一种隧道早强支护系统及其安装方法技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道早强支护系统及安装方法，包括带肋钢壳和内衬混凝土，带肋钢壳沿环向分为拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片，各部分管片由钢壳和肋板两部分预制而成，肋板上预制有钢筋连接孔和肋板环向连接孔，各管片采用钢壳连接式或肋板连接式，通过螺栓螺母固定连接。连接紧密无缝隙，保证结构内部无渗漏水，为山岭隧道软岩提供了支护结构，丰富隧道支护体系，保障隧道施工及运营安全。

A Tunnel Early Strength Supporting System and Its Installation Method

【技术实现步骤摘要】
一种隧道早强支护系统及其安装方法
本专利技术属于隧道支护结构
，尤其涉及一种隧道早强支护系统及其安装方法。
技术介绍
目前隧道工程中的支护体系主要采用“初期支护+二次衬砌”的形式。其中初期支护一般有喷射混凝土、喷射混凝土加锚杆、喷射混凝土锚杆与钢架联合支护等形式，二次衬砌主要采用模筑混凝土进行现场浇筑。初期支护采用新奥法理念，意在使围岩可以进行有限变形，充分发挥围岩的自承能力，该体系适用围岩条件较好的情况，其可视为柔性支护结构。在围岩条件较差的地区，由于初期支护的刚度较低，不能满足围岩变形要求，往往需要采取额外措施进行加固处理，如增加初期支护厚度。掘进机施工可以及时提供早强支护，但我国的山岭隧道施工较少采用掘进机等大型机械施工，其中既有资金原因，又受到施工场地条件限制，因此需要一种便于操作安装，可以为围岩条件较差的隧道提供快速早强支护能力的支护体系。综上，现有技术上缺少针对山岭隧道软岩的早强支护措施，有必要提出改进的技术手段解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种隧道早强支护系统及其安装方法，为一种适用于山岭隧道软岩的早强支护结构，丰富隧道支护体系，便于操作安装，保障了隧道施工及运营安全。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种隧道早强支护系统，包括带肋钢壳和附着于带肋钢壳内壁的内衬混凝土，带肋钢壳沿环向分为拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片；拱顶管片上预设有注浆孔；在环向上，拱顶管片和拱底管片相对设置，拱肩管片对称设置于拱顶管片两端，拱脚管片对称设置于拱底管片两端，拱肩管片一端与拱顶管片连接，另一端与拱脚管片的一端连接，拱脚管片的另一端与拱底管片连接；拱顶管片与拱肩管片、拱肩管片与拱脚管片及拱脚管片与拱底管片均采用螺栓连接；在纵向上，相邻的两个拱顶管片、相邻的两个拱肩管片、相邻的两个拱脚管片及相邻的两个拱底管片均采用螺栓连接。进一步，拱顶管片包括拱顶钢壳和拱顶肋板，拱顶肋板固定布设在拱顶钢壳内侧；拱肩管片包括拱肩钢壳和拱肩肋板，拱肩肋板固定布设在拱肩钢壳内侧；拱脚管片包括拱脚钢壳和拱脚肋板，拱脚肋板固定布设在拱脚钢壳内侧；拱底管片包括拱底钢壳和拱底肋板，拱底肋板固定布设在拱底钢壳内侧；拱顶肋板、拱肩肋板、拱脚肋板及拱底肋板上均预设有钢筋连接孔和肋板环向连接孔，肋板环向连接孔设在各肋板两端环向连接处。进一步，拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片包括钢壳连接式和肋板连接式两种结构形式。进一步，采用钢壳连接式结构时，拱顶钢壳沿环向两端均设有管片环向固定螺栓，拱肩钢壳、拱脚钢壳和拱底钢壳沿环向一端设有管片环向固定螺栓，另一端设有钢壳环向连接孔；拱顶钢壳、拱肩钢壳、拱脚钢壳和拱底钢壳沿纵向一端设有钢壳纵向固定螺栓，另一端设有钢壳纵向连接孔。进一步，采用肋板连接式结构时，拱顶钢壳、拱肩钢壳、拱脚钢壳和拱底钢壳沿环向一端设有管片环向固定螺栓，另一端设有钢壳环向连接孔；相邻两管片的肋板在纵向上通过连接螺栓连接。进一步，拱顶肋板与拱肩肋板、拱肩肋板与拱脚肋板、拱脚肋板与拱底肋板均通过肋板连接器连接，肋板连接器包括螺栓固定片、螺孔固定片和固定螺母；使用时，螺栓固定片设置于待连接的两肋板的一侧，螺栓插入待连接的两肋板上的肋板环向连接孔，螺孔固定片设置于待连接的两肋板的另一侧，通过固定螺母完成固定。进一步，在带肋钢壳内侧设有防水层。进一步，采用钢壳连接式时，拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片在纵向接口和环向接口的防水均由防水层完成。进一步，采用肋板连接式结构时，拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片在纵向接口的防水由纵向连接部的止水带完成，环向接口的防水由防水层完成。本专利技术还公开了所述隧道早强支护系统的安装方法，包括以下步骤：1)土体开挖完成后，首先在硐室上安装一个拱顶管片，然后在纵向上以已安装的拱顶管片为基体，依次连接多个待安装拱顶管片，完成拱顶管片的安装；2)在每个拱顶管片两端各连接一个拱肩管片，在环向上将拱顶管片与拱肩管片对齐固定连接，在纵向上将相邻拱肩管片对齐固定连接，完成拱肩管片的安装；3)在每个拱肩管片的一端连接一个拱脚管片，在环向上将拱肩管片与拱脚管片对齐固定连接，在纵向上将相邻拱脚管片对齐固定连接，完成拱脚管片的安装；4)在两拱脚管片之间连接拱底管片，在环向上将拱脚管片与拱底管片对齐固定连接，在纵向上将相邻拱底管片对齐固定连接，完成拱底管片的安装；5)从注浆孔进行注浆作业。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的隧道早强支护系统，包括带肋钢壳和内衬混凝土两部分，带肋钢壳沿环向拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片，四部分管片环向螺栓固定连接，纵向上各部管片各自采用螺栓固定连接，进而在环向和纵向上形成紧密连接，能够将山岭隧道软岩整体包裹，形成隧道支护体系，保障隧道施工及运营安全。进一步，各管片均由钢壳和肋板预制而成，并在肋板上预设了肋板环向连接孔和钢筋连接孔，各管片的强度好，并且方便肋板之间进行环向和纵向的连接，保证整个支护系统结构连接的紧密性。进一步，各管片可采用钢壳连接式或肋板连接式，两种结构主要是纵向上的连接不同，均能实现管片间环向和纵向的连接，形式多样化，根据不同的客户需求而定。进一步，当采用钢壳连接式时，无论是纵向还是环向，管片之间均是通过钢壳固定连接在一起的，采用的是“搭接+螺栓”的连接方式，可以保证结构连接紧密，安装迅速。进一步，当采用肋板连接式时，环向上是钢壳通过螺栓螺孔连接的，采用的是“搭接+螺栓”的连接方式，可以保证结构连接紧密，安装迅速；纵向上是通过相邻管片的肋板连接的，连接形式简单。进一步，在钢壳内侧设有防水层，管片之间横向接口的防水均由防水层完成，钢壳连接式管片纵向接口防水由纵向连接部上的防水层完成，肋板连接式管片由纵向连接部的止水带完成。连接紧密无缝隙，保证结构内部无渗漏水。本专利技术公开了所述隧道早强支护系统的安装方法，管片采用钢壳连接式和肋板连接式，均适用于台阶法施工，因此施工安装顺序为由上至下，先安装拱顶管片，再依次安装拱肩管片、拱脚管片和拱底管片，最后进行注浆作业，填实支护结构与围岩间的空隙，保证支护结构受力均匀。安装过程由上至下，一一对接，保证了各管片之间的紧密连接。附图说明图1为本专利技术的支护系统的总体结构示意图；图2-1为钢壳连接式带肋钢壳的整体结构示意图；图2-2为肋板连接式带肋钢壳的整体结构示意图；图3-1为钢壳连接式拱顶管片的结构示意图；图3-2为肋板连接式拱顶管片的结构示意图；图4-1为钢壳连接式拱肩管片的结构示意图；图4-2为肋板连接式拱肩管片的结构示意图；图5-1为钢壳连接式拱脚管片的结构示意图；图5-2为肋板连接式拱脚管片的结构示意图；图6-1为钢壳连接式拱底管片的结构示意图；图6-2为肋板连接式拱底管片的结构示意图；图7为肋板连接器示意图；其中，1为带肋钢壳；1-1为拱顶管片；1-2为拱肩管片；1-3为拱脚管片；1-4为拱底管片；2为内衬混凝土；3为钢壳；3-1为拱顶钢壳；3-2为拱肩钢壳；3-3为拱脚钢壳；3-4为拱底钢壳；4为肋板；4-1为拱顶肋板；4-2为拱肩肋板；4-3为拱脚肋板；4-4为拱底肋板；5-1为钢壳纵向固定螺栓；5-2为钢壳纵向连接孔；6-1为管片环向固定螺栓；6-2为管片环向连接孔；7为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道早强支护系统，其特征在于，包括带肋钢壳(1)和附着于带肋钢壳(1)内壁的内衬混凝土(2)，带肋钢壳(1)沿环向分为拱顶管片(1‑1)、拱肩管片(1‑2)、拱脚管片(1‑3)和拱底管片(1‑4)；拱顶管片(1‑1)上预设有注浆孔(7)；在环向上，拱顶管片(1‑1)和拱底管片(1‑4)相对设置，拱肩管片(1‑2)对称设置于拱顶管片(1‑1)两端，拱脚管片(1‑3)对称设置于拱底管片(1‑4)两端，拱肩管片(1‑2)一端与拱顶管片(1‑1)连接，另一端与拱脚管片(1‑3)的一端连接，拱脚管片(1‑3)的另一端与拱底管片(1‑4)连接；拱顶管片(1‑1)与拱肩管片(1‑2)、拱肩管片(1‑2)与拱脚管片(1‑3)及拱脚管片(1‑3)与拱底管片(1‑4)均采用螺栓连接；在纵向上，相邻的两个拱顶管片(1‑1)、相邻的两个拱肩管片(1‑2)、相邻的两个拱脚管片(1‑3)及相邻的两个拱底管片(1‑4)均采用螺栓连接。

【技术特征摘要】
1.一种隧道早强支护系统，其特征在于，包括带肋钢壳(1)和附着于带肋钢壳(1)内壁的内衬混凝土(2)，带肋钢壳(1)沿环向分为拱顶管片(1-1)、拱肩管片(1-2)、拱脚管片(1-3)和拱底管片(1-4)；拱顶管片(1-1)上预设有注浆孔(7)；在环向上，拱顶管片(1-1)和拱底管片(1-4)相对设置，拱肩管片(1-2)对称设置于拱顶管片(1-1)两端，拱脚管片(1-3)对称设置于拱底管片(1-4)两端，拱肩管片(1-2)一端与拱顶管片(1-1)连接，另一端与拱脚管片(1-3)的一端连接，拱脚管片(1-3)的另一端与拱底管片(1-4)连接；拱顶管片(1-1)与拱肩管片(1-2)、拱肩管片(1-2)与拱脚管片(1-3)及拱脚管片(1-3)与拱底管片(1-4)均采用螺栓连接；在纵向上，相邻的两个拱顶管片(1-1)、相邻的两个拱肩管片(1-2)、相邻的两个拱脚管片(1-3)及相邻的两个拱底管片(1-4)均采用螺栓连接。2.根据权利要求1所述的隧道早强支护系统，其特征在于，拱顶管片(1-1)包括拱顶钢壳(3-1)和拱顶肋板(4-1)，拱顶肋板(4-1)固定布设在拱顶钢壳(3-1)内侧；拱肩管片(1-2)包括拱肩钢壳(3-2)和拱肩肋板(4-2)，拱肩肋板(4-2)固定布设在拱肩钢壳(3-2)内侧；拱脚管片(1-3)包括拱脚钢壳(3-3)和拱脚肋板(4-3)，拱脚肋板(4-3)固定布设在拱脚钢壳(3-3)内侧；拱底管片(1-4)包括拱底钢壳(3-4)和拱底肋板(4-4)，拱底肋板(4-4)固定布设在拱底钢壳(3-4)内侧；拱顶肋板(4-1)、拱肩肋板(4-2)、拱脚肋板(4-3)及拱底肋板(4-4)上均预设有钢筋连接孔(9)和肋板环向连接孔(10)，肋板环向连接孔(10)设在各肋板两端环向连接处。3.根据权利要求2所述的隧道早强支护系统，其特征在于，拱顶管片(1-1)、拱肩管片(1-2)、拱脚管片(1-3)和拱底管片(1-4)包括钢壳连接式和肋板连接式两种结构形式。4.根据权利要求3所述的隧道早强支护系统，其特征在于，采用钢壳连接式结构时，拱顶钢壳(3-1)沿环向两端均设有管片环向固定螺栓(6-1)，拱肩钢壳(3-2)、拱脚钢壳(3-3)和拱底钢壳(3-4)沿环向一端设有管片环向固定螺栓(6-1)，另一端设有钢壳环向连接孔(6-2)；拱顶钢壳(3-1)、拱肩钢壳(3-2)、拱脚钢壳(3-3)和拱底钢壳(3-4)沿纵向一端设有钢壳纵向固定螺栓(5-1)，另一端设有钢壳纵向连接孔(5-2)。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永利，张梦泽，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61