The invention provides a prefabricated space grid structure for tunnel support and a construction method thereof. The prefabricated space grid support structure includes at least two prefabricated grid support components, which are connected by connecting components to form a closed support structure with the same cross section shape as the support tunnel; during the construction, the internal force parameters of the tunnel support structure are calculated according to each parameter setting value of the tunnel support structure and the tunnel model, and the final tunnel is obtained According to the construction parameter value of the road support structure, the grid support components of each ring of prefabricated space grid support structure are prepared. After the tunnel excavation, the prefabricated grid support components are quickly assembled in the completed excavation section to form the tunnel support closed ring, and the multi ring grid support components are assembled before shotcreting. The invention has the advantages of simple structure, convenient assembly, no need to spray concrete, can bear all tunnel loads by relying on the grid structure itself, and improves the construction efficiency.
【技术实现步骤摘要】
用于隧道支护的预制装配式空间网架结构及其施工方法
本专利技术属于隧道工程施工
，具体涉及一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构及其施工方法。
技术介绍
隧道工程施工因地形、地质条件复杂多变极易发生不同程度灾害，导致隧道支护结构发生变形，不同程度地对隧道稳定性产生威胁，严重的无法满足设计衬砌断面要求，影响隧道安全施工，尤其给跨度大、结构复杂、变形要求严格的隧道施工带来很大难度。目前传统的隧道初期支护结构有锚喷结构、格栅支护、钢筋混凝土支护结构等，现有的支护结构并不能满足其在承载能力和支护时间方面的要求。以最为常见的格栅支护结构为例，格栅支护结构是以格栅钢架、型钢钢架配合喷混、锚杆、钢筋网共同作用，其钢架以榀为单位，纵向间距一般0.5～1.5m/榀。由于其沿纵向的离散性以及格栅钢架自身承载能力弱的特性，在喷射混凝土之前的时间，钢架承受围岩荷载的能力较弱，必须喷射混凝土后方能进行下道工序，这样便会延长工期，降低支护结构施工效率。随着构件预制装配技术的发展，隧道施工中支护结构的预制装配化也逐渐成为必然，是可以提供工程质量和修建速度、降低成本的主要措施。盾构法修建隧道工程就是装配式衬砌支护的典型代表，但是由于盾构法隧道施工成本较高，所以目前矿山法施工隧道仍然占相当大的比例，但是对于矿山法隧道支护结构的预制拼装技术研究较少。目前矿山法隧道支护最常用的是由喷射混凝土、锚杆、钢拱架等组成的联合支护体系，常用的钢拱架具有较大的支护强度和刚度，能够增强初期支护结构能力，但是传统的钢拱架纵向连接钢筋及锁脚与钢架均采用焊接连...
【技术保护点】
1.一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构，其特征在于：所述预制装配式空间网架支护结构包括至少两块预制的网架支护构件(1)，每块网架支护构件(1)的两端分别设有与相邻网架支护构件(1)连接的连接构件(7)，至少两块网架支护构件(1)首尾通过连接构件(7)连接形成截面与支护隧道(2)断面形状相同的封闭支护结构；每块网架支护构件(1)为是由上弦杆(3)、下弦杆(4)和腹杆(5)组成的网格支撑结构，其上弦杆(3)形成网架支护构件(1)与隧道(6)内壁接触的迎土网面，下弦杆(4)形成网架支护构件(1)的背土网面，腹杆(5)连接在上弦杆(3)与下弦杆(4)之间，并在上弦杆(3)与下弦杆(4)之间分隔形成多个网格单元，在每块网架支护构件(1)的迎土网面设有金属网(6)。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构，其特征在于：所述预制装配式空间网架支护结构包括至少两块预制的网架支护构件(1)，每块网架支护构件(1)的两端分别设有与相邻网架支护构件(1)连接的连接构件(7)，至少两块网架支护构件(1)首尾通过连接构件(7)连接形成截面与支护隧道(2)断面形状相同的封闭支护结构；每块网架支护构件(1)为是由上弦杆(3)、下弦杆(4)和腹杆(5)组成的网格支撑结构，其上弦杆(3)形成网架支护构件(1)与隧道(6)内壁接触的迎土网面，下弦杆(4)形成网架支护构件(1)的背土网面，腹杆(5)连接在上弦杆(3)与下弦杆(4)之间，并在上弦杆(3)与下弦杆(4)之间分隔形成多个网格单元，在每块网架支护构件(1)的迎土网面设有金属网(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构，其特征在于：所述网架支护构件(1)的网格单元迎土面和背土面为三角形、正方形、矩形、五边形或六边形，立面为三角形。
3.根据权利要求1所述的一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构，其特征在于：所述网架支护构件(1)是由多个三棱锥或多个四棱锥或多个六棱锥组成的网格式支撑架。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构，其特征在于：所述网架支护构件(1)的上弦杆(3)和下弦杆(4)是由钢管、型钢、钢筋、钢管混凝土中的任意一种或几种杆件通过焊接或直接弯曲或通过连接件连接而成的弧形杆体；并在上弦杆(3)和下弦杆(4)之间通过焊接或连接件连接腹杆(5)形成弧形网架结构，所述腹杆(5)为钢管、型钢、钢筋、钢管混凝土中的任意一种或几种杆件。
5.根据权利要求1所述的一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构，其特征在于：所述连接构件(7)为相互匹配的榫接连接件或套筒连接件或卡扣连接件或插接或焊接连接件，每个连接构件(7)相互匹配的第一连接件(7-1)和第二连接件(7-2)分别设置在相邻两个网架支护构件(1)的对接部位，且所述每个网架支护构件(1)的两端的连接构件(7)也相互匹配；至少两个网架支护构件(1)通过第一连接件(7-1)和第二连接件(7-2)采用拼接或焊接或拼接与焊接组合的方式连接成截面与支护隧道(2)截面形状相同的环形、矩形、马蹄形或多边形封闭状支护结构。
6.一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构的施工方法，其特征在于，所述权利要求1至5任意一项中的预制装配式空间网架支护结构至少包括两环，其具体施工步骤如下：
(1)获取隧道支护结构的各项参数设定值和隧道模型；并根据所述参数项设定值和隧道模型计算所述隧道支护结构的承力荷载和等效空间壳体的弹性模量；将所述承力荷载和所述弹性模量作为有限元算法的输入，计算所述隧道支护结构的内力参数，根据所述内力参数，验证所述隧道支护结构的安全性，得到相应的验证结果，最后根据所述验证结果，调整所述参数项的值，得到最终隧道支护结构的施工参数值；
(2)根据步骤(1)中计算出来的隧道支护结构的施工参数值，确定每环预制装配式空间网架支护结构的分段，并选择合适的杆件根据分段情况在工厂或现场制作每环预制装配式空间网架支护结构的单块网架支护构件以及网架支护构件的连接件；
(3)隧道开挖后，在已经完成的开挖段快速拼装预制的单块网架支护构件形成隧道支护闭合环；
(4)继续开挖...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷升祥，张旭东，夏明锬，梅灿，彭星新，张志勇，杨旭，董云生，黄明利，宋远，
申请(专利权)人：中铁十一局集团有限公司，中铁第五勘察设计院集团有限公司，中国铁建股份有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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