一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法
【专利摘要】本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法。本发明提供了一种包括多个支护段依次循环连接构成的支护架，每个支护段的两端均设有孔槽，相邻支护段通过第一套管连接，第一套管为尺寸与支护段相匹配的口字型环向套筒，且其前、后壁面的两端对应于孔槽均设有安装孔；第二套管为由类似于第一套管的环向套筒与对称设于环向套筒前、后侧壁中心的两个纵向套筒构成的十字型套管；环向套筒左、右壁面的两端中部设有消能预裂缝；由第一套管与第二套管组合构成的支护结构，设计合理且施工方便，能有效适应围岩大变形，降低隧道局部大变形侵限风险，提高初衬支护结构整体稳定性，节省工程后续处治费用。
【专利说明】
一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种支护架、支护结构及支护结构的施工方法，具体涉及一种能提高隧道初期支护整体稳定性且适用于围岩大变形区段的支护架、支护结构及支护结构的施工方法。
【背景技术】
[0002]隧道工程开挖施工过程中，若围岩地质条件较差，如围岩软弱或破碎，为保证围岩稳定与施工安全，隧道多采用分台阶分部开挖的施工方法，其主要顺序为:开挖上台阶，初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、安装钢拱架或格栅拱架、复喷初支混凝土，开挖中台阶、初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、安装钢拱架或格栅拱架、复喷初支混凝土，开挖下台阶、初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、安装钢拱架或格栅拱架、复喷初支混凝土，开挖并浇筑仰拱，台车模筑二衬。现阶段初衬钢拱架通常采用工字钢，工字钢连接段端部均焊接带孔矩形钢板，并通过螺栓连接矩形钢板而使工字钢形成一个整体。该方法看似简单、可行，但实际施工过程中，在拼接工字钢时，特别是拼接中、下台阶工字钢时，常因中台阶工字钢变形过大而致使其与下台阶工字钢拼接时不能完全对齐，原本四个螺栓固定孔通常只能紧固一到两个，拱架拼接后的整体性较差。此时，严重偏压、突降暴雨或过大施工进尺等因素均可造成围岩压力过大，工字钢连接处因强度不足而发生挠曲变形，钢拱架在连接处向隧道内突出而导致初支侵限，或钢拱架沿隧道纵向发生挠曲变形，隧道初支承载力下降，进而可能发生垮塌，影响施工进程，同时也不利于保证施工人员安全。
[0003]因此，有必要对现有钢拱架连接方式进行改进，提出新的钢拱架支护结构与施工方法，使钢拱架具有一定的承载变形协调能力，承载力过大时能发生一定的自变形而释放能量；同时又能保证钢拱架支护结构的稳定性，即隧道开挖断面内的平面稳定性与沿隧道开挖方向的空间稳定性;此外，还应保证其施工快速、方便。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是解决现阶段工字钢采用其端部焊接的带孔矩形钢板进行连接而导致钢拱架拼接强度不足、整体稳定性较差的问题，若围岩压力过大易导致初支侵限或钢拱架沿隧道纵向挠曲变形，隧道初支承载力下降而发生垮塌，影响施工进程与施工人员安全。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种支护架，该支护架包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个所述支护段的两端均设有孔槽，相邻两个所述支护段通过第一套管连接，所述第一套管为尺寸与所述支护段相匹配的口字型环向套筒，且所述第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽通过连接件与所述安装孔连接。
[0008]其中，所述第一套管的左壁面及右壁面的两端均设有消能预裂缝。
[0009]其中，所述消能预裂缝设于所述第一套管的左壁面及右壁面的两端中部，且均为向所述左壁面及右壁面中心延伸的裂缝。
[0010]其中，所述连接件包括螺杆、螺母及垫片，所述螺杆的两端依次穿过所述第一套管前壁面上的安装孔、支护段的孔槽及第一套管后壁面上的安装孔，并通过所述垫片与螺母紧固。
[0011]其中，所述支护段为工字钢或T型钢或U型钢;所述孔槽的形状为椭圆形或圆形或方形;所述安装孔的形状为圆形或方形。
[0012]本发明还提供了一种支护结构，该支护结构包括多个所述支护架，相邻两个所述支护架通过第二套管及纵向布置的所述支护段进行连接，所述第二套管包括环向套筒及对称设于所述环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒，所述两个纵向套筒与所述环向套筒垂直设置，构成十字型套管。
[0013]其中，所述环向套筒的长度不小于所述纵向套筒的长度;所述环向套筒的截面尺寸与所述环向布置的支护段的截面尺寸相匹配，所述纵向套筒的截面尺寸与所述纵向布置的支护段的截面尺寸相匹配。
[0014]其中，所述第二套管环向套筒的左侧壁及右侧壁的两端均设有所述消能预裂缝，所述环向套筒的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔;所述两个纵向套筒的上壁面及下壁面对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽均通过连接件与所述安装孔连接。
[0015]本发明还提供了一种支护结构的施工方法，包括如下步骤:
[0016]S1、上台阶弧形导坑开挖完成后，依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、架立环向第一支护段与复喷初支混凝土的施工，施工中环向第一支护段左、右两侧拱肩处可采用第一套管或第二套管进行支撑，并通过纵向布置的支护段连接相邻两个支护架中第二套管的纵向套筒；
[0017]S2、左、右侧错位开挖中台阶:首先，开挖左侧或右侧中台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆的施工;其次，在左侧或右侧拱腰处施做第二套管，并通过纵向布置的支护段与相邻两个支护架中第二套管的纵向套筒连接;然后，架立环向第二支护段并使其上端部与环向第一支护段的下端部通过步骤SI中拱肩处的第一套管或第二套管连接，环向第二支护段的下端部与拱腰处第二套管的环向套筒上端部连接;最后，施工复喷初支混凝土；
[0018]S3、重复步骤S2中的施工方法，完成中台阶剩余一侧环向第二支护段的架立施工；
[0019]S4、左、右侧错位开挖下台阶:首先，开挖左侧或右侧下台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆的施工;其次，在左侧或右侧拱脚处施做第一套管，架立环向第三支护段并使其上端部与步骤S2中拱腰处第二套管的环向套筒下端部连接，下端部与拱脚处第一套管连接;最后，施工复喷初支混凝土 ；
[0020]S5、重复步骤S4中的施工方法，完成下台阶剩余一侧环向第三支护段的架立施工；
[0021]S6、开挖仰拱:首先，开挖仰拱，架立环向第四支护段，使环向第四支护段的两端分别与步骤S4及步骤S5中拱脚处的第一套管连接，进而使支护架闭合成环，并根据设计资料铺设二衬钢筋网;然后，整体浇筑仰拱混凝土，完成该断面的开挖支护。
[0022]其中，在步骤S2及步骤S3中，所述中台阶滞后所述上台阶一定距离进行开挖支护；在步骤S4及步骤S5中，所述下台阶滞后所述中台阶一定距离进行开挖支护;在步骤S6中，所述仰拱滞后所述下台阶一定距离进行开挖支护。
[0023](三)有益效果
[0024]本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明提供了一种支护架，该支护架包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个支护段的两端均设有孔槽，相邻两个支护段通过第一套管连接，第一套管为尺寸与支护段相匹配的口字型环向套筒，且第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于孔槽均设有安装孔，孔槽通过连接件与安装孔连接;第二套管为由类似于第一套管的环向套筒与对称设于环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒构成的十字型套管，其尺寸与支护段匹配且纵、环向套筒的端部均设有安装孔，通过第二套管连接多个相邻的支护段而构成支护结构。本申请中的第一套管与第二套管及其组合构成的支护结构，结构简单、设计合理且施工方便;在围岩压力突增时，支护段的孔槽与环向套筒的消能预裂缝能为支护段提供一定的变形让压空间；当未达到让压上限时，支护段不会最先发生变形破坏；当达到让压上限时，第一套管与第二套管能分担部分岩围压力，且通过第二套管的纵向牵制效应，使支护架不会发生明显不均匀沉降或隧道断面内弯折突出或隧道纵向挠曲变形;支护架及其构成的支护结构有效弱化了单个套管及其拼接处支护段的变形，减小了隧道局部大变形、侵限与失稳坍塌的可能性，同时提高了支护结构的整体稳定性，使初期支护结构更安全可靠，节省因侵限、失稳坍塌而增加的工程处治费用。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例一种支护结构中第一套管的结构示意图；
[0026]图2是本发明实施例一种支护结构中第一套管与支护段具体连接方式的结构示意图；
[0027]图3是本发明实施例一种支护结构中第一套管与支护段具体连接方式的剖面图；
[0028]图4是本发明实施例一种支护架中第二套管的结构示意图；
[0029]图5是本发明实施例一种支护架中第二套管与支护段具体连接方式的结构示意图；
[0030]图6是本发明实施例一种支护架中第二套管与支护段具体连接方式的剖面图；
[0031 ]图7是本发明实施例一种支护结构实施方案一的整体拼装图；
[0032]图8为图7的正视图；
[0033]图9是本发明实施例一种支护结构实施方案二的整体拼装图；
[0034]图10为图9的正视图；
[0035]图11至图16为本发明实施例一种支护结构实施方案二的施工步骤示意图。
[0036]图中:1、7:第一套管;2:第二套管;3:环向第一支护段;4:环向第二支护段;5:纵向支护段;6:环向第三支护段;8:环向第四支护段；13、17:孔槽；10、12:安装孔；11:消能预裂缝;14:螺杆；15:螺母；16:垫片；101:锚杆；102:核心土。
【具体实施方式】
[0037]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]值得说明的是，本申请中的支护段为工字钢或T型钢或U型钢，在本实施例中，以工字钢为例加以说明:
[0039]特别的，在本实施例中，纵向指的是沿着隧道的长度方向，相对的，环向指的是沿着隧道横剖面(拱形面)的方向。如图1至图16所示，本发明实施例提供的一种支护架，其包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，即多个支护段围成支护架，每个支护段的两端均设有孔槽13，相邻两个支护段通过第一套管I或第一套管7连接，第一套管I及第一套管7为尺寸与支护段相匹配的口字型环向套筒，其中，尺寸匹配是指支护段能放入第一套管I及第一套管7内；具体地，在本实施例中，第一套管I及第一套管7的截面尺寸比支护段的截面尺寸大2?3mm;且第一套管I及第一套管7的前壁面及后壁面的两端对应于支护段中的孔槽13均设有安装孔，椭圆形孔槽13下端部通过连接件与安装孔10连接;具体地，将支护段的端部伸入第一套管I或第一套管7内，通过连接件将两者固定连接。本申请中的第一套管I及第一套管7结构简单、设计合理且施工方便，使用效果好，在围岩压力突增时，支护段的孔槽与环向套筒的消能预裂缝能为支护段提供一定的变形让压空间；当未达到让压上限时，支护段不会最先发生变形破坏；当达到让压上限时，第一套管I及第一套管7能分担部分岩围压力，减小隧道局部大变形、侵限与失稳坍塌的可能性，有助于提高支护结构的整体稳定性。
[0040]特别的，对第一套管的前后、左右壁面的定义进行说明，带有附图标记12的为前壁面，带有附图标记11的为上端面，具体如图1所示;其中，支护段设于第一套管I或第一套管7的前后壁面之间，与此相对的，前后壁面的两个侧面为左、右壁面。具体地，第一套管的前后壁面及左右壁面均以套管的中心对称设置；即第一套管的前壁面与后壁面结构一样，左壁面与右壁面结构一样。
[0041]进一步的，第一套管I及第一套管7左壁面及右壁面的两端均设有消能预裂缝11，优选地，消能预裂缝11设于第一套管I及第一套管7左壁面及右壁面的两端中部，且为向着第一套管I及第一套管7左壁面及右壁面中心延伸的裂缝。具体地，在本实施例中，消能预裂缝11的顶部宽度为lcm，深为3cm。通过设置消能预裂缝11，在一定程度上可减小第一套管受到的岩围压力，从而提高整个支护架的稳定性;此外，将消能预裂缝11设于第一套管I或第一套管7内、外侧壁的中部，所起到的减压消能效果最好。
[0042]具体地，在本实施例中，连接件包括螺杆14、螺母15及垫片16，螺杆14的两端从外到内依次穿过第一套管I或第一套管7前壁面上的安装孔、支护段上的孔槽13及第一套管I或第一套管7后壁面上的安装孔，并通过垫片16与螺母15紧固。其中，安装孔均是贯穿前壁面及后壁面的。
[0043]优选地，螺杆14为Φ15的高强螺杆14。这种连接形式，结构简单，施工方便，且固定效果好，有利于节约施工时间，提高安装支护架的效率。
[0044]具体地，孔槽的形状为椭圆形或圆形或方形;优选地，在本实施例中，孔槽13为椭圆形孔，其中，椭圆形孔槽13长轴为50_，短轴为20_。
[0045]具体地，安装孔的形状为为圆形或方形。优选地，在本实施例中，安装孔10或12为圆形孔，其中，圆形安装孔直径为18mm。
[0046]特别的，孔槽13与安装孔10或12的大小应根据具体实施条件进行相应的选择。
[0047]具体地，在本实施例中，环向支护段为120工字钢。值得说明的是，本申请中的第一套管1、第一套管7及第二套管2不局限于连接工字钢，也可用于T型钢、U型钢或可用作为支护段的其它类型钢材。
[0048]本发明还提供了一种支护结构，该支护结构包括多个支护架，相邻两个支护架通过第二套管2及纵向布置的支护段5连接，第二套管2包括环向套筒及对称设于环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒，两个纵向套筒与环向套筒垂直设置，构成十字型套管；具体地，纵向布置的支护段5的两端分别与相邻两个支护架上的第二套管2中的纵向套筒连接。
[0049]通过设置本申请中的第二套管2可在围岩压力突增时，提供一定的变形让压空间，没达到让压上限之前，支护段本身不会变形破坏;若围岩压力突增过大，超过让压上限，环向布置的支护段(为表述方便，后文将“环向布置的支护段”简称为“环向支护段”)开始变形，环向支护段首先作用于第一套管I与第二套管2中的环向套筒与螺杆14，通过环向支护段的椭圆形孔槽与消能预裂缝进行初步变形让压;此外，第二套管2有向洞内变形的趋势，而此时连接相邻支护架的纵向布置的支护段(在本实施例中，“纵向布置的支护段”以纵向支护段5为例加以说明)将该第二套管2承受的围岩压力传递给相邻支护架，进而分解了一部分围岩压力；同时，由于每一榀支护架均通过纵向布置的支护段(纵向支护段5)相互连接而形成一个整体，第二套管2的变形受到相邻第二套管2的牵制作用，有效弱化了单个第二套管2及其拼接处支护段的变形，减小隧道局部大变形、侵限与失稳坍塌的可能性，同时提高了支护结构的整体稳定性，使初期支护系统更安全可靠，节省因侵限、失稳坍塌而增加的工程处治费用。
[0050]具体地，在本实施例中，在第二套管2中环向套筒的A面及其对面对称设直径为18mm的圆孔10，与A面相异的B面及其对面端部设顶部宽度为lcm、深为3cm的等腰三角形消能预裂缝11;第二套管2中纵向套筒的C面及其对面对称设直径为18mm的圆孔12。其中，圆孔11与圆孔12均通过螺杆、螺母及垫片分别与支护段端部的孔槽固定连接。
[0051 ]除此之外，在进行上、中台阶开挖工序时，架立环向支护段且固定好第二套管2后，将纵向布置的支护段(纵向支护段5)与第二套管2中的纵向套筒拼接起来，形成一个支护结构。此时除了能在一定程度上牵制支护段往洞内变形外，最明显的作用是通过牵制效应，使刚架立的支护段不发生明显不均匀沉降，有利于中、下台阶开挖后，架立后续环向支护段时能顺利与上、中台阶已经立好的环向支护段进行拼接，有效避免了目前普遍存在的因支护段不均匀沉降而导致后续拼接无法顺利进行或因拼接不牢固而造成支护结构存在过多薄弱环节的现象。
[0052]具体地，环向套筒的长度不小于纵向套筒的长度;环向套筒截面尺寸与环向支护段相匹配，纵向套筒截面尺寸与纵向支护段相匹配。在本实施例中，环向套筒壁厚为5mm，长度为30cm;纵向套筒的壁厚为5mm，长度为20cm，纵向支护段为114工字钢。
[0053]本发明还提供了一种支护结构的安装施工方法，包括如下步骤:
[0054]S1、上台阶弧形导坑开挖完成后，依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆101、架立环向第一支护段3与复喷初支混凝土的施工，施工中环向第一支护段3左、右两侧拱肩处可采用第一套管I或第二套管2进行支撑，并通过纵向布置的支护段5与相邻两个支护架中第二套管2的纵向套筒连接；
[0055]S2、左、右侧错位开挖中台阶:首先，开挖左侧或右侧中台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆101的施工;其次，在左侧或右侧拱腰处施做第二套管2，并通过纵向布置的支护段5连接该套管与相邻两个支护架中第二套管2的纵向套筒;然后，架立环向第二支护段4，并使其上端部与环向第一支护段3的下端部通过步骤SI中拱肩处第一套管I或第二套管2连接，环向第二支护段4的下端部与拱腰处第二套管2环向套筒上端部连接；最后，施工复喷初支混凝土；
[0056]S3、重复步骤S2中的施工方法，完成中台阶剩余一侧环向第二支护段4的架立施工；
[0057]S4、左、右侧错位开挖下台阶:首先，开挖左侧或右侧下台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆101的施工;其次，在左侧或右侧拱脚处施做第一套管7，架立环向第三支护段6，并使其上端部与步骤S2中拱腰处第二套管2环向套筒下端部连接，下端部与拱脚处第一套管7连接;最后，施工复喷初支混凝土 ；
[0058]S5、重复步骤S4中的施工方法，完成下台阶剩余一侧环向第三支护段6的架立施工；
[0059]S6、开挖仰拱:首先，开挖仰拱，架立环向第四支护段8，使环向第四支护段8的两端分别与步骤S4及步骤S5中拱脚处的第一套管7连接，进而使支护架闭合成环，并根据设计资料铺设二衬钢筋网;然后，整体浇筑仰拱混凝土，完成该断面的开挖支护；
[0060]其中，隧道开挖支护施工过程中，上台阶按照步骤SI先行开挖支护，中台阶滞后上台阶一定距离并按照步骤S2与S3左、右侧错台阶一定距离进行开挖支护，下台阶滞后中台阶一定距离并按照步骤S4与S5左、右侧错台阶一定距离进行开挖支护，仰拱滞后下台阶一定距离并按照步骤S6进行开挖支护。
[0061]上述施工方法记为实施方案一，此种安装方法适用于小偏压隧道或隧道围岩较破碎的情况。
[0062]为了有效控制隧道支护结构工字钢拼接处的变形，提高隧道支护结构整体稳定性，对于偏压较为严重或围岩极破碎的情况，采用三台阶七步开挖法，优选地，将步骤S2与步骤S3中的至少一个第一套管I可替换为第二套管2，此种施工方法记为实施方案二。在步骤S2与步骤S3中，通过纵向支护段5连接相邻支护架中第二套管2的纵向套筒。
[0063]本实施例以工字钢作为支护段，对支护结构实施方案二的施工方法加以详细说明。
[0064]施工背景:某单向双车道隧道，左线隧道长608m，右线隧道长693m，隧道开挖轮廓为10.4m X 11.7m(高X宽)，隧道埋深11?80m，隧道位于长期风化侵蚀的丘陵地貌区，区内冲沟发育，冲沟走向以西北为主，岩性主要为碎石及强风化砂质页岩，节理裂隙、地下水均发育，岩体极破碎，岩质较软，属于V级围岩。施工初期洞口仰坡便发生滑动现象，且洞口浅埋段存在大偏压现象。为了有效控制隧道支护结构工字钢拼接处的变形，提高隧道支护结构整体稳定性，对于洞口偏压较为严重、围岩极破碎里程段采用三台阶七步开挖法，用本发明支护结构实施方案二进行施工。施工方法具体包括如下步骤:
[0065](I)批量加工第一套管1、第一套管7、第二套管2、预设孔槽13与17的工字钢支护段
3、4、5、6、8，高强螺杆14、配套螺母15及垫片16。其中第一套管I及第一套管7的截面尺寸为220mmX IlOmm(宽X高)，壁厚5mm，整体长60cm，对应于支护段孔槽位置的两端侧表面距离两端部15cm处中心位置设直径18mm的圆孔，两端内、外侧壁端部中心位置设顶部宽度为lcm、深为3cm的等腰三角形消能预裂缝11;第二套管2截面尺寸均为220mmX IlOmm(宽X高)，壁厚5mm，其环向套筒长80cm，两侧纵向套筒长均为20cm，A面及其对面距离端部15cm中心处设直径18mm的圆孔10，B面及其对面端部中心位置设顶部宽度为lcm、深为3cm的等腰三角形消能预裂缝11;环向支护段工字钢(即第一支护段3、第二支护段4、第三支护段6及第四支护段8)的型号为20a，尺寸200mmX 10mmX7mm，距各环向支护段工字钢端部20cm处的腹板中心设Φ 18的孔槽13;纵向支护段工字钢(即纵向护段5)的型号为14a，尺寸140mm X 80mmX5.5mm，腹板中线距离两端部1cm处设Φ18的孔槽17;高强螺杆14长30cm，直径15mm。
[0066](2)隧道超前支护后，环向开挖上台阶，预留核心土 102，开挖完成，清理开挖面后，依次初喷混凝土封闭开挖面，施做锚杆101、沿喷面铺设钢筋网，在左、右两侧拱肩处用于放置第二套管2的部位开挖深为40cm的凹槽，放入备用垫块，架立与第二套管2拼装好的第一支护段3，将套管放入两边凹槽内，通过纵向支护段5连接该套管与相邻第二套管2的纵向套筒。
[0067](3)左、右侧错位开挖中台阶:首先，开挖左侧或右侧中台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆101的施工;其次，在左侧或右侧拱腰处用于放置第二套管2的部位开挖深为40cm的凹槽，放入备用垫块，并放入第二套管2，通过纵向支护段5连接该套管与相邻第二套管2的纵向套筒;然后，架立第二支护段4，使第二支护段4的上端部与第一支护段3的下端部通过第二套管2连接，第二支护段4的下端部与第二套管2环向套筒上端部连接;最后，施工复喷初支混凝土。
[0068](4)重复步骤(3)中的施工方法，完成中台阶右侧或左侧第二支护段4的架立施工。
[0069](5)左、右侧错位开挖下台阶:首先，开挖左侧或右侧下台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆101的施工;其次，在左侧或右侧拱脚处施做第一套管7，并架立第三支护段6，使第三支护段6的上端部与拱腰处第二套管2的环向套筒下端部连接，下端部与第一套管7连接;最后，施工复喷初支混凝土。
[0070](6)重复步骤(5)中的施工方法，完成下台阶右侧或左侧第三支护段6的架立施工；
[0071](7)仰拱开挖完成后，清除虚渣与积水，安装仰拱第四支护段8，将第四支护段8的两端部分别与左、右侧拱脚处第一套管7连接，进而使支护架闭合成环，并根据设计资料铺设二衬钢筋网;然后，整体浇筑仰拱混凝土，完成该断面的开挖支护。
[0072](6)施作模筑二衬，完成隧道支护结构施工。
[0073]综上所述，本发明提供了一种包括多个支护段依次循环连接构成的支护架，每个支护段的两端均设有孔槽，相邻两个支护段通过第一套管连接，第一套管为尺寸与支护段相匹配的口字型环向套筒，且第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于孔槽均设有安装孔，支护段通过连接件与第一套管连接;第二套管为由环向套筒与对称设于环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒构成的十字型套管，其尺寸与支护段匹配且纵、环向套筒端部均设有安装孔，通过第二套管连接多个支护段而构成支护结构。本申请中第一套管与第二套管及其组合构成的支护结构，结构简单、设计合理且施工方便;在围岩压力突增时，支护段的孔槽与环向套筒的消能预裂缝能为支护段提供一定的变形让压空间；当未达到让压上限时，支护段不会最先发生变形破坏；当达到让压上限时，第一套管与第二套管能分担部分岩围压力，且通过第二套管的纵向牵制效应，使支护架不会发生明显不均匀沉降或隧道断面内弯折突出或隧道纵向弯曲变形;支护架及其构成的支护结构有效弱化了单个套管及其拼接处支护段的变形，减小了隧道局部大变形、侵限与失稳坍塌的可能性，同时提高了支护结构的整体稳定性，使初期支护结构更安全可靠，节省因侵限、失稳坍塌而增加的工程处治费。
[0074]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种支护架，其特征在于:包括多个依次循环连接且环向布置的支护段，每个所述支护段的两端均设有孔槽，相邻两个所述支护段通过第一套管连接，所述第一套管为尺寸与所述支护段相匹配的口字型环向套筒，且所述第一套管的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽通过连接件与所述安装孔连接。2.根据权利要求1所述的支护架，其特征在于:所述第一套管的左壁面及右壁面的两端均设有消能预裂缝。3.根据权利要求2所述的支护架，其特征在于:所述消能预裂缝设于所述第一套管的左壁面及右壁面的两端中部，且均为向所述左壁面及右壁面中心延伸的裂缝。4.根据权利要求1所述的支护架，其特征在于:所述连接件包括螺杆、螺母及垫片，所述螺杆的两端依次穿过所述第一套管前壁面上的安装孔、支护段的孔槽及第一套管后壁面上的安装孔，并通过所述垫片与螺母紧固。5.根据权利要求1所述的支护架，其特征在于:所述支护段为工字钢或T型钢或U型钢，所述孔槽的形状为椭圆形或圆形或方形，所述安装孔的形状为圆形或方形。6.—种支护结构，其特征在于:包括多个如权利要求1至5任一项所述的支护架，相邻两个所述支护架通过第二套管及纵向布置的所述支护段进行连接，所述第二套管包括环向套筒及对称设于所述环向套筒前侧壁及后侧壁中心的两个纵向套筒，所述两个纵向套筒与所述环向套筒垂直设置，构成十字型套管。7.根据权利要求6所述的支护结构，其特征在于:所述环向套筒的长度不小于所述纵向套筒的长度;所述环向套筒的截面尺寸与所述环向布置的支护段的截面尺寸相匹配，所述纵向套筒的截面尺寸与所述纵向布置的支护段的截面尺寸相匹配。8.根据权利要求6所述的支护结构，其特征在于:所述环向套筒的左侧壁及右侧壁的两端均设有所述消能预裂缝;所述环向套筒的前壁面及后壁面的两端对应于所述孔槽均设有安装孔;所述两个纵向套筒的上壁面及下壁面对应于所述孔槽均设有安装孔，所述孔槽均通过连接件与所述安装孔连接。9.一种支护结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、上台阶弧形导坑开挖完成后，依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网、打设锚杆、架立环向第一支护段与复喷初支混凝土的施工，施工中环向第一支护段左、右两侧拱肩处可采用第一套管或第二套管进行支撑，并通过纵向布置的支护段连接相邻两个支护架中第二套管的纵向套筒； 52、左、右侧错位开挖中台阶:首先，开挖左侧或右侧中台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆的施工;其次，在左侧或右侧拱腰处施做第二套管，并通过纵向布置的支护段与相邻两个支护架中第二套管的纵向套筒连接;然后，架立环向第二支护段并使其上端部与环向第一支护段的下端部通过步骤SI中拱肩处的第一套管或第二套管连接，环向第二支护段的下端部与拱腰处第二套管的环向套筒上端部连接;最后，施工复喷初支混凝土； 53、重复步骤S2中的施工方法，完成中台阶剩余一侧环向第二支护段的架立施工； 54、左、右侧错位开挖下台阶:首先，开挖左侧或右侧下台阶，并依次进行初喷混凝土、铺设钢筋网与打设锚杆的施工;其次，在左侧或右侧拱脚处施做第一套管，架立环向第三支护段并使其上端部与步骤S2中拱腰处第二套管的环向套筒下端部连接，下端部与拱脚处第一套管连接;最后，施工复喷初支混凝土 ； 55、重复步骤S4中的施工方法，完成下台阶剩余一侧环向第三支护段的架立施工； 56、开挖仰拱:首先，开挖仰拱，架立环向第四支护段，使环向第四支护段的两端分别与步骤S4及步骤S5中拱脚处的第一套管连接，进而使支护架闭合成环，并根据设计资料铺设二衬钢筋网;然后，整体浇筑仰拱混凝土，完成该断面的开挖支护。10.根据权利要求9所述的支护结构的施工方法，其特征在于:在步骤S2及步骤S3中，所述中台阶滞后所述上台阶一定距离进行开挖支护;在步骤S4及步骤S5中，所述下台阶滞后所述中台阶一定距离进行开挖支护;在步骤S6中，所述仰拱滞后所述下台阶一定距离进行开挖支护。
【文档编号】E21D11/22GK105822329SQ201610309361
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】张永杰, 杨兴山, 邓俊强, 田军, 杨献章, 邢校崟, 李志强
【申请人】长沙理工大学