隧道初期支护的临时加固内贴合环拱结构的制作方法

本实用新型属于交通工程领域，具体涉及一种隧道初期支护的临时加固内贴合环拱结构。

背景技术：

随着西部大开发、一带一路的推进，高速公路及铁路恰逢规模化建设的新高峰。在高原地区不可避免的面临大量的隧道建设，然而在软弱围岩（V级围岩或者更差围岩）及土质隧道施工中初期支护后常伴随有大变形发生，甚至侵界的情况。目前国内外有使用伸缩式钢架和9-13m长锚杆控制变形，但该方案实施复杂且经济费用高，加大预留变形量则需要准确预测变形，实际施工中预测不准通常导致需要其他处置措施，如改善洞形喷射层留纵缝或者多重支护都需要预先处理，但是处置措施适用性不强且带有一定的盲目性，若仍出现过大变形需要再次处置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种隧道初期支护的临时加固内贴合环拱结构，是一种解决目前隧道初期支护大变形随机处置的措施，其成本低、操作方便、适应性较强，能防止初期支护进一步大变形，并易于控制初期支护变形量。

本实用新型的技术方案是：

一种隧道初期支护临时加固内贴合环拱结构，包括拱顶长幅环拱节、上台阶短幅环拱节、上台阶横撑节、中台阶短幅环拱节、中台阶横撑节、下台阶环拱节、环拱脚连接端板、横撑连接板、环拱连接板和斜交连接板，在隧道三台阶开挖中，上台阶开挖时做上部的初期支护后，紧贴初期支护安装拱顶长幅环拱节和两段上台阶短幅环拱节，上台阶短幅环拱节对称安装在拱顶长幅环拱节两侧，开挖沟槽安装两个对称的上台阶横撑节，拱顶长幅环拱节和上台阶短幅环拱节通过环拱连接板连接，两段上台阶横撑节通过横撑连接板连接，上台阶短幅环拱节和上台阶横撑节通过斜交连接板连接；中台阶开挖时做中间的初期支护后，紧贴初期支护紧接上台阶短幅环拱节对称安装两个中台阶短幅环拱节，开挖沟槽安装两个对称的中台阶横撑节，两段横撑节通过横撑连接板连接，中台阶短幅环拱节和中台阶横撑节通过斜交连接板连接；下台阶开挖时做下部的初期支护后，紧贴初期支护紧接中台阶短幅环拱节对称安装两个下台阶环拱节，下台阶环拱节下部设置环拱脚连接端板。

一种隧道初期支护临时加固内贴合环拱结构，包括拱顶长幅环拱节、长幅环拱节、中台阶横撑节、下台阶环拱节、环拱脚连接端板、横撑连接板、环拱连接板和斜交连接板，在隧道两台阶开挖中，上台阶开挖时做上部的初期支护后，紧贴初期支护安装拱顶长幅环拱节和两段长幅环拱节，长幅环拱节对称安装在拱顶长幅环拱节两侧，开挖沟槽安装两个对称的中台阶横撑节，拱顶长幅环拱节和长幅环拱节通过环拱连接板连接，两段中台阶横撑节通过横撑连接板连接，长幅环拱节和中台阶横撑节通过斜交连接板连接；下台阶开挖时做下部的初期支护，紧贴初期支护紧接长幅环拱节安装下台阶环拱节，下台阶环拱节下部设置环拱脚连接端板。

优选的，所述拱顶长幅环拱节、上台阶短幅环拱节、中台阶短幅环拱节和下台阶环拱节由工字钢通过弯曲机加工，上台阶横撑和中台阶横撑由两段工字钢加工的横撑节拼接而成，环拱连接板、斜交连接板、横撑连接板和环拱脚连接端板均由钢板制作。

优选的，所述拱顶长幅环拱节、长幅环拱节和下台阶环拱节由工字钢通过弯曲机加工，中台阶横撑由两段工字钢加工的横撑节拼接而成，环拱连接板、斜交连接板、横撑连接板和环拱脚连接端板均由钢板制作。

优选的，所述长幅环拱节、上台阶短幅环拱节、中台阶短幅环拱节、和下台阶环拱节圆弧半径为隧道上半圆初支内拱半径，长幅环拱节对应圆心角为60°，上台阶短幅环拱节和中台阶短幅环拱节对应圆心角为30°。

优选的，所述长幅环拱节、长幅环拱节和下台阶环拱节圆弧半径为隧道上半圆初支内拱半径，长幅环拱节和长幅环拱节对应圆心角为60°。

优选的，所述工字钢型号为I18b或I20b，所述环拱连接板、斜交连接板和横撑连接板由厚度为16~20mm的连接钢板制作，所述环拱脚连接端板使用连接钢板的厚度尺寸为其它连接钢板的1.5倍，所述横撑连接板宽度为工字钢高度+40mm，长度为工字钢翼缘宽+100mm，所述环拱连接板边缘不超过工字钢外侧翼缘，所述斜交连接板中部增设工字钢加劲肋，所述工字钢腹板位置增加角钢做加强连接件。

优选的，所述环拱连接板、斜交连接板和横撑连接板上均设置有4个螺栓孔，螺栓孔径为Φ22，孔心距连接板两边缘距离为50mm，分别与对应部件通过四个螺栓连接。

本实用新型采用隧道分台阶开挖，两台阶或者三台阶开挖，在上台阶开挖后按照设计图纸及时施做初期支护。若发现变形或变形速率过大，利用型钢弯曲机将工字钢加工成圆弧段，每节段弧形工字钢端头焊接接头钢板，钢板上凿螺栓孔。将各节段弧形工字钢在初期支护内侧紧贴混凝土拼接成该台阶内的环拱架。在对应环拱架投影位置在地面挖出沟槽安装工字钢横撑，横撑由两段工字钢通过端头钢板用螺栓连接。横撑与环拱架工字钢脚部翼缘通过连接板用螺栓连接，横撑安装好需填土覆盖。若环拱架与初支混凝土表面间距较大处用木楔塞实，使用喷射混凝土将工字钢外侧翼缘完全覆盖，喷射混凝土厚度益达到1/3工字钢高度。一般在变形较大处连续设置三品，环拱间距为500mm，拱架之间在环向每隔2m使用Φ28螺纹钢焊接，此方法加固后继续上台阶开挖施工。

中台阶开挖过程中先开挖两侧岩土，中间预留4m以上土体支撑上台阶横撑。施做初期支护后安装中台阶环拱工字钢节段并在翼缘喷射混凝土覆盖，开挖中台阶预留岩土后，在地面开凿沟槽安装中台阶横撑并用土覆盖。

开挖下台阶两侧岩土，中间预留4m以上土体支撑中台阶横撑，施做初期支护后安装下台阶工字钢环拱架。下台阶环拱架依据初期支护内圆弧长度设置，环拱脚焊接加大端接钢板。开挖下台阶中间部分岩土后可施做隧道仰拱。当二衬钢筋混凝土拱圈浇筑到距离环拱架附近时从上到下拆除环拱架。保持完好的环拱节段可备下次使用。

本实用新型的隧道初期支护临时环拱加固结构具有以下优点：结构简单、安拆方便，依据监控量测发现变形过大时增加支护极具针对性和实时性。部分拱架可循环使用，降低了施工成本，提高了工作效率。也解决了隧道初期支护后出现的大变形问题。

附图说明

图1为本实用新型三台阶开挖法的主视图。

图2为本实用新型两台阶开挖法的主视图。

图3为环拱连接端板大样图。

图4为环拱连接端板大样图断面图。

图5为横撑连接板大样图。

图6为斜交连接板大样图。

图7为斜交连接板大样图断面图。

图8 为环拱脚连接端板大样图。

图中：1－拱顶长幅环拱节，2－环拱连接板，3－上台阶短幅环拱节，4－斜交连接板，5－上台阶横撑节，6－横撑连接板，7－中台阶短幅环拱节，8－长幅环拱节，9－中台阶横撑节，10－下台阶环拱节，11－环拱脚连接端板，12－初期支护，13－工字钢，14－角钢，15－螺栓孔，16－螺栓，17－加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

隧道三台阶开挖法初期支护临时环拱加固措施如图1和图3-8所示，上台阶A开挖后按照设计图纸及时施做初期支护12，依据测量监控数据显示该处初期支护沉降或收敛过大或变形速率超过限值，需要设置环拱。所有环拱节段由工字钢通过弯曲机加工并在端头焊接连接板。紧贴初期支护12安装拱顶长幅环拱节1和对称安装上台阶短幅环拱节3，开挖沟槽安装两个对称的上台阶横撑节5。拱顶长幅环拱节1和上台阶短幅环拱节3通过环拱连接板2用四个螺栓16连接，两段上台阶横撑节5通过横撑连接板6用四个螺栓16连接。上台阶短幅环拱节3和上台阶横撑节5通过斜交连接板4用四个螺栓16连接。每500mm安装一品环拱，所有环拱成环加支撑后，拱架之间在环向每隔2m使用Φ28螺纹钢搭接焊牢加强整体性。使用木楔塞实环拱架与初期支护间的较大空隙，喷射混凝土覆盖环拱架工字钢外侧翼缘使得环拱与初期支护形成一体，喷射混凝土厚度应不小于1/3工字钢高度。随后可继续上台阶开挖施工。

中台阶开挖时先开挖两边B部分岩土，施做初期支护12。终凝后紧贴初期支护12安装中台阶短幅环拱节7，开挖中台阶中间岩土C。开挖沟槽对称安装中台阶横撑节9，两段中台阶横撑节9通过横撑连接板6用四个螺栓16连接。中台阶短幅环拱节7和中台阶横撑节9通过斜交连接板4用四个螺栓16连接，其他做法同上台阶环拱。

下台阶开挖时先开挖两边D部分岩土，施做初期支护12。终凝后紧贴初期支护12安装下台阶环拱节10，下台阶环拱节10下部采用环拱脚连接端板11连接。开挖下台阶E后可施做隧道仰拱。当二衬钢筋混凝土拱圈浇筑到距离环拱架附近时从上到下拆除环拱架。保持完好的环拱节段可备下次使用。

实施例2

隧道两台阶开挖法初期支护临时环拱加固措施如图2和图3-8所示，上台阶A开挖后按照设计图纸及时施做初期支护12，依据测量监控数据显示该处初期支护沉降或收敛过大或变形速率超过限值需要设置环拱。所有环拱节段由工字钢通过弯曲机加工并在端头焊接连接板。紧贴初期支护12安装拱顶长幅环拱节1和对称安装长幅环拱节8，开挖沟槽安装两个对称的中台阶横撑节9。拱顶长幅环拱节1和长幅环拱节8通过环拱连接板2用四个螺栓连接，两段中台阶横撑节9通过横撑连接板6用四个螺栓连接。长幅环拱节8和中台阶横撑节9通过斜交连接板4用四个螺栓连接。每500mm安装一品环拱，所有环拱成环加支撑后，拱架之间在环向每隔2m使用Φ28螺纹钢搭接焊牢。使用木楔塞实环拱架与初期支护间的较大空隙，喷射混凝土覆盖环拱架工字钢外侧翼缘使得环拱与初期支护形成一体，喷射混凝土厚度应不小于1/3工字钢高度。随后可继续上台阶开挖。

下台阶开挖时先开挖两边D部分岩土，施做初期支护12。终凝后紧贴初期支护12安装下台阶环拱节10，下台阶环拱节10下部采用环拱脚连接端板11。开挖下台阶E后可施做隧道仰拱。当二衬钢筋混凝土拱圈浇筑到距离环拱架附近时从上到下拆除环拱架。保持完好的环拱节段可备下次使用。