隧洞钢架支护施工方法与流程

本发明涉及公路、城市道路及引水工程基础设施建设施工领域，特别地，涉及一种隧洞钢架支护施工方法。

背景技术：

钢架支护是在隧道或隧洞开挖后，用于控制围岩变形及防止坍塌而施作的初期支护，钢架是依靠“被动支撑”来维持围岩稳定的，在软弱围岩条件下，钢架对维持围岩稳定是必不可少的。

随着我国经济的高速发展和公路、城市道路及引水工程基础设施建设的不断推进，隧道或隧洞工程施工是必不可少的施工内容，当隧道或隧洞位于土层或软弱岩体等不良地质和特殊岩土地段内时，隧道或隧洞钢架支护施工难度更大，通常需采用特殊的施工方法进行施工。

当在不良地质和特殊岩土地段内进行隧道或隧洞施工，钢架安装时若锁脚锚杆施工不牢固或受施工机械的碰损，均会造成钢架不稳固而整体下沉，从而导致隧道或隧洞拱顶下沉，严重者可能会导致隧道或隧洞岩体产生坍塌，给施工安全带来极大的隐患。

技术实现要素：

本发明提供了一种隧洞钢架支护施工方法，以解决现有的支护钢架存在的整体承载能力差、施工安全性低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种隧洞钢架支护施工方法，用于在隧洞内施工成型用以支护围岩的支护钢架，隧洞钢架支护施工方法包括以下步骤：前期准备工作：根据隧洞施工图设计加工成型构成支护钢架的每节段工字钢、锁脚直筒锚管、连接钢棒及连接钢筋，其中，锁脚直筒锚管中空且两端连通，其外圆上加工有多个贯通的注浆孔，需设置锁脚直筒锚管的工字钢的腰部加工有贯穿的安装孔；在隧洞内构建支护钢架的架体，具体包括以下步骤：根据隧洞施工图设计在每榀钢架的位置处拼装架立一榀钢架并通过预设的定位锚杆焊接定位；在每榀钢架拱脚的两侧及边墙脚的两侧各施打一根锁脚直筒锚管，使锁脚直筒锚管的一端伸入围岩基面内，其相对的另一端外露围岩基面，且将锁脚直筒锚管的外露端与工字钢接触处焊接固定；采用连接钢棒穿过工字钢上的安装孔，使连接钢棒的两端分别与对应设置的两根锁脚直筒锚管相连，并将连接钢棒与工字钢、锁脚直筒锚管连接处分别焊接牢固；采用连接钢筋连接相邻设置的两榀钢架；在锁脚直筒锚管的外露端注入水泥砂浆以锚固；支护钢架的架体构建完成后，在支护钢架的架体上喷射混凝土以完全覆盖支护钢架的架体。

进一步地，在每榀钢架拱脚的两侧及边墙脚的两侧施打锁脚直筒锚管时，使锁脚直筒锚管沿水平斜向下的方向伸入围岩基面，并使外露围岩基面的锁脚直筒锚管的端面与工字钢临空侧腿部的表面齐平，并将锁脚直筒锚管与工字钢腿部接触处焊接牢固。

进一步地，根据隧洞施工图设计在每榀钢架的位置处拼装架立钢架时，确保架立后的钢架垂直于隧洞的中线。

进一步地，根据隧洞施工图设计加工成型构成支护钢架的每节段工字钢时，具体包括以下步骤：加工成型不同规格的首榀钢架的工字钢；在平整的地面上进行钢架的试拼，当拼装出的钢架满足隧洞施工图设计要求后，批量加工成型工字钢。

进一步地，根据隧洞施工图设计加工成型构成支护钢架的每节段工字钢、锁脚直筒锚管、连接钢棒及连接钢筋后，还包括步骤：检查隧洞开挖断面轮廓、中线及高程是否满足隧洞施工图设计要求，当满足隧洞施工图设计要求时，再将加工成型好的工字钢、锁脚直筒锚管、连接钢棒及连接钢筋运送至隧洞。

进一步地，根据隧洞施工图设计在每榀钢架的位置处拼装架立钢架前，还包括步骤：在隧洞内准确定出每榀钢架的位置；在各位置处的围岩基面上初喷混凝土，并施作定位锚杆和铺设钢筋网；根据隧洞施工图设计在每榀钢架的位置处拼装架立一榀钢架，并通过定位锚杆将钢架与钢筋网、初喷后形成的混凝土层连接。

进一步地，在围岩基面上初喷混凝土时，成型的混凝土层的厚度不小于40mm；在支护钢架上复喷混凝土时，使支护钢架临空一侧的混凝土层的厚度不小于40mm。

进一步地，采用连接钢筋连接相邻设置的两榀钢架包括：采用多根连接钢筋连接相邻两榀钢架的工字钢的临壁侧腿部外缘面；采用多根连接钢筋连接相邻两榀钢架的工字钢的临空侧腿部外缘面。

进一步地，开挖隧洞时，在每榀钢架安装处的地面上预设托板，根据隧洞施工图设计在每榀钢架的位置处拼装架立钢架时，使架立后的钢架支承于托板上。

进一步地，根据隧洞施工图设计加工成型后的每节段工字钢的两端各设有连接钢板，相邻两节段工字钢通过穿过两块连接钢板的连接螺栓相连。

本发明具有以下有益效果：

本发明的隧洞钢架支护施工方法中，每榀钢架拱脚的两侧及边墙脚的两侧各施打有一根锁脚直筒锚管，该锁脚直筒锚管的一端伸入围岩基面内，其相对的另一端外露围岩基面，锁脚直筒锚管内注有水泥砂浆，连接钢棒穿过工字钢上的安装孔后分别与对应设置的两根锁脚直筒锚管相连，且连接钢棒与工字钢、锁脚直筒锚管连接处分别焊接牢固，故通过伸入围岩基面内的锁脚直筒锚管与连接钢棒的作用，可提高支护钢架整体承载能力，防止支护钢架下沉或两底脚回收，防止隧洞拱顶下沉及隧洞岩体产生坍塌，降低施工风险；还使隧洞围岩横断面的沉降趋于均匀，从而提高围岩变形的稳定性；本发明的隧洞钢架支护施工方法成本低廉、工艺方便，便于广泛实施。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的隧洞钢架支护施工侧面构造示意图；

图2是图1中隧洞钢架支护施工立面构造示意图；

图3是图2中A处的局部放大结构示意图；

图4是图1中锁脚直筒锚管的结构示意图；

图5是图1中工字钢截面示意图。

图例说明

10、隧洞；101、围岩基面；20、锁脚直筒锚管；201、注浆孔；30、连接钢棒；40、连接钢筋；50、工字钢；501、安装孔；60、钢架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1、图2和图5，本发明的优选实施例提供了一种隧洞钢架支护施工方法，用于在隧洞10内施工成型用以支护围岩的支护钢架，隧洞钢架支护施工方法包括以下步骤：

S10：前期准备工作：S101：根据隧洞施工图设计加工成型构成支护钢架的每节段工字钢50、锁脚直筒锚管20、连接钢棒30及连接钢筋40，其中，锁脚直筒锚管20中空且两端连通，其外圆上加工有多个贯通的注浆孔201，需设置锁脚直筒锚管的工字钢50的腰部加工有贯穿的安装孔501。

S20：在隧洞10内构建支护钢架的架体，具体包括以下步骤：

S201：根据隧洞施工图设计在每榀钢架60的位置处拼装架立一榀钢架60(如图1所示即为一榀钢架，其包括两条竖直段及连接两条竖直段的弧形段，竖直段和弧形段均由多根工字钢依次首尾相连拼接而成)并通过预设的定位锚杆焊接定位；

S202：在每榀钢架60拱脚的两侧及边墙脚的两侧各施打一根锁脚直筒锚管20，使锁脚直筒锚管20的一端伸入围岩基面101内，其相对的另一端外露围岩基面101，且将锁脚直筒锚管20的外露端与工字钢50接触处焊接固定；

S203：采用连接钢棒30穿过工字钢50上的安装孔501，使连接钢棒30的两端分别与对应设置的两根锁脚直筒锚管20相连，并将连接钢棒30与工字钢50、锁脚直筒锚管20连接处分别焊接牢固；

S204：采用连接钢筋40连接相邻设置的两榀钢架60；

S205：在锁脚直筒锚管20的外露端注入水泥砂浆以锚固。

S30：支护钢架的架体构建完成后，在支护钢架的架体上喷射混凝土以完全覆盖支护钢架的架体。

本发明的隧洞钢架支护施工方法中，每榀钢架60拱脚的两侧及边墙脚的两侧各施打有一根锁脚直筒锚管20，该锁脚直筒锚管20的一端伸入围岩基面101内，其相对的另一端外露围岩基面101，锁脚直筒锚管20内注有水泥砂浆，连接钢棒30穿过工字钢50上的安装孔501后分别与对应设置的两根锁脚直筒锚管20相连，且连接钢棒30与工字钢50、锁脚直筒锚管20连接处分别焊接牢固，故通过伸入围岩基面101内的锁脚直筒锚管20与连接钢棒30的作用，可提高支护钢架整体承载能力，防止支护钢架下沉或两底脚回收，防止隧洞拱顶下沉及隧洞岩体产生坍塌，降低施工风险；还使隧洞围岩横断面的沉降趋于均匀，从而提高围岩变形的稳定性；本发明的隧洞钢架支护施工方法成本低廉、工艺方便，便于广泛实施，还可用于隧道钢架支护。

可选地，如图2和图3所示，在每榀钢架60拱脚的两侧及边墙脚的两侧施打锁脚直筒锚管20时，使锁脚直筒锚管20沿水平斜向下的方向伸入围岩基面101，并使外露围岩基面101的锁脚直筒锚管20的端面与工字钢50临空侧腿部的表面齐平，并将锁脚直筒锚管20与工字钢50腿部接触处焊接牢固。通过使锁脚直筒锚管20沿水平斜向下的方向伸入围岩基面101，且锁脚直筒锚管20与工字钢50腿部接触处焊接牢固，可进一步提高支护钢架整体承载能力。本发明具体实施例中，锁脚直筒锚管20与水平面之间的夹角为1°～2°。

优选地，如图1和图4所示，锁脚直筒锚管20中空且两端连通，其深入围岩基面101的一端的端部呈圆锥状，便于施加较小的力将锁脚直筒锚管20打入围岩基面101内。

本发明具体实施例中，如图4所示，多个注浆孔201均分为多组，每组多个注浆孔201沿锁脚直筒锚管20的周线均匀间隔布置。

可选地，如图1所示，根据隧洞施工图设计在每榀钢架60的位置处拼装架立钢架60时，确保架立后的钢架60垂直于隧洞10的中线，以防止钢架60架立后发生倾斜，从而降低支护钢架整体的稳定性，影响支护钢架对围岩的支护能力。

可选地，根据隧洞施工图设计加工成型构成支护钢架的每节段工字钢50时，具体包括以下步骤：

加工成型不同规格的首榀钢架60的工字钢50；

在平整的地面上进行钢架60的试拼，当拼装出的钢架60满足隧洞施工图设计要求后，批量加工成型工字钢50。

可选地，根据隧洞施工图设计加工成型构成支护钢架的每节段工字钢50锁脚直筒锚管20、连接钢棒30及连接钢筋40后，还包括步骤：

S102：检查隧洞10开挖断面轮廓、中线及高程是否满足隧洞施工图设计要求，当满足隧洞施工图设计要求时，再将加工成型好的工字钢50、锁脚直筒锚管20、连接钢棒30及连接钢筋40运送至隧洞10。

可选地，根据隧洞施工图在每榀钢架60的位置处拼装架立钢架60前，还包括步骤：

S206：在隧洞10内准确定出每榀钢架60的位置；

S207：在各位置处的围岩基面101上初喷混凝土，并施作定位锚杆和铺设钢筋网；

S208：根据隧洞施工图设计在每榀钢架60的位置处拼装架立一榀钢架60，并通过定位锚杆将钢架60与钢筋网、初喷后形成的混凝土层连接。

本发明具体实施例中，在围岩基面101上初喷混凝土时，成型的混凝土层的厚度不小于40mm。在支护钢架上复喷混凝土时，使支护钢架临空一侧的混凝土层的厚度不小于40mm。

本发明具体实施例中，采用连接钢筋40连接相邻设置的两榀钢架60包括：

采用多根连接钢筋40连接相邻两榀钢架60的工字钢50的临壁侧腿部外缘面；采用多根连接钢筋40连接相邻两榀钢架60的工字钢50的临空侧腿部外缘面，且连接两榀钢架60的工字钢50的临空侧腿部外缘面的多根连接钢筋40与连接两榀钢架60的工字钢50的临壁侧腿部外缘面的多根连接钢筋40在高度方向上依次间隔设置。

可选地，开挖隧洞10时，在每榀钢架60安装处的地面上预设托板，根据隧洞施工图设计在每榀钢架60的位置处拼装架立钢架60时，使架立后的钢架60支承于托板上。

本发明具体实施例中，工字钢为I18～I22规格的工字钢，工字钢采用冷弯法制作成型，制作成型工字钢时，需对每节段工字钢编号，并注明该节段工字钢在钢架中的安装位置，根据隧洞施工图设计加工成型后的每节段工字钢50的两端各设有连接钢板，相邻两节段工字钢50通过穿过两块连接钢板的连接螺栓相连。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。