控制隧道初期支护沉降收敛的锁脚桩支护结构的制作方法

本发明属于沉降控制较严、自稳能力极差的粉细砂层、富水饱和土体或流塑状粘性土等特殊地层施工风险极大的隧道及地下工程设计、施工技术领域，具体涉及一种控制隧道初期支护沉降收敛的锁脚桩支护结构。

背景技术：

锁脚锚杆（或锁脚锚管）是伴随着喷锚支护发展起来的一项技术，是在初期支护拱脚处斜着打设的一种钢结构。在隧道开挖、钢架架设之后喷射混凝土之前，将其与钢架固定，与钢架和喷混凝土一起限制了围岩变形。一般设置在钢架拱脚节点板连接处以上20～100cm范围内，方向为向下15～30度的斜插角，长度3～4m，锚杆φ22mm热轧钢筋（锚管φ42无缝钢管）。起到边墙系统锚杆约束围岩向隧道内变形和支撑上部初期支护钢架的作用，遏制钢架在围岩压力作用下沉降和净空收敛。因其施工简单易行，经济、效果明显，效率高等原因得到了广泛的运用。

在其施工中存在诸多不规范的地方，如注浆不饱满，初支钢架底部基础遇水软化、地基承载力低等问题，锁脚锚杆（管）作用不能体现，导致了初期支护的变形、开裂，通常采取针对措施均可避免因其施工不到位出现上述问题。但在自稳能力极差的粉细砂等特殊地质条件下，地层注浆效果差、围岩塑性区大、锚固力弱、拱脚悬空和侧墙处围岩溜塌等原因，设置的锁脚锚杆（管）不能约束地层和支撑上部初期支护传来的荷载，导致初期支护沉降和变形过大，给施工极大留下隐患。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种控制隧道初期支护沉降收敛的锁脚桩支护结构。

本发明的技术方案是：一种控制隧道初期支护沉降收敛的锁脚桩支护结构，包括隧道洞室内的初期支护，所述初期支护外壁处设置有倾斜的锁脚桩，所述锁脚桩包括旋喷桩体，所述旋喷桩体与l型钢筋芯材相连，l型钢筋芯材另一端与连接钢筋相连，所述连接钢筋与初期支护的工字钢钢架相连。

所述锁脚桩顺着初期支护侧壁斜向下30~45度打设。

所述旋喷桩体为通过旋转喷射运动和浆液填充作用、重组岩体结构而形成的锚固体，旋喷桩体内形成旋喷钻孔，所述钢筋芯材连接在旋喷钻孔内。

所述隧道洞室的上半部分位于砂层内，下半部分位于黄土层内，待每循环上台阶喷混凝土喷射后、中台阶开挖前，在上台阶两个钢拱架之间拱脚处施作锁脚桩。

所述隧道洞室的全部位于砂层内，待每循环上、中台阶喷混凝土喷射后，中、下台阶开挖前，在上、中台阶两个钢拱架之间拱脚处施作锁脚桩。

所述隧道洞室的上半部分位于黄土，下半部分位于砂层内，待每循环上、中台阶喷混凝土喷射后，中、下台阶开挖前，在上、中台阶两个钢拱架之间拱脚处施作锁脚桩。

所述l型钢筋芯材其长边插入旋喷钻孔，其短边与连接钢筋、工字钢钢架相连。

所述l型钢筋芯材与连接钢筋、工字钢钢架的连接方式为焊接。

所述连接钢筋与工字钢钢架的连接方式为焊接。

本发明技术工艺简单、工序转换影响干扰少、操作便利，工效得到了提高，克服了中下台阶开挖导致拱脚悬空、隧道侧壁不稳定或溜塌及锁脚注浆锚固效果差等问题。实现掌子面稳定、控制洞室变形和沉降及机械化施工。

其中实施的锁脚桩主要优点：

1）承载能力高、沉降量小、净空收敛小：桩与地层复合一体，摩阻力大，且桩体刚度大，中下台阶开挖遏制侧墙流砂现象；同时钢材屈服强度高，能提供较强的支撑力。

2）接头易于处理，连接方便、可靠：旋喷桩施作后及时插入钢管，钢管一端焊接定型钢筋，易与初支钢架焊接，可有效的实施桩与钢架结合。

3）桩长、角度可调：现场施工根据监控量测及时调整桩长、角度。

4）施工灵活：减少现场工作量，消除施工的随意性，操作简单，确保锁脚的实施效果。

5）锁脚桩能提供较大轴力，约束了初支钢架变形，减少中下台阶开挖土体的侧向变形。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图；

图3是本发明第三实施例的结构示意图；

图4是本发明拱脚处节点大样示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的侧视图；

其中：

1初期支护2锁脚桩

3l型钢筋芯材4锁脚锚杆

5工字钢钢架6连接钢筋

7二次衬砌。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1~6所示，一种控制隧道初期支护沉降收敛的锁脚桩支护结构，包括隧道洞室内的初期支护1，所述初期支护1外壁处设置有倾斜的锁脚桩2，所述锁脚桩2包括旋喷桩体，所述旋喷桩体与l型钢筋芯材3相连，l型钢筋芯材3另一端与连接钢筋6相连，所述连接钢筋6与初期支护1的工字钢钢架5相连。

所述锁脚桩2顺着初期支护1侧壁斜向下30~45度打设。

所述旋喷桩体为通过旋转喷射运动和浆液填充作用、重组岩体结构而形成的锚固体，旋喷桩体内形成旋喷钻孔，所述钢筋芯材3连接在旋喷钻孔内。

如图1所示，所述隧道洞室的上半部分位于砂层内，下半部分位于黄土层内，因砂层不稳定，拱脚悬空或流砂等导致初期支护沉降、变形大，拱脚处需设置较强的支撑和约束变形结构；因此，待每循环上台阶喷混凝土喷射后、中台阶开挖前，在拱脚处架设侧斜布置的旋喷机械，在上台阶两个钢拱架之间拱脚处施作锁脚桩2。侧斜旋喷作业时，首先送高压水，再送水泥浆和高压空气，喷射时应先达预定的喷射压力、注浆量后，在逐渐提升注浆管。注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm，当达到设计桩顶高度或出现溢浆现象时，应停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。浆液凝固前插入l型刚筋芯材3，并将钢筋与钢架焊接。

如图2所示，所述隧道洞室的全部位于砂层内，因砂层不稳定，拱脚悬空或流砂等导致初期支护沉降、变形大，拱脚处需设置较强的支撑和约束变形结构；因此，待每循环上、中台阶喷混凝土喷射后，中、下台阶开挖前，在拱脚处架设侧斜布置的旋喷机械，在上、中台阶两个钢拱架之间拱脚处施作锁脚桩2。侧斜旋喷作业时，首先送高压水，再送水泥浆和高压空气，喷射时应先达预定的喷射压力、注浆量后，在逐渐提升注浆管。注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm，当达到设计桩顶高度或出现溢浆现象时，应停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。浆液凝固前插入l型刚筋芯材3，并将钢筋与钢架焊接。

如图3所示，所述隧道洞室的上半部分位于黄土，下半部分位于砂层内，因砂层不稳定，拱脚悬空或流砂等导致初期支护沉降、变形大，拱脚处需设置较强的支撑和约束变形结构；因此，待每循环上、中台阶喷混凝土喷射后，中、下台阶开挖前，在拱脚处架设侧斜布置的旋喷机械，在上、中台阶两个钢拱架之间拱脚处施作锁脚桩2。侧斜旋喷作业时，首先送高压水，再送水泥浆和高压空气，喷射时应先达预定的喷射压力、注浆量后，在逐渐提升注浆管。注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm，当达到设计桩顶高度或出现溢浆现象时，应停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。浆液凝固前插入l型刚筋芯材3，并将钢筋与钢架焊接。

所述l型钢筋芯材3其长边插入旋喷钻孔，其短边与连接钢筋6、工字钢钢架5相连。

所述l型钢筋芯材3与连接钢筋6、工字钢钢架5的连接方式为焊接。

所述连接钢筋6与工字钢钢架5的连接方式为焊接。

初期支护1施作后，每循环钢架之间施作锁脚桩2，在浆液凝固前插入l型的钢筋芯材3，并将钢筋芯材3与工字钢钢架5焊接，为确保承力在l型钢筋3下面增加一根φ32连接钢筋6，并将连接钢筋6与l型钢筋芯材3、工字钢钢架5焊接牢固。

钢筋芯材3采用长4.7m的φ32热轧钢筋加工制成l型，加工后长边4m、短边0.4m、以10cm半径弯曲90度的l型钢筋构件。

连接钢筋6为两榀钢架的连接钢筋，为了更好地节点连接，在钢筋芯材3短边下设置连接钢筋6，并将其钢筋与钢架焊接牢固。

本发明技术工艺简单、工序转换影响干扰少、操作便利，工效得到了提高，克服了中下台阶开挖导致拱脚悬空、隧道侧壁不稳定或溜塌及锁脚注浆锚固效果差等问题。实现掌子面稳定、控制洞室变形和沉降及机械化施工。