一种小导洞超前支护设备及施工方法与流程

本发明涉及地铁车站导洞施工技术领域，特别是指一种小导洞超前支护设备及施工方法。

背景技术：

随着城市人口的激增，地铁已经成为解决交通拥挤问题的一个重要手段，在地铁车站的修建过程中，洞桩法因其不影响地面交通，且相比于其他暗挖施工方法，对控制地表沉降相对较好，而受到广大工程技术人员的热衷，但在穿越重要建筑群及工程地质复杂的区域时，仍需进一步提高沉降控制的要求。分析洞桩法施工中的沉降因素，可知主要沉降来自于小导洞的开挖与支护环节，目前小导洞施工中主要采用台阶法施工，先开挖再进行挂网喷浆支护，但由于开挖过程需要一定的时间，且混凝土达到设计强度仍需要一定的时间，不满足及时快速支护的要求，也就意味着，不能有效控制地表沉降，针对这一问题，本发明提出一种小导洞超前支护设备及施工方法，其通过掏槽注浆的方式，在开挖之前形成支护结构，有效的缩短了从开挖到支护结构承载的时间，从而在一定程度上减少地表沉降。

技术实现要素：

本发明为解决现有导洞施工过程中地表沉降量较大问题，提供一种小导洞超前支护设备及施工方法，该方法能够较为有效地控制因导洞施工所引起的地表沉降，同时在一定程度上提高施工速度，节约施工成本。

该设备包括拱形掏槽模板、侧墙掏槽模板、后支撑装置、推移装置a和推移装置b，拱形掏槽模板位于小导洞前端的上台阶，拱形掏槽模板通过推移装置a与下台阶的侧墙掏槽模板相连，侧墙掏槽模板通过推移装置b与侧墙掏槽模板后同水平的后支撑装置相连。

其中，拱形掏槽模板包括锥形钻头、环形铲刀、传动装置a、拱形壳体、螺旋滚刀a、变速箱a、电机a、注浆管a，拱形壳体前端安装有环形铲刀，环形铲刀外径与拱形壳体外径之差等于衬砌厚度，环形铲刀上均匀布置锥形钻头，螺旋滚刀a安装在拱形壳体两拱脚的内侧，螺旋滚刀a的滚轴前端穿过传动装置a驱动环向的锥形钻头切割土体，螺旋滚刀a的滚轴前端部安装有锥形钻头，螺旋滚刀a的滚轴后端通过变速箱a与电机a相连，注浆管a布置在拱形壳体后端的拱脚处。

侧墙掏槽模板包括直墙板、侧墙铲刀、割土滚刀、传动臂、螺旋滚刀b、变速箱b、电机b、传动装置b和注浆管b，直墙板前端安装有侧墙铲刀，侧墙铲刀外侧高出直墙板的厚度等于侧墙厚度，割土滚刀通过传动臂均匀布置在侧墙铲刀的前方，割土滚刀轴向长度与侧墙铲刀的宽度相等，其中最下方的割土滚刀的轴向长度为其上方相邻割土滚刀轴向长度的1.5～2倍，螺旋滚刀b紧挨直墙板的墙角处，螺旋滚刀b滚轴前端通过传动装置b驱动割土滚刀割土，螺旋滚刀b滚轴后端通过变速箱b与电机b相连，注浆管b安装在直墙板后端的墙角处，侧墙掏槽模板通过横连杆连接，形成一个稳定结构。

该设备通过推移装置a和推移装置b的伸缩向前移动。

后支撑装置两端安装两个液压装置，液压装置活塞杆顶端安装有施力板，施力板紧贴小导洞两旁的侧墙墙壁。

该小导洞超前支护设备的施工方法，包括步骤如下：

s1：将设备各部分运至工作面，完成拼装，推移装置a和推移装置b均置于收缩状态，后支撑装置处于支撑状态；

s2：启动拱形掏槽模板的电机a驱动螺旋滚刀a和锥形钻头工作，切割拱形槽内的土体并排出，在推移装置a的推动下向前移动，直至拱形壳体后端离开已完成的拱顶衬砌结构10～30厘米；

s3：完成s2后，立即将拱顶钢筋网片从拱形壳体与后方已完成拱顶衬砌结构的缝隙里塞进拱顶，然后通过推移装置a回拉拱形掏槽模板与后方已完成的拱顶衬砌结构形成一个封闭的拱形空腔；

s4：通过两侧的注浆管a向s3中形成的拱形空腔内注浆，注入浆液的体积为拱形空腔体积的1.5～2倍，注浆完毕后关闭注浆管a；

s5：启动侧墙掏槽模板的电机b驱动螺旋滚刀b和割土滚刀工作，并通过伸长推移装置b和回缩推移装置a，向前移动侧墙掏槽模板，直至与后方已完成的侧墙拉开10～30厘米；

s6：完成s5后，立即将钢筋网片塞进侧墙空腔内，并回拉侧墙掏槽模板，与后部侧墙形成一个封闭的侧墙空腔；

s7：通过直墙板墙脚处的注浆管b向s6中形成的侧墙空腔内注浆，注入浆液的体积为侧墙空腔体积的1.5～2倍，注浆完毕后关闭注浆管b；

s8：后支撑装置卸压，并通过回缩推移装置b，向前拉移后支撑装置，达到相应位置后，重新给两侧液压装置加载，支撑小导洞两旁的侧墙；

s9：施作后支撑装置后方的底板；

s10：开挖拱形壳体内侧的土体，然后开挖两直墙板之间所夹的土体；

s11：待拱顶及侧墙的混凝土强度达到设计强度的75％时，重复上述s2～s10工序进入下一个施工循环。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明所述的超前支护设备及施工方法，有效的控制因导洞施工所引起的地表沉降，同时在一定程度上加快了施工速度，避免落地灰，节约工程材料；

2、本发明所述的超前支护设备及施工方法，改喷浆为注浆，较大程度地改善了施工环境，并且注浆过程中可以进行压浆，对土体有顶升作用；

3、本发明所述的超前支护设备及施工方法，在衬砌结构达到设计强度的75％之前，模板对其上部土体有支撑作用，减少了衬砌结构凝固期间其上部土体的沉降。

附图说明

图1为本发明的小导洞超前支护设备总体示意图；

图2为本发明小导洞超前支护设备中拱形掏槽模板示意图；

图3为本发明小导洞超前支护设备中侧墙掏槽模板示意图；

图4为本发明小导洞超前支护设备中设备布置示意图；

图5为图4中a-a断面图；

图6为图4中b-b断面图；

图7为本发明小导洞超前支护设备中侧墙掏槽模板俯视图；

图8为本发明小导洞超前支护设备中拱形掏槽模板拱顶剖面图；

图9为本发明小导洞超前支护设备中后支撑装置示意图；

图10为本发明小导洞超前支护设备中锥形钻头示意图；

图11为本发明小导洞超前支护设备中割土滚刀示意图。

其中：1-拱形掏槽模板；2-推移装置a；3-侧墙掏槽模板；4-推移装置b；5-后支撑装置；6-土体；7-钢筋网片；8-拱顶钢筋网片；9-拱顶衬砌结构；101-锥形钻头；102-螺旋滚刀a；103-注浆管a；104-变速箱a；105-传动装置a；106-环形铲刀；107-拱形壳体；108-电机a；301-电机b；302-变速箱b；303-螺旋滚刀b；304-传动装置b；305-割土滚刀；306-传动臂；307-侧墙铲刀；308-直墙板；309-注浆管b。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种小导洞超前支护设备及施工方法。

如图1所示，该设备包括拱形掏槽模板1、侧墙掏槽模板3、后支撑装置5、推移装置a2和推移装置b4，拱形掏槽模板3位于小导洞前端的上台阶，拱形掏槽模板3通过推移装置a2与下台阶的侧墙掏槽模板3相连，侧墙掏槽模板3通过推移装置b4与侧墙掏槽模板3后同水平的后支撑装置5相连。

如图2和图8所示，拱形掏槽模板1包括锥形钻头101、环形铲刀106、传动装置a105、拱形壳体107、螺旋滚刀a102、变速箱a104、电机a108、注浆管a103，拱形壳体107前端安装有环形铲刀106，环形铲刀106外径与拱形壳体107外径之差等于衬砌厚度，环形铲刀106上均匀布置锥形钻头101，锥形钻头101结构如图10所示，螺旋滚刀a102安装在拱形壳体107两拱脚的内侧，螺旋滚刀a102的滚轴前端穿过传动装置a105驱动环向的锥形钻头101切割土体，螺旋滚刀a102的滚轴前端部安装有锥形钻头101，螺旋滚刀a102的滚轴后端通过变速箱a104与电机a108相连，注浆管a103布置在拱形壳体107后端的拱脚处。

如图3和图7所示，侧墙掏槽模板3包括直墙板308、侧墙铲刀307、割土滚刀305、传动臂306、螺旋滚刀b303、变速箱b302、电机b301、传动装置b304和注浆管b309，直墙板308前端安装有侧墙铲刀307，侧墙铲刀307外侧高出直墙板308的厚度等于侧墙厚度，割土滚刀305通过传动臂306均匀布置在侧墙铲刀307的前方，割土滚刀305如图11所示，割土滚刀305轴向长度与侧墙铲刀307的宽度相等，其中最下方的割土滚刀305的轴向长度为其上方相邻割土滚刀轴向长度的1.5～2倍，螺旋滚刀b303紧挨直墙板308的墙角处，螺旋滚刀b303滚轴前端通过传动装置b304驱动割土滚刀305割土，螺旋滚刀b303滚轴后端通过变速箱b302与电机b301相连，注浆管b309安装在直墙板308后端的墙角处，侧墙掏槽模板3通过横连杆连接，形成一个稳定结构。

在实际设计中，如图9所示，后支撑装置5两端安装两个液压装置，液压装置活塞杆顶端安装有施力板，施力板紧贴小导洞两旁的侧墙墙壁。

如图4、图5和图6所示，按照图示设备布置，该设备的具体施工方法如下：

s1：将设备各部分运至工作面，完成拼装，推移装置a2和推移装置b4均置于收缩状态，后支撑装置5处于支撑状态；

s2：启动拱形掏槽模板1的电机a108驱动螺旋滚刀a102和锥形钻头101工作，切割拱形槽内的土体6并排出，在推移装置a2的推动下向前移动，直至拱形壳体107后端离开已完成的拱顶衬砌结构910～20厘米；

s3：完成s2后，立即将拱顶钢筋网片8从拱形壳体107与后方已完成拱顶衬砌结构9的缝隙里塞进拱顶，然后通过推移装置a2回拉拱形掏槽模板1与后方已完成的拱顶衬砌结构9形成一个封闭的拱形空腔；

s4：通过两侧的注浆管a103向s3中形成的拱形空腔内注浆，注入浆液的体积为拱形空腔体积的1.5～2倍，注浆完毕后关闭注浆管a103；

s5：启动侧墙掏槽模板3的电机b301驱动螺旋滚刀b303和割土滚刀305工作，并通过伸长推移装置b4和回缩推移装置a2，向前移动侧墙掏槽模板3，直至与后方已完成的侧墙拉开10～20厘米；

s6：完成s5后，立即将钢筋网片7塞进侧墙空腔内，并回拉侧墙掏槽模板3，与后部侧墙形成一个封闭的侧墙空腔；

s7：通过直墙板308墙脚处的注浆管b309向s6中形成的侧墙空腔内注浆，注入浆液的体积为侧墙空腔体积的1.5～2倍，注浆完毕后关闭注浆管b309；

s8：后支撑装置5卸压，并通过回缩推移装置b4，向前拉移后支撑装置5，达到相应位置后，重新给两侧液压装置加载，支撑小导洞两旁的侧墙；

s9：施作后支撑装置5后方的底板；

s10：开挖拱形壳体107内侧的土体，然后开挖两直墙板308之间所夹的土体；

s11：待拱顶及侧墙的混凝土强度达到设计强度的75％时，重复上述s2～s10工序进入下一个施工循环。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。