一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置制造方法
【专利摘要】一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，管棚以开挖轮廓线外施作的混凝土套拱为导向墙，布置在隧道拱部和隧道边墙上，混凝土套拱内设置有钢拱架，管棚与钢拱架焊接，超前小导管插入混凝土套拱，钢拱架上断面与下断面通过托梁铰接；隧道拱部拱顶为140°，在隧道拱顶140°范围内设置有双层管棚，隧道边墙上设置有砂浆锚杆，隧道两侧设置有锁脚锚杆，隧道仰拱下面设置有树根桩，同时树根桩的填土分两层；另外，砂浆锚杆和锁脚锚杆分别与钢拱架焊接。本实用新型以管棚为骨架并通过混凝土套拱、树根桩、砂浆锚杆和锁脚锚杆使之与围岩形成一个整体，大大增加了支护装置的受力面积，从而提高黄土围岩的稳定性和地基承载力；有效保证施工安全。
【专利说明】一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及隧道支护装置【技术领域】，具体为一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置。
【背景技术】
[0002]在湿陷性黄土区域修建隧道不同于其他岩质隧道，由于湿陷性黄土遇水后土体遭到破坏，强度急剧下降，易产生变形，所以黄土隧道拱部沉降和拱脚收敛相比岩质隧道要大的多，且其围岩自支护能力和地基承载能力比较差，因此为保证开挖及后续作业的进行，提高围岩的自支护能力和地基的强度是十分关键的；目前主要采取的措施是针对隧道整体进行管棚架构焊接并施作混凝土套拱予以支护，然而湿陷性黄土岩土层的坍塌性和不稳定性高增加了拱顶较大幅度的下沉，同时混凝土套拱内钢拱架上断面与下断面采用焊接而成，不能及时处理拱顶下降的问题，进而影响隧道的施工；且隧道仰拱处地基承载力不够，导致隧道初期支护存在安全隐患。
实用新型内容
[0003]本实用新型所解决的技术问题在于提供一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，以解决上述【背景技术】中的缺点。
[0004]本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005]一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，包括混凝土套拱、钢拱架、管棚、超前小导管、托梁、砂浆锚杆、锁脚锚杆及树根桩；其中，管棚以开挖轮廓线外施作的混凝土套拱为导向墙，布置在隧道拱部和隧道边墙上，混凝土套拱内设置有钢拱架，管棚与钢拱架焊接，超前小导管插入混凝土套拱，钢拱架上断面与下断面通过托梁铰接；隧道拱部拱顶为140°，在隧道拱顶140°范围内`设置有双层管棚，隧道边墙上设置有砂浆锚杆，隧道两侧设置有锁脚锚杆，隧道仰拱下面设置有树根桩，树根桩的主筋与隧道仰拱的主筋连接，同时树根桩的填土分两层，上层为灰土层，下层为砂卵石层；另外，砂浆锚杆和锁脚锚杆分别与钢拱架焊接。
[0006]在本实用新型中，钢拱架为工字型钢架，且工字型钢架纵向连接钢筋间距小于500mmo
[0007]在本实用新型中，钢拱架拱部采用铝合金构件制成，用于减轻钢拱架自重给湿陷性黄土带来的荷载，其他部分采用钢材构件。
[0008]在本实用新型中，超前小导管插入混凝土套拱的角度为5° ^lO0，环向间距为300~500mmo
[0009]在本实用新型中，钢拱架上断面与下断面通过托梁铰接，因隧道拱部易产生下沉，采用铰接可及时处理拱顶下降的问题。
[0010]在本实用新型中，隧道拱顶140°范围内设置有双层管棚，可有效防止因湿陷性黄土岩土层的坍塌性和不稳定性高而造成的拱顶较大幅度的下沉。[0011]在本实用新型中，隧道仰拱下面设置有树根桩，以提高隧道仰拱处地基承载力，同时辅以三七灰土层和砂卵石层对布桩区域土体采取换填措施以消除隧道拱底岩土体的湿陷性和增强岩土体的强度；换填土分为两层，上层采用三七灰土减小岩土体的渗透性，下层采用砂卵石提高持力层土的承载力，减少部分沉降量；树根桩既能提高岩土层强度又能很好的适应隧道施工区域狭小的工作面。
[0012]有益效果:本实用新型以管棚为骨架并通过混凝土套拱、树根桩、砂浆锚杆和锁脚锚杆使之与围岩形成一个整体，大大增加了支护装置的受力面积，从而提高黄土围岩的稳定性和地基承载力；有效保证施工安全。
[0013]【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型较佳实施例中横向断面图。
[0015]图2为本实用新型较佳实施例中纵向断面图。
[0016]图3为本实用新型较佳实施例中钢拱架钢架连接示意图。
[0017]图4为本实用新型较佳实施例中隧道边墙钢架连接示意图。
[0018]图5为本实用新型较佳实施例中树根桩布置图。
[0019]【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0021]参见图1、图2、图3、图4、图5的一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，包括混凝土套拱、钢拱架、管棚、超前小导管、托梁、砂浆锚杆、锁脚锚杆及树根桩；其中，管棚以开挖轮廓线外施作的混凝土套拱为导向墙，布置在隧道拱部和隧道边墙上，混凝土套拱内设置有钢拱架，管棚与钢拱架焊接，超前小导管插入混凝土套拱，钢拱架上断面与下断面通过托梁铰接；隧道拱部拱顶为140°，在隧道拱顶140°范围内设置有双层管棚，隧道边墙上设置有砂浆锚杆，隧道两侧设置有锁脚锚杆，隧道仰拱下面设置有树根桩，树根桩的主筋与隧道仰拱的主筋连接，同时树根桩的填土分两层，上层为灰土层，下层为砂卵石层；另外，砂浆锚杆和锁脚锚杆分别与钢拱架焊接。
[0022]在本实施例中，钢拱架中钢材构件之间通过连接板连接，连接板上设置有螺栓孔，通过螺栓将连接板固定于工字型钢架。
[0023]在本实施例中，隧道边墙钢架中钢材构件与铝合金构件通过连接件铰接。
[0024]在本实施例中，用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置施工工序包括(I)管棚施作；
(2)钢拱架施作；(3)混凝土套拱与砂浆锚杆、锁脚锚杆施作；(4)树根桩施作；具体施工步骤如下:
[0025]a.管棚施作
[0026]考虑到因湿陷性黄土岩土层的坍塌性和不稳定性高而造成的拱顶较大幅度的下沉，在隧道拱顶140°范围内设置双层置管棚，管棚以预先在开挖轮廓线外施作的混凝土套拱为导向墙，管棚与埋入混凝土套拱中的钢拱架焊接，选用大直径管棚，无缝钢管直径大于120mm ;钻孔时因在软弱岩土层区域施工，采用多次钻孔法；管棚外插角根据隧道实际开挖面的情况来确定，取1°~3°，同时辅以超强小导管注浆，小导管插入角为5° ^lO0，环向间距取 30(T500mm ；
[0027]b.钢拱架施作[0028]钢拱架采用工字型钢架，工字型钢架在拱部采用铝合金构件，其余部位采用钢材构件，钢拱架上断面与下断面通过托梁铰接；工字型钢架间距小于3榀/2m，且工字型钢架纵向连接钢筋需紧密布置间距小于500_，工字型钢架密贴围岩，并与砂浆锚杆、锁脚锚杆焊接牢固；
[0029]c.混凝土套拱与砂浆锚杆、锁脚锚杆施作
[0030]混凝土套拱施工与钢拱架及管棚的施工紧密结合起来，首先施工混凝土套拱基础，待基础混凝土达到强度后再立钢拱架，钢拱架直接同预埋钢板焊接固定，接着施工混凝土套拱内、外侧模板及封头板，验收工作结束后浇筑混凝土，然后完成管棚的钻孔与注浆施工，养护完成后拆丰旲;
[0031]通过在隧道边墙设置砂浆锚杆，隧道两侧设置锁脚锚杆，增强支护装置受力平衡，使钢拱架与混凝土套拱的组合装置和隧道围岩紧密联接在一起共同受力；砂浆锚杆长
3.5m,直径22mm，呈梅花型布置；锁脚锚杆在隧道两侧各设3根，采用长3.5m直径42mm的
无缝钢管。
[0032]为了防止隧道黄土渗水段对隧道的危害，确保隧道开挖及支护安全，需采用加强措施:钢拱架上断面与下断面通过托梁纵向铰接，托梁采用116工字钢，以增加受力面积，从而防止隧道较大变形，确保隧道施工安全；
[0033]d.树根桩施作
[0034]树根桩布置在隧道仰拱以下，树根桩桩长为3.5m,采用100X IOOcm (纵X横)布置形式，钻孔深度大于设计桩长0.5-1.0m，树根桩主筋与仰拱主筋焊接，以确保隧道基底的整体刚度，桩身灌注C25混凝土，钢筋笼直径、主筋和箍筋型号与大小根据施工现场情况和设计要求确定。
[0035]在本实施例中，为使树根桩更好的发挥其提高地基承载力的作用，对隧道仰拱以下土体采取换填土处理，同时施作树根桩，换填土选用三七灰土和砂卵石，以消除基底岩土层湿陷性，同时提高地基承载力；三七灰土和砂卵石从上至下分层布置，三七灰土换填深度为5m,砂卵石换填深度为3.5m,灰土的配料按体积比3:7配制,拌合均勻,颜色一致,并控制好灰土的含水量(13%?20%)，砂卵石做到级配良好。
[0036]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，包括混凝土套拱、钢拱架、管棚、超前小导管、托梁、砂浆锚杆、锁脚锚杆及树根桩；其特征在于，管棚以开挖轮廓线外施作的混凝土套拱为导向墙，布置在隧道拱部和隧道边墙上，混凝土套拱内设置有钢拱架，管棚与钢拱架焊接，超前小导管插入混凝土套拱，钢拱架上断面与下断面通过托梁铰接；隧道拱部拱顶为140°，在隧道拱顶140°范围内设置有双层管棚，隧道边墙上设置有砂浆锚杆，隧道两侧设置有锁脚锚杆，隧道仰拱下面设置有树根桩，树根桩的主筋与隧道仰拱的主筋连接，同时树根桩的填土分两层，上层为灰土层，下层为砂卵石层；另外，砂浆锚杆和锁脚锚杆分别与钢拱架焊接。
2.根据权利要求1所述的一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，其特征在于，钢拱架为工字型钢架，且工字型钢架纵向连接钢筋间距小于500mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，其特征在于，钢拱架拱部采用铝合金构件制成，其他部分采用钢材构件。
4.根据权利要求1所述的一种用于湿陷性黄土隧道的初期支护装置，其特征在于，超前小导管插入混 凝土套拱的角度为5° ^lO0，环向间距为30(T500mm。
【文档编号】E21D11/00GK203476347SQ201320442913
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】杨小礼, 刘义立, 任高峰, 杨子汉 申请人:中南大学, 中铁二十局集团第三工程有限公司