相应也是五个；将锁合节点3的套接部31套接至锁合杆2上，依次转动若干个套接部31，使得连接部32正对工字钢拱1，随后将套接部31焊接于锁合杆2上。
63.随后将若干个锁合节点3与若干根工字钢拱1相固定，在此过程中，将第一夹持件325放置于第一夹持臂323以及第二夹持臂324上，转动连接部32使第一夹持臂323以及第二夹持臂324对准工字钢拱1的两侧，推动锁合杆2以及锁合节点3向工字钢拱1移动，使得第一夹持臂323以及第二夹持臂324插向工字钢拱1的两侧，随后将第二夹持件326放置于第一夹持臂323以及第二夹持臂324上，旋动螺母，第一夹持件325以及第二夹持件326将工字钢拱1夹持固定。
64.最后将锁合节点3可灵活运动的部分焊接固定，比如将连接部32与套接部31之间通过焊接固定的方式实现固定，实现加固结构的安装。
65.进一步地，还可以在对锁合节点3与工字钢拱1相互固定之前将承托块4焊接于工字钢拱1上，以实现对锁合节点3进行承托定位。
66.s6
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3：在任意两根锁合杆2之间安装加强组件5，在对加强组件5安装的过程中，首先将扣件52中的第一弹臂521以及第二弹臂522掰开，并将锁合杆2嵌入第一弹臂521与第二弹臂522之间，随后将锁合螺钉523以及锁合螺母524安装于第一弹臂521以及第二弹臂522上，实现加强组件5的安装，在安装时，需要注意将加强杆51朝向隧道拱壁一侧内凹。
67.s7：将外钢筋网片挂设于工字钢拱1上，采用喷砼设备喷射砼层，以使工字钢拱1、锁合杆2、锁合节点3以及加强组件5等埋设于砼层内，最终完成施工。
68.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。