一种有助于控制沉降的隧道施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种有助于控制沉降的隧道施工方法。


背景技术：

2.隧道三台阶七步开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。
3.三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：a、上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；b、中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：c、中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。
4.每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。
5.目前，公开号为cn113417646，公开日为2021年9月21日的中国专利公开了一种适应于昔格达地层的大断面隧道支护结构及施工方法，包括大断面隧道支护结构包括双层钢拱架和锚固支架，昔格达地层采用三台阶七步开挖法进行隧道开挖施工，以形成有上台阶、中台阶和下台阶的开挖断面，在开挖隧道的顶部架设双层钢拱架，上台阶、中台阶及下台阶的水平断面上均设置有锚固支架，每层台阶的锚固支架均与双层钢拱架进行焊接，以使得整个支护系统形成一个纵向连接体系对隧道进行支护。
6.而施工方法包括如下步骤：1.管棚超前加固，采用大管棚和超前小导管进行管棚超前加固，以形成初期支护；2.采用三台阶七步开挖法进行隧道开挖施工，逐步释放围岩应力；3.安装大断面隧道支护结构，先在隧道环向开挖上部弧形导坑，预留核心土并在开挖后立即喷射混凝土，混凝土喷射后及时安装大断面隧道支护结构；4.大断面隧道支护结构包括双层钢拱架和锚固支架；5.在上部弧形导坑开挖完成后，依次进行中台阶左侧及右侧开挖，下台阶左侧及右侧开挖，其中上台阶、中台阶及下台阶预留核心土开挖，每层台阶开挖后应及时依次进行喷射混凝土和台阶支护施工，在每层台阶上安装锚固支架，且每层台阶的锚固支架均与双层钢拱架进行焊接，以使得整个支护系统形成一个纵向连接体系对隧道进行支护。
7.其中该种适应于昔格达地层的大断面隧道支护结构的锚固支架包括锁脚锚杆和大锁脚锚杆，每层台阶支护施工时，在上台阶拱脚两侧各设置2根φ42mm锁脚锚杆和2根φ76mm大锁脚锚杆，在中台阶及下台阶拱脚两侧同样各设置2根φ42mm锁脚锚杆和2根φ76mm大锁脚锚杆。
8.而拱脚位置的两根锁脚锚杆之间的连接往往并不够稳定，故而可能会影响拱架的整体受力，最终就会影响下一台阶开挖时的沉降。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种有助于控制沉降的隧道施工方法，能够有利于增加两根
锁脚锚管之间的结构强度，从而增强拱架的整体受力。
10.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种有助于控制沉降的隧道施工方法，包括如下步骤：s1上台阶施工：步骤包括上台阶开挖、初喷、立架、临时仰拱、锁脚、锁脚注浆、超前小导管、复喷、混凝土养护；s2中台阶施工：步骤包括拆除临时仰拱、中台阶开挖、初喷、立架、临时仰拱、锁脚、锁脚注浆、超前小导管、复喷、混凝土养护；s3下台阶施工：步骤包括拆除临时仰拱、中台阶开挖、初喷、立架、临时仰拱、锁脚、锁脚注浆、超前小导管、复喷、混凝土养护；所述立架为拱架，所述锁脚为φ89mm大钢管的锁脚锚管，锁脚锚管在每榀拱架设置6处，每处设两根锁脚锚管，锁脚锚管长度为6m，锁脚锚管角度按45
°
控制，每处的两根锁脚锚管之间连接工字钢。
11.本发明的进一步设置为：每处的两根锁脚锚管之间的上端套设有环形连接筋，所述工字钢的上侧与环形连接筋焊接，所述环形连接筋的内壁与锁脚锚管焊接。
12.本发明的进一步设置为：每处的两根锁脚锚管之间还设置有两根钢筋，所述工字钢上开设有供钢筋穿过的通孔，所述钢筋的两端分别与两侧的锁脚锚管外壁焊接。
13.本发明的进一步设置为：每处的两根锁脚锚管之间还设置有用于对工字钢进行定位的定位组件，所述定位组件包括两个分别设置在两根锁脚锚管外侧且用于卡合在锁脚锚管上的卡扣、设置在卡扣上下两侧且分别位于工字钢下侧的上下表面位置处的卡接臂、设置在卡扣内壁上且用于抵紧在锁脚锚管外壁上的橡胶垫、设置在两个卡扣之间且用于驱动两个卡扣朝向相互远离或者靠近一侧移动的驱动件。
14.本发明的进一步设置为：所述驱动件包括设置在卡扣侧壁上的固定臂、开设在固定臂远离卡扣一侧的开口槽、位于两个固定臂之间的螺纹轴、嵌入在一侧固定臂的开口槽内且截面呈矩形的卡块、开设在卡块一端上且供螺纹轴螺纹连接的螺纹孔、设置在卡块远离螺纹孔的一端处且外径大于开口槽宽度的第一卡盘、设置在螺纹轴远离卡块一端处且外径大于开口槽宽度的第二卡盘、设置在螺纹轴远离卡块一端处的手柄。
15.本发明的进一步设置为：所述卡扣上设置有朝向靠近锁脚锚管一侧倾斜向上延伸后端部抵触在锁脚锚管外壁上的第一弹性板，所述第一弹性板侧边上设置有抵触在钢筋上的锁紧柱。
16.本发明的进一步设置为：所述第一弹性板远离卡扣的一端一体设置有朝向远离锁脚锚管一侧倾斜向上延伸的第二弹性板，所述第一弹性板和第二弹性板组合后呈v字形，所述第二弹性板远离第一弹性板的一端处一体设置有供环形连接筋嵌入的弧形弹性卡杆，当橡胶垫被压扁且第二弹性板上移后，嵌入在弧形弹性卡杆内的环形连接筋抵紧在工字钢上侧。
17.本发明的进一步设置为：所述弧形弹性卡杆远离第二弹性板的一端处设置有朝向远离锁脚锚管一侧倾斜向上延伸的导向部。
18.本发明的进一步设置为：两个所述卡扣之间还设置有两端分别与卡接臂固定的连接弹簧。
19.综上所述，本发明具有以下有益效果：1.当锁脚锚管嵌入围岩内且供拱架焊接支撑时，将锁脚锚管在每榀拱架设置6处，其中每处设两根锁脚锚管，且锁脚锚管长度为6m，而锁脚锚管角度按45
°
控制，同时每处的两根锁脚锚管之间连接工字钢，两根锁脚锚管通过中间的工字钢进行加固后即可有利于增
加两根锁脚锚管之间的结构强度，从而增强拱架的整体受力，降低下一台阶开挖时的沉降，最终即可有助于控制沉降；2.将工字钢嵌入在两根锁脚锚管之间后，再将环形连接筋套设在两根锁脚锚管之间的上端，随后即可将环形连接筋与工字钢上侧焊接在一起，同时环形连接筋的内壁与锁脚锚管焊接，从而有利于工字钢在两根锁脚锚管之间的连接固定；3.同时将两根钢筋穿过工字钢上的通孔后两端分别与两侧锁脚锚管外壁焊接，此时通过钢筋和环形连接筋即可完成工字钢与两根锁脚锚管之间的稳定连接；4.其中在焊接工字钢、环形连接筋和钢筋时需要对工字钢、环形连接筋和钢筋的位置进行定位，从而方便操作人员进行快速、准确的焊接；此时利用两个卡扣分别卡合在两根锁脚锚管上，随后卡扣上下两侧的卡接臂分别嵌入在工字钢下侧的上下表面位置处，且橡胶垫抵紧在锁脚锚管的外壁上；同时利用驱动件带动两个卡扣朝向相互靠近一侧移动后，卡扣即可锁紧在锁脚锚管上，从而通过两个卡扣对工字钢在锁脚锚管上的位置进行定位；5.其中将卡块嵌入在一侧固定臂上的开口槽内，而螺纹轴一端螺纹连接在卡块上的螺纹孔内，同时螺纹轴嵌入在另一侧固定臂上的开口槽内，随后通过转动手柄带动螺纹轴在螺纹孔内转动，从而将第一卡盘和第二卡盘之间的距离缩短，随后第一卡盘和第二卡盘即可抵紧在固定臂上，最终即可带动两侧卡块朝向相互靠近的一侧移动；而如果反向转动螺纹轴时，第一卡盘和第二卡盘之间的距离变长，随后第一卡盘和第二卡盘即可与固定臂松开，随后两侧卡块即可与锁脚锚管脱离；6.其中当两个卡扣朝向相互靠近的一侧移动且抵紧在锁脚锚管上时，橡胶垫即可被压扁，同时卡扣上的第一弹性板即可朝向靠近锁脚锚管一侧移动，而由于第一弹性板朝向靠近锁脚锚管一侧倾斜向上延伸后端部抵触在锁脚锚管的外壁上，故而当第一弹性板朝向靠近锁脚锚管一侧移动后，第一弹性板发生弹性形变，同时第一弹性板上的锁紧柱即可上升一小段距离，此时原本抵触在钢筋上的锁紧柱即可抵紧在钢筋上，从而对穿过通孔的钢筋进行定位，有利于钢筋与锁脚锚管外壁之间进行快速、准确的焊接；7.同时在第一弹性板带动锁紧柱上升后也会带动第二弹性板上升，此时第二弹性板上的弧形弹性卡杆即可移动至工字钢上侧的位置处，随后即可将环形连接筋嵌入在弧形弹性卡杆内，且弧形弹性卡杆发生弹性形变后即可对环形连接筋进行卡接定位，使得环形连接筋保持在抵紧在工字钢上侧的位置处，随后即可有利于环形连接筋、工字钢和锁脚锚管之间进行快速、准确的焊接；8.当环形连接筋需要嵌入在弧形弹性卡杆内时，利用弧形弹性卡杆端部上的导向部，导向部即可对环形连接筋起到导向作用，方便环形连接筋流畅的嵌入在弧形弹性卡杆内；9.利用两个卡扣之间还设置的两端分别与卡接臂固定的连接弹簧，连接弹簧即可将两个卡扣进行连接，从而避免两个卡扣发生丢失的情况；同时利用连接弹簧的弹性恢复力带动卡扣锁紧在锁脚锚管上，从而对卡扣在锁脚锚管上的锁紧进行预锁紧，方便后续通过驱动件内的螺纹轴带动卡扣锁紧在锁脚锚管上。
附图说明
20.图1是本发明中拱架上单处的两根锁脚锚管与工字钢、环形连接筋和钢筋之间的连接关系剖视图；图2是本发明中拱架上单处的两根锁脚锚管与工字钢、环形连接筋和钢筋之间的连接关系示意图；图3是本发明中锁脚锚管、工字钢、环形连接筋、钢筋、定位组件、第一弹性板、第二弹性板和弧形弹性卡杆之间的连接关系示意图；图4是本发明中定位组件、第一弹性板、第二弹性板和弧形弹性卡杆之间的连接关系示意图；图5是本发明中锁脚锚管、工字钢、环形连接筋、钢筋、第一弹性板、第二弹性板和弧形弹性卡杆之间的连接关系示意图，此时橡胶垫被压扁且第一弹性板利用实线表示，其中初始位置状态的第一弹性板、第二弹性板和弧形弹性卡杆利用虚线表示。
21.附图标记：1、锁脚锚管；2、工字钢；21、通孔；3、环形连接筋；4、钢筋；5、定位组件；51、卡扣；52、卡接臂；53、橡胶垫；54、驱动件；541、固定臂；542、开口槽；543、螺纹轴；544、卡块；545、螺纹孔；546、第一卡盘；547、第二卡盘；548、手柄；6、第一弹性板；61、锁紧柱；62、第二弹性板；63、弧形弹性卡杆；64、导向部；7、连接弹簧。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
23.一种有助于控制沉降的隧道施工方法，参照图1，该种有助于控制沉降的隧道施工方法包括如下步骤：s1上台阶施工：步骤包括上台阶开挖、初喷、立架、临时仰拱、锁脚、锁脚注浆、超前小导管、复喷、混凝土养护；s2中台阶施工：步骤包括拆除临时仰拱、中台阶开挖、初喷、立架、临时仰拱、锁脚、锁脚注浆、超前小导管、复喷、混凝土养护；s3下台阶施工：步骤包括拆除临时仰拱、中台阶开挖、初喷、立架、临时仰拱、锁脚、锁脚注浆、超前小导管、复喷、混凝土养护；参照图1、图2，立架为拱架，而锁脚为φ89mm大钢管的锁脚锚管1，锁脚锚管1在每榀拱架设置6处，且每处设两根锁脚锚管1，其中锁脚锚管1长度为6m，而锁脚锚管1角度按45
°
控制；同时每处的两根锁脚锚管1之间连接工字钢2，而每处的两根锁脚锚管1之间的上端套设有环形连接筋3，且工字钢2的上侧与环形连接筋3焊接，其中环形连接筋3的内壁与锁脚锚管1焊接；其中每处的两根锁脚锚管1之间还设置有两根钢筋4，而工字钢2上开设有供钢筋4穿过的通孔21，同时钢筋4的两端分别与两侧的锁脚锚管1外壁焊接。
24.参照图3、图4，每处的两根锁脚锚管1之间还设置有定位组件5，定位组件5即可用于对工字钢2进行定位，该种定位组件5包括卡扣51、卡接臂52、橡胶垫53和驱动件54，其中卡扣51设置有两个且截面呈用于卡合在锁脚锚管1上的半圆形，两个卡扣51即可分别卡合在两根锁脚锚管1的外侧，而卡接臂52则是一体设置在卡扣51上下两侧且分别位于工字钢2下侧的上下表面位置处，同时橡胶垫53则是粘结在卡扣51内壁上且用于抵紧在锁脚锚管1外壁上，而两个卡扣51之间还设置有两端分别与卡接臂52焊接固定的连接弹簧7。
25.参照图3、图4，驱动件54则是设置在两个卡扣51之间且用于驱动两个卡扣51朝向相互远离或者靠近一侧移动，该种驱动件54包括固定臂541、开口槽542、螺纹轴543、卡块544、螺纹孔545、第一卡盘546、第二卡盘547和手柄548，其中固定臂541焊接在两个卡扣51的侧壁上，而开口槽542则是开设在固定臂541远离卡扣51的一侧，同时螺纹轴543设置在两个固定臂541之间的位置处，而卡块544则是嵌入在一侧固定臂541的开口槽542内且截面呈矩形，卡块544截面的宽度与开口槽542的宽度相等；其中螺纹孔545开设在卡块544一端上且供螺纹轴543螺纹连接，而第一卡盘546一体设置在卡块544远离螺纹孔545的一端处且外径大于开口槽542的宽度，同时第二卡盘547焊接在螺纹轴543远离卡块544的一端处且外径大于开口槽542的宽度，而手柄548则是焊接在螺纹轴543远离卡块544的一端处。
26.参照图3、图4，卡扣51上设置有第一弹性板6，其中第一弹性板6的下端焊接在卡扣51上且上端朝向靠近锁脚锚管1一侧倾斜向上延伸，且第一弹性板6的上端抵触在锁脚锚管1的外壁上，同时第一弹性板6由弹簧钢制成，而第一弹性板6侧边上焊接有抵触在钢筋4下侧外壁处的锁紧柱61。
27.参照图3、图4、图5，第一弹性板6远离卡扣51的一端一体设置有第二弹性板62，而第二弹性板62远离第一弹性板6的一端朝向远离锁脚锚管1一侧倾斜向上延伸，且第一弹性板6和第二弹性板62组合后呈v字形，其中第二弹性板62远离第一弹性板6的一端处一体设置有弧形弹性卡杆63，弧形弹性卡杆63即可供环形连接筋3嵌入并卡接；当橡胶垫53被压扁且第二弹性板62上移后，弧形弹性卡杆63即可移动至工字钢2上侧的位置处，此时嵌入在弧形弹性卡杆63内的环形连接筋3即可抵紧在工字钢2上侧；同时弧形弹性卡杆63远离第二弹性板62的一端处还一体设置有导向部64，而导向部64朝向远离锁脚锚管1一侧倾斜向上延伸。
28.原理：在焊接工字钢2、环形连接筋3和钢筋4时需要对工字钢2、环形连接筋3和钢筋4的位置进行定位，从而方便操作人员进行快速、准确的焊接。
29.首先利用两个卡扣51分别卡合在两根锁脚锚管1上，随后卡扣51上下两侧的卡接臂52分别嵌入在工字钢2下侧的上下表面位置处，且橡胶垫53抵紧在锁脚锚管1的外壁上；同时将卡块544嵌入在一侧固定臂541上的开口槽542内，而螺纹轴543一端螺纹连接在卡块544上的螺纹孔545内，螺纹轴543嵌入在另一侧固定臂541上的开口槽542内，随后通过转动手柄548带动螺纹轴543在螺纹孔545内转动，从而将第一卡盘546和第二卡盘547之间的距离缩短，随后第一卡盘546和第二卡盘547即可抵紧在固定臂541上，最终即可带动两侧卡块544朝向相互靠近的一侧移动，卡扣51即可锁紧在锁脚锚管1上，从而通过两个卡扣51对工字钢2在锁脚锚管1上的位置进行定位。
30.其中当两个卡扣51朝向相互靠近的一侧移动且抵紧在锁脚锚管1上时，橡胶垫53即可被压扁，同时卡扣51上的第一弹性板6即可朝向靠近锁脚锚管1一侧移动，而由于第一弹性板6朝向靠近锁脚锚管1一侧倾斜向上延伸后端部抵触在锁脚锚管1的外壁上，故而当第一弹性板6朝向靠近锁脚锚管1一侧移动后，第一弹性板6发生弹性形变，同时第一弹性板6上的锁紧柱61即可上升一小段距离，此时原本抵触在钢筋4上的锁紧柱61即可抵紧在钢筋4上，从而对穿过通孔21的钢筋4进行定位，有利于钢筋4与锁脚锚管1外壁之间进行快速、准确的焊接。
31.同时在第一弹性板6带动锁紧柱61上升后也会带动第二弹性板62上升，此时第二
弹性板62上的弧形弹性卡杆63即可移动至工字钢2上侧的位置处，随后即可将环形连接筋3嵌入在弧形弹性卡杆63内，且弧形弹性卡杆63发生弹性形变后即可对环形连接筋3进行卡接定位，使得环形连接筋3保持在抵紧在工字钢2上侧的位置处，随后即可有利于环形连接筋3、工字钢2和锁脚锚管1之间进行快速、准确的焊接。
32.此时卡扣51、第一弹性板6、第二弹性板62、弧形弹性卡杆63均不会干涉锁脚锚管1、工字钢2、环形连接筋3和钢筋4之间的焊接位置，故而有利于焊接的快速进行。
33.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。