一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法技术

本发明专利技术涉及一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，所述拱形直墙式隧道包括直墙段和拱形段，包括以下步骤：S1、开挖隧道：并对已开挖的隧道部分施作初期支护；S2、设置一次支护：在初期支护的外侧设置若干组一次支护的钢围檩和钢支撑；S3、施作二次衬砌：对初期支护施作二次衬砌至一次支护的钢围檩和钢支撑的安装高度；S4、设置二次支护的钢围檩和钢支撑：在二次衬砌外安装二次支护的钢围檩和钢支撑，且使二次支护的钢围檩和钢支撑插设在一次支护的钢支撑和钢围檩的间隔中。S5、拆除一次支护的钢围檩和钢支撑；S6、待二次衬砌结构稳定后，拆除二次支护的钢支撑和钢围檩。本发明专利技术在直墙段设置钢围檩和钢支撑作为临时支护，有效提高了隧道的结构稳定性。

A method of excavation and support for arched straight wall tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法
本专利技术涉及隧道施工
，特别是涉及一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法。
技术介绍
拱形直墙式隧道是一种常见的隧道类型，其是断面顶部为圆拱、两侧为直立墙的隧洞，可以充分发挥拱效应常用于隧道施工中。拱形直墙隧道结构是由周边围岩和支护结构共同组成并相互作用的结构体系，由于拱形直墙式隧道的直墙段长度大，地层压力、结构自重以梯形形式分布，导致拱形直墙式隧道结构的弯矩和剪力主要集中在直墙的墙脚区域，存在应力集中现象；且结构位移也主要集中在墙脚区域，墙脚位移主要受水平围岩压力影响。因此，拱形直墙式隧道的整体结构稳定性较差，尤其是直墙段底部由于所受围岩侧压力容易引起支护系统破坏，进而影响隧道整体结构的安全。目前，针对拱形直墙式隧道的特殊结构，还没有一个较为完整、成熟和安全的支护方法。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，其能有效减小隧道直墙段墙脚受到的水平围岩压力，进而维持隧道整体结构的稳定性。本专利技术是基于以下专利技术构思实现的：一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，所述拱形直墙式隧道包括直墙段和拱形段，包括以下步骤：S1、开挖隧道：并对已开挖的隧道部分施作初期支护；S2、设置一次支护的钢围檩和钢支撑：在初期支护的外侧设置若干组一次支护的钢围檩和钢支撑；S3、施作二次衬砌：对初期支护施作二次衬砌至一次支护的钢围檩和钢支撑的安装高度；S4、设置二次支护的钢围檩和钢支撑：在二次衬砌外安装二次支护的钢围檩和钢支撑，且使二次支护的钢围檩和钢支撑插设在一次支护的钢支撑和钢围檩的间隔中；S5、拆除一次支护的钢围檩和钢支撑；S6、待二次衬砌结构稳定后，拆除二次支护的钢支撑和钢围檩。相对于现有技术，本专利技术提供了一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，通过在直墙段设置钢围檩和钢支撑作为临时支护，减少直墙段的墙脚区域受到的水平围岩侧压力，进而减小隧道直墙段的墙脚位移变形，再通过设置一次支护和二次支护的钢围檩和钢支撑，有效提高拱形直墙式隧道的结构稳定性；另外，由于钢支撑和钢围檩具有自重轻、拆装容易的优点，在支护结构保持稳定的同时保证施工效率。进一步地，在S1步骤中，根据所述直墙段的高度，确定钢围檩和钢支撑的安装高度和安装组数，采用台阶法开挖隧道至钢围檩和钢支撑的安装高度，并对已开挖的隧道部分安装钢拱架作为初期支护。本专利技术根据直墙段的高度确立钢围檩和钢支撑的安装高度和安装组数，以安装最少的钢围檩和钢支撑结构获得最有效和稳定的支护结构，减少安装的成本和材料的成本。进一步地，S2步骤具体包括以下步骤：S21：每一组钢围檩和钢支撑的安装步骤为：在隧道两侧的直墙段的初期支护外侧对称安装至少两个钢牛腿，再将至少两个钢围檩分别安装在两个钢牛腿上，最后将钢支撑的端部安装在至少一个钢围檩上，进而使钢支撑的两端架设在至少两个钢围檩之间；S22：重复S21步骤，以一定的纵向间距和横向间距安装若干组钢围檩和钢支撑。进一步地，在步骤S21中，安装钢围檩后，还包括在钢围檩两侧设置钢垫板，所述钢垫板与所述钢围檩通过焊接的形式安装；所述钢支撑的两端分别安装在所述钢垫板上。现有技术的基坑工程中，通常是在钢围檩与围护结构(如钢垫板)中预留空隙，再用混凝土进行回填；而本专利技术在钢围檩与钢垫板之间均采用焊接的方式，在拆除阶段方便对其直接切割拆除。进一步地，步骤S2中的一次支护的钢围檩和钢支撑的纵向间距为3m，横向间距为4-6m；步骤S4的二次支护的钢围檩和钢支撑与一次支护的钢围檩和钢支撑的纵向间距为1.5m，横向间距为2-3m。步骤S2和步骤S4的钢围檩和钢支撑是相互间隔的，保证隧道直墙段各个部分受到钢围檩和钢支撑的力是均匀的，同时，也方便在拆除阶段对步骤S2的钢围檩和钢支撑进行吊装拆除。进一步地，在S2步骤和S4步骤中，还包括对安装后的钢支撑施加预应力，分两次施加预应力，每次施加设计预加轴力值的50％，最大预加力不大于100KN。进一步地，在步骤S4中，待步骤S3的二次衬砌强度达到设计值的80％时，在二次衬砌外安装二次钢围檩和钢支撑。进一步地，在步骤S2和S4中，安装钢围檩后，还包括安装悬吊保护装置；所述悬吊保护装置一端勾设在钢围檩的外侧，另一端勾设在钢拱架上。本专利技术的悬吊保护装置用于保护钢围檩，防止其脱落。进一步地，还包括步骤S7，对拆除一次支护和二次支护的钢围檩和钢支撑后的二次衬砌的破损处进行混凝土回填。附图说明图1为本专利技术实施例的拱形直墙式隧道的开挖支护方法的流程图；图2为本专利技术实施例的钢牛腿和钢围檩安装示意图；图3为本专利技术实施例的悬吊保护装置安装示意图；图4为本专利技术实施例的钢支撑和钢围檩安装示意图；图5为本专利技术实施例的钢支撑结构图。具体实施方式申请人在研究拱形直墙式隧道时发现，由于拱形直墙式隧道的直墙段长度大，地层压力、结构自重以梯形形式分布，导致拱形直墙式隧道结构的弯矩和剪力主要集中在直墙的墙脚区域，存在应力集中现象；且结构位移也主要集中在墙脚区域，墙脚位移主要受水平围岩压力影响。因此，拱形直墙式隧道的整体结构稳定性较差，尤其是直墙段底部由于所受围岩侧压力容易引起支护系统破坏，进而影响隧道整体结构的安全。申请人进一步对如何减少直墙段底部受到的侧压力这一课题进行研究和设计，申请人发现将基坑工程中的钢围檩和钢支撑结构作为临时支护结构用在拱形直墙式隧道时，能够减少直墙段的墙脚区域受到的水平围岩侧压力，进而减小隧道直墙段的墙脚位移变形，有效提高拱形直墙式隧道的结构稳定性。基于此，申请人通过研究和设计，进一步提出了一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法。以下，通过实施例进行进一步的详细说明。本专利技术提供了一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，请参阅图1，所述拱形直墙式隧道包括直墙段和拱形段，其特征在于，包括以下步骤：S1、开挖隧道：并对已开挖的隧道部分施作初期支护；S11：根据所述直墙段的高度，确定钢围檩和钢支撑的安装高度和安装组数；S12：采用台阶法，使各台阶的高度在3-5m，分部开挖隧道至钢围檩和钢支撑的安装高度，并对已开挖的隧道部分安装钢拱架作为初期支护。S2、设置一次支护的钢围檩和钢支撑：在初期支护的外侧安装若干组一次支护的钢围檩和钢支撑；S21：每一组钢围檩和钢支撑的安装步骤为：a、在隧道两侧的直墙段的初期支护，请参阅图2，在本实施例中的初期支护为钢拱架1，在两侧直墙段上的所述钢拱架1外侧分别对称安装两个钢牛腿2，安装时用水准仪对钢牛腿2进行标高确定，并标记安设线保证两个钢牛腿2在同一直线上，所述钢牛腿2为组合角钢(L75×75×8)，并通过膨胀螺栓3固定在钢拱架1上，所述膨胀螺栓3为M20膨胀螺栓；b、再将两个钢围檩4分别安装在两侧的钢牛腿2上，并在钢围檩4两侧分别设置钢垫板5，其中一个钢垫板5设置在所述钢拱架1与所述钢围檩4之间，另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，所述拱形直墙式隧道包括直墙段和拱形段，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、开挖隧道：并对已开挖的隧道部分施作初期支护；/nS2、设置一次支护的钢围檩和钢支撑：在初期支护的外侧设置若干组一次支护的钢围檩和钢支撑；/nS3、施作二次衬砌：对初期支护施作二次衬砌至一次支护的钢围檩和钢支撑的安装高度；/nS4、设置二次支护的钢围檩和钢支撑：在二次衬砌外安装二次支护的钢围檩和钢支撑，且使二次支护的钢围檩和钢支撑插设在一次支护的钢支撑和钢围檩的间隔中；/nS5、拆除一次支护的钢围檩和钢支撑；/nS6、待二次衬砌结构稳定后，拆除二次支护的钢支撑和钢围檩。/n

【技术特征摘要】
1.一种拱形直墙式隧道的开挖支护方法，所述拱形直墙式隧道包括直墙段和拱形段，其特征在于，包括以下步骤：
S1、开挖隧道：并对已开挖的隧道部分施作初期支护；
S2、设置一次支护的钢围檩和钢支撑：在初期支护的外侧设置若干组一次支护的钢围檩和钢支撑；
S3、施作二次衬砌：对初期支护施作二次衬砌至一次支护的钢围檩和钢支撑的安装高度；
S4、设置二次支护的钢围檩和钢支撑：在二次衬砌外安装二次支护的钢围檩和钢支撑，且使二次支护的钢围檩和钢支撑插设在一次支护的钢支撑和钢围檩的间隔中；
S5、拆除一次支护的钢围檩和钢支撑；
S6、待二次衬砌结构稳定后，拆除二次支护的钢支撑和钢围檩。


2.根据权利要求1所述的拱形直墙式隧道的开挖支护方法，其特征在于：在S1步骤中，根据所述直墙段的高度，确定钢围檩和钢支撑的安装高度和安装组数，采用台阶法开挖隧道至钢围檩和钢支撑的安装高度，并对已开挖的隧道部分安装钢拱架作为初期支护。


3.根据权利要求2所述的拱形直墙式隧道的开挖支护方法，其特征在于：S2步骤具体包括以下步骤：
S21：每一组钢围檩和钢支撑的安装步骤为：在隧道两侧的直墙段的初期支护外侧对称安装至少两个钢牛腿，再将至少两个钢围檩分别安装在两个钢牛腿上，最后将钢支撑的端部安装在至少一个钢围檩上，进而使钢支撑的两端架设在至少两个钢围檩之间；
S22：重复S21步骤，以一定的纵向间距和横向间距安装若干组钢围檩和钢支撑。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄泽，王俊，王定富，周涛，谢胜，杨垒，潘宗凯，
申请(专利权)人：中铁五局集团第四工程有限责任公司，中铁五局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44