一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧洞双层钢板桩、拱架支护装置及方法系统，涉及工程施工领域的隧洞初期支护施工设备及开挖方法系统，包括将一种双层钢板桩沿隧道设计开挖拱部轮廓线相间并排超前打入围岩中，双层钢板桩用上下两层钢板之间用钢板条作筋肋（1根或2根）纵向连接（焊接）起来，前端削尖，在双层钢板桩的尾端，安装钢拱架支撑，拱架由弧形拱圈、两个拱柱三段组成；然后进行隧道开挖，在第一开挖段完成后，将第一开挖段的双层钢板桩和拱架支护暂时保留不拆除；以此同样的方法依次进行第二、第三或第四开挖段施工，在第一开挖段经过了一定时间的自稳变形后，拆除第一开挖段的拱架及双层钢板桩，进行下一工序的喷锚作业或衬砌混凝土施工，这样一段一段地依次向前循环快速推进施工。

【技术实现步骤摘要】
一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统
本专利技术涉及工程施工领域的施工工艺方法，尤其涉及一种土质及软岩地质洞隧初期支护施工设备及开挖方法系统。
技术介绍
在隧洞开挖施工过程中，对于土质围岩特别是围岩破碎地带，极易造成垮塌现象，存在严重的安全隐患，而现有的施工方法包括采用超前小导管和中空注浆锚杆及短进尺等方法，一定程度上发挥了作用，但还不能根本解决问题，同时经济成本高，施工繁琐，往往离预期的效果相差甚远。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种隧洞双层钢板桩、拱架支护装置及方法系统，针对超前小导管和中空注浆锚杆施工的缺陷和不足，其目的在于，提供一种将双层钢板桩沿隧道设计开挖拱部轮廓线相间并排超前打入围岩中，在双层钢板桩的尾端，制作可以嵌入双层钢板桩对应卡槽的钢拱架支撑，然后进行开挖，由于双层钢板桩在隧道拱部排列布置的密度较大，相邻双层钢板桩之间仅隔一块双层钢板桩的宽度，这样，当其下部挖空后，所暴露的围岩临空面很小，在围岩变形自稳的过程中，就不再坍塌，保证了安全；进一步本专利技术所述方法系统是把第一开挖段的双层钢板桩和拱架支护暂时保留不拆除，在第一开挖段完成后，继续进行下一开挖段的开挖施工，而在第二开挖段施工时，同样按第一开挖段超前支护的过程方法进行，只不过双层钢板桩布置打入的位置与上一开挖段的位置在拱圈方向相互错开，拱架的卡槽位置也与上一开挖段的拱架卡槽位置错开一块双层钢板桩的宽度；以此同样的方法依次进行第三或第四开挖段，这样由于前一开挖段和后一开挖段双层钢板桩首尾有一定长度的重复搭接段，围岩始终都被有拱架支撑的双层钢板桩支护着,如果围岩极软，极易坍塌，可在每一开挖段中间加设钢拱架；当第三或第四开挖段开挖完成后，就可以拆除第一开挖段的拱架及双层钢板桩，在第一开挖段进行下一工序的喷锚作业或直接进行混凝土衬砌；此时由于第一开挖段经过了一定时间的自稳变形，喷锚作业就可以进行得很充分，甚至直接衬砌混凝土，且可以与处于前部的第四或第五开挖段的作业同时进行，省工省时，这样一段一段地依次向前循环快速推进施工，取得明显的效益，由于拱架及双层钢板桩得到重复利用，所以既安全，又大大地降低了成本，无需要偷工减料。为实现上述目的，本专利技术提供的一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统是这样实现的：本专利技术所述双层钢板桩如图2所示：采用上下两层钢板之间用钢板条作筋肋（1根或2根）纵向连接（焊接）起来，增加双层钢板桩的整体抗弯强度，双层钢板桩前端削尖，上下两钢板之间其余部分为中空，尾端设有便于锤打的垫块，这样在双层钢板桩的打入过程中，土体随着双层钢板桩钻入土中而无阻力地进入双层钢板桩的中空内，使双层钢板桩打入遇到的土体阻力很小，很容易打入土中，双层钢板桩的宽度(10cm左右)和长度（1.5m左右）根据施工隧洞实际的地质情况和实际施工需要适当确定，既不能太宽也不能太窄，双层钢板桩太宽，影响隧洞开挖轮廓形状，打入较困难，太窄需要的数量增加，打入费时费工；双层钢板桩太长，打入较困难，太短施工进度慢，效率低。进一步地，本本专利技术所述钢拱架如图1所示：用来支撑双层钢板桩的后端（第四或五个开挖段）和前端（第一、二、三或四开挖段），也可支撑双层钢板桩的中部，拱架上部外圈设置有双层钢板桩相适应的卡槽，卡槽相间分布，前后相邻两开挖段的拱架卡槽位置正好错开分布，拱架由弧形拱圈、两个拱柱三段组成，便于组装拆卸，弧形拱圈和两个拱柱之间采用连接板螺栓连接，连接板四角有四个螺栓孔，每边拱柱的下部钻有两个孔洞，分别用钢筋穿过插入土中把钢拱架锚固住，拱柱的拱脚设置一定面积的垫板，增加支撑强度。进一步地，本专利技术所述方法系统是隧洞开挖的施工工艺系统如图3所示：从隧洞洞口或进洞后某一开挖断面开始，在第一开挖段将双层钢板桩沿隧道设计开挖拱部轮廓线相间并排超前打入围岩中，安装好拱架支撑，然后进行开挖，在第一开挖段完成后，将第一开挖段的双层钢板桩和拱架支护暂时保留不拆除，继续进行下一开挖段的开挖施工，而在第二开挖段施工时，同样按第一开挖段超前支护的过程方法进行，只不过双层钢板桩布置打入的位置与上一开挖段的位置在拱圈方向相互错开，钢拱架的卡槽位置也与上一开挖段的拱架卡槽位置错开一块双层钢板桩的宽度；以此同样的方法依次进行第三或第四开挖段，这样由于前一开挖段和后一开挖段双层钢板桩首尾有一定长度的重复搭接段，围岩始终都被有拱架支撑的双层钢板桩支护着；当第三或第四开挖段开挖完成后，就可以拆除第一开挖段的拱架及双层钢板桩，在第一开挖段进行下一工序的喷锚作业；此时由于第一开挖段经过了一定时间的自稳变形，喷锚作业就可以进行得很充分，且可以与处于前部的第四或第五开挖段的作业同时进行，省工省时，这样一段一段地依次向前循环快速推进施工，取得明显的效益，由于拱架及双层钢板桩得到重复利用，所以既安全，又大大地降低了成本，无需要偷工减料；其施工工艺系统流程如图3所示。由于本专利技术的隧洞开挖初期支护的装置设备结构简单，制作成本很低，能反复利用，施工操作简单，是目前软质隧洞围岩最优选的施工方法，既安全又相当经济，解决了隧洞施工中最大的问题困扰。附图说明以下结合附图对本专利技术做进一步详细描述。附图1是本专利技术一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统立面图。1、双层钢板桩，2、钢拱架拱圈，3、钢拱架拱柱，4、钢拱架垫板，5、开挖轮廓线，6、连接板，7、连接螺栓，8、锚固杆。附图2是本专利技术双层钢板桩视图。1-1、钢板，1-2、筋肋钢条，1-3、垫块附图3是本专利技术施工方法系统的施工工艺系统流程图。附图4是本专利技术部分仰面图。1、双层钢板桩，2、钢拱架拱圈，5、开挖轮廓线，9、第一开挖段10、第二开挖段，11、第三开挖段，12、第四开挖段，13、待开挖隧道。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本专利技术的具体实施例如图1-4所示，一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统,包括钢板桩1采用上下两层钢板1-1之间用钢板条1-2作筋肋（1根或2根）纵向连接（焊接）起来，双层钢板桩前端削尖，尾端设有便于锤打的垫块1-3，沿隧道设计开挖拱部轮廓线5向隧道前进方向打入土中，尾端用钢拱架支撑，所述钢拱架由拱圈2、拱柱3、垫板4、连接板6、连接螺栓7组装而成，用打入土中锚固杆8锁定，然后进行开挖，但开挖进尺不能延伸到双层钢板桩1的最前端，必须保留双层钢板桩1前端一小节于土中来支撑双层钢板桩1；当第一开挖段完成后，立即在双层钢板桩1前端架设钢拱架，该钢拱架又作为下一开挖段双层钢板桩1的尾端支撑，接着打入下一开挖段双层钢板桩1，以此同样的方法依次进行第三或第四开挖段的施工，如果围岩极软，极易坍塌，可在每一开挖段中间加设钢拱架；当第三或第四开挖段开挖完成后，就可以拆除第一开挖段的钢拱架及双层钢板桩，在第一开挖段进行下一工序的喷锚作业或直接进行混凝土衬砌；此时由于第一开挖段经过了一定时间的自稳变形，喷锚作业就可以进行得很充分，甚至直接衬砌混凝土，且可以与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统，其特征在于采用一种将双层钢板桩（1）沿隧道设计开挖拱部轮廓线（5）相间并排超前打入围岩中，所述双层钢板桩（1）采用上下两层钢板（1-1）之间用钢板条（1-2）作筋肋（1根或2根）纵向连接（焊接）起来，双层钢板桩（1）前端削尖，上下两钢板（1-1）之间其余部分为中空，尾部设有便于锤打的垫垫块（1-3）；双层钢板桩的后部，由钢拱架支撑，所述钢拱架包括拱圈（2）、拱柱（3）、垫板（4）、连接板（6）、连接螺栓（7）组装而成，在该支护系统下进行循环施工方法系统，所述方法系统(图3)包括从隧洞洞口或进洞后某一开挖断面开始，在第一开挖段将双层钢板桩沿隧道设计开挖拱部轮廓线相间并排超前打入围岩中，尾端安装好钢拱架支撑，然后进行开挖，在第一开挖段完成后，将第一开挖段的双层钢板桩和拱架支护暂时保留不拆除；以此同样的方法依次进行第二、第三或第四开挖段施工，在第一开挖段经过了一定时间的自稳变形后，拆除第一开挖段的拱架及双层钢板桩，进行下一工序的喷锚作业或衬砌混凝土施工，这样一段一段地依次向前循环快速推进施工。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧洞双层钢板桩、拱架支护及方法系统，其特征在于采用一种将双层钢板桩（1）沿隧道设计开挖拱部轮廓线（5）相间并排超前打入围岩中，所述双层钢板桩（1）采用上下两层钢板（1-1）之间用钢板条（1-2）作筋肋（1根或2根）纵向连接（焊接）起来，双层钢板桩（1）前端削尖，上下两钢板（1-1）之间其余部分为中空，尾部设有便于锤打的垫垫块（1-3）；双层钢板桩的后部，由钢拱架支撑，所述钢拱架包括拱圈（2）、拱柱（3）、垫板（4）、连接板（6）、连接螺栓（7）组装而成，在该支护系统下进行循环施工方法系统，所述方法系统(图3)包括从隧洞洞口或进洞后某一开挖断面开始，在第一开挖段将双层钢板桩沿隧道设计开挖拱部轮廓线相间并排超前打入围岩中，尾端安装好钢拱架支撑，然后进行开挖，在第一开挖段完成后，将第一开挖段的双层钢板桩和拱架支护暂时保留不拆除；以此同样的方法依次进行第二、第三或第四开挖段施工，在第一开挖段经过了一定时间的自稳变形后，拆除第一开挖段的拱架及双层钢板桩，进行下一工序的喷锚作业或衬砌混凝土施...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓志飞，
申请(专利权)人：邓志飞，
类型：发明
国别省市：广西;45