本发明属于隧道与地下工程施工技术领域，具体涉及一种tbm施工的初支预制骨架模块、系统及方法。
背景技术
目前，tbm施工在围岩较好的地层采用敞开式，支护方式采用新奥法，遇围岩较差地层，支护时间长，总体进度不高；在围岩较差的地层采用护盾式，支护方式采用管片形式，需修建管片预制场，总体工程造价较高。
原有支护结构的优点及缺点比较：
为有效发挥tbm施工的优势，结合tbm使用过程中的经验，发明一种用于tbm施工的预制骨架构件。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种设计合理，结构和施工方法具有革新性的突破，能够实现快速掘进、安全经济的施工效果的tbm施工的初支预制骨架模块、系统及方法。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种tbm施工的初支预制骨架模块，包括：环向主肋，至少两道所述环向主肋并排设置，且所述环向主肋与隧道内壁贴合对应；纵向连接筋板，多道所述纵向连接筋板布设在两所述环向主肋之间，所述环向主肋和所述纵向连接筋板形成的预制骨架；和钢筋网片，其对应设置在所述预制骨架上。
所述预制骨架的环向两端设置有连接件，用于同环中相邻两预制骨架模块的连接。
所述预制骨架的侧向设置有连接件，用于相邻两环中对应的两预制骨架模块的连接。
还包括浇筑层，所述浇筑层的厚度为预支护厚度；或所述浇筑层的厚度为预支护厚度的一部分，用于保障初期拼装的支护强度。
两所述环向主肋之间间距为0.6m～1.2m；两所述纵向连接筋板之间的环向间距为0.3m～1m；所述钢筋网片的网格尺寸为10cm*10cm～20cm*20cm。
所述环向主肋为工字钢、槽钢或h型钢，所述纵向连接筋板为角钢；所述钢筋网片为圆钢，且其直径尺寸为6.5～10mm。
一种tbm施工的初支预制骨架系统，包括：多道预制骨架构件环，其包括多个环形依次拼装连接的上述的tbm施工的初支预制骨架模块，支护锚杆；和混凝土喷射层；通过所述混凝土喷射层使得所述支护锚杆与所述预制骨架构件环形成一体支护系统。
相邻两道所述预制骨架构件环之间呈错缝拼装设置。
一种tbm施工的初支预制骨架施工方法，包括以下步骤：
预制工序：根据施工工程的支护系统的设计数据和地质围岩数据，进行如上述的tbm施工的初支预制骨架模块的加工预制；
拼装工序：将初支预制骨架模块输送至作业位置，由骨架安装机进行依次拼装，并依次连接相邻的初支预制骨架模块，完成该环的初支预制骨架模块的拼装作业；
锚喷支护工序：通过锚杆钻机进行锚杆施工，并通过混凝土喷射机进行混凝土喷射作业；
重复拼装工序和锚喷支护工序，进行隧道支护循环作业。
当施工工程的截面为圆形时，在拼装工序中，通过骨架安装机进行旋转安装，即拼装到位的初支预制骨架模块经骨架安装机进行旋转，在施工工程的底部预留出拼装空位，从而实现低位连续作业；拼装工序中，单环的最后一块初支预制骨架模块的拼装时，通过扩张油缸进行顶撑扩张，并安装扩张保持块。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
(1)本发明将护盾式tbm的管片安装和新奥法支护的经济合理相结合，采用一种预制骨架构件，实现了在不采用衬砌管片的情况下，达到tbm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tbm施工的初支预制骨架模块与原来的管片方式相比，能够降低支护成本。
(3)本发明的tbm施工的初支预制骨架模块可采用工厂化进行加工，有利于保证预制骨架构件的加工质量，如多座隧道同时使用，更有利于降低成本。
(4)本发明的tbm施工的初支预制骨架模块的钢筋网可有效支护松散围岩，防止落石。
(5)本发明的tbm施工的初支预制骨架模块采用拼装方式，有效保证初支能快速成环，大加快tbm在围岩较差地段的施工进度。
(6)本发明的整个拼装支护结构和施工工艺，综合了现有的支护的优点，并实现了新的突破，拼装施工更为安全、高效，对整个工程的施工进度和施工方法都有新的提升和改进。
附图说明
图1为本发明tbm施工的初支预制骨架模块的结构示意图。
图2为图1中a-a向结构示意图。
图3为第一块的初支预制骨架模块的拼装结构示意图。
图4为中间块的初支预制骨架模块的拼装结构示意图。
图5为最后块的初支预制骨架模块的拼装结构示意图。
图6为单环拼装完成后的结构示意图。
图中序号：100为初支预制骨架模块、101为环向主肋、102为纵向连接筋板、103为钢筋网片、104为连接螺栓、105为浇筑层、200为骨架安装机、300为支护锚杆、400为扩张油缸、500为扩张保持块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
参见图1-图6，本申请公开了一种tbm施工的初支预制骨架模块，包括环向主肋101、纵向连接筋板102和钢筋网片103，至少两道环向主肋并排设置，本实施例中采用两道环向主肋，其为槽钢，且两道环向主肋之间的宽度为900mm，环向主肋与隧道内壁贴合对应；多道纵向连接筋板布设在两环向主肋之间，本实施例中的纵向连接筋板采用等边角钢70mm*70mm*7mm，相邻两纵向连接筋板之间的环向间距为500mm～1000mm，环向主肋和纵向连接筋板形成的预制骨架；钢筋网片对应设置在预制骨架上，其钢筋网片103采用直径为6.5mm的圆钢，其网孔面积为250平方厘米。
预制骨架的环向两端设置有连接件，用于同环中相邻两预制骨架模块的连接，本实施例中的连接件为连接螺栓104，或其他连接卡扣；预制骨架的侧向设置有连接件，用于相邻两环中对应的两预制骨架模块的连接，其可以为连接螺栓，也可以通过预埋或焊接连接筋，实现连接。
为了提高初期支护的强度，通过设置浇筑层105，其浇筑层的厚度可以为预支护厚度(即环向主肋的厚度)，通过在生产车间进行骨架的焊接和浇筑层的浇筑养护形成模块；也可以在生产车间将浇筑层的厚度仅浇筑为预支护厚度的一半，用于保障初期拼装的支护强度即可，在拼装完成后，再进行浇筑作业，根据实际的生产需要和地质条件进行设计，不仅能够降低运输成本，而且能够优化产品的结构和拼装施工的安全性和有效性。
本申请还公开了一种tbm施工的初支预制骨架系统，包括多道依次设置的预制骨架构件环、支护锚杆300和混凝土喷射层，其单环的预制骨架构件环包括多个环形依次拼装连接的上述的tbm施工的初支预制骨架模块100，通过混凝土喷射层使得支护锚杆与预制骨架构件环形成一体支护系统，同时，相邻两道预制骨架构件环之间呈错缝拼装设置。
本申请还公开了一种tbm施工的初支预制骨架施工方法，包括以下步骤：
预制工序：根据施工工程的支护系统的设计数据和地质围岩数据，进行如上述的tbm施工的初支预制骨架模块的加工预制，在保障初期支护强度的情况下，可以降低浇筑层的厚度，降低运输成本，并保障后期的混凝土浇筑层的厚度和整个支护的稳定性；
拼装工序：将初支预制骨架模块输送至作业位置，由骨架安装机200进行依次拼装，并依次连接相邻的初支预制骨架模块，完成该环的初支预制骨架模块的拼装作业；
锚喷支护工序：通过锚杆钻机进行锚杆施工，并通过混凝土喷射机进行混凝土喷射作业；
重复拼装工序和锚喷支护工序，进行隧道支护循环作业。
当施工工程的截面为圆形时，在拼装工序中，通过骨架安装机进行旋转安装，即拼装到位的初支预制骨架模块经骨架安装机进行旋转，在施工工程的底部预留出拼装空位，从而实现低位连续作业；拼装工序中，单环的最后一块初支预制骨架模块的拼装时，通过扩张油缸400进行顶撑扩张，并安装扩张保持块500，从而保障单环的预制骨架构件环的稳定性。
本申请还可以适用于：1)适用于公路、铁路隧道、输水隧道、斜井等所有的tbm工程。2)适用于敞开式、护盾式两种类型的tbm；3)适用于各种开挖直径；4)根据各种地质条件等，可进行预制骨架构件型初支的选择。
本发明拱架方式和管片方式二者长处的支护方式。在tbm的护盾内通过骨架安装机安装骨架型初支，使用连接螺栓连接各块。随着tbm掘进，在骨架型初支脱离护盾的同时，通过液压油缸扩张骨架型初支，使骨架型初支与洞壁紧密接触。所以采用预制骨架型构件初支方式能够提高支护作业的安全性，并防止岩块塌落及围岩松动范围扩散，实现了隧道快速掘进、安全、经济的施工目标。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明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发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。