本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种用于隧洞挖掘的支护系统。
背景技术
近年来，随着社会经济和施工技术的发展，隧洞开挖由原来的粗放开挖转向精准开挖，开挖精度要求越来越高。对于一些地质条件较差的围岩，一般需要进行支护才能开挖掘进。
中国西部地区地形、地质条件复杂，高等级公路建设中遇到大量的桥梁、隧道工程。由于特殊的地质和地形条件，近年来穿越高地应力地区且工程地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道不断涌现，给高速公路长大隧道的设计和施工带来了重大的挑战。现有技术的支护措施已经不能满足隧洞挖掘的精度要求和安全要求。
技术实现要素：
本发明提供一种用于隧洞挖掘的支护系统，用以提高隧洞挖掘的精确度和安全性。
本申请提供的用于隧洞挖掘的支护系统，包括：钢拱架、超前管棚、系统锚杆、连接钢筋和钢拱架垫脚；
钢拱架采用工字钢制作，其尺寸根据隧洞开挖断面选取，钢拱架间距根据隧洞围岩类别条件设置；
超前管棚用于支护在隧洞外轮廓边沿，是根据设置的钢管间隔间距，沿隧洞轴线以设置的外插角度插入钢管而形成管棚的支护架构，插入钢管的插入惯性矩不小于设置的惯性矩阈值；钢管的间隔间距、外插角度和插入惯性矩阈值根据钢管材质和隧洞岩层地质条件设置；
系统锚杆沿钢拱架周边布设，系统锚杆与钢拱架、连接钢筋焊接连接，形成稳定的整体结构，系统锚杆采用的是直径大于18mm的iii级热轧钢筋；
钢拱架垫脚采用钢垫板材质，钢垫板与每排钢拱架底端两端焊接连接。
如上所述的用于隧洞挖掘的支护系统，若隧洞洞径不大于2m，则钢拱架采用选用i14工字钢制作；若隧洞洞径为2m-3.5m，则钢拱架采用选用i16工字钢制作；若隧洞洞径为3.5m-5m，则钢拱架采用选用i18工字钢制作。
如上所述的用于隧洞挖掘的支护系统，优选地，超前管棚采用的是热轧无缝钢管，通过将钢管导向端斜切掉一半，切口长度150mm，形成半圆锥形，承压端是利用厚度为20mm的钢板焊成垫片钢箍。
如上所述的用于隧洞挖掘的支护系统，更进一步的，超前管棚采用的钢管直径为48mm，钢管间隔间距为100mm～300mm,钢管长度为3m～6m，钢管沿隧洞开挖轮廓线向近水平外插角设置，外插角度为10～50度，采用液压设备由承压端将超前钢管压入，钢管施工纵向管棚水平搭接长度不大于500mm。
优选地，如上所述的用于隧洞挖掘的支护系统中，各榀钢拱架之间通过钢板相互连接。
本申请提供的用于隧洞挖掘的支护系统包括钢拱架、超前管棚、系统锚杆、连接钢筋和钢拱架垫脚。钢拱架采用工字钢制作，其尺寸根据隧洞开挖断面选取，钢拱架间距根据隧洞围岩类别条件设置；超前管棚用于支护在隧洞外轮廓边沿，是根据设置的钢管间隔间距，沿隧洞轴线以设置的外插角度插入钢管而形成管棚的支护架构，插入钢管的插入惯性矩不小于设置的惯性矩阈值；钢管的间隔间距、外插角度和插入惯性矩阈值根据钢管材质和隧洞岩层地质条件设置；系统锚杆沿钢拱架周边布设，系统锚杆与钢拱架、连接钢筋形成稳定的整体结构；钢拱架垫脚采用钢垫板材质，钢垫板与钢拱架两端焊接连接。本申请的用于隧洞挖掘的支护系统可以提高隧洞挖掘的精确度和安全性。另外，本申请的支护系统还具有结构简单，耗材价廉，易于实施的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的用于隧洞挖掘的支护系统的横断面图；
图2为本申请实施例的用于隧洞挖掘的支护系统的纵断面图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例的用于隧洞挖掘的支护系统的横断面图，图2为本申请实施例的用于隧洞挖掘的支护系统的纵断面图。参考图1和图2所示，本申请提供的用于隧洞挖掘的支护系统包括：钢拱架1、超前管棚2、系统锚杆3、连接钢筋4和钢拱架垫脚5。
钢拱架1采用工字钢制作，其尺寸根据隧洞开挖断面选取，钢拱架1间距根据隧洞围岩类别条件设置。在具体应用中，通常情况下，若隧洞洞径不大于2m，则钢拱架1采用选用i14工字钢制作；若隧洞洞径为2m-3.5m，则钢拱架1采用选用i16工字钢制作；若隧洞洞径为3.5m-5m，则钢拱架1采用选用i18工字钢制作。优选地，各榀钢拱架1之间通过钢板6相互连接。
超前管棚2用于支护在隧洞外轮廓边沿，是根据设置的钢管间隔间距，沿隧洞轴线以设置的外插角度插入钢管而形成管棚的支护架构，插入钢管的插入惯性矩不小于设置的惯性矩阈值；钢管的间隔间距、外插角度和插入惯性矩阈值根据钢管材质和隧洞岩层地质条件设置。
优选地，超前管棚2采用的是热轧无缝钢管，通过将钢管导向端斜切掉一半，切口长度150mm，形成半圆锥形，承压端是利用厚度为20mm的钢板焊成垫片钢箍。更进一步的，超前管棚2采用的钢管直径为48mm，钢管间隔间距为100mm～300mm,钢管长度为3m～6m，钢管沿隧洞开挖轮廓线向近水平外插角设置，外插角度为10～50度，采用液压设备由承压端将超前钢管压入，钢管施工纵向管棚水平搭接长度不大于500mm。
在隧洞开挖过程中，在穿越断层破碎带和软弱夹层时，特别是对于ⅳ类ⅴ类围岩，超前钢管是一种行之有效的方法。超前管棚支护是在拟开挖的隧洞等开挖外轮廓边上，间隔一定的间距，沿隧洞轴线以一定外插角插入惯性矩较大的钢管而形成管棚的一种支护形式。管棚采用热轧无缝钢管，钢管导向端斜切掉一半，切口长度150mm，形成半圆锥形，承压端用20mm厚钢板焊成垫片钢箍。钢管直径为48mm，间距为100mm～300mm,钢管长度一般为3m～6m，钢管沿隧洞开挖轮廓线向近水平外插角设置，外插角10～50度，采用液压设备由承压端将超前钢管压入。钢管施工纵向管棚水平搭接长度不大于500mm。遇到有突泥、突水软弱破碎地段，需将超前钢管插入部分打孔灌浆，待围岩和水泥充分凝固后进行开挖。
系统锚杆3沿钢拱架周边布设，系统锚杆3与钢拱架1、连接钢筋3焊接连接，形成稳定的整体结构，系统锚杆3采用的是直径大于18mm的iii级热轧钢筋；
为保持钢拱架的稳定，沿钢拱架周边布设系统锚杆，系统锚杆一般采用直径为18mm以上的iii级热轧钢筋。系统锚杆一般要和钢拱架和连接钢筋焊接后形成一个稳定的整体结构。
钢拱架垫脚4采用钢垫板材质，钢垫板与钢拱架两端焊接连接。钢垫板与每排钢拱架底端焊接连接在一起，以减少集中荷载对钢拱架产生的压力，确保整个钢结构支护系统安全。
钢拱架结构作为隧洞开挖钢结构支护系统主要受力结构，其主要的受力点为钢拱架两端，为此，在设计中，考虑在钢拱架两端焊接相应尺寸的钢垫板并增设c20砼墩，以此增加受力点的承压面，减少压力。此种设计在很多不同类型的软弱夹层中使用都收到很好的效果。但在岩溶发育的灰岩地区，常因溶蚀漏斗较为发育，致使在隧洞开挖已经支护过的地方出现坍塌。很多地方在架设钢拱架时候没有出现问题，随着时间推移，钢拱架慢慢下沉，影响隧洞断面的结构尺寸，甚至到最后洞顶全部坍塌，严重影响了工程的正常施工，也给施工人员的生命财产安全带来严重威胁甚至付出生命的代价。这是在施工过程中经常发生而且是极易发生的现象，为此，在杨柳河工程施工中，在遇到岩溶发育的地方，钢拱架的垫脚仍然采用钢板，但每榀钢拱架均采用钢板相互连接，这样就能把钢拱架两端所受的力均匀传到地面，避免局部软弱地基集中受力而导致钢拱架的下沉。
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。