本发明专利技术提供了一种隧道初期支护的拱脚结构，其包括：多榀钢架，交叉型斜撑，钢槽支撑脚；多榀钢架沿隧道的轴向间隔设置，且相邻的至少两榀钢架之间按照预设的高度差设置；多榀钢架至少包括：第一钢架和第二钢架，第一钢架下端安装至预设开挖高度；第二钢架下端安装至预设开挖高度以下，即嵌入岩土体，第二钢架的下端与第一钢架下端形成高度差。嵌入岩土体的钢架可以起到近似于悬臂挡墙的支挡作用，抵抗侧向围岩形变压力，通过交叉型斜撑进一步提高初期支护拱脚位置钢架的整体性，扩散围岩对与初期支护的局部挤压应力。另外钢槽支撑脚可以起到固定钢架、抑制钢架末端曲率变化的作用，并可以重复利用。可应用于隧道工程初期支护设计与施工技术领域。施工技术领域。施工技术领域。
【技术实现步骤摘要】
一种隧道初期支护的拱脚结构、施工方法及拱脚系统
[0001]本专利技术属于隧道工程初期支护设计与施工
，特别涉及一种隧道初期支护的拱脚结构、施工方法及拱脚系统。
技术介绍
[0002]在隧道等地下工程施工过程中，台阶法是较为常见的施工工法，由于将隧道断面划分多个小断面，降低了一个循环作业内，掌子面滑塌及顶部围岩坍塌的风险，同时可以提供多个工作面协同作业，方便机械转场、加快施工进度，但缺点在于，对围岩产生多次扰动，使得台阶处拱脚钢架单元连接点的变形量最大，成为整个初期支护的薄弱点，现有隧道初期支护相关设计、施工规范以及施工惯用方法中，拱脚部位钢架单元都是等长设计，且拱脚钢架连接点通常在同一高度位置处，一般与台阶开挖高度齐平，相当于薄弱点在一条水平线上，在一些软弱围岩地层隧道工程中时常可以看到，中台阶拱脚处钢架连接点被联排挤出。由此造成的影响，一方面在于，已施作的钢架由于钢架单元末端曲率变化，导致下部钢架无法按照原设计曲率进行平顺连接。另外一方面在于，钢架连接部位局部突出变形，不利于衬砌防水板以及衬砌钢筋的均匀铺设，尤其是在挤出变形严重时会侵入二次衬砌施作限界，工程被迫进行返工拆换，浪费材料、延误工期。
[0003]也即，对于隧道工程，台阶法施工施作初期支护拱脚钢架时，钢架单元连接点在同一水平高度，在受到外部扰动因素后，拱脚钢架末端容易被联排挤出变形、进而导致钢架单元末端曲率变化，甚至优于钢架的局部变形，而二次衬砌侵限，最终返工拆换，造成材料浪费。
[0004]可见，对于隧道工程中初期支护拱脚部分的设计而言，如何避免初期支护的薄弱受力点在同一水平高度，以提高初期支护钢架整体抗挤出变形能力，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种隧道初期支护拱脚结构，以至少解决上述技术问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供一种隧道初期支护的拱脚结构，所述拱脚结构包括：多榀钢架，多榀所述钢架沿所述隧道的轴向间隔设置，且相邻的至少两榀钢架之间按照预设的高度差进行安装；所述多榀钢架至少包括：第一钢架，所述第一钢架下端安装至预设开挖高度；第二钢架，所述第二钢架下端安装至预设开挖高度以下，所述第二钢架的下端嵌入岩土体，所述第一钢架与所述第二钢架的长度相同，所述第二钢架的下端与所述第一钢架下端形成所述高度差。
[0007]在第一方面中，所述预设的高度差为30
‑
80厘米。
[0008]在第一方面中，所述拱脚结构还包括：纵向连接结构，所述纵向连接结构连接在所述第一钢架与所述第二钢架之间。
[0009]在第一方面中，所述纵向连接结构包括多个纵向连接板和多个斜撑；
[0010]每一所述第一钢架和所述第二钢架之间均对应连接一个或多个所述纵向连接板和一个或多个所述斜撑；其中，
[0011]若所述斜撑为两个时，则交叉设置。
[0012]在第一方面中，所述拱脚结构还包括钢槽支撑脚，所述槽钢支撑脚包括：支撑板，所述支撑板的其中一面设置四个支撑脚，用于嵌入开挖表层松动岩体，固定自身位置；所述支撑板的另一面设置有安装槽，所述安装槽内用于安设所述钢架，安装槽尺寸与钢架端部尺寸对应。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种隧道初期支护拱脚钢架的施工方法，所述拱脚由多榀钢架组成，所述施工方法包括：在所述隧道拱脚位置开挖后，在开挖位置设置一个或多个第一钢架，使所述第一钢架下端安装至预设开挖高度；依据所述第一钢架的位置，对应设置一个或多个第二钢架，使一个或多个所述第二钢架的下端对应安装至预设开挖高度以下，并嵌入岩土体；其中，每一所述第一钢架与每一所述第二钢架的长度相同；
[0014]在第二方面中，将所述第一钢架与所述第二钢架之间的预设高度差设置为30
‑
80cm。
[0015]在第二方面中，所述施工方法还包括：在所述第一钢架与所述第二钢架之间，设置纵向连接筋和斜撑，所述斜撑采用钢板，焊接于相邻钢架之间，斜撑两端分别对应连接于第一钢架和第二钢架高度差位置；
[0016]在第二方面中，安装所述第一钢架和所述第二钢架时，在所述第一钢架和所述第二钢架的下端铺设钢槽支撑脚，所述第一钢架和所述第二钢架的下端对应放置在安装槽内，便于固定所述第一钢架和所述第二钢架的下端。
[0017]第三方面，本专利技术提供了一种隧道初期支护的拱脚系统，所述拱脚系统包括上述任意一项所述的隧道初期支护的拱脚结构。
[0018]有益效果：本专利技术提出了一种隧道初期支护的拱脚结构，拱脚结构由多榀钢架组成，并沿隧道轴向设置，且相邻至少两榀钢架之间按照预设的高度差设计，形成“留茬”的结构，该结构的设计方式，解决了现有技术中将组成拱脚结构的多榀钢架薄弱点等高设置，且钢架下端侧向限位支撑，导致的拱脚部位初期支护抗侧向变形能力较差的技术问题，从力学角度来讲，本专利技术的“留茬”设计中，将组成拱脚结构的第一钢架和第二钢架按照一定高度差进行布置，且被嵌入岩体部分的第二钢架可以起到近似于悬臂挡墙的支挡作用，进而提高自身抵抗侧向围岩形变压力的能力。通过交叉型斜撑提高了初期支护拱脚位置钢架结构的整体性，有利于扩散围岩对初期支护的局部挤压应力。钢槽支撑脚可以起到固定钢架、抑制钢架末端曲率变化的作用，并可以重复利用。本专利技术设计施工简便、节约工程造价，大大提高了施工效率。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例一中隧道初期支护的拱脚结构的结构图一；
[0021]图2为本专利技术实施例一中隧道初期支护的拱脚结构的结构图二；
[0022]图3为本专利技术实施例一中隧道初期支护的拱脚结构的结构图三；
[0023]图4为本专利技术实施例一中钢槽支撑结构与单榀钢架的连接结构图；
[0024]图5位本专利技术实施例一中钢槽支撑结构的结构图；
[0025]附图标记说明：
[0026]1、纵向连接板；
[0027]2、第一钢架；
[0028]3、钢架单元连接板；
[0029]4、斜撑；
[0030]5、第二钢架；
[0031]6、钢槽支撑结构；
[0032]601、支撑板；
[0033]602、安装槽；
[0034]603、支撑脚。
具体实施方式
[0035]下面将结合附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种隧道初期支护的拱脚结构，其特征在于，所述拱脚结构包括：多榀钢架，多榀所述钢架沿所述隧道的轴向间隔设置，且相邻的至少两榀钢架之间按照预设的高度差进行安装；所述多榀钢架至少包括：第一钢架，所述第一钢架下端安装至预设开挖高度；第二钢架，所述第二钢架下端安装至预设开挖高度以下，所述第二钢架的下端嵌入岩土体，所述第一钢架与所述第二钢架的长度相同，所述第二钢架的下端与所述第一钢架下端形成所述高度差。2.根据权利要求1所述的隧道初期支护的拱脚结构，其特征在于：所述预设的高度差为30
‑
80厘米。3.根据权利要求1所述的隧道初期支护的拱脚结构，其特征在于，所述拱脚结构还包括：纵向连接结构，所述纵向连接结构连接在所述第一钢架与所述第二钢架之间。4.根据权利要求3所述的隧道初期支护的拱脚结构，其特征在于，所述纵向连接结构包括多个纵向连接板和多个斜撑；每一所述第一钢架和所述第二钢架之间均对应连接一个或多个所述纵向连接板和一个或多个所述斜撑；其中，若所述斜撑为两个时，则交叉设置。5.根据权利要求1所述的隧道初期支护的拱脚结构，其特征在于，所述拱脚结构还包括钢槽支撑脚，所述槽钢支撑脚包括：支撑板，所述支撑板的其中一面设置四个支撑脚，用于嵌入开挖表层松动岩体，固定自身位置；所述支撑板的另一面设置有安装槽，所述安装槽内用于安设所述钢架，安装槽尺寸与钢架端部尺寸对应。6.一种如权利要求1
【专利技术属性】
技术研发人员：张朝轩，谭贤君，陈卫忠，田洪铭，袁敬强，苏舟舟，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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