一种承插式连接的隧道早强支护系统及其安装方法与流程

本发明属于隧道支护结构技术领域，尤其涉及一种承插式连接的隧道早强支护系统及其安装方法。

背景技术：

目前隧道工程中的支护体系主要采用“初期支护+二次衬砌”的形式。其中初期支护一般有喷射混凝土、喷射混凝土加锚杆、喷射混凝土锚杆与钢架联合支护等形式，二次衬砌主要采用模筑混凝土进行现场浇筑。初期支护采用新奥法理念，意在使围岩可以进行有限变形，充分发挥围岩的自承能力，该体系适用围岩条件较好的情况，其可视为柔性支护结构。在围岩条件较差的地区，由于初期支护的刚度较低，不能满足围岩变形要求，往往需要采取额外措施进行加固处理，如增加初期支护厚度。

掘进机施工可以及时提供早强支护，但我国的山岭隧道施工较少采用掘进机等大型机械施工，其中既有资金原因，又受到施工场地条件限制，因此需要一种便于操作安装，可以为围岩条件较差的隧道提供快速早强支护能力的支护体系。

综上，现有技术上缺少针对地质条件较差的山岭隧道的早强支护措施，有必要提出改进的技术手段解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种承插式连接的隧道早强支护系统及其安装方法，为一种适用于山岭隧道软岩的早强支护结构，丰富隧道支护体系，便于操作安装，保障了隧道施工及运营安全。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种承插式连接的隧道早强支护系统，包括带肋钢壳和附着于带肋钢壳内壁的内衬混凝土，带肋钢壳沿环向分为拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片；拱顶管片上预设有注浆孔；

在环向上，拱顶管片和拱底管片相对设置，拱肩管片对称设置于拱顶管片两端，拱脚管片对称设置于拱底管片两端，拱肩管片一端与拱顶管片连接，另一端与拱脚管片的一端连接，拱脚管片的另一端与拱底管片连接；拱顶管片与拱肩管片、拱肩管片与拱脚管片及拱脚管片与拱底管片均采用承插式连接；

在纵向上，相邻的两个拱顶管片、相邻的两个拱肩管片、相邻的两个拱脚管片及相邻的两个拱底管片均采用承插式连接。

进一步，拱顶管片包括拱顶钢壳和拱顶肋板，拱顶肋板固定布设在拱顶钢壳内侧；

拱肩管片包括拱肩钢壳和拱肩肋板，拱肩肋板固定布设在拱肩钢壳内侧；

拱脚管片包括拱脚钢壳和拱脚肋板，拱脚肋板固定布设在拱脚钢壳内侧；

拱底管片包括拱底钢壳和拱底肋板，拱底肋板固定布设在拱底钢壳内侧；

拱顶肋板、拱肩肋板、拱脚肋板及拱底肋板上均预设有钢筋连接孔和肋板环向连接孔，肋板环向连接孔设在各肋板两端环向连接处。

进一步，拱顶钢壳和拱底钢壳沿环向两端均为管片环向插头，沿纵向一端为管片纵向插头和管片纵向插槽；

拱肩钢壳和拱脚钢壳沿环向一端为管片环向插头，另一端为管片环向插槽；沿纵向一端为管片纵向插头和管片纵向插槽。

进一步，拱顶肋板与拱肩肋板、拱肩肋板与拱脚肋板、拱脚肋板与拱底肋板均通过肋板连接器连接。

进一步，肋板连接器包括螺栓固定片、螺孔固定片和固定螺母；使用时，螺栓固定片设置于待连接的两肋板的一侧，螺栓插入待连接的两肋板上的肋板环向连接孔，螺孔固定片设置于待连接的两肋板的另一侧，通过固定螺母完成固定。

进一步，拱顶肋板、拱肩肋板、拱脚肋板及拱底肋板均横向设置。

进一步，拱顶肋板、拱肩肋板、拱脚肋板及拱底肋板分别为若干个。

进一步，在带肋钢壳内侧设有防水层。

进一步，拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片在纵向接口和环向接口的防水均由防水层完成。

本发明还公开了所述承插式连接的隧道早强支护系统的安装方法，包括以下步骤：

1)土体开挖完成后，首先在硐室上安装一个拱底管片，然后在纵向上以已安装的拱底管片为基体，依次连接多个待安装拱底管片，完成拱底管片的安装；

2)在每个拱底管片两端各连接一个拱脚管片，在环向上将拱底管片与拱脚管片对齐固定连接，在纵向上将相邻拱脚管片对齐固定连接，完成拱脚管片的安装；

3)在每个拱脚管片的一端连接一个拱肩管片，在环向上将拱肩管片与拱脚管片对齐固定连接，在纵向上将相邻拱肩管片对齐固定连接，完成拱肩管片的安装；

4)在两拱肩管片之间连接拱顶管片，在环向上将拱肩管片与拱顶管片对齐固定连接，在纵向上将相邻拱顶管片对齐固定连接，完成拱顶管片的安装；

5)从注浆孔进行注浆作业。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的承插式连接的隧道早强支护系统，包括带肋钢壳和内衬混凝土两部分，带肋钢壳沿环向拱顶管片、拱肩管片、拱脚管片和拱底管片，四部分管片环向承插式固定连接，纵向上各部管片各自采用承插式固定连接，进而在环向和纵向上形成紧密连接，能够将山岭隧道软岩整体包裹，形成隧道支护体系，保障隧道施工及运营安全。

进一步，各管片均由钢壳和肋板预制而成，并在肋板上预设了肋板环向连接孔和钢筋连接孔，各管片的强度好，并且方便肋板之间进行环向和纵向的连接，保证整个支护系统结构连接的紧密性。

进一步，各管片无论是纵向还是环向，管片之间均是通过插头和插槽完成连接，不需要额外的螺栓螺母进行连接，安装更简便，实现管片间环向和纵向的连接。

进一步，在钢壳内侧设有防水层，管片之间接口的防水均由防水层完成，连接紧密无缝隙，保证结构内部无渗漏水。

本发明公开了所述承插式连接的隧道早强支护系统的安装方法，管片采用承插式连接，适用于掘进机施工，因此施工安装顺序为由下至上，先安装拱底管片，再依次安装拱脚管片、拱肩管片和拱顶管片，最后进行注浆作业，填实支护结构与围岩间的空隙，保证支护结构受力均匀。安装过程由下至上，一一对接，保证了各管片之间的紧密连接。

附图说明

图1为本发明的支护系统的总体结构示意图；

图2为承插式带肋钢壳的整体结构示意图；

图3为承插式拱顶管片的结构示意图；

图4为承插式拱肩管片的结构示意图；

图5为承插式拱脚管片的结构示意图；

图6为承插式拱底管片的结构示意图；

图7为肋板连接器示意图；

其中，1为带肋钢壳；1-1为拱顶管片；1-2为拱肩管片；1-3为拱脚管片；1-4为拱底管片；2为内衬混凝土；3为钢壳；3-1为拱顶钢壳；3-2为拱肩钢壳；3-3为拱脚钢壳；3-4为拱底钢壳；4为肋板；4-1为拱顶肋板；4-2为拱肩肋板；4-3为拱脚肋板；4-4为拱底肋板；5-3为管片纵向插头；5-4为管片纵向插槽；6-3为管片环向插头；6-4为管片环向插槽；7为注浆孔；8为固定螺母；9为钢筋连接孔；10为肋板环向连接孔；11为肋板连接器；12为螺栓固定片；13为螺孔固定片；14为防水层。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明的一种承插式连接的隧道早强支护系统，包括带肋钢壳1和内衬混凝土两部分，带肋钢壳1由钢壳3及肋板4预制而成。

带肋钢壳1分为拱顶管片1-1、拱肩管片1-2、拱脚管片1-3和拱底管片1-4，拱顶管片1-1、拱肩管片1-2、拱脚管片1-3和拱底管片1-4无论在纵向还是在横向的连接均采用承插式连接(如图2所示)。

如图3所示，拱顶管片1-1采用承插式结构，拱顶管片1-1包括拱顶钢壳和拱顶肋板4-1，拱顶管片1-1环向连接部为管片环向固定螺栓6-1，纵向连接由管片纵向插头5-3和管片纵向插槽5-4完成。

如图4所示，拱肩管片1-2采用承插式结构，拱肩管片1-2包括拱肩钢壳3-2和拱肩肋板4-2，其中拱肩钢壳1-2环向连接上部为管片环向插槽6-4，下部为管片环向插头6-3。纵向连接由管片纵向插头5-3和管片纵向插槽5-4完成。

如图5所示，拱脚管片1-3采用承插式结构，拱脚管片1-3包括拱脚钢壳3-3和拱脚肋板4-3，其中拱脚钢壳3-3环向连接上部为管片环向插槽6-4，下部为管片环向插头6-3。纵向连接由管片纵向插头5-3和管片纵向插槽5-4完成。

如图6所示，拱底管片1-4采用承插式结构，拱底管片1-4包括拱底钢壳3-4和拱底肋板4-4，其中拱底钢壳3-4环向连接部均为管片环向插槽6-4。纵向连接由管片纵向插头5-3和管片纵向插槽5-4完成。

每个肋板上预制有钢筋连接孔9和肋板环向连接孔10，由肋板连接器11完成环向固定连接。如图7所示，肋板连接器11由螺栓固定片12和螺孔固定片13组成，使用时将螺栓固定片12设置于待连接的两肋板的一侧，螺栓插入待连接肋板的肋板环向连接孔10，另一侧套入螺孔固定片13，用固定螺母8完成肋板固定。

更优地，在各管片的钢壳内侧设有防水层14。拱顶管片1-1、拱肩管片1-2、拱脚管片1-3和拱底管片1-4在纵向接口和环向接口的防水均由防水层完成。

每榀支护完成安装前使用临时支撑，已安装结构编号后加“o”进行区分，承插式适用于掘进机施工，因此施工安装顺序为由下至上。

承插式支护系统的安装方法(由下至上)，具体为：

1)土体开挖完成后，采用喷射混凝土对硐室表面进行处理，首先在硐室上安装一个拱底管片1-4，将待安装拱底管片1-4的管片纵向插头5-3插入已安装拱底管片1-4o的管片纵向插槽5-4，完成拱底管片1-4的安装；

2)将拱脚管片1-3的管片环向插头6-3与拱底管片1-4的管片环向插槽6-4对齐，并使待安装拱脚管片1-3的管片纵向插头5-3与已安装拱脚管片1-3o的管片纵向插槽5-4对齐，然后将待安装拱脚管片1-3插头推入已安装拱脚管片1-3o插槽中，完成拱脚管片1-3钢壳部分安装；

3)使用肋板连接器11连接拱脚肋板4-3与拱底肋板4-4，将螺栓固定片12同时穿过拱脚肋板4-3和拱底肋板4-4的肋板环向连接孔10，套上螺孔固定片13后使用固定螺母8完成拱脚管片1-3肋板部分安装；

4)将拱肩管片1-2的管片环向插头6-3与拱脚管片1-3的管片环向插槽6-4对齐，并使待安装拱肩管片1-2的管片纵向插头5-3与已安装拱肩管片1-2o的管片纵向插槽5-4对齐，然后将待安装拱肩管片1-2插头推入已安装拱肩管片1-2o插槽中，完成拱肩管片1-2钢壳部分安装；

5)使用肋板连接器11连接拱肩肋板4-2与拱脚肋板4-3，将螺栓固定片12同时穿过拱肩肋板4-2和拱脚肋板4-3的肋板环向连接孔10，套上螺孔固定片13后使用固定螺母8完成拱肩管片1-3肋板部分安装；

6)将拱顶管片1-1的管片环向插头6-3与拱肩管片1-2的管片环向插槽6-4对齐，并使待安装拱顶管片1-1的管片纵向插头5-3与已安装拱顶管片1-1o的管片纵向插槽5-4对齐，然后将待安装拱顶管片1-1插头推入已安装拱顶管片1-1o插槽中，完成拱顶管片1-1钢壳部分安装；

7)使用肋板连接器11连接拱顶肋板4-1与拱肩肋板4-2，将螺栓固定片12同时穿过拱顶肋板4-1和拱肩肋板4-2的肋板环向连接孔10，套上螺孔固定片13后使用固定螺母8完成拱顶管片1-1肋板部分安装；

8)支护结构封闭成环后，使用注浆设备从注浆孔7进行注浆作业，填实结构与围岩间的空隙，保证支护结构受力均匀。