软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系制造技术

本实用新型专利技术公开了一种软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系，其特征是：在稳定拱段和待换拱段之间设置临时支护结构及超前导向结构；临时支护结构，其包括在稳定拱段的前端支立前组拱架，在前组拱架的后方并行支立后组拱架，在前组拱架和后组拱架之间设置多道纵向连接件，构成临时支护拱段；纵向为隧道走向；超前导向结构是在前组拱架上，朝向待换拱段所在的一侧固定超前中管棚。本实用新型专利技术结构体系稳定可靠，能有效避免在换拱施工中对既有软弱围岩造成二次扰动，其结构简单、施工操作简便，在保证安全的同时有效提高功效。在保证安全的同时有效提高功效。在保证安全的同时有效提高功效。

【技术实现步骤摘要】
软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系


[0001]本技术涉及隧道换拱施工
，更具体地说是一种软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系。

技术介绍

[0002]隧道工程在高铁和公路工程中的占比很大，隧道施工过程中会遇到各种地形和地质。在软弱围岩地质条件下，由于围岩的自稳性差，无法有效成拱，故在隧道开挖和初期支护的过程中容易造成拱顶下沉和收敛变形过大，造成初期支护侵限，挤压二次衬砌的空间，出现二次衬砌厚度不足。为消除初支侵限对二次衬砌厚度的影响，需要对侵限的段落和部位进行拆除和重新支护，即换拱。在换拱施工中，因对既有软弱围岩造成二次扰动，容易出现坍塌等情况，安全风险较大。
[0003]为保证换拱施工的安全，换拱前一般采取围岩预加固或临时支撑支顶。目前，隧道换拱临时支撑一般是在需要换拱部位的正下方对需要更换的钢拱架进行预支撑，然后将需要更换的拱架拆除、切割及更换，并随着换拱的进行对临时支撑进行拆除、移动和安装，工序比较繁琐，施工成本高，效率低，由于位于需拆除的拱架下，临时支撑容易被拆除的拱架砸坏，在操作中存在一定的安全风险。

技术实现思路

[0004]本技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种操作安全性高、结构简单、施工成本低的软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系，以提高换拱施工效率，保证施工安全性。
[0005]本技术为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006]本技术软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系的特点是：在稳定拱段和待换拱段之间设置临时支护结构及超前导向结构；所述临时支护结构，其包括在稳定拱段的前端支立前组拱架，在所述前组拱架的后方并行支立后组拱架，在所述前组拱架和后组拱架之间设置多道连接件，构成临时支护拱段；所述纵向为隧道走向；所述超前导向结构，其是在所述前组拱架上，朝向待换拱段所在的一侧固定超前中管棚。
[0007]本技术软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系的特点也在于：在所述稳定拱段中铺垫有仰拱填充层，所述前组拱架和后组拱架分别以固定安装在仰拱填充层上的钢板垫块为拱脚支垫，并设置有锁脚锚杆。
[0008]本技术软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系的特点也在于：所述前组拱架和后组拱架均为两榀I20b工字钢双拼结构，在双拼工字钢间焊接连接，设置所述前组拱架和后组拱架的钢拱半径R1为：R1＝R
‑
200mm，其中，R为隧道初支面设计半径。
[0009]本技术软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系的特点也在于：所述前组拱架与后组拱架的中心距为1.8m。
[0010]本技术软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系的特点也在于：所述
超前中管棚具有一组注浆管，所述超前中管棚的固定结构为：在所述前组拱架的拱顶部120
°
的环段中，按30cm的间隔设置各预留导向孔，超前中管棚中各注浆管一一对应安装在各所述预留导向孔中，各注浆管的管尾部与所述前组拱架固定焊接，注浆管的管前端插入在朝向待换拱段所在一侧的注浆管孔中，利用各注浆管进行注浆形成超前中管棚。
[0011]与已有技术相比，本技术有益效果体现在：
[0012]本技术将临时支护结构与超前导向结构相结合，用于对临近需要换拱的部位进行预加固，一是对稳定部位进行临时支撑加固，防止由于换拱产生的附加沉降造成稳定段落的二次扰动和下沉；二是作为需换拱段落超前支护的支撑导向体系，其结构体系稳定可靠，能有效避免在换拱施工中对既有软弱围岩造成二次扰动；整个体系结构简单、施工操作简便、制作材料可直接在现场获得，成本低廉，施工经济性较好，可以在保证安全的同时有效提高功效。
附图说明
[0013]图1为技术立面结构示意图；
[0014]图2为本技术中由前组拱架和后组拱架构成的临时支护拱段示意图；
[0015]图中标号：1前组拱架，2后组拱架，3锁脚锚杆，4钢板垫块，5纵向连接件，6超前中管棚，7仰拱填充层，8待换拱段，9稳定拱段。
具体实施方式
[0016]参见图1和图2，本实施例中软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系是：
[0017]在稳定拱段9和待换拱段8之间设置临时支护结构及超前导向结构；
[0018]临时支护结构包括在稳定拱段9的前端支立前组拱架1，在前组拱架1的后方并行支立后组拱架2，在前组拱架1和后组拱架2之间设置多道连接件5，构成临时支护拱段；纵向是指隧道走向；超前导向结构是在前组拱架1上，朝向待换拱段8所在的一侧固定设置超前中管棚6。
[0019]具体实施中，相应的技术措施也包括是：在稳定拱段9中铺垫有仰拱填充层7，前组拱架1和后组拱架2分别以固定安装在仰拱填充层7上的钢板垫块4为拱脚支垫，并设置有锁脚锚杆3；前组拱架1和后组拱架2均为两榀I20b工字钢双拼结构，在双拼工字钢间焊接连接，设置前组拱架1和后组拱架2的钢拱半径R1为：R1＝R
‑
200mm，其中，R为隧道初支面设计半径，具体根据施工图纸设定；将前组拱架1与后组拱架2的中心距设置为1.8m；在超前中管棚6具有一组注浆管，超前中管棚6的固定结构为：在前组拱架1的拱顶部120
°
的环段中，按30cm的间隔设置各预留导向孔，超前中管棚6中各注浆管一一对应安装在各预留导向孔中，各注浆管的管尾部与前组拱架1固定焊接，注浆管的管前端插入在朝向待换拱段8所在一侧的注浆管孔中，利用各注浆管进行注浆形成超前中管棚6。
[0020]具体实施中按如下步骤进行施工：
[0021]步骤1：材料加工，采用两榀I20b工字钢双拼，满焊连接分别制成前组拱架1和后组拱架2，前组拱架1拱顶部各预留导向孔的孔径设置为70mm；超前中管棚6采用长6.0m的拱架2，前组拱架1拱顶部各预留导向孔的孔径设置为70mm；超前中管棚6采用长6.0m的无缝钢管，无缝钢管前端10cm处做成锥形，无缝钢管尾端焊接有加强箍，无缝钢管的管体钻设注浆孔，注浆孔的孔径为10mm，注浆孔的孔间距为10cm，注浆孔呈梅花型
布置，无缝钢管的管尾端1m范围预留为止浆段不予钻孔；
[0022]步骤2：支立前组拱架1和后组拱架2，是按2m的间距分别安装前组拱架1和后组拱架2，在前组拱架1和后组拱架2的拱架两端拱脚处在仰拱填充层7分别支垫有10mm厚的25cm
×
25cm的钢板垫块4，以加大拱架与仰拱的接触面积。
[0023]步骤3：拱架锁脚，是在前组拱架1和后组拱架2的拱架两端拱脚处，分别采用长4.5m的螺纹钢锁脚锚杆3进行锁定，锁脚锚杆3的锚杆尾部加工成L型，在各拱脚处以两根锁脚锚杆3为一组与拱架满焊连接；
[0024]步骤4：形成临时支护拱段，是采用3根长2.0m的[14b#槽钢作为纵向连接件5，在前组拱架1和后组拱架2的拱顶及两侧拱腰处进行满焊连接，使前组拱架1和后组拱架2形成整体受力体系；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系，其特征是：在稳定拱段(9)和待换拱段(8)之间设置临时支护结构及超前导向结构；所述临时支护结构，其包括在稳定拱段(9)的前端支立前组拱架(1)，在所述前组拱架(1)的后方并行支立后组拱架(2)，在所述前组拱架(1)和后组拱架(2)之间设置多道纵向连接件(5)，构成临时支护拱段；纵向为隧道走向；所述超前导向结构，其是在所述前组拱架(1)上，朝向待换拱段(8)所在的一侧固定超前中管棚(6)。2.根据权利要求1所述的软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系，其特征是：在所述稳定拱段(9)中铺垫有仰拱填充层(7)，所述前组拱架(1)和后组拱架(2)分别以固定安装在仰拱填充层(7)上的钢板垫块(4)为拱脚支垫，并设置有锁脚锚杆(3)。3.根据权利要求1所述的软弱围岩隧道换拱临时支护及超前导向结构体系，其特征是：所述前组拱架(1)和后组拱架(2)均为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保文，杨艳伟，王军，魏亮，姚大闯，陈琦，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司，
类型：新型
国别省市：