【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道及地下工程建设领域，具体涉及一种隧道掌子面支护体系及施工方法。
技术介绍
1、掌子面又称礃子面，是坑道施工中的一个术语，指开挖坑道(采煤、采矿或隧道工程中)不断向前推进的工作面。可见，掌子面是隧道施工中一个关键的部位，其稳定性直接影响到整个隧道的安全性和工程进度。现代隧道工程中，常采用多种支护体系来保障掌子面的稳定，如钢架支护、喷锚网支护、锚杆锚网支护等。然而，掌子面的稳定性受到地质条件、地下水情况、施工工艺等多种因素的影响，存在着一定的不确定性和难度。特别是在复杂地质条件下，如软弱岩层、断层带等，掌子面的稳定性控制更具挑战性。
2、对于下穿建筑物的暗挖隧道掌子面来说，在进行二衬施工时，由于施工二衬需要搭建模版的支撑钢架，支撑钢架阻断了隧道内的交通，无法再施工前方的硐室，导致掌子面长时间裸露，对于掌子面支护体系的刚度和稳定性提出了更高的要求。此外，由于掌子面的地质结构复杂，现有的掌子面支护体系难以兼顾支护体系的刚度、稳定性和施工便利性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种适用于下穿建筑物的暗挖隧道掌子面的支护体系及施工方法，以兼顾支护体系的刚度、稳定性和施工便利性。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：一种隧道掌子面支护体系，包括沿着隧道纵向间隔布置的钢支撑结构和钢筋网，所述钢支撑结构包括多个竖向延伸的支撑钢，多个所述支撑钢沿横向间隔布置，相邻所述支撑钢之间设有金属连接件，所述支撑钢的两端分别抵接于隧道拱顶和隧道底部，
3、在一个实施例中，所述支撑钢的两端分别焊接有钢板，所述钢板用于与隧道的环向工字钢焊接固定，从而借助于所述钢板实现所述支撑钢两端的支撑固定。
4、在一个实施例中，所述支撑钢的横向间距是70～90cm，所述金属连接件的两端分别固定连接于相邻的所述支撑钢，且连接于同一组相邻支撑钢的所述金属连接件的纵向间距为90～110cm。
5、在一个实施例中，所述超前钢花管与所述支撑钢相邻布置，且所述超前钢花管与所述支撑钢焊接固定。
6、在一个实施例中，还包括多个设置在所述掌子面上的排水泄压孔，所述排水泄压孔与所述超前钢花管间隔布置，所述排水泄压孔沿隧道纵向的长度大于等于5m。
7、本专利技术的技术方案还包括：一种隧道掌子面支护体系的施工方法，该支护体系为上述的一种隧道掌子面支护体系，该支护体系还包括多个设置在所述掌子面上并沿隧道纵向延伸的排水泄压孔，所述排水泄压孔与所述超前钢花管间隔布置，该施工方法的施工步骤包括：
8、s1：插设超前钢花管并注浆；
9、s2：打设排水泄压孔；
10、s3：第一层钢筋网施工；
11、s4：钢支撑结构施工；
12、s5：第二层钢筋网施工；
13、s6：喷射混凝土层。
14、7.根据权利要求6所述的一种隧道掌子面支护体系的施工方法，其特征在于：步骤s1和步骤s2中，所述超前钢花管和所述排水泄压孔的布设满足以下公式：
15、f钢>r土+r水
16、其中，f钢为超前钢花管提供的总拉拔力，r土为掌子面主动土压力，r水为掌子面水压力；
17、所述超前钢花管沿隧道纵向延伸3～7m，所述排水泄压孔沿隧道纵向延伸5～7m。
18、在一个实施例中，步骤s5中的第二层钢筋网布设完成后，将其与步骤s3所布设的第一层钢筋网通过拉筋或者勾筋连接；和/或，
19、所述喷射混凝土层覆盖所述第一层钢筋网和所述第二层钢筋网并与掌子面土体连接。
20、在一个实施例中，步骤s4中，形成所述钢支撑结构的支撑钢是竖向工字钢，相邻竖向工字钢之间的水平间距事70～90cm；竖向工字钢上下两端焊接到隧道拱顶和隧底的环向工字钢上，且竖向工字钢和环向工字钢之间采用钢板搭接；所述钢支撑结构施工完成后，将所述超前钢花管的末端与临近的竖向工字钢焊接固定。
21、在一个实施例中，所述掌子面沿隧道横向和竖向分为六个部分形成六个分掌子面，每一所述分掌子面沿隧道纵向间隔布置，每一所述分掌子面对应设置一分支护体系，六个分支护体系形成完整的掌子面支护体系，所述分支护体系与所述分掌子面对应施工，每一所述分支护体系分别按照步骤s1至s6施工。
22、本专利技术有益效果是：
23、1、本支护体系通过设置在钢支撑结构两侧的钢筋网，并将两钢筋网采用勾筋或者拉筋连接，使得钢筋网和钢支撑结构形成一个整体的钢支撑框架，再通过混凝土层使该框架之间的连接更紧密，提高支护体系的刚度；其次，插设在掌子面的超前钢花管将钢支撑框架与隧道前方的土体连接，提高支护体系与土体之间的连接强度，进而提高支护体系的稳定性；对于施工二衬工期较长的下穿式暗挖隧道来说，能够防止掌子面长时间暴露，并能够在较长的施工二衬工期期间维持支护体系的稳定，进而提高了隧道施工的安全性。
24、2、排水泄压孔设置在掌子面并沿着隧道纵向延伸，能够将掌子面前方的地下水及时排出泄压，以防止土体压力过大而导致支护体系的稳定性下降，进一步提高掌子面支护体系的稳定性。
25、3、在支护体系的施工过程中，先沿着隧道纵向在掌子面土体内布设超前钢花管和排水泄压孔，减轻土体压力并提高土体的稳定性，以保障后续施工的安全性，沿着隧道纵向向着远离掌子面的方向施工，最后喷射混凝土层使钢支撑结构、钢筋网及超前钢花管连接为一体，增大支护体系的刚度和稳定性，且整体是沿着从内到外的顺序施工，施工更便利。
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1.一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：包括沿着隧道纵向间隔布置的钢支撑结构和钢筋网，所述钢支撑结构包括多个竖向延伸的支撑钢，多个所述支撑钢沿横向间隔布置，相邻所述支撑钢之间设有金属连接件，所述支撑钢的两端分别抵接于隧道拱顶和隧道底部，从而所述支撑钢和所述金属连接件连接形成竖向的钢支撑结构；所述钢筋网沿着隧道纵向分别布置在所述钢支撑结构的两侧，且位于所述钢支撑结构两侧的所述钢筋网之间通过勾筋或者拉筋连接；还包括插设在掌子面的超前钢花管，以及喷射在所述掌子面上的喷射混凝土层，所述喷射混凝土层将所述钢支撑结构和钢筋网连接为一体，从而形成钢结构封堵墙形式的支护体系。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：所述支撑钢的两端分别焊接有钢板，所述钢板用于与隧道的环向工字钢焊接固定，从而借助于所述钢板实现所述支撑钢两端的支撑固定。
3.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：所述支撑钢的横向间距是70～90cm，所述金属连接件的两端分别固定连接于相邻的所述支撑钢，且连接于同一组相邻支撑钢的所述金属连接件的纵向间距为90～110cm。
4.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：所述超前钢花管与所述支撑钢相邻布置，且所述超前钢花管与所述支撑钢焊接固定。
5.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：还包括多个设置在所述掌子面上的排水泄压孔，所述排水泄压孔与所述超前钢花管间隔布置，所述排水泄压孔沿隧道纵向的长度大于等于5m。
6.一种隧道掌子面支护体系的施工方法，其特征在于：该支护体系为权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，该支护体系还包括多个设置在所述掌子面上并沿隧道纵向延伸的排水泄压孔，所述排水泄压孔与所述超前钢花管间隔布置，该施工方法的施工步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种隧道掌子面支护体系的施工方法，其特征在于：步骤S1和步骤S2中，所述超前钢花管和所述排水泄压孔的布设满足以下公式：
8.根据权利要求6所述的一种隧道掌子面支护体系的施工方法，其特征在于：步骤S5中的第二层钢筋网布设完成后，将其与步骤S3所布设的第一层钢筋网通过拉筋或者勾筋连接；和/或，
9.根据权利要求6所述的一种隧道掌子面支护体系的施工方法，其特征在于：步骤S4中，形成所述钢支撑结构的支撑钢是竖向工字钢，相邻竖向工字钢之间的水平间距事70～90cm；竖向工字钢上下两端焊接到隧道拱顶和隧底的环向工字钢上，且竖向工字钢和环向工字钢之间采用钢板搭接；所述钢支撑结构施工完成后，将所述超前钢花管的末端与临近的竖向工字钢焊接固定。
10.根据权利要求6所述的一种隧道掌子面支护体系的施工方法，其特征在于：所述掌子面沿隧道横向和竖向分为六个部分形成六个分掌子面，每一所述分掌子面沿隧道纵向间隔布置，每一所述分掌子面对应设置一分支护体系，六个分支护体系形成完整的掌子面支护体系，所述分支护体系与所述分掌子面对应施工，每一所述分支护体系分别按照步骤S1至S6施工。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：包括沿着隧道纵向间隔布置的钢支撑结构和钢筋网，所述钢支撑结构包括多个竖向延伸的支撑钢，多个所述支撑钢沿横向间隔布置，相邻所述支撑钢之间设有金属连接件，所述支撑钢的两端分别抵接于隧道拱顶和隧道底部，从而所述支撑钢和所述金属连接件连接形成竖向的钢支撑结构；所述钢筋网沿着隧道纵向分别布置在所述钢支撑结构的两侧，且位于所述钢支撑结构两侧的所述钢筋网之间通过勾筋或者拉筋连接；还包括插设在掌子面的超前钢花管，以及喷射在所述掌子面上的喷射混凝土层，所述喷射混凝土层将所述钢支撑结构和钢筋网连接为一体，从而形成钢结构封堵墙形式的支护体系。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：所述支撑钢的两端分别焊接有钢板，所述钢板用于与隧道的环向工字钢焊接固定，从而借助于所述钢板实现所述支撑钢两端的支撑固定。
3.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：所述支撑钢的横向间距是70～90cm，所述金属连接件的两端分别固定连接于相邻的所述支撑钢，且连接于同一组相邻支撑钢的所述金属连接件的纵向间距为90～110cm。
4.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：所述超前钢花管与所述支撑钢相邻布置，且所述超前钢花管与所述支撑钢焊接固定。
5.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面支护体系，其特征在于：还包括多个设置在所述掌子面上的排水泄压孔，所述排水泄压孔与所述超前钢花管间隔布置，所述排水泄压孔沿...
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭阳，施有志，刘学森，许黄凯，刘瑛杰，曾鸿亮，陈伟煌，杨志华，沈祖壮，
申请(专利权)人：中交三航局第六工程厦门有限公司，
类型：发明
国别省市：
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