本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种可伸缩式十字初期支护结构及其变形动态控制方法。
背景技术：
暗挖隧道下穿既有建构筑物时，暗挖隧道施工将引起周边围岩发生松弛变形，并进一步引起上部既有建构筑物发生变形，甚至破坏，影响上部建构筑物的正常使用和安全。因此，上部建构筑物对下穿的暗挖隧道施工提出了较高的变形控制要求。目前，下穿工程为控制围岩和上部结构发生变形，常常采取注浆、管棚等措施，减少隧道开挖引起的变形，但这些措施往往投资大，效果不明显。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种可伸缩式十字初期支护结构及其变形动态控制方法，其解决了暗挖隧道下穿既有建构筑物施工引起的围岩和上部建构筑物的变形控制问题，可省去下穿工程过多的加固措施，大幅度节省工程投资，提高下穿工程施工效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，提供了一种可伸缩式十字初期支护结构，其包括：水平设置的临时仰拱、竖直设置的临时中隔壁以及沿隧道内壁面设置的拱顶支护组件；所述临时中隔壁中、沿所述隧道延伸方向间隔设置有若干用于控制所述拱顶支护组件升降的千斤顶组件。
优选的，所述千斤顶组件包括：下部立柱；以及设置在所述下部立柱顶端的可伸缩的千斤顶。
优选的，所述千斤顶组件之间的间距为1-2m。
优选的，所述拱顶支护组件包括：混凝土层，其环绕所述隧道的内壁面设置；以及格栅钢架，其沿所述隧道延伸方向、环绕所示隧道的内壁面设置。
优选的，所述可伸缩式十字初期支护结构还包括超前支护结构，且所述超前支护结构包括：
长管，其环绕所述混凝土层的外壁面均匀间隔设置；
超前小导管，其环绕所述混凝土层的外壁面均匀间隔设置，且相邻两超前小导管之间设有一所述长管；
所述长管以及超前小导管的横截面均朝向所述隧道的开挖工作面，且可通过所述长管和/或超前小导管进行超前注浆。
优选的，所述所述超前支护结构还包括：注浆孔，其沿所述隧道拱部以及边墙设置。
优选的，所述长管的设置角度为开挖角度上仰1°；所述超前小导管的外插角为10-15°。
优选的，所述可伸缩式十字初期支护结构还包括：锁脚锚管，其一端与所述拱顶支护组件连接，另一端固定于所述隧道周围的岩体中；且所述锁脚锚管与所述水平面之间的夹角为25-50°。
另一方面，还提供一种上述支护结构的变形动态控制方法，其包括如下步骤：
s1、将所述隧道划分为左上导坑上部、左上导坑下部、左下导坑上部、左下导坑下部、右上导坑上部、右上导坑下部、右下导坑上部、右下导坑下部8个部分；
s2、开挖所述左上导坑上部，并在开挖的左上导坑上部设置所述拱顶支护组件的第一部分；
s3、开挖所述左上导坑下部，并在开挖的左上导坑下部设置所述拱顶支护组件的第二部分，并设置所述临时中隔壁的第一部分以及所述临时仰拱的第一部分；且在所述临时中隔壁的第一部分中沿所述隧道的延伸方向设置若干所述千斤顶组件；
s4、开挖所述左下导坑上部，并在开挖的左下导坑上部设置所述拱顶支护组件的第三部分；
s5、开挖所述左下导坑下部，并在开挖的左下导坑下部设置所述拱顶支护组件的第四部分，并设置所述临时中隔壁的第二部分；所述临时中隔壁的第一部分以及第二部分构成完整的临时中隔壁；
s6、开挖所述右上导坑上部，并在开挖的右上导坑上部设置所述拱顶支护组件的第五部分；
s7、开挖所述右上导坑下部，并在开挖的右上导坑下部设置所述拱顶支护组件的第六部分以及所述临时仰拱的第二部分；
s8、开挖所述右下导坑上部，并在开挖的右下导坑上部设置所述拱顶支护组件的第七部分；
s9、开挖所述右下导坑下部，并在开挖的右下导坑下部设置所述拱顶支护组件的第八部分；所述拱顶支护组件的第一部分至第八部分构成完整的拱顶支护组件。
优选的，还包括：s10、获取所述隧道拱部变形监测结果，并根据所述检测结果控制所述千斤顶组件的升降，进而调整所述拱部支护组件的升降。
本发明技术方案的有益效果在于：
本发明采用临时中隔壁和临时仰拱组成的可伸缩式十字初支结构，其可以主动自由调整隧道洞顶变形，补偿上部建构筑物因下穿施工而引起的沉降变形，保障上部建构筑物的安全；将暗挖隧道分割成四部分开挖，提高了支护结构的刚度和强度，减小了开挖引起的围岩变形，提高了暗挖隧道的施工安全；可省去下穿工程过多的加固措施，大幅度节省工程投资，提高下穿工程施工效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的实施例一中可伸缩式十字初期支护结构的结构示意图；
图2是本发明的实施例一中千斤顶组件的结构示意图；
图3是本发明的实施例一中可伸缩式十字初期支护结构的侧视图；
图4是本发明的实施例一中隔栅钢架的截面图；
图5a-5k是本发明的实施例二中支护结构变形动态控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
图1-3所示，本发明的可伸缩式十字初期支护结构可用于暗挖隧道的施工，其包括：水平设置的临时仰拱10、竖直设置的临时中隔壁20以及沿隧道内壁面设置的拱顶支护组件；所述临时中隔壁20中、沿所述隧道延伸方向间隔设置有若干用于控制所述拱顶支护组件升降的千斤顶组件30。
具体的，所述千斤顶组件30之间的间距为1-2m(优选为1.5m)，且所述千斤顶组件30包括：下部立柱301(如钢管柱等)；以及设置在所述下部立柱301顶端的可伸缩的千斤顶302。所述临时仰拱10以及临时中隔壁20均为工22a型工字钢。
由此，可通过所述可根据水平设置的临时仰拱10、竖直设置的临时中隔壁20构成“十”字初支结构，根据实测上部既有结构的变形数据，通过所述千斤顶组件30使拱顶支护组件顶升和降落，补充因下穿施工引起的沉降变形，主动控制结构变形，由此实现拱顶结构变形的可控、可调整。同时可有效减小下穿隧道施工引起的上部既有结构的变形，保障了上部既有结构的安全，消除了下穿施工过程中既有结构的安全隐患。
所述拱顶支护组件包括：混凝土层401，其环绕所述隧道的内壁面设置，本实施例中，所述混凝土层401由c25喷射混凝土制成，厚度为30cm；以及格栅钢架402，其沿所述隧道延伸方向、环绕所示隧道的内壁面设置；具体的，所述格栅钢架402为四肢钢架，且纵向间距0.5m，同时，如图4所示，所述格栅钢架402的隔栅主筋4021为直径25mm的hrb400钢筋，且所述隔栅主筋4021的间距为200mm*195mm(即d1*d2)。
格栅钢架402、临时中隔壁20及临时仰拱10于内外侧设置22环向间距@1000mm纵向连接钢筋，内外侧间隔布置。且格栅钢架402内侧设双层8@150x150钢筋网，临时中隔壁20及临时仰拱10于内侧设置单层8@150x150钢筋网，钢筋网均与格栅钢架402、临时中隔壁20及临时仰拱10点焊牢固连接。
进一步的，如图1-2所示，所述可伸缩式十字初期支护结构还包括超前支护结构，且所述超前支护结构包括：
长管501，其环绕所述混凝土层401的外壁面均匀间隔设置；所述长管501可以为直径108mm的热轧无缝钢管，且所述长管501的设置角度为开挖角度上仰1°，长管501长度20-25m(优选为23.05m)，环向间距250-350mm(优选为300mm)，前端为尖形结构，管壁上还开设有长管注浆孔，其呈梅花形布置，管口处预留有止浆段；
超前小导管502，其环绕所述混凝土层401的外壁面均匀间隔设置，且相邻两超前小导管502之间设有一所述长管501，所述超前小导管502直径为42mm，长度为2-4m(优选为3m)，环向间距250-350mm(优选为300mm)，外插角为10°-15°(可优选为12°)，且如图1所示，所述长管501以及超前小导管502均设置在所述隧道拱部120-170°(可优选为150°)的范围内(即图1中的θ角)。
可通过所述长管501和/或超前小导管502进行超前注浆；同时，所述长管501以及超前小导管502的横截面均朝向所述隧道的开挖工作面。
此外，为增强拱部结构的巩固效果，拱顶支护组件完成后应及时进行初支背后注浆，保证初支背后密实，因此，所述超前支护结构还包括：注浆孔，其沿所述隧道拱部以及边墙设置，且所述注浆孔呈梅花形布置，所述注浆孔环向间距2.0～3.0米(优选为2.5m)，纵向间距为3.0米。可选择直径32mm的钢焊管作为注浆管向所述注浆孔注浆，且注浆深度为拱顶支护组件背后0.5m，注浆浆液采用水泥砂浆。
进一步的，为加强对于隧道拱脚的处理，所述可伸缩式十字初期支护结构还包括：至少一个锁脚锚管601，其一端与所述拱顶支护组件连接，另一端固定于所述隧道周围的岩体中；且所述锁脚锚管601与所述水平面之间的夹角为25-50°(优选为30°或45°)，具体的，所述隧道的上半断面上，所述锁脚锚管601与所述水平面之间的夹角为30°，所述隧道的下半断面上，所述锁脚锚管601与所述水平面之间的夹角为45°。
实施例二：
如图5a-5k所示，本实施例还提供一种使用上述支护结构的变形动态控制方法，其包括如下步骤：
s10、将所述隧道划分为左上导坑上部s1、左上导坑下部s2、左下导坑上部s3、左下导坑下部s4、右上导坑上部s5、右上导坑下部s6、右下导坑上部s7、右下导坑下部s88个部分；
s20、在所述左上导坑上部s1处设置部分所述长管501和部分超前小导管502，通过所述长管501和/或超前小导管502进行超前注浆；开挖所述左上导坑上部s1，并在开挖的左上导坑上部s1设置所述拱顶支护组件的第一部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)；
s30、开挖所述左上导坑下部s2，并在开挖的左上导坑下部s2设置所述拱顶支护组件的第二部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)，并设置所述临时中隔壁20的第一部分以及所述临时仰拱10的第一部分；且在所述临时中隔壁20的第一部分中沿所述隧道的延伸方向设置若干所述千斤顶组件30；
s40、开挖所述左下导坑上部s3，并在开挖的左下导坑上部s3时设置所述拱顶支护组件的第三部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)；
s50、开挖所述左下导坑下部s4，并在开挖的左下导坑下部s4设置所述拱顶支护组件的第四部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)，并设置所述临时中隔壁20的第二部分；所述临时中隔壁20的第一部分以及第二部分构成完整的临时中隔壁20；
s60、在所述右上导坑上部s5处设置部分所述长管501和部分超前小导管502，通过所述长管501和/或超前小导管502进行超前注浆；开挖所述右上导坑上部s5，并在开挖的右上导坑上部s5设置所述拱顶支护组件的第五部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)；
s70、开挖所述右上导坑下部s6，并在开挖的右上导坑下部s6设置所述拱顶支护组件的第六部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)；并设置所述临时仰拱10的第二部分；且所述临时仰拱10的第一部分以及第二部分构成完整的临时仰拱；
s80、开挖所述右下导坑上部s7，并在开挖的右下导坑上部s7设置所述拱顶支护组件的第七部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)；
s90、开挖所述右下导坑下部s8，并在开挖的右下导坑下部s8设置所述拱顶支护组件的第八部分(包括部分混凝土层401以及部分格栅钢架402)；所述拱顶支护组件的第一部分至第八部分构成完整的拱顶支护组件。
优选的，还包括：s100、获取所述隧道拱部变形监测结果，并根据所述检测结果控制所述千斤顶组件30的升降，进而调整所述拱部支护组件的升降；
s101、在所述拱顶支护组件的内壁面(优选混凝土层401的内壁面)表面进行找平，并在找平后在所述所述拱顶支护组件的内壁面上铺设防水层50，进一步在所述防水层50上、自下而上施工二次衬砌40；
s102、待所述二次衬砌40的混凝土强度达到设计强度的75％以上后，在所述二次衬砌40的拱部预留压浆孔，并在所述压浆孔中预埋注浆管，所述注浆管为直径32mm的钢焊管，所述压浆孔呈梅花型布置，其环向间距为2-3.5m(优选2.5m)；其纵向间距为2-5m(优选4.0m)；
通过所述注浆管对所述二次衬砌40背后进行注浆，使得所述拱顶支护组件与二次衬砌40之间保持密实；
s103、待所述二次衬砌40强度达到设计要求后，破除所述临时仰拱10以及临时中隔壁20。
需要说明的是，上述实施例一、二中的技术特征可进行任意组合，组合而成的技术方案均属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明的技术效果包括：
(1)通过采用可伸缩式十字初支结构，可以主动自由调整隧道洞顶变形，补偿上部建构筑物因下穿施工而引起的沉降变形，保障上部建构筑物的安全；
(2)采用竖直的临时中隔墙和水平的临时仰拱，形成十字交叉的临时支护结构，将暗挖隧道分割成四部分开挖，提高了支护结构的刚度和强度，减小了开挖引起的围岩变形，提高了暗挖隧道的施工安全。
(3)本发明可省去下穿工程过多的加固措施，大幅度节省工程投资，提高下穿工程施工效率。