一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法技术

本发明专利技术涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法。本发明专利技术提供了一种包括多个支护段依次循环连接构成的支护架，每个支护段的两端均设有孔槽，相邻支护段通过第一套管连接，第一套管为尺寸与支护段相匹配的口字型环向套筒，且其前、后壁面的两端对应于孔槽均设有安装孔；第二套管为由类似于第一套管的环向套筒与对称设于环向套筒前、后侧壁中心的两个纵向套筒构成的十字型套管；环向套筒左、右壁面的两端中部设有消能预裂缝；由第一套管与第二套管组合构成的支护结构，设计合理且施工方便，能有效适应围岩大变形，降低隧道局部大变形侵限风险，提高初衬支护结构整体稳定性，节省工程后续处治费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道施工
，尤其涉及一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法，具体涉及一种能提高隧道初期支护整体稳定性且适用于围岩大变形区段的支护架、支护结构及支护结构的施工方法。
技术介绍
隧道工程开挖施工过程中，若围岩地质条件较差，如围岩软弱或破碎，为保证围岩稳定与施工安全，隧道多采用分台阶分部开挖的施工方法，其主要顺序为：开挖上台阶，初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、安装钢拱架或格栅拱架、复喷初支混凝土，开挖中台阶、初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、安装钢拱架或格栅拱架、复喷初支混凝土，开挖下台阶、初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、安装钢拱架或格栅拱架、复喷初支混凝土，开挖并浇筑仰拱，台车模筑二衬。现阶段初衬钢拱架通常采用工字钢，工字钢连接段端部均焊接带孔矩形钢板，并通过螺栓连接矩形钢板而使工字钢形成一个整体。该方法看似简单、可行，但实际施工过程中，在拼接工字钢时，特别是拼接中、下台阶工字钢时，常因中台阶工字钢变形过大而致使其与下台阶工字钢拼接时不能完全对齐，原本四个螺栓固定孔通常只能紧固一到两个，拱架拼接后的整体性较差。此时，严重偏压、突降暴雨或过大施工进尺等因素均可造成围岩压力过大，工字钢连接处因强度不足而发生挠曲变形，钢拱架在连接处向隧道内突出而导致初支侵限，或钢拱架沿隧道纵向发生挠曲变形，隧道初支承载力下降，进而可能发生垮塌，影响施工进程，同时也不利于保证施工人员安全。因此，有必要对现有钢拱架连接方式进行改进，提出新的钢拱架支护结构与施工方法，使钢拱架具有一定的承载变形协调能力，承载力过大时能发生一定的自变形而释放能量；同时又能保证钢拱架支护结构的稳定性，即隧道开挖断面内的平面稳定性与沿隧道开挖方向的空间稳定性；此外，还应保证其施工快速、方便。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现阶段工字钢采用其端部焊接的带孔矩形钢板进行连接而导致钢拱架拼接强度不足、整体稳定性较差的问题，若围岩压力过大易导致初支侵限或钢拱架沿隧道纵向挠曲变形，隧道初支承载力下降而发生垮塌，影响施工进程与施工人员安全。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种支护架，该支护架包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个所述支护段的两端均设有孔槽，相邻两个所述支护段通过第一套管连接，所述第一套管为尺寸与所述支护段相匹配的口字型环向套筒，且所述第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽通过连接件与所述安装孔连接。其中，所述第一套管的左壁面及右壁面的两端均设有消能预裂缝。其中，所述消能预裂缝设于所述第一套管的左壁面及右壁面的两端中部，且均为向所述左壁面及右壁面中心延伸的裂缝。其中，所述连接件包括螺杆、螺母及垫片，所述螺杆的两端依次穿过所述第一套管前壁面上的安装孔、支护段的孔槽及第一套管后壁面上的安装孔，并通过所述垫片与螺母紧固。其中，所述支护段为工字钢或T型钢或U型钢；所述孔槽的形状为椭圆形或圆形或方形；所述安装孔的形状为圆形或方形。本专利技术还提供了一种支护结构，该支护结构包括多个所述支护架，相邻两个所述支护架通过第二套管及纵向布置的所述支护段进行连接，所述第二套管包括环向套筒及对称设于所述环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒，所述两个纵向套筒与所述环向套筒垂直设置，构成十字型套管。其中，所述环向套筒的长度不小于所述纵向套筒的长度；所述环向套筒的截面尺寸与所述环向布置的支护段的截面尺寸相匹配，所述纵向套筒的截面尺寸与所述纵向布置的支护段的截面尺寸相匹配。其中，所述第二套管环向套筒的左侧壁及右侧壁的两端均设有所述消能预裂缝，所述环向套筒的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔；所述两个纵向套筒的上壁面及下壁面对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽均通过连接件与所述安装孔连接。本专利技术还提供了一种支护结构的施工方法，包括如下步骤：S1、上台阶弧形导坑开挖完成后，依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、架立环向第一支护段与复喷初支混凝土的施工，施工中环向第一支护段左、右两侧拱肩处可采用第一套管或第二套管进行支撑，并通过纵向布置的支护段连接相邻两个支护架中第二套管的纵向套筒；S2、左、右侧错位开挖中台阶：首先，开挖左侧或右侧中台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆的施工；其次，在左侧或右侧拱腰处施做第二套管，并通过纵向布置的支护段与相邻两个支护架中第二套管的纵向套筒连接；然后，架立环向第二支护段并使其上端部与环向第一支护段的下端部通过步骤S1中拱肩处的第一套管或第二套管连接，环向第二支护段的下端部与拱腰处第二套管的环向套筒上端部连接；最后，施工复喷初支混凝土；S3、重复步骤S2中的施工方法，完成中台阶剩余一侧环向第二支护段的架立施工；S4、左、右侧错位开挖下台阶：首先，开挖左侧或右侧下台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆的施工；其次，在左侧或右侧拱脚处施做第一套管，架立环向第三支护段并使其上端部与步骤S2中拱腰处第二套管的环向套筒下端部连接，下端部与拱脚处第一套管连接；最后，施工复喷初支混凝土；S5、重复步骤S4中的施工方法，完成下台阶剩余一侧环向第三支护段的架立施工；S6、开挖仰拱：首先，开挖仰拱，架立环向第四支护段，使环向第四支护段的两端分别与步骤S4及步骤S5中拱脚处的第一套管连接，进而使支护架闭合成环，并根据设计资料铺设二衬钢筋网；然后，整体浇筑仰拱混凝土，完成该断面的开挖支护。其中，在步骤S2及步骤S3中，所述中台阶滞后所述上台阶一定距离进行开挖支护；在步骤S4及步骤S5中，所述下台阶滞后所述中台阶一定距离进行开挖支护；在步骤S6中，所述仰拱滞后所述下台阶一定距离进行开挖支护。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种支护架，该支护架包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个支护段的两端均设有孔槽，相邻两个支护段通过第一套管连接，第一套管为尺寸与支护段相匹配的口字型环向套筒，且第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于孔槽均设有安装孔，孔槽通过连接件与安装孔连接；第二套管为由类似于第一套管的环向套筒与对称设于环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒构成的十字型套管，其尺寸与支护段匹配且纵、环向套筒的端部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支护架，其特征在于：包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个所述支护段的两端均设有孔槽，相邻两个所述支护段通过第一套管连接，所述第一套管为尺寸与所述支护段相匹配的口字型环向套筒，且所述第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽通过连接件与所述安装孔连接。

【技术特征摘要】
1.一种支护架，其特征在于：包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个所述支护段的两端均设有孔槽，相邻两个所述支护段通过第一套管连接，所述第一套管为尺寸与所述支护段相匹配的口字型环向套筒，且所述第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽通过连接件与所述安装孔连接。
2.根据权利要求1所述的支护架，其特征在于：所述第一套管的左壁面及右壁面的两端均设有消能预裂缝。
3.根据权利要求2所述的支护架，其特征在于：所述消能预裂缝设于所述第一套管的左壁面及右壁面的两端中部，且均为向所述左壁面及右壁面中心延伸的裂缝。
4.根据权利要求1所述的支护架，其特征在于：所述连接件包括螺杆、螺母及垫片，所述螺杆的两端依次穿过所述第一套管前壁面上的安装孔、支护段的孔槽及第一套管后壁面上的安装孔，并通过所述垫片与螺母紧固。
5.根据权利要求1所述的支护架，其特征在于：所述支护段为工字钢或T型钢或U型钢，所述孔槽的形状为椭圆形或圆形或方形，所述安装孔的形状为圆形或方形。
6.一种支护结构，其特征在于：包括多个如权利要求1至5任一项所述的支护架，相邻两个所述支护架通过第二套管及纵向布置的所述支护段进行连接，所述第二套管包括环向套筒及对称设于所述环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒，所述两个纵向套筒与所述环向套筒垂直设置，构成十字型套管。
7.根据权利要求6所述的支护结构，其特征在于：所述环向套筒的长度不小于所述纵向套筒的长度；所述环向套筒的截面尺寸与所述环向布置的支护段的截面尺寸相匹配，所述纵向套筒的截面尺寸与所述纵向布置的支护段的截面尺寸相匹配。
8.根据权利要求6所述的支护结构，其特征在于：所述环向套筒的左侧壁及右侧壁的两端均设有所述消能预裂缝；所述环向套筒的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔；所述两个纵向套筒的上壁面及下壁面对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽均通过连接件与所述安装孔连接。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张永杰，杨兴山，邓俊强，田军，杨献章，邢校崟，李志强，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43