本实用新型涉及隧道掌子面加固技术领域，具体而言，涉及隧道掌子面预加固结构。
背景技术：
“昔格达组”是我国攀西地区的一种软弱地层，得名于攀枝花市盐边县红格乡昔格达村。昔格达组地层具有承载力差、开挖后易风化、遇水易崩解等特点。并且，当昔格达组地层受到扰动后，其渗透性增加，极不利于围岩和掌子面的稳定。我们知道，隧道在通过软弱围岩的不良地质段时，易发生围岩坍塌、失稳、冒顶等现象。为了避免上述情况，需要对掌子面进行预加固处理，从而实现隧道全断面的安全，保障隧道能够顺利施工。
目前我国在昔格达组地层地区修建隧道缺乏经验，大部分还是采用传统的掌子面加固方法，造价高昂，不够灵活，影响施工效率。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的在于提供隧道掌子面预加固结构，以解决现有技术中传统的掌子面加固方法存在的造价高昂、不够灵活和影响施工效率的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种隧道掌子面预加固结构。该隧道掌子面预加固结构包括第一加固装置、第二加固装置和第三加固装置；所述第一加固装置为沿所述掌子面拱部插入地层并环向布设的钢管；所述第二加固装置为沿所述掌子面正面插入地层并与所述隧道的纵向中心线平行的正面锚杆；所述第三加固装置为喷射于所述掌子面正面的混凝土层；所述钢管包括设有通孔的钻孔段，所述钢管与所述隧道的纵向中心线不相平行。
本实用新型采用三种加固装置来对隧道掌子面进行预加固，能够很好地对掌子面进行加固，并且结构简单，施工方便，能够有效提升隧道施工效率。钢管上的通孔可以作为注浆孔和排水孔，不仅对掌子面进行预加固，还能对掌子面附近的地下水进行引流，故能够很好的解决地层受扰动后渗透性增加、遇水易崩解和开挖后易风化的问题。三种结构协同作用，施工顺序可以灵活多变，因地制宜，针对不同地层结构均可达到较好的掌子面支撑效果。本实用新型不仅适用于昔格达组地层结构，还适用于其它具有类似结构的地层结构，当然也能适用于普通的地层结构。
进一步地，所述通孔为注浆孔，所述钢管与所述隧道的纵向中心线之间的夹角为1～3°。此时，可以将钢管称为注浆管，其作用是往地层结构中注入浆料，加固掌子面周围的地层，防止围岩坍塌、失稳、冒顶等现象。当所述钢管与所述隧道的纵向中心线之间的夹角为1～3°时，可以保证较快的注浆速度和较好的加固效果。
进一步地，所述通孔为排水孔，所述钢管与所述隧道的纵向中心线之间的夹角为15～20°。此时，可以将钢管称为泄水管，其作用是排出含水量较高的地层结构中的水，降低水压，防止地层遇水崩解。由泄水管排出的水可以通过隧道内的排水设施将水排出隧道外。当所述钢管与所述隧道的纵向中心线之间的夹角为15～20°时，可以保证较快的泄水速度。对于含水量较少的路段，可以仅采用注浆管。
进一步地，所述钢管还包括分别位于所述钻孔段两端的不钻孔段和锥头。由此，结构简单，便于控制钢管的插入角，加快施工速度。
进一步地，所述混凝土层的厚度为3～10cm。对于含水量较高的地段，可以在第一加固装置安装之前形成该混凝土层，以防止泄水管排出的水以及风化作用对掌子面的稳定性产生影响，同时降低对掌子面的扰动。当混凝土具有上述厚度时，不仅具有较好的掌子面稳定作用，还便于正面锚杆的施工。
进一步地，所述正面锚杆为玻璃纤维注浆锚杆。玻璃纤维注浆锚杆具有强度高，质量轻等特点，能够大大提高待挖核心土体的稳定性，并且可直接开挖破除通过，不损坏开挖机械设备的寿命。
进一步地，所述隧道为昔格达组地层隧道。本实用新型非常适合于昔格达组地层隧道掌子面的加固，其造价便宜，灵活程度高，可以显著提升施工效率。
可见，本实用新型经济合理，所需要材料的种类较少，简单可靠，能够提高隧道的施工效率。该结构不仅对掌子面进行预加固，还能对掌子面附近的地下水进行引流。能够很好的解决昔格达地层受扰动后，渗透性增加以及遇水易崩解，开挖后易风化的问题，从而实现隧道全断面的安全，保障隧道能够顺利施工。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例1的隧道掌子面预加固结构的正视图。
图2为本实用新型实施例1的隧道掌子面预加固结构的侧视图。
图3为本实用新型实施例1的钢管的结构示意图。
图4为本实用新型实施例2的隧道掌子面预加固结构的正视图。
图5为本实用新型实施例2的隧道掌子面预加固结构的侧视图。
上述附图中的有关标记为：
100：掌子面；
1：钢管；
11：注浆管；
12：泄水管；
101：钻孔段；
102：不钻孔段；
103：锥头；
104：通孔；
2：正面锚杆；
3：混凝土层；
∠1：注浆管与隧道的纵向中心线之间的夹角；
∠2：泄水管与隧道的纵向中心线之间的夹角；
∠3：钢管的分布角度。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：
本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例1
如图1-2所示的隧道掌子面预加固结构，包括第一加固装置、第二加固装置和第三加固装置，所述隧道为昔格达组地层隧道。
所述第一加固装置为沿所述掌子面100拱部插入地层并环向布设的钢管1，所述钢管1均为无缝钢管；如图3所示所述钢管1包括设有通孔104的钻孔段101以及分别位于所述钻孔段101两端的不钻孔段102和锥头103，每个端面的通孔104数量为三个。所述钢管1全部为注浆管11，此时，所述通孔104为注浆孔，所述注浆管11与所述隧道的纵向中心线之间的夹角∠1为2°。
所述第二加固装置为沿所述掌子面100正面插入地层并与所述隧道的纵向中心线平行的正面锚杆2；所述正面锚杆2为玻璃纤维注浆锚杆。
所述第三加固装置为喷射于所述掌子面100正面的混凝土层3；所述混凝土层3的厚度为5cm。
本实施例主要应用于含水量较少的地质段，使用时，首先在沿掌子面100拱部约150°范围内(即∠3＝150°)环向布设钢管1，并全部进行注浆，以注浆来封堵周围的水，并充分稳定掌子面100上部土体。然后对掌子面100喷射设计厚度的混凝土层3，避免后面打入正面锚杆2或者隧道其他施工工序破坏掌子面100的稳定性。最后再钻孔并打入正面锚杆2并注入玻璃纤维浆料，从而达到稳定掌子面100的效果。
实施例2
如图4-5所示的隧道掌子面预加固结构，包括第一加固装置、第二加固装置和第三加固装置，所述隧道为昔格达组地层隧道。
所述第一加固装置为沿所述掌子面100拱部插入地层并环向布设的钢管1，所述钢管1均为无缝钢管；如图3所示，所述钢管1包括设有通孔104的钻孔段101以及分别位于所述钻孔段101两端的不钻孔段102和锥头103，每个端面的通孔104数量为三个。所述钢管1包括注浆管11和泄水管12，此时，所述通孔104为注浆孔或排水孔，所述注浆管11与所述隧道的纵向中心线之间的夹角∠1为2°，所述泄水管12与所述隧道的纵向中心线之间的夹角∠2为18°。
所述第二加固装置为沿所述掌子面100正面插入地层并与所述隧道的纵向中心线平行的正面锚杆2；所述正面锚杆2为玻璃纤维注浆锚杆。
所述第三加固装置为喷射于所述掌子面100正面的混凝土层3；所述混凝土层3的厚度为5cm。
本实施例主要应用于含水量较多的地质段，使用时，首先对掌子面100喷射设计厚度的混凝土层3，防止泄水管12排出的水以及风化作用对掌子面100的稳定性产生影响以及对掌子面100的扰动。然后在沿掌子面100拱部约150°范围内(即∠3＝150°)打入注浆管11和泄水管12，泄水管12可对围岩周围的水进行引流，降低水压，并通过隧道内的排水设施将水排出隧道外，注浆管11所注入的浆体可以封堵周围的水，并充分稳定掌子面100上部土体。最后对掌子面100进行钻孔，打入正面锚杆2并注浆，进一步加固掌子面100。
以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，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，都应当属于本实用新型保护的范围。