一种隧道软岩大变形支护加固装置及方法制造方法及图纸

一种隧道软岩大变形支护加固装置及方法，属于隧道施工技术领域。本发明专利技术中隧道软岩大变形支护加固装置包括四个部分：拱架横向连接装置(1)、拱脚锚固装置(2)、钢拱架(3)、监测控制器(4)；施工过程包含：双侧导坑开挖、拱脚锚固装置(2)的安装、钢拱架(3)的安装与加固以及其他后续工作。钢拱架(3)分段安装，隧道内对应的两侧A区土体先后分步开挖后安装边墙钢拱架(3.1)；顶部B区开挖完毕后安装拱顶钢拱架(3.3)，底部和中部对应的C区开挖完毕后安装仰拱钢拱架(3.2)，所有连接均采用焊接。所有连接均采用焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道软岩大变形支护加固装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种隧道软岩大变形支护加固装置及方法，适用于软弱围岩区公路隧道，铁路隧道以及其他隧道的施工，属于隧道施工


技术介绍

[0002]软弱围岩是岩质软弱，承载力低，岩体风化严重以及挤压破碎的围岩。软弱围岩具有强度低、稳定性差、变形连续时间长、自稳时间短、易坍塌的特点。
[0003]公路隧道，铁路隧道经常修建在山区地带，隧道穿越山区地带的岩体状况难以确定，当遇到软弱围岩时隧道施工中机械开挖或爆破对岩体稍有扰动就有可能面临塌方的危险。在软弱围岩区隧道施工中会遇到大变形、崩塌的现象，引起隧道的初支结构发生大变形甚至破坏。
[0004]软弱围岩遇水易软化，而且土体自身较为密实，采用注浆加固的方式加固软弱围岩施工难度较大，工程成本较高，注浆加固围岩的施工方式不适用于软弱围岩的加固开挖。
[0005]软弱围岩区的隧道开挖拱架支护后会产生沉降和收敛等较大的变形，其主要原因是拱脚处缺乏足够强度或拱架刚度不足，因此对拱脚处进行锚固处理或加强拱架的整体刚度，是减少隧道大变形问题的有效途径。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及一种隧道软岩大变形支护加固装置及方法。本方法的优点在于施工过程简便快捷，能够有效的支撑隧道周围软弱岩体，同时对隧道围岩稳定性支撑实时动态监测，及时发现不稳定区域，保证隧道开挖过程中的人员安全。
[0007]本专利技术中隧道软岩大变形支护加固装置包括四个部分：拱架横向连接装置(1)、拱脚锚固装置(2)、钢拱架(3)、监测控制器(4)；
[0008]钢拱架(3)分为边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)、拱腰钢拱架(3.4)；隧道底部采用多个仰拱钢拱架(3.2)沿隧道轴线方向排列支护加固，隧道两侧下部分别采用多个边墙钢拱架(3.1)沿隧道轴线方向排列支护加固，隧道两侧上部分别采用多个拱腰钢拱架(3.4)沿隧道轴线方向排列支护加固；隧道顶部采用多个拱顶钢拱架(3.3)沿隧道轴线方向排列支护加固；
[0009]边墙钢拱架(3.1)排列、仰拱钢拱架(3.2)排列、拱顶钢拱架(3.3)排列、拱腰钢拱架(3.4)排列均分别采用拱架横向连接装置(1)进行固定连接；即钢拱架(3)中的边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)、拱腰钢拱架(3.4)均采用沿隧道轴线方向平行排列，排列成一排的边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)或拱腰钢拱架(3.4)均采用拱架横向连接装置(1)固定连接；
[0010]沿隧道的环向，边墙钢拱架(3.1)与拱腰钢拱架(3.4)之间端部采用焊接的方式连接，拱顶钢拱架(3.3)排列与拱腰钢拱架(3.4)之间端部采用焊接的方式连接；边墙钢拱架(3.1)与仰拱钢拱架(3.2)采用拱脚锚固装置(2)固定连接；
[0011]拱脚锚固装置(2)包括H字钢(2.1)、垫板(2.2)、锚固桩(2.3)；H字钢(2.1)的长度方向沿隧道轴线方向；锚固桩(2.3)下端斜打入土体，长条板状垫板(2.2)的长度方向沿隧道轴线方向，沿隧道轴线方向设有多个锚固桩(2.3)，长条板状垫板(2.2)固定焊接到锚固桩(2.3)的上端面上；长条板状垫板(2.2)上固定焊接有随长条板状垫板(2.2)长度走向的H字钢(2.1)，H字钢(2.1)的下端槽口与垫板(2.2)焊接在一起，边墙钢拱架(3.1)的下端端部插入到H字钢(2.1)的上端槽内进行固定焊接，多个边墙钢拱架(3.1)组成的拱架组的下端部均固定焊接在H字钢(2.1)的上端槽内；H字钢(2.1)的一侧翼缘板外部与仰拱钢拱架(3.2)的一端端面固定焊接在一起，多个仰拱钢拱架(3.2)组成的拱架组的一端的端部与H字钢(2.1)的一侧翼缘板外部固定焊接在一起；其中拱架横向连接装置(1)是单连杆结构，单连杆结构长度方向沿隧道轴线方向用于把多个边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)或拱腰钢拱架(3.4)并排牢固地连接在一起形成一个整体的刚性结构；拱架横向连接装置(1)包括长条型槽钢(1.1)、锚具(1.2)和锚杆(1.3)；
[0012]槽钢(1.1)根据围岩软弱程度和断面尺寸采用合适型号的槽钢；锚具(1.2)采用夹片锚具，根据施加压力的需要选择合适的型号，用在锚杆(1.3)的端部，用于锚具(1.2)向槽钢(1.1)施加压力；锚杆(1.3)根据工程设计文件采用合适的类型与长度，锚固时以倾斜打入土体，并施加一定的预拉力，利用锚具(1.2)锚固。通过锚具(1.2)向槽钢(1.1)施加压力，约束槽钢(1.1)和钢拱架(3)的变形；
[0013]槽钢(1.1)为拱架横向连接装置(1)的主体，槽钢(1.1)的长度方向与隧道轴线方向一致，在槽钢(1.1)槽口与钢拱架(3)对应连接的位置设卡口(1.1.1)，卡口(1.1.1)大小根据钢拱架(3)的型号而开取合适的尺寸，钢拱架(3)的侧面嵌入卡口(1.1.1)中并进行焊接固定，便于约束钢拱架(3)的变形与位移；
[0014]槽钢(1.1)槽的底面按设计的拱架间距每隔一段在合适的位置设锚孔(1.1.2)，锚孔(1.1.2)根据锚杆(1.3)的直径和锚具(1.2)的尺寸，开取合适形状与尺寸，施工时锚杆(1.3)穿过锚孔(1.1.2)同时配合锚具(1.2)向土体中伸入施工，将槽钢(1.1)与土体固定。
[0015]监测控制器(4)包括拱架应力监控器(4.1)、锚杆应力监控器(4.2)、预警装置(4.3)；拱架应力监控器(4.1)安装到槽钢(1.1)上；锚杆应力监控器(4.2)安装于锚具(1.2)与槽钢(1.1)之间；架应力监控器(4.1)、锚杆应力监控器(4.2)分别与预警装置(4.3)进行电路连接或信号连接。
[0016]拱脚锚固装置(2)是在拱脚两侧打入锚固桩(2.3)，并用垫板(2.2)销定，包括锚具H字钢(2.1)、垫板(2.2)和锚固桩(2.3)；主要对钢拱架(3)的拱脚处进行锚固，并将钢拱架(3)的拱脚位置连接为整体共同受力。同时还拥有加强对拱脚约束强度的作用，限制钢拱架(3)的沉降和位移。
[0017]H字钢(2.1)作为锚固板，根据钢拱架(3)的型号选择合适的尺寸，保证边墙钢拱架(3.1)放入H字钢(2.1)的槽内，仰拱钢拱架横截面(3.2)与H字钢(2.1)翼缘板完全接触。H字钢(2.1)与钢拱架(3)采用焊接方式连接，用于将整个钢拱架(3)的拱脚处连接为整体。
[0018]垫板(2.2)采用一定厚度的钢板，固定于H字钢(2.1)的合适位置，且下部与锚固桩(2.3)连接，垫板(2.2)与H字钢(2.1)和锚固桩(2.3)的连接均采用焊接，用于锚固H字钢(2.1)和锚固桩(2.3)间的对应位置。
[0019]锚桩(2.3)采用钢管桩，顶部与垫板(2.2)焊接，与竖直方向以一定的倾斜角度斜
向嵌入土体中，与土体之间相互作用产生巨大摩擦力，防止整个钢拱架(3)的沉降与位移。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.隧道软岩大变形支护加固装置，其特征在于，包括四个部分：拱架横向连接装置(1)、拱脚锚固装置(2)、钢拱架(3)、监测控制器(4)；钢拱架(3)分为边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)、拱腰钢拱架(3.4)；隧道底部采用多个仰拱钢拱架(3.2)沿隧道长度方向排列支护加固，隧道两侧下部分别采用多个边墙钢拱架(3.1)沿隧道长度方向排列支护加固，隧道两侧上部分别采用多个拱腰钢拱架(3.4)沿隧道长度方向排列支护加固；隧道顶部采用对个拱顶钢拱架(3.3)沿隧道长度方向排列支护加固；边墙钢拱架(3.1)排列、仰拱钢拱架(3.2)排列、拱顶钢拱架(3.3)排列、拱腰钢拱架(3.4)排列均分别采用拱架横向连接装置(1)进行固定连接；即钢拱架(3)中的边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)、拱腰钢拱架(3.4)均采用沿隧道长度方向并行排列，排列成一排的边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)或拱腰钢拱架(3.4)均采用拱架横向连接装置(1)固定连接；沿隧道的周向，边墙钢拱架(3.1)与拱腰钢拱架(3.4)之间端部采用焊接的方式连接，拱顶钢拱架(3.3)排列与拱腰钢拱架(3.4)之间端部采用焊接的方式连接；边墙钢拱架(3.1)与仰拱钢拱架(3.2)采用拱脚锚固装置(2)固定连接；拱脚锚固装置(2)包括H字钢(2.1)、垫板(2.2)、锚固桩(2.3)；H字钢(2.1)的长度方向沿隧道长度方向；锚固桩(2.3)下端斜插入土体，长条板状垫板(2.2)的长度方向沿隧道长度方向，沿隧道长度方向设有多个锚固桩(2.3)，长条板状垫板(2.2)固定焊接到锚固桩(2.3)的上端面上；长条板状垫板(2.2)上固定焊接有随长条板状垫板(2.2)长度走向的H字钢(2.1)，H字钢(2.1)的下端槽口与垫板(2.2)焊接在一起，边墙钢拱架(3.1)的下端端部插入到H字钢(2.1)的上端槽内进行固定焊接，多个边墙钢拱架(3.1)组成的排列的下端部均固定焊接在H字钢(2.1)的上端槽内；H字钢(2.1)的一侧翼缘板外部与仰拱钢拱架(3.2)的一端端面固定焊接在一起，多个仰拱钢拱架(3.2)组成的排列的一端的端部与H字钢(2.1)的一侧翼缘板外部固定焊接在一起；其中拱架横向连接装置(1)是单连杆结构，单连杆结构长度方向沿隧道长度方向用于把多个边墙钢拱架(3.1)、仰拱钢拱架(3.2)、拱顶钢拱架(3.3)或拱腰钢拱架(3.4)并排牢固地连接在一起形成一个整体的刚性结构；拱架横向连接装置(1)包括长条型槽钢(1.1)、锚具(1.2)和锚杆(1.3)；锚具(1.2)采用夹片锚具，用在锚杆(1.3)的端部，用于锚具(1.2)向槽钢(1.1)施加压力；槽钢(1.1)为拱架横向连接装置(1)的主体，槽钢(1.1)的长度方向与隧道的长度方向一致，在槽钢(1.1)槽口与钢拱架(3)对应连接的位置设卡口(1.1.1)，钢拱架(3)的侧面嵌入卡口(1.1.1)中并进行焊接固定，便于约束钢拱架(3)的变形与位移。槽钢(1.1)槽的底面按设计的拱架间距每隔一段在合适的位置设锚孔(1.1.2)，锚孔(1.1.2)根据锚杆(1.3)的直径和锚具(1.2)的尺寸，开取合适形状与尺寸，施工时锚杆(1.3)穿过锚孔(1.1.2)同时配合锚具(1.2)向土体中伸入施工，将槽钢(1.1)与土体固定；监测控制器(4)包括拱架应力监控器(4.1)、锚杆应力监控器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王守凡，王利伟，邓博，王梦筱，张涛，曹艳辉，王丽群，邓洪亮，李勃亨，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：