一种装配式补偿变形的暗挖隧道支护方法技术

一种装配式补偿变形的暗挖隧道支护方法，属于土木工程施工技术领域，主要用于软弱地层或隧道穿越对沉降变形要求严格的高风险源的地铁暗挖隧道支护工程。在地铁暗挖隧道台阶法开挖支护过程中，采用本方法进行支护，可以实现增大初期支护体系的强度。通过旋转丝杠改变环向支护结构使隧道初期支护向隧道外部方向产生位移的趋势，达到补偿变形的功能。从而减小隧道围岩向洞内收缩变形，减小地表沉降量，最终减小隧道开挖对地表周边环境安全的影响。除此之外，本方法还可以实现加强局部二次衬砌强度的作用。另一方面，通过支护装置的可拆卸功能，可以实现材料的可重复利用，减小施工成本，从而提高施工过程的经济效益。

Assembly type compensating deformation concealed tunnel support method

An assembly to compensate for deformation tunnel supporting method, which belongs to the technical field of civil engineering construction, mainly used for tunnel supporting engineering settlement deformation of the high risk source strict subway tunnel crossing or weak stratum. In the excavation process of underground tunnel excavation, the strength of the initial support system can be increased by using this method to support. By changing the supporting structure of the rotary screw, the displacement of the initial support of the tunnel to the external direction of the tunnel is changed, and the function of compensating deformation is achieved. So as to decrease the shrinkage deformation of tunnel surrounding rock, reduce the surface subsidence, and finally reduce the influence of tunnel excavation on the surrounding environment safety. In addition, this method can also realize the strengthening of the local two lining strength. On the other hand, through the removable function of the support device, the material reuse can be realized, the construction cost is reduced, and the economic benefit of the construction process is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种装配式补偿变形的暗挖隧道支护方法
本专利技术属于土木工程施工
，主要用于软弱地层或隧道穿越对沉降变形要求严格的高风险源的地铁暗挖隧道支护工程。
技术介绍
在城市地铁暗挖隧道开挖过程中，常采用的施工工法主要包括盾构法、浅埋暗挖法、矿山法、新奥法等。由于开挖过程对土体造成了扰动，隧道周围土体向临空面产生蠕动变形，为了保证在开挖过程中隧道内部的稳定同时减小地表变形，必须采用适当的支护方法。除盾构法外，实践中一般经常采用的支护方法是初期支护加二次衬砌的复合式衬砌支护方法。在软弱地层中，隧道在施做完初期支护后，隧道内部往往会产生较大变形。必要时就需要用钢管和工字钢等型钢支撑构件来撑住变形较大部位。以上支护方法存在着自身的不足。(1)支护方式属于被动支撑，支撑效果不理想，对减小地层变形方面效果较差。尤其是在隧道穿越对地表沉降变形要求严格的高风险源的地铁隧道支护过程中，这一缺点就变得更加明显。(2)采用型钢构件等被动支撑无法达到补偿变形作用，在隧道变形较大位置只能防止变形继续发生，而不能达到补偿变形作用。(3)在隧道施工完成之后拆除隧道内支撑结构时会造成材料浪费，回收率较低。
技术实现思路
暗挖隧道台阶法开挖隧道的过程中，先进行小导管超前注浆(1)，再开挖上部台阶土体(2)，施做初期支护(3)，打设锁脚锚杆(4)，开挖下台阶土体(5)，最后施做下部初期支护(3)。台阶留设长度为3～5m。台阶法开挖隧道横剖面图如图1所示，台阶法开挖隧道支护纵向剖面图如图2所示，其中第一榀钢支撑(6)设置在开挖掌子面附近。本专利技术的技术方案与关键技术是：待下部初期支护施做完成后，在距离下台阶1m的位置架设环向钢支撑，其中环向钢支撑为带有防缩进错动卡槽的U型钢，每榀环向钢支撑之间纵向间距为1m；环向钢支撑包括上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)；在隧道开挖并且施做初期支护后安装钢支撑，钢支撑全部架设在隧道初期支护(3)上，依次安装环向钢支撑中的上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)，并在钢支撑背后喷射混凝土使钢支撑与隧道密贴。左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)通过套在竖向丝杠(11)中部的丝杠连接器(14)连接。竖向丝杠(11)和左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)采用顶部带有螺纹的Φ200的钢管，竖向丝杠设计长度为D，左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)设计长度为D/2，其中，D为隧道开挖直径。竖向丝杠(11)、左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)和环向钢支撑之间的连接部分采用补偿变形预制节点构件。补偿变形预制节点构件分为顶部补偿变形预制节点构件、底部补偿变形预制节点构件、左侧补偿变形预制节点构件和右侧补偿变形预制节点构件；顶部补偿变形预制节点构件包括螺纹顶升套管(15)、U型钢固定槽(16)、螺纹水平套管(17)。两榀钢支撑之间用四根相互平行的拉杆(18)与补偿变形预制节点构件连接形成整体。底部补偿变形预制节点构件包括无螺纹固定套管(19)、U型钢固定槽(16)、螺纹水平套管(17)。左侧补偿变形预制节点构件和右侧补偿变形预制节点构件的结构与上部结构相同。上部U型钢支撑(7)通过U型钢固定槽(16)、螺纹顶升套管(15)与竖向丝杠(11)的一端连接，下部U型钢支撑(8)通过U型钢固定槽(16)、无螺纹固定套管(19)与竖向丝杠(11)的另一端连接。左侧U型钢支撑(9)通过U型钢固定槽(16)、螺纹顶升套管(15)与左侧横向丝杠(12)连接。右侧横向丝杠(13)通过螺纹顶升套管(15)、U型钢固定槽(16)与右侧U型钢支撑(10)连接。左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)通过套在竖向丝杠(11)上的丝杠连接器(14)连接。上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)的端部顺次搭接，搭接部分处通过高强度螺栓(20)连接固定。拉杆(18)的中部设有拉杆旋转卡头(22)，拉杆(18)与螺纹水平套管(17)通过螺纹连接形成纵向完整支撑体系。在隧道变形较大部分能够松开U型钢支撑搭接部分的高强度螺栓(20)，然后通过用管钳卡在设置在竖向丝杠和横向丝杠中下部的旋转卡头(21)上进行顺时针方向转动，进而使补偿变形预制节点向外侧移动来向隧道轴线外侧方向顶升环向钢支撑最终起到补偿变形和隧道扩帮的功能。由于在U型钢搭接部分采用防缩进错动卡槽，从而可以增大搭接部分的摩擦力，防止在顶升环向钢支撑时环向钢支撑之间发生收缩式错动导致支护结构向内部收缩变形的情况。最后形成具有补偿变形和隧道扩帮、可装配功能并且可以回收利用的地铁隧道内部支护结构。待隧道开挖完成，施做二次衬砌之前，拆卸回收上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)、竖向丝杠(11)、左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)、丝杠连接器(14)和补偿变形预制节点构件。若遇到地层条件差的施工情况，为了减小拆卸支撑结构而产生的隧道内部变形，暂时不拆除支撑结构。在浇筑二次衬砌之时，将上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)直接浇筑在二次衬砌中，待二次衬砌达到拆模强度后，再拆除竖向丝杠(11)、左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)、丝杠连接器(14)和补偿变形节点构件回收利用，同时加强了二次衬砌的刚度。附图说明图1为台阶法开挖隧道横剖面图。图2为台阶法开挖隧道支护纵向剖面图。图3为支护的正视图。图4支护的俯视图.图5为1-1剖面图。图6为2-2剖面图。图7为3-3剖面图。图8为上部U型钢支撑防缩进错动卡槽示意图。图9为左侧U型钢支撑防缩进错动卡槽示意图。图中：1.小导管超前注浆，2.上部台阶土体，3.初期支护，4.锁脚锚杆，5.下台阶土体，6.第一榀钢支撑，7.上部U型钢支撑，8.下部U型钢支撑，9.左侧U型钢支撑，10.右侧U型钢支撑，11.竖向丝杠，12.左侧横向丝杠，13.右侧横向丝杠，14.丝杠连接器，15.螺纹顶升套管，16.U型钢固定槽，17.螺纹水平套管，18.拉杆，19.无螺纹固定套管，20.高强度螺栓，21.旋转卡头，22.拉杆旋转卡头。具体实施方式本方法是在台阶法开挖工法基础上，采用装配式支护结构，应用于软弱地层或隧道穿越对沉降变形要求严格的高风险源的地铁暗挖隧道的支护方法。采用本方法主要解决了以下技术问题：(1)台阶法开挖地铁隧道的装配式补偿变形支护技术。通过用补偿变形预制节点构件、高强度螺栓连接环向U型钢支撑和中部水平及竖向丝杠使其成为一个整体共同承受荷载。补偿变形预制节点构件中的螺纹顶升套管可以通过和竖向、横向丝杠的共同工作达到顶升环向钢支撑获得扩帮的效果，从而减小隧道周围围岩向隧道内部发生蠕动变形，进而减小地层损失，最终减小地表沉降变形。同时由于在U型钢搭接部分采用防缩进错动卡槽，可以增大搭接部分的摩擦力，防止在顶升环向钢支撑时环向钢支撑之间产生收缩式错动导致支护结构向内部收缩变形的情况。(2)本方法解决了材料的重复利用并实现了装置的快速拆卸，亦增加隧道内部二次衬砌强度。在隧道开挖完毕施做初期支护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装配式补偿变形的暗挖隧道支护方法，暗挖隧道台阶法开挖隧道的过程中，先进行小导管超前注浆(1)，再开挖上部台阶土体(2)，施做初期支护(3)，打设锁脚锚杆(4)，开挖下台阶土体(5)，最后施做下部初期支护(3)；台阶留设长度为3～5m，其中第一榀钢支撑(6)设置在开挖掌子面附近；其特征在于：待下部初期支护施做完成后，在距离下台阶1m的位置架设环向钢支撑，其中环向钢支撑为带有防缩进错动卡槽的U型钢，每榀环向钢支撑之间纵向间距为1m；环向钢支撑包括上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)；在隧道开挖并且施做初期支护后安装环向钢支撑，环向钢支撑全部架设在隧道初期支护(3)上，依次安装环向钢支撑中的上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)，并在钢支撑背后喷射混凝土使钢支撑与隧道密贴；左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)通过套在竖向丝杠(11)中部的丝杠连接器(14)连接；竖向丝杠(11)和左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)采用顶部带有螺纹的Φ200的钢管，竖向丝杠设计长度为D，左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)设计长度为D/2，其中，D为隧道开挖直径；竖向丝杠(11)、左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)和环向钢支撑之间的连接部分采用补偿变形预制节点构件。...

【技术特征摘要】
1.一种装配式补偿变形的暗挖隧道支护方法，暗挖隧道台阶法开挖隧道的过程中，先进行小导管超前注浆(1)，再开挖上部台阶土体(2)，施做初期支护(3)，打设锁脚锚杆(4)，开挖下台阶土体(5)，最后施做下部初期支护(3)；台阶留设长度为3～5m，其中第一榀钢支撑(6)设置在开挖掌子面附近；其特征在于：待下部初期支护施做完成后，在距离下台阶1m的位置架设环向钢支撑，其中环向钢支撑为带有防缩进错动卡槽的U型钢，每榀环向钢支撑之间纵向间距为1m；环向钢支撑包括上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)；在隧道开挖并且施做初期支护后安装环向钢支撑，环向钢支撑全部架设在隧道初期支护(3)上，依次安装环向钢支撑中的上部U型钢支撑(7)、下部U型钢支撑(8)、左侧U型钢支撑(9)和右侧U型钢支撑(10)，并在钢支撑背后喷射混凝土使钢支撑与隧道密贴；左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)通过套在竖向丝杠(11)中部的丝杠连接器(14)连接；竖向丝杠(11)和左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)采用顶部带有螺纹的Φ200的钢管，竖向丝杠设计长度为D，左侧横向丝杠(12)和右侧横向丝杠(13)设计长度为D/2，其中，D为隧道开挖直径；竖向丝杠(11)、左侧横向丝杠(12)、右侧横向丝杠(13)和环向钢支撑之间的连接部分采用补偿变形预制节点构件。2.根据权利要求1所述的一种装配式补偿变形的暗挖隧道支护方法，其特征在于：补偿变形预制节点构件分为顶部补偿变形预制节点构件、底部补偿变形预制节点构件、左侧补偿变形预制节点构件和右侧补偿变形预制节点构件；顶部补偿变形预制节点构件包括螺纹顶升套管(15)、U型钢固定槽(16)、螺纹水平套管(17)；两榀钢支撑之间用四根相互平行的拉杆(18)与补偿变形预制节点构件连接形成整体；底部补偿变形预制节点构件包括无螺纹固定套管(19)、U型钢固定槽(16)、螺纹水平套管(17)；左侧补偿变形预制节点构件和右侧补偿变形预制节点构件的结构与上部结构相同；上部U型钢支撑(7)通过U型钢固定槽(16)、螺纹顶升套管(15)与竖向丝杠(11)的一端连接，下部U型钢支撑(8)通过U型钢固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚爱军，卢健，高秀清，荆海丰，张剑涛，周一君，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11