拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构及方法技术

本发明专利技术涉及一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构及施工方法，包括组合型钢环梁、超前管棚、中空锚杆、钢筋板带以及喷射混凝土层；其中，所述组合型钢环梁设置于主体隧道初支厚度空间内，组合型钢环梁内部设置预埋钢管作为超前管棚的导向定位与固定装置，在组合型钢环梁以及超前管棚保护作用下可实现分块拆除交叉口主体钢架并开挖岩体，同时密贴超前管棚设置钢筋板带、打设中空锚杆并覆盖喷射混凝土层，形成“横向成拱、纵向成梁”的空间棚护结构，能有效承载拱拱相交T型隧道“三角形悬臂区域”围岩荷载，顺利实现交叉口无撑化初支开洞，可完全规避传统开洞方案施工可能引起的塌方、冒顶风险，具有较高的工程、经济与社会效益。效益。效益。

【技术实现步骤摘要】
拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构及方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通设计与施工领域，具体涉及一种可以有效避免拱拱相交T型隧道交叉口“三角形悬臂区域围岩”塌方、冒顶风险的无撑化初支开洞支护结构及施工方法。

技术介绍

[0002]地铁暗挖车站因其功能定位及服务需求，需从站内引出至少2个常规出入口、2组风道以及1个消防安全口，其中：受主体站厅层层高及拱形结构的限制，出入口、风道等附属通道与主体隧道往往呈拱拱相交的状态，当T型交叉口开洞施工破除主体隧道初支结构的完整性后，拱拱相交区域的围岩容易形成“三角形”悬臂支护盲区，悬臂长度与T型交叉口隧道拱部相交的位置有关，一般在1.8～2.9m范围内，相当于3～6榀钢架间距的长度，对于暗挖隧道出现如此大的悬臂支护盲区，一旦开洞支护措施选择不当极易诱发冒顶、塌方事故，严重威胁作业人员的生命安全并造成难以估量的经济损失，越来越受到业内工程人士的关注与重视。目前，拱拱相交T型隧道交叉口常用的3种开洞支护措施及施工方法，均面临着不同程度的不足与弊端，具体分析如下：
[0003](1)利用二衬结构状态开洞：虽然可以利用中板平台设置门型竖撑临时消除“三角形悬臂区域围岩”支护盲区，但交叉口结构合龙模筑时仍需面临拆撑失稳的施工风险，而且在合龙部位形成人为的施工缝，需要提前预留钢筋接驳器及埋入式止水带，附属通道施工时极易污染既有成品材料，既不利于交叉口复杂结构受力也无法保证防水施工质量；另外，从施工组织及工期工效方面考虑，附属通道与主体隧道开挖不能同步进行，严重制约后续建筑装修、机电安装专业进场施工，工效降低、工期滞后，既不经济又不合理；
[0004](2)调整主体拱部开挖轮廓满足直墙初支开洞；直墙初支开洞可以保证附属钢架直接支顶主体截断钢架，无需面临“三角形悬臂区域围岩”支护盲区，但主体拱部开挖轮廓变坦、曲率变小而导致初支成拱效应变差，不利于初支结构受力及围岩的稳定性控制，甚至可能诱发初支强度、刚度失稳险情，而且交叉口主体隧道与两侧标准段过渡时需进行2次断面转换，极其不利于施工组织与风险管控，后期二衬模筑因主体开挖轮廓外放而属于大体积混凝土施工范畴，所产生的水化热容易在混凝土内部引起温度收缩应力而形成破坏结构完整性的有害裂缝；
[0005](3)利用围岩自承能力直接初支开洞：这种开洞方式适用于完整性与稳定性较好的围岩中，但是截断后的主体初支仅仅依靠喷射混凝土与围岩的粘结强度实现自稳，即便打设超前管棚也无法与主体初支焊接形成可靠的整体受力结构，“三角形悬臂区域围岩”支护盲区仍然存在，一旦围岩破碎或地质突变后果不堪设想，只能设置竖向支撑支顶暂避风险但后期拆撑风险更高，不得不采用防水质量、结构耐久性均难以保障的埋撑方式模筑二衬，后期运营面临的水患整改更加困难、代价更高。

技术实现思路

[0006]针对现有拱拱相交T型隧道交叉口开洞施工支护方案存在的上述缺陷和不足；本专利技术提供了一种T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构及施工方法，该支护结构所形成的“横向成拱、纵向成梁”空间棚户承载结构，可以有效承载拱拱相交三角形悬臂区域围岩载荷，顺利实现交叉口处隧道初支无撑化开洞，与传统开洞方式相比，无需面临拆撑失稳的施工风险；同时附属通道与主体隧道开挖及支护可以同步进行，施工周期缩短。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，包括主隧道以及与主隧道呈T型拱拱相交的附属通道，所述支护结构包括组合型钢环梁、超前管棚、钢筋板带以及中空锚杆；其中：
[0008]所述组合型钢环梁固定于T型隧道交叉口处主隧道初支结构内部，组合型钢环梁的形状与T型隧道拱拱相交处的交线相匹配，所述组合型钢环梁内部环向均匀设置若干预埋钢管；
[0009]所述超前管棚分别穿过所述预埋钢管，且管棚一端与预埋钢管焊接固定，另一端穿过拱拱相交三角形悬臂区域围岩，并置于前方附属通道未开挖土体中；
[0010]所述钢筋板带设置有多个，分别垂直固定于超前管棚的管壁上；
[0011]所述中空锚杆在环向上与超前管棚以间隔布置的方式打设，中空锚杆末端设置锚杆托盘，所述锚杆托盘以及中空锚杆可将钢筋板带以及超前管棚固定于拱拱相交三角形悬臂区域围岩基面上。
[0012]进一步地，位于拱拱相交三角形悬臂区域围岩上的由超前管棚、钢筋板带以及中空锚杆构成的支护结构表面设有厚度为300
‑
350mm的喷射混凝土层。
[0013]进一步地，所述超前管棚穿过拱拱相交三角形悬臂区域围岩的长度不低于3m；所述超前管棚与附属通道未开挖土体相互搭接范围内设有附属通道钢架。
[0014]进一步地，所述钢筋板带由两根螺纹钢筋并列布置组成，所述两根螺纹钢筋分别设置于中空锚杆两侧，并焊接固定于超前管棚的管壁上。
[0015]进一步地，所述组合型钢环梁是由双拼布置的工字钢以及两个分别与工字钢相连接的缀板相互焊接形成的格构式结构。
[0016]进一步地，所述中空锚杆直径为25mm、呈1.2m
×
1.2m梅花状布置，锚杆托盘尺寸长为150mm、宽为150mm、厚为12mm，可将钢筋板带扣锁固定在超前管棚上。
[0017]本专利技术还提供了一种基于上述支护结构的拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞施工方法，包括如下施工步骤：
[0018]S1，沿着先行主体隧道开挖至T型隧道交叉口位置并施作相应的初期支护结构；
[0019]S2，靠近后行附属通道开洞一侧，放线测量、定位先行主体隧道与后行附属通道拱拱相交的交线；
[0020]S3，以拱拱相交交线作为先行主体隧道上台阶开挖边线，继续向前开挖、施工支护并打设锁脚锚杆稳固拱脚；
[0021]S4，加工预制组合型钢环梁，形状与拱拱相交交线相适应，地面试拼满足拼装误差要求后方可用于现场施工；
[0022]S5，待掌子面开挖至T型交叉口前方1倍后行附属通道洞跨时，沿着上台阶开挖边线环向分块掏槽开挖与所述组合型钢环梁安装空间相适应的岩体，架设设置若干预埋钢管
的组合形钢环梁，并将其与主体隧道初期支护格栅钢架焊接固定；
[0023]S6：继续向下开挖至后行附属通道上台阶底部标高，施作相应的初期支护结构；
[0024]S7：破除超前管棚打设点位初期支护并露出所述预埋钢管，清理内部填充异物并打设所述超前管棚，将所述超前管棚一端与所述组合型钢环梁焊接为整体，另一端穿过拱拱相交三角形悬臂区域围岩，并置于前方附属通道未开挖土体中；
[0025]S8：分块割除所述组合型钢环梁下部先行主体隧道初期支护，紧跟开挖后行附属通道上台阶；
[0026]S9：后行附属通道开挖进尺控制为0.5m，随着开挖施作钢筋板带、中空锚杆、中空托盘，并施作喷射混凝土层及时封闭拱拱相交三角形悬臂区域围岩；
[0027]S10：继续向前开挖后行附属通道，要求后行附属通道正洞与所述超前管棚相互搭接长度范围内必须架设附属通道钢架，以便形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，包括主隧道以及与主隧道呈T型拱拱相交的附属通道，其特征在于，所述支护结构包括组合型钢环梁、超前管棚、钢筋板带以及中空锚杆；其中：所述组合型钢环梁固定于T型隧道交叉口处主隧道初支结构内部，组合型钢环梁的形状与T型隧道拱拱相交处的交线相匹配，所述组合型钢环梁内部环向均匀设置若干预埋钢管；所述超前管棚分别穿过所述预埋钢管，且管棚一端与预埋钢管焊接固定，另一端穿过拱拱相交三角形悬臂区域围岩，并置于前方附属通道未开挖土体中；所述钢筋板带设置有多个，分别垂直固定于超前管棚的管壁上；所述中空锚杆在环向上与超前管棚以间隔布置的方式打设，中空锚杆末端设置锚杆托盘，所述锚杆托盘以及中空锚杆可将钢筋板带以及超前管棚固定于拱拱相交三角形悬臂区域围岩基面上。2.根据权利要求1所述的一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，其特征在于，位于拱拱相交三角形悬臂区域围岩上的由超前管棚、钢筋板带以及中空锚杆构成的支护结构表面设有厚度为300
‑
350mm的喷射混凝土层。3.根据权利要求1所述的一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，其特征在于，所述超前管棚穿过拱拱相交三角形悬臂区域围岩的长度不低于3m；所述超前管棚与附属通道未开挖土体相互搭接范围内设有附属通道钢架。4.根据权利要求1所述的一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，其特征在于，所述钢筋板带由两根螺纹钢筋并列布置组成，所述两根螺纹钢筋分别设置于中空锚杆两侧，并焊接固定于超前管棚的管壁上。5.根据权利要求1所述的一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，其特征在于，所述组合型钢环梁是由双拼布置的工字钢以及两个分别与工字钢相连接的缀板相互焊接形成的格构式结构。6.根据权利要求1所述的一种拱拱相交T型隧道交叉口无撑化初支开洞支护结构，其特征在于，所述中空锚杆直径为25mm、呈1.2m
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1.2m梅花状布置，锚杆托盘尺寸长为150mm、宽为150mm、厚为12mm，可将钢筋板带扣锁固定在超前管棚上。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文娟，高鑫，冯世杰，李清菲，吴琦，刘鹏，毕经东，贺维国，孙为东，金若翃，段悟哲，吴昊，
申请(专利权)人：中铁第六勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：