一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构制造技术

本实用新型专利技术属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，通过在地面超前打设地面超前锁脚导管，在上台阶洞内超前打设中下台阶锁脚导管的方案，节约锁脚施工的时间，缩短了每一步台阶开挖后土体暴露的时间，提高了与之连接的钢拱架的抗沉降能力。

【技术实现步骤摘要】
一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构
本专利技术属于隧道施工
，具体涉及到一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构。
技术介绍
在铁路、公路、市政、水利等地下隧道施工过程中，特别是在城市地下道路建设过程中，在已建成通车的地面道路下，采用地下浅埋暗挖隧道方法修建快速路时，如果地质情况为软弱土层，隧道沉降控制尤为关键。因为地面道路管线较多，且地面道路交通流量较大，如果沉降不能及时控制会造成：地面塌陷、管线爆裂、交通中断，会产生较大不良社会影响。隧道开挖过程会对土体造成扰动，只有加快掌子面封闭，减少土体暴露时间，使初期支护钢拱架尽快受力，特别是拱架脚部尽快受到支撑，才能尽量减少沉降。因为在软弱土层中开挖，钢拱架拱脚不能着力于土层实处，需要向土体侧向打设锁脚导管及时锁定钢拱架，靠锁脚受力减少拱架沉降。这样就需要锁脚导管及时打设完成，能够尽快给钢拱架提供锁固力。但是锁脚导管打设需要一定的时间，一般锁脚导管长度为3.5-4米，在土层中打设加导管注浆约30-40分钟。一个拱脚设计2-4根，总共占用2-3小时。并且打设过程还会对开挖暴露的土体造成二次扰动，延缓了开挖面喷射混凝土支护的时间，进一步增加了隧道及地表的沉降。如何缩短掌子面闭合的时间，同时增加锁脚导管的受力是减少软弱土层中隧道沉降的关键。根据工程实践，一般隧道开挖分上、中、下三台阶开挖，上中台阶钢拱架节点处拱脚部位的锁脚和中下节点处的锁脚，是控制整个隧道开挖过程中沉降的重点。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的不足，提供一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构及工艺。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，上台阶钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管，所述地面超前锁脚导管为从地面提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管与上台阶钢拱架连接；中台阶钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管，所述中下台阶超前锁脚导管为从上台阶提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管与中台阶钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管内均注浆。所述地面超前锁脚导管沿隧道纵向打设间距与隧道内钢拱架设计间距一致，布孔区域设置在钢拱架开挖架设范围内。所述地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管锚固长度均为4-6米。所述上台阶钢拱架和地面超前锁脚导管之间、中台阶钢拱架和中下台阶超前锁脚导管之间均采用环形抱箍和钢筋帮条焊接连接。所述地面超前锁脚导管与竖直方向的夹角10-40°；中下台阶超前锁脚导管与竖向方向夹角10-40°。所述地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管采用直径79mm或108mm的钢管。上述超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构的施工工艺，包括如下步骤：（一）设计地面超前打设的地面超前锁脚导管的位置及打设角度；（二）根据设计进行地面超前锁脚导管打设；（三）地面超前锁脚导管注浆；（四）隧道洞内上台阶开挖，上台阶钢拱架和地面超前锁脚导管连接；（五）在上台阶进行中下台阶超前锁脚导管打设；（六）中下台阶超前锁脚导管注浆；（七）隧道洞内中台阶开挖，中台阶钢拱架和中下台阶超前锁脚导管连接；（八）开挖下台阶，完成初期支护闭合成环。所述步骤（二）中，地面超前锁脚导管打设角度与竖直方向的夹角10-40°；步骤（五）中，中下台阶超前锁脚导管打设角度与竖直方向夹角10-40°。所述步骤（二）中，如地面道路结构层较稳定，成孔后不会塌孔可留置空孔，地面超前锁脚导管只在隧道范围内实际布管。所述步骤（二）和步骤（五）中，地面超前锁脚导管和中下台阶超前锁脚导管超过拱脚位置向下打设锚固长度均为4-6米。所述步骤（四）中，上台阶开挖高度控制在3-4米。所述步骤（四）和步骤（七）中，均采用环形抱箍通过钢筋帮条焊接的方法，使上台阶钢拱架和地面超前锁脚导管连接、中台阶钢拱架和中下台阶超前锁脚导管连接。所述步骤（五）中，如地层稳定，成孔后不发生塌孔现象，直接采用成孔钻机成孔后，将中下台阶超前锁脚导管放置在中下台阶拱角设计位置；如地层较差存在塌孔现象，采用全护筒钻进，成孔下放中下台阶超前锁脚导管到设计位置后，将护筒提出。本专利技术通过多次过程试验提出了在地面超前打设中台阶钢拱架节点处拱脚部位的锁脚，以及在已经封闭施工完成的上台阶洞内打设中下节点处的锁脚的方案。本专利技术可根据地面交通和管线布置情况，超前掌子面开挖里程预先打设锁脚导管并注浆加固。本专利技术因为操作空间大，作业时间可以延长，因此可加长锁脚导管打设深度，可以将打设长度加长为4-6米；同时加大锁脚导管的直径，根据地层及周边环境情况可选用直径79mm或108mm的钢管作为隧道支护钢拱架锁脚导管。这样从长度和直径都加大了锁脚导管与土体的锚固力，提高了与之连接的钢拱架的抗沉降能力。本专利技术方案在城市浅埋暗挖大跨隧道施工中，当隧道处于软弱土层，地面沉降不容易控制时，作用尤为明显。通过在地面超前打设地面超前锁脚导管，在上台阶洞内超前打设中下台阶锁脚导管的方案，节约锁脚施工的时间，缩短了每一步台阶开挖后土体暴露的时间。而现有的施工工艺锁脚导管都是与钢拱架同步安装，占用较多时间，暴露时间长了不安全，并且管径小，与土体接触面积小，锚固力小。本专利技术通过地面超前锁脚导管注浆同时对拱顶土体进行加固，对隧道拱顶也能起到超前支护的作用，减少了隧道拱顶侧向压力；通过中下台阶超前锁脚导管注浆同时对仰拱土体进行加固，可以有效增加隧道仰拱土体的地基承载力，减小隧道沉降。本专利技术各个有效作用综合到一起，对隧道整体起到明显的加固和减小沉降的作用。本专利技术步骤简单，可操作性强，节约施工空间，经济效益和社会效益显著。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中，1上台阶，2中台阶，3下台阶，4地面超前锁脚导管，5中下台阶超前锁脚导管，6地面。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，上台阶1钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管4，所述地面超前锁脚导管4为从地面6提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管4与上台阶1钢拱架连接；中台阶2钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管5，所述中下台阶超前锁脚导管5为从上台阶1提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管5与中台阶2钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管4和中下台阶超前锁脚导管5内均注浆。上述一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构对应的施工工艺，包括如下步骤：（一）设计地面超前锁脚导管4的位置及打设角度根据设计图纸、实际测量的地面标高、地面管线分布情况结合地下隧道开挖工况等设计地面超前锁脚导管4的位置及打设角度。（二）地面超前锁脚导管4打设根据设计的地面超前锁脚导管4的位置及角度进行打设，先在设计位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：上台阶（1）钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管（4），所述地面超前锁脚导管（4）为从地面（6）提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管（4）与上台阶（1）钢拱架连接；中台阶（2）钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管（5），所述中下台阶超前锁脚导管（5）为从上台阶（1）提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管（5）与中台阶（2）钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管（4）和中下台阶超前锁脚导管（5）内均注浆。/n

【技术特征摘要】
1.一种超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：上台阶（1）钢拱架拱脚位置的锁脚导管为地面超前锁脚导管（4），所述地面超前锁脚导管（4）为从地面（6）提前打设的锁脚导管，地面超前锁脚导管（4）与上台阶（1）钢拱架连接；中台阶（2）钢拱架拱脚位置的锁脚导管为中下台阶超前锁脚导管（5），所述中下台阶超前锁脚导管（5）为从上台阶（1）提前打设的锁脚导管，中下台阶超前锁脚导管（5）与中台阶（2）钢拱架连接；所述地面超前锁脚导管（4）和中下台阶超前锁脚导管（5）内均注浆。


2.根据权利要求1所述的超前打设锁脚加固软弱土层隧道拱架结构，其特征在于：所述地面超前锁脚导管（4）沿隧道纵向打设间距与隧道内钢拱架设计间距一致，布孔区域设置在钢拱架开挖架设范围内。


3.根据权利要求1所述的超前打设锁脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：马松岐，孙久亮，张超，褚传臣，刘金强，岳伟，邵广彪，金宝，
申请(专利权)人：济南城建集团有限公司，山东建筑大学，
类型：新型
国别省市：山东;37