一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，对开挖完成的隧道进行初喷，打设锚杆；根据断面大小和形状确定约束混凝土拱架的节数，进行拼接，形成I、II侧两个部分，将组装好的约束混凝土拱架安放在预设的放样点；将I侧拱架托举到I侧拱脚标记点处，II侧拱架托举到Ⅱ侧拱脚标记点处，将两部分拱架端面对正，并连接；待拱架精确定位后，拱脚两侧于上一循环的拱架间焊接定位连接钢筋并铺设钢筋网，进行其余连接筋的焊接，每循环进尺剩余拱架通过已焊接好的连接钢筋进行定位，安装操作顺序与第一榀相同，直到所有拱架装设完成。本发明无需现场灌注，且在架设过程中只需架设两长段拱架，只需人工辅助进行拼接，安全高效。
【专利说明】
一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着隧道建设规模和速度的迅猛发展，对建设周期的要求日益严格。传统的地下工程开挖支护过程中，初期支护安装拱架由人工进行，即借助操作平台，人工将拱架安放于指定位置上，然后利用螺栓将拱架人工拼装，拱架重量大，一般每个劳动班组人员为10人或以上，其劳动强度大、作业效率低、安全性差。同时，建设过程中所规划的隧道难免要穿过高应力、软弱破碎带等复杂条件地层，传统的支护方式难以满足现场实际需要。
[0003]因此，在约束混凝土拱架作为一种新型的支护方式代替原有型钢支撑的同时，其重量更大，急需一种能够适用于隧道支护的施工工法，本着实用、省时、省力的基本原则，在不改变原有任何施工条件下，进行拱架安装的自动化操作，实现隧道约束混凝土初期支护体系经济、施工方便、作业效率高，同时能够推动隧道中自动化快速施工的普及，具有很高的工程价值。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决上述问题，提出了一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，本方法在不改变现有工序的前提下，能够实现快速施工，降低劳动强度。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，包括以下步骤:
[0007](I)对开挖完成的隧道进行初喷，打设锚杆；
[0008](2)根据断面大小和形状确定约束混凝土拱架的节数，进行拼接，形成1、11侧两个部分，将组装好的1、II侧约束混凝土拱架安放在预设的指定位置；
[0009](3)将I侧拱架托举到I侧拱脚标记点处，II侧拱架托举到Π侧拱脚标记点处，将两部分拱架端面对正，并连接；
[0010](4)待拱架精确定位后，拱脚两侧与上一循环的拱架间焊接定位连接钢筋并铺设钢筋网，进行其余连接筋的焊接，每循环进尺剩余拱架通过已焊接好的连接钢筋进行定位，安装操作顺序与第一榀相同，直到所有拱架装设完成。
[0011]所述步骤(I)中，预先打设测量放样点，且拱顶、拱脚点确定拱架在一个平面内。
[0012]所述步骤(I)中，预先打设测量拱架高程控制线，以确定拱架高程。
[0013]所述步骤(2)中，将一个操作台拖至掌子面Π侧，约束混凝土拱架运至掌子面附近，拱脚位置依托已打的定位点，用硬石垫平至既定高度。
[0014]所述步骤(2)中，操作台放置掌子面附近，操作台与隧道断面一侧间隔一定距离的放置，以保证机械手托举操纵拱架。
[0015]所述步骤(2)中，拱架节数根据断面大小和形状来确定，各节拱架在地面上拼接成
1、Π两部分，I部分包含的拱架节数大于Π部分，各节拱架在地面上用法兰连接拼接好。
[0016]所述步骤(3)中，将拱架Π托举到断面另一侧拱脚标记点处，微调机械手和临时斜撑将两部分拱架端面对正，与此同时，卸下固定套管的螺栓，套管顺势滑下，卡在下方的挡板，安装到位。
[0017]所述步骤(3)中，1、Π部分拱架的通过套管连接，在两部分拱架拼接之前，使用螺栓将套管固定在拱架I上，套管与拱架端面在同一平面上，在拱架Π上焊接挡板，防止套管滑落。
[0018]所述步骤(4)中，拱脚两侧焊接定位钢筋对剩余拱架进行定位，凭借吊篮平台及操作平台进行其余连接筋的焊接以及钢筋网的铺设，定位连接钢筋和钢筋网，其长度都是一个循环进尺的距离，一端焊接在该循环进尺靠近掌子面的一榀拱架，另一端焊接在前一循环进尺靠近掌子面的一榀拱架，金属网的设计为两端弯折，直接铺挂或焊接在相邻金属网上。
[0019]所述步骤(4)中，每循环进尺剩余拱架的安装，其根据已焊接的定位连接钢筋进行拱架定位。
[0020]利用上述方法搭设的支护体系，包括多榀约束混凝土拱架，所述约束混凝土拱架支撑隧道围岩，沿隧道依次排布，相邻的约束混凝土拱架之间通过纵向连接筋连接，形成支撑体系;所述支撑体系上喷有混凝土喷层。
[0021]优选的，所述支撑体系在围岩侧和隧道侧布设有若干层钢筋网，在支撑体系与钢筋网上喷有混凝土喷层。
[0022]进一步的，所述约束混凝土拱架由多节钢管拼接组成，钢管之间通过节点连接，节点四周焊接多块加劲肋，对节点连接薄弱处进行加强。
[0023]进一步的，所述纵向连接筋，焊接在两榀约束混凝土拱架之间，且在不同的约束混凝土拱架靠围岩侧和靠隧道侧交替焊接。
[0024]进一步地，所述约束混凝土拱架的主要受力部位采用钢筋或钢板进行补强，拱架顶部和帮部靠近围岩侧焊设钢筋或钢板，增加关键位置的强度，提高拱架整体的承载能力。
[0025]进一步地，所述钢筋网分别布置在两榀约束混凝土拱架之间，分别焊接在约束混凝土拱架靠围岩侧和隧道侧两侧的双层钢筋网，钢筋网与拱架焊接距离等于约束混凝土拱架的一半宽度，这样每榀拱架两侧钢筋网可以接触，钢筋网的覆盖可以增加钢管表面与混凝土喷层的摩擦，钢拱架和喷层结合性更好。
[0026]本发明的有益效果为:
[0027](I)本发明约束混凝土拱架为提前预制，无需现场灌注，且在架设过程中只需架设两长段拱架，只需人工辅助进行拼接，安全高效；
[0028](2)本发明喷射混凝土采用自动化喷射，混凝土喷射质量好，施工速度快；
[0029](3)本发明提出的使用伸缩臂拱架安装车进行约束混凝土拱架快速拼装的施工方法，施工速度快，现场需要工人数量少且劳动强度低，节省大量成本。
【附图说明】
[0030]图1为施工流程图；
[0031 ]图2为纵向连接筋与拱架焊接示意图；
[0032]图3为拱架整体拼装示意图；
[0033]图4为套管关键部位示意图；
[0034]图5为操作平台示意图；
[0035]图中:1.纵向连接筋，2.套管，3.固定套管的螺栓，4.挡板，5.伸缩板，6.围岩。【具体实施方式】:
[0036]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0037]大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，在隧道开挖完成后，立即进行初喷并打锚杆，将操作平台和拱架拖至掌子面附近，打设测量放样点(拱顶、拱脚点确定拱架在一个平面内)、拱架高程控制线(确定拱架高程)，将各节拱架现场拼装成两部分，即1、Π两部分，机械手抓取拱架I放置到I侧拱脚处并进行初步定位，利用另一台拱架安装车将拱架Π托举到Π侧拱脚标记点处，将操作平台的伸缩板展开，通过微调机械手和人工辅助将两部分拱架端面对正，并用套管2进行连接，待拱架精确定位后，工人在作业台车和拱脚两侧与上一循环的拱架间焊接定位连接钢筋并铺设钢筋网，利用机械手架设吊篮和操作平台进行其余连接筋的焊接，每循环进尺剩余拱架通过已焊接好的连接钢筋进行定位，安装操作顺序与第一榀相同，最后撤出拱架安装车，搭设I侧操作平台，II侧的操作平台在一开始就进场，进行复喷混凝土等其他相关工序。
[0038]如图1所示，具体步骤如下:
[0039]I在隧道开挖完成后，立即进行初喷，打设锚杆；
[0040]2用现场铲车将一个操作台拖至掌子面Π侧，约束混凝土拱架用相同方式运至掌子面附近，拱脚位置依托已打的定位点，用硬石垫平至既定高度；
[0041]所述的操作台(如图5所示)放置掌子面附近，其与隧道断面一侧间隔一定距离的放置，其间距方便机械手托举操纵拱架；
[0042]所述的预制约束混凝土拱架，是指每一节拱架在地面上先进行混凝土的灌注，待养护完成后再进行支护；
[0043]所述的拱架为在地面已提前预制好的单节约束混凝土拱架，无需现场灌注；
[0044]3在架设拱架前，拱架节数根据断面大小和形状来确定，一般分为3-7节，各节拱架在地面上拼接成1、Π两部分，I部分包含的拱架节数较Π部分要多，Π部分要尽可能的短且轻，方便人工推拉，每部分所包含的拱架在地面上用法兰连接拼接好，如图3所示，相当于在掌子面对接拱架时仅对接两段，施工速率得到很大的提高；
[0045]4利用另一台拱架安装车将拱架Π托举到断面另一侧拱脚标记点处，微调机械手和临时斜撑将两部分拱架端面对正，与此同时，操作平台上施工人员站在伸缩板5卸下固定套管的螺栓3，套管2顺势滑下，卡在下方的挡板4，安装到位；
[0046]所述的套管2连接，S卩1、Π部分拱架的节点连接装置，在两部分拱架拼接之前，使用螺栓将套管2固定在拱架I上，套管2与拱架端面在同一平面上，在拱架Π上焊接挡板4，防止套管2滑落；
[0047]所述的操作平台，在顶部靠近围岩6侧有特制的伸缩板，方便人工辅助机械手对接拱架；
[0048]5待拱架精确定位后，工人在作业台车根据拱脚两侧焊接定位钢筋对剩余拱架进行定位，凭借吊篮平台及操作平台进行其余连接筋的焊接以及钢筋网的铺设；
[0049]所述的定位连接钢筋和钢筋网，其长度都是一循环进尺的距离，一端焊接在该循环进尺靠近掌子面的一榀拱架，另一端焊接在前一循环进尺靠近掌子面的一榀拱架，金属网的设计为两端弯折，可直接铺挂或焊接在相邻金属网上；
[0050]6每循环进尺剩余拱架的安装操作顺序与第一榀相同，同时根据已焊接的连接钢筋进行拱架定位，定位后将连接钢筋与拱架再进行焊接，同时进行金属网的铺设；
[0051]所述的精确定位，整榀拱架安装完成后，第二台拱架安装车机械手松开，通过移动操作平台，施工人员测量拱顶附近间距，下方工作人员量测两拱脚间距，利用第一台拱架安装车进行拱架的精确定位。然后下方施工人员对拱脚复查，确保用拱脚垫实、没有间隙，每循环进尺剩余拱架的安装，其根据已焊接的定位连接钢筋进行拱架定位；
[0052]7拱架全部拼接完成后，拱架安装车撤离掌子面现场，用铲车将操作平台拖到I侧附近，进彳丁嗔射混凝土等其他相关工序。
[0053]利用上述方法搭设的支护体系，如图2所示，包括多榀约束混凝土拱架，所述约束混凝土拱架支撑隧道围岩6，沿隧道依次排布，相邻的约束混凝土拱架之间通过纵向连接筋I连接，形成支撑体系;所述支撑体系上喷有混凝土喷层。
[0054]优选的，所述支撑体系在围岩6侧和隧道侧布设有若干层钢筋网，在支撑体系与钢筋网上喷有混凝土喷层。
[0055]进一步的，所述约束混凝土拱架由多节钢管拼接组成，钢管之间通过节点连接，节点四周焊接多块加劲肋，对节点连接薄弱处进行加强。
[0056]进一步的，所述纵向连接筋I，焊接在两榀约束混凝土拱架之间，且在不同的约束混凝土拱架靠围岩6侧和靠隧道侧交替焊接。
[0057]进一步地，所述约束混凝土拱架的主要受力部位采用钢筋或钢板进行补强，拱架顶部和帮部靠近围岩6侧焊设钢筋或钢板，增加关键位置的强度，提高拱架整体的承载能力。
[0058]进一步地，所述钢筋网分别布置在两榀约束混凝土拱架之间，分别焊接在约束混凝土拱架靠围岩6侧和隧道侧两侧的双层钢筋网，钢筋网与拱架焊接距离等于约束混凝土拱架的一半宽度，这样每榀拱架两侧钢筋网可以接触，钢筋网的覆盖可以增加钢管表面与混凝土喷层的摩擦，钢拱架和喷层结合性更好。
[0059]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:包括以下步骤: (1)对开挖完成的隧道进行初喷，打设锚杆； (2)根据断面大小和形状确定约束混凝土拱架的节数，进行拼接，形成1、11侧两个部分，将组装好的1、II侧约束混凝土拱架安放在预设的指定位置； (3)将I侧拱架托举到I侧拱脚标记点处，II侧拱架托举到Π侧拱脚标记点处，将两部分拱架端面对正，并连接； (4)待拱架精确定位后，拱脚两侧于上一循环的拱架间焊接定位连接钢筋并铺设钢筋网，进行其余连接筋的焊接，每循环进尺剩余拱架通过已焊接好的连接钢筋进行定位，安装操作顺序与第一榀相同，直到所有拱架装设完成。2.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(I)中，所述的拱架为在地面已提前预制好的单节约束混凝土拱架。3.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(I)中，预先打设测量拱架高程控制线，以确定拱架高程。4.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(2)中，将一个操作台拖至掌子面Π侧，约束混凝土拱架运至掌子面附近，拱脚位置依托已打的定位点，用硬石垫平至既定高度。5.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(2)中，操作台放置掌子面附近，操作台与隧道断面一侧间隔一定距离的放置，以保证提供空间为机械手托举操纵拱架。6.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(2)中，拱架节数根据断面大小和形状来确定，各节拱架在地面上拼接成1、Π两部分，I部分包含的拱架节数大于Π部分，各节拱架在地面上用法兰连接拼接好。7.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(3)中，将拱架Π托举到断面另一侧拱脚标记点处，微调机械手和临时斜撑将两部分拱架端面对正，与此同时，卸下固定套管的螺栓，套管顺势滑下，卡在下方的挡板，安装到位。8.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(3)中，1、Π部分拱架的通过套管连接，在两部分拱架拼接之前，使用螺栓将套管固定在拱架I上，套管与拱架端面在同一平面上，在拱架Π上焊接挡板，防止套管滑落。9.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(4)中，根据拱脚两侧焊接定位钢筋对剩余拱架进行定位，凭借吊篮平台及操作平台进行其余连接筋的焊接以及钢筋网的铺设，定位连接钢筋和钢筋网，其长度都是一个循环进尺的距离，一端焊接在该循环进尺靠近掌子面的一榀拱架，另一端焊接在前一循环进尺靠近掌子面的一榀拱架，金属网的设计为两端弯折，直接铺挂或焊接在相邻金属网上。10.如权利要求1所述的一种大断面隧道约束混凝土初期支护快速施工方法，其特征是:所述步骤(4)中，每循环进尺剩余拱架的安装，其根据已焊接的定位连接钢筋进行拱架定位。
【文档编号】E21D11/08GK105952474SQ201610540965
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】李术才, 王 琦, 孙会彬, 栾英成, 秦乾, 于恒昌, 江贝, 鹿伟, 潘锐, 王雷, 李亮, 常涛
【申请人】山东大学