本发明属于隧道与地下工程技术领域；具体的说是涉及一种盾构顶进新奥法支护的反力装置及其设置方法。
背景技术：
目前在无地下水或少地下水的软岩，如Ⅳ、Ⅴ级围岩或土质及岩质地层中进行隧道暗挖施工，一般采用新奥法或盾构法进行施工；其中盾构法是隧道与地下工程的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部拼装成环的衬砌上加压顶进，然后拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法；盾构法能够实现地层施工中的连续掘进，施工效率高，但衬砌结构采用预制管片拼装式结构，成本较高。
地下新奥法施工是以维护和利用隧道围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为隧道支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则；采用新奥法施工隧道断面以马蹄形为主，也可采用圆形、矩形等，衬砌方式一般采用复合衬砌形式，即采用初期支护加二次衬砌相结合的方式，对衬砌受力非常有利；围岩在柔度较大的初期支护条件下，可产生较大的形变，释放了大部分的变形能，因而能使后设的二次衬砌减小受力，二次衬砌施作以后，又会对初期支护产生径向抗力，从而改善初期支护的受力条件；而且衬砌表面光洁平整，有利于隧道通风和防水，保护外层支护；但是在地下软岩Ⅳ、Ⅴ级围岩中采用新奥法施工时，一般需分台阶开挖，机械化程度低，作业以人工为主，施工效率较低，安全风险高，隧道作业环境差。
技术实现要素：
本发明的发明目的：
主要是为了提出一种用于盾构法掘进与新奥法支护相结合的一种反力装置，有效的解决传统盾构法施工必须采用管片衬砌提供反力，无法采用新奥法喷锚衬砌进行支护的难题；将盾构法安全快速掘进与新奥法衬砌经济合理的优点相结合，在不改变现有隧道结构设计的条件下，可以保证软岩隧道机械化快速掘进，初期支护快速封闭成环，可适用于各种类型的衬砌断面，如圆形、马蹄形隧道断面等，实现隧道快速、安全、经济的施工目标。
本发明的技术方案为：
提供了一种盾构顶进新奥法支护的反力装置,包括盾构机本体,在盾构机本体的盾尾上沿盾构方向均布设置有多个顶推油缸,多个均布设置的顶推油缸的布置形式与盾构隧道断面的结构形式相匹配；在盾构机本体已开挖隧道断面上设置有沿隧道断面布置的环向拱架，在相邻两榀环向拱架之间设置有沿隧道断面纵向布置的纵向反力梁；顶推油缸顶靠至纵向反力梁位置处。
所述的纵向反力梁沿盾构隧道向前掘进方向进行分段设置；每一个分段设置的纵向反力梁的长度为相邻两榀环向拱架之间的距离，且每一分段设置的纵向反力梁均保持在同一轴线上。
在环向拱架之间设置的沿隧道断面布置的本环纵向反力梁和上环纵向反力梁通过紧固螺栓连接。
所述的本环纵向反力梁前端的上部和下部与环向拱架亦采用紧固螺栓连接。
所述的本环纵向反力梁与环向拱架在接头处还打设锁脚锚杆。
在相邻的两个沿隧道断面布置的环向拱架之间还挂设有钢筋网，在钢筋网上喷射混凝土。
利用以上所述的一种盾构顶进新奥法支护的反力装置的设置方法,包括以下步骤：
1. 根据隧道地层条件、开挖形式和盾壳长度条件，计算盾构掘进所需推力及其所需推进油缸数量，根据隧道断面形式，合理确定盾构推进油缸在隧道断面的布置位置；
2. 根据单个油缸推力大小、油缸布置位置和隧道断面，确定隧道初期支护环向分割方式与初期支护反力纵梁布置位置；
3. 隧道开挖，根据隧道初期支护间距，开挖一个隧道支护间距长度；
4. 初期支护施工，根据地质条件，盾构机的盾尾整体缩回或分块缩回，当分块缩回时，每缩回一个分块就对该分块对应的隧道围岩区域设置环向拱架、纵向反力梁、钢筋网片和锚杆，整环安装后喷射混凝土，并完成整环初期支护施工，初期支护的纵向反力梁连接至隧道已施做二次砌衬处；
5. 盾构顶推油缸顶至初期支护纵向反力梁处，将盾构机向前推进一个开挖长度；
6. 重复上述步骤1至5，进行隧道开挖支护循环作业。
在步骤3中，盾构机的盾尾是分块构成的，其分块大小与隧道初期支护分块大小对应，每个分块都沿盾构机的纵向水平伸缩运动，使隧道外周开挖的围岩面分块露出。
在步骤4中，初期支护的施工步骤为：4.1根据盾尾分块区域，首先隧道仰拱底部的分块向隧道掌子面方向缩回，然后为左右拱墙部位依次缩回，最后为拱顶部位缩回；4.2在每一盾尾缩回区域，首先安装该区域对应的环向分块拱架，然后安装纵向反力梁，本环纵向反力梁末端与上环纵向反力梁通过螺栓连接，并确保两环反力梁在同一轴线上，本环纵向反力梁前端上部和下部与环向拱架采用螺栓可靠连接，设置完成后在接头处打设锁脚锚杆，在前后两环拱架之间挂设钢筋网，喷射混凝土，完成该区域初期支护施工；
4.3重复以上步骤，完成整环初期支护施工及纵向反力梁设置。
所述隧道初期支护包括环向拱架、纵向反力梁、纵向连接筋、钢筋网片、锁脚锚杆以及喷射混凝土；其中纵向反力梁与上、下环向拱架在接头处通过螺栓连接，纵向反力梁之间在接头处也通过螺栓连接。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将盾构法的安全快速和新奥法衬砌的经济合理相结合，采用一种反力设置方法和装置，实现了在不需要衬砌管片的情况下，盾构向前推进的目的，为隧道安全、经济、高效建成提供了新的方法。
（2）本发明的反力设置方式和装置，适用于无水或少水地层，其断面形状不受限制，可进行圆形、马蹄形、矩形和类矩形断面的隧道施工。
（3）本发明采用全机械化作业，大大降低人工作业强度，有力保障隧道作业环境安全，显著改善作业环境质量。
附图说明
图1为本发明的反力装置布置的结构示意图；
图2为本发明的反力装置断面布置的结构示意图；
图3为本发明的环向拱架与纵向反力梁的连接结构示意图。
图中：1为盾构机本体；2为盾尾；3为顶推油缸；4为环向拱架；5为纵向反力梁；6为紧固螺栓；7为初期支护；8为二次砌衬。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。
如图1～3所示，提供了一种盾构顶进新奥法支护的反力装置,包括盾构机本体1, 在盾构机本体的盾尾2上沿盾构方向均布设置有多个顶推油缸3,该多个均布设置的顶推油缸的布置形式与盾构隧道断面的结构形式相匹配；在盾构机本体已开挖隧道断面上设置有沿隧道断面布置的环向拱架4，在相邻两榀环向拱架之间设置有沿隧道断面纵向布置的纵向反力梁5；顶推油缸顶靠至纵向反力梁位置处。
所述的纵向反力梁随盾构隧道向前掘进方向进行分段设置；每一个分段设置的 纵向反力梁的长度为相邻两榀环向拱架之间的距离，且每一分段设置的纵向反力梁均保持在同一轴线上。
在环向拱架之间设置的沿隧道断面布置的本环纵向反力梁和上环纵向反力梁通过紧固螺栓6连接。
所述的本环纵向反力梁前端的上部和下部与环向拱架亦采用紧固螺栓6连接。
所述的本环纵向反力梁与环向拱架在接头处还打设锁脚锚杆。
在相邻的两个沿隧道断面布置的环向拱架之间还挂设有钢筋网，在钢筋网上喷射混凝土。
采用上述盾构顶进新奥法支护的反力装置的设置方法为：
1. 根据隧道地层条件、开挖形式和盾壳长度等条件，计算盾构掘进所需推力及其所需推进油缸数量，根据隧道断面形式，合理确定盾构推进油缸在隧道断面的布置位置；
2. 根据单个油缸推力大小、油缸布置位置和隧道断面，确定隧道初期支护环向分割方式与初期支护反力纵梁布置位置；
3. 隧道开挖，根据隧道初期支护间距，开挖一个隧道支护间距长度；
4. 初期支护施工，根据地质条件，盾构机的盾尾可整体缩回或分块缩回，当分块缩回时，每缩回一个分块就对该分块对应的隧道围岩区域设置环向拱架、纵向反力梁、钢筋网片和锚杆，整环安装后喷射混凝土，并完成整环初期支护7施工，初期支护的纵向反力梁连接至隧道已施做二次砌衬8处；
5. 盾构顶推油缸顶至初期支护纵向反力梁处，将盾构机向前推进一个开挖长度；
6. 重复上述步骤1至5，进行隧道开挖支护循环作业。
在步骤3中，所述盾构开挖设备的盾尾是分块构成的，其分块大小与隧道初期支护分块大小对应，每个分块都可以沿盾构机的纵向水平伸缩运动，使隧道外周开挖的围岩面分块露出。
在步骤4中，初期支护的施工步骤为：4.1根据盾尾分块区域，首先隧道仰拱底部的分块向隧道掌子面方向缩回，然后为左右拱墙部位依次缩回，最后为拱顶部位缩回；4.2在每一盾尾缩回区域，首先安装该区域对应的环向分块拱架，然后安装纵向反力梁，本环纵向反力梁末端与上环纵向反力梁通过螺栓连接，并确保两环反力梁在同一轴线上，本环纵向反力梁前端上部和下部与环向拱架采用螺栓可靠连接，设置完成后在接头处打设锁脚锚杆，在前后两环拱架之间挂设钢筋网，喷射混凝土，完成该区域初期支护施工；
4.3重复以上步骤，完成整环初期支护施工及纵向反力梁设置。
所述隧道初期支护由环向拱架、纵向反力梁、纵向连接筋、钢筋网片、锁脚锚杆以及喷射混凝土等组成；其中纵向反力梁与上、下环向拱架在接头处通过螺栓连接，纵向反力梁之间在接头处也通过螺栓连接。
实施例一：以下将以马蹄形断面隧道采用该盾构法掘进新奥法支护为例，进一步说明本发明的实施形式：
第一步： 根据隧道地质条件和断面，确定盾构顶推油缸为9个。
第二步：根据单个油缸推力大小、油缸布置位置和隧道断面，确定隧道初期支护环向分割方式与初期支护反力纵梁布置位置。
第三步：隧道开挖，根据隧道初期支护间距，开挖一个隧道支护间距长度0.8m～1m。
第四步：初期支护施工，初期支护的施工步骤为：1.根据盾尾分块区域，首先隧道仰拱底部的分块向隧道掌子面方向缩回；2.在每一盾尾缩回区域，首先安装该区域对应的环向分块拱架，然后安装纵向反力梁，本环纵向反力梁末端与上环纵向反力梁通过螺栓连接，并确保两环反力梁在同一轴线上，本环纵向反力梁前端上部和下部与环向拱架采用螺栓可靠连接，设置完成后在接头处打设锁脚锚杆，在前后两环拱架之间挂设钢筋网，喷射混凝土，完成该区域初期支护施工；3.重复以上步骤，完成隧道边墙及拱顶初期支护和纵向反力梁的设置，形成整环初期支护及纵向反力梁，初期支护上的纵向反力梁连接至隧道已施做二次砌衬处。
第五步：盾构所有顶推油缸顶至对应的初期支护纵向反力梁处将盾构机向前推进一个开挖长度。
第六步：重复步骤一至步骤五，进行隧道开挖支护循环作业。