隧道双层钢架及其安装方法与流程

本发明属于隧道施工工程领域，特别涉及一种隧道双层钢架及其安装方法。

背景技术：

在隧道施工工程中，高地应力软岩隧道大变形问题一直备受关注，高地应力软岩存在围岩软弱、自稳能力差及地应力水平又高的缺陷，若施工技术措施不当，很容易发生挤压大变形，导致隧道喷射混凝土开裂、剥落、钢架扭曲折断、初期支护侵限拆换、二次衬砌开裂掉块甚至垮塌等病害，给隧道施工质量、安全、进度和造价造成严重影响。控制大变形的方法之一就是提高初支刚度，而目前单层钢架控制大变形的作用已很难取得理想效果，所以有必要对钢架的安装结构及安装方法做出改进，以保证大变形要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隧道双层钢架，采用双层钢架提高隧道的初支刚度，解决隧道大变形问题。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隧道双层钢架，包括与隧道上台阶轮廓吻合的上台阶内层钢架和上台阶外层钢架，与隧道下台阶轮廓吻合的下台阶内层钢架和下台阶外层钢架，与隧道仰拱轮廓吻合的仰拱内层钢架和仰拱外层钢架；所述上台阶内层钢架和所述上台阶外层钢架的下端对应与下台阶内层钢架和下台阶外层钢架的上端连接，所述下台阶内层钢架的下端与基础平面连接，所述下台阶内层钢架的下端的外侧面与弧口朝上的仰拱内层钢架的上端连接，所述下台阶外层钢架的下端与弧口朝上的仰拱外层钢架的上端连接。

可选的，未安装所述上台阶外层钢架时，所述上台阶内层钢架的两下端之间设置有临时仰拱。

可选的，所述上台阶内层钢架、所述下台阶内层钢架及所述仰拱内层钢架的外侧面皆设置有固定螺杆，所述上台阶外层钢架、所述下台阶外层钢架及所述仰拱外层钢架上皆开设有与所述固定螺杆配合的安装孔。

可选的，所述安装孔为条形阶梯孔，所述条形阶梯孔自内至外设置有两个变径段，且靠内的变径段宽度与所述固定螺杆一致，靠外的变径段宽度大于靠内的变径段宽度。

可选的，所述上台阶内层钢架包括弧顶内层钢架，所述弧顶内层钢架的两端与弧顶侧内层钢架连接；对应的所述上台阶外层钢架包括弧顶外层钢架，所述弧顶外层钢架的两端与弧顶侧外层钢架连接。

可选的，所述仰拱内层钢架包括弧底内层钢架，所述弧底内层钢架的两端与弧底侧内层钢架连接；对应的所述仰拱外层钢架包括弧底外层钢架，所述弧底外层钢架的两端与弧底侧外层钢架连接。

可选的，还包括承台，所述承台包括布置在基础平面上的基板，所述下台阶内层钢架的下端与基板连接，所述基板上设置有加强斜板与所述下台阶内层钢架的下端的内外侧面连接。

可选的，所述上台阶内层钢架、所述下台阶内层钢架及所述仰拱内层钢架通过固定锚杆与周圈围岩连接。

本发明的目的还在于提供一种隧道双层钢架的安装方法，采用双层钢架提高隧道的初支刚度，解决隧道大变形问题。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隧道双层钢架的安装方法，包括如下步骤：

a、开挖隧道上台阶土体，对应上台阶周圈围岩安装上台阶内层钢架；

b、开挖隧道下台阶土体，开挖下台阶土体时，对应上台阶内层钢架的下端的下方进行平整土地形成基础平面，随后对应上台阶周圈围岩安装下台阶内层钢架，且将下台阶内层钢架的上端和下端对应与上台阶内层钢架的下端和基础平面连接；

c、开挖隧道仰拱土体，首先将仰拱内层钢架与仰拱外层钢架预先连接在一起，随后对应仰拱周圈围岩安装仰拱内层钢架，且将仰拱内层钢架与下台阶内层钢架的下端的外侧面进行连接；

d、将下台阶外层钢架的下端与仰拱外层钢架的上端连接，同时将下台阶外层钢架与下台阶内层钢架连接；将上台阶外层钢架的下端与下台阶外层钢架的上端连接，同时将上台阶外层钢架与上台阶内层钢架连接。

可选的，所述步骤a中，上台阶内层钢架的两下端之间连接有临时仰拱，所述步骤d中，安装上台阶外层钢架时将临时仰拱拆除。

与现有技术相比：本发明设置上台阶外层钢架、下台阶外层钢架及仰拱外层钢架进一步增加初支钢架的整体结构稳定性，防止后续地应力的影响会使得隧道发生大变形。

附图说明

图1为本发明双层钢架示意图；

图2为内层钢架与外层钢架连接示意图；

图3为承台与下台阶内层钢架连接示意图。

附图标记：

1、上台阶内层钢架；11、弧顶内层钢架；12、弧顶侧内层钢架；2、上台阶外层钢架；21、弧顶外层钢架；22、弧顶侧外层钢架；3、下台阶内层钢架；4、下台阶外层钢架；5、仰拱内层钢架；51、弧底内层钢架；52、弧底侧内层钢架；6、仰拱外层钢架；61、弧底外层钢架；62、弧底侧外层钢架；7、临时仰拱；81、固定螺杆；82、安装孔；9、承台；91、基板；92、加强斜板；10、固定锚杆。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种隧道双层钢架，如图1所示，按照隧道轮廓线可将隧道分为半圆形的上台阶区域、顺延上台阶区域向下向内布置的下台阶区域以及仰拱区域，对应的上台阶区域的边墙设置有上台阶内层钢架1和上台阶外层钢架2，下台阶区域的边墙设置有下台阶内层钢架3和下台阶外层钢架4，仰拱区域的底部设置有仰拱内层钢架5和仰拱外层钢架6；

依次开挖上台阶区域及下台阶区域，首先进行上台阶内层钢架1及下台阶内层钢架3的固定安装，其中在开挖下台阶区域时，预留一个基础平面，使得下台阶内层钢架3的下端直接固定在基础平面上，其具有如下好处：如果不设置基础平面，在隧道上台阶区域、下台阶区域的周圈围岩所施加的地应力的作用下上台阶内层钢架1及下台阶内层钢架3可能会发生一定的变形，此时仰拱内层钢架5与下台阶内层钢架3对接时可能会出现对接不齐的情况，但是设置基础平面后，这样一部分地应力可由基础平面承担，减小上台阶内层钢架1及下台阶内层钢架3的形变，即使发生形变仰拱内层钢架5与下台阶内层钢架3的下端的外侧面连接时也有相对较大的安装面供选择调整；除此之外本发明设置上台阶外层钢架2、下台阶外层钢架4及仰拱外层钢架6进一步增加初支钢架的整体结构稳定性，防止后续地应力的影响会使得隧道发生大变形。

在一些实施例中，如图1所示，在固定上台阶内层钢架1之后，上台阶内层钢架1的两下端之间设置有临时仰拱7，可以起到临时支撑的作用，避免上台阶内层钢架1受到地应力影响发生变形，影响后续下台阶内层钢架3与上台阶内层钢架1的对接安装。

在一些实施例中，如图2所示，当安装上台阶外层钢架2、下台阶外层钢架4及仰拱外层钢架6时，使得安装孔82对准上台阶内层钢架1、下台阶内层钢架3及仰拱内层钢架5上的固定螺杆81，然后采用螺母进行固定，当然除却螺栓连接方式之外，本领域技术人员还可以采用其他结构连接件固定内层钢架与外层钢架，可采用u型板夹持内外两层钢架进行连接。

在一些实施例中，如图2所示，因为地应力的影响上台阶内层钢架1、下台阶内层钢架3及仰拱内层钢架5可能会发生一些形变导致安装孔82不能与固定螺杆81对齐，所以安装孔82为条形便于与固定螺杆81配合，另外为了避免螺母安装时凸出外侧面，所以将安装孔82设置成阶梯孔便于螺母卡嵌至靠外的变径段。

在一些实施例中，如图1所示，上台阶内层钢架1包括弧顶内层钢架11，弧顶内层钢架11的两端与弧顶侧内层钢架12连接；对应的上台阶外层钢架2包括弧顶外层钢架21，弧顶外层钢架21的两端与弧顶侧外层钢架22连接。仰拱内层钢架5包括弧底内层钢架51，弧底内层钢架51的两端与弧底侧内层钢架52连接；对应的仰拱外层钢架6包括弧底外层钢架61，弧底外层钢架61的两端与弧底侧外层钢架62连接。可根据实际的安装需求将上台阶内层钢架1、上台阶外层钢架2、仰拱内层钢架5及仰拱外层钢架6分割为几部分，可事先将其拼装成一个整体再与隧道周圈围岩进行固定安装，也可将其分部一个个与隧道周圈围岩进行固定安装。

在一些实施例中，如图3所示，开挖下台阶区域时，预先修整出一个基础平面，此基础平面可浇筑混凝土将此区域进行加固，在浇筑时同时可将承台9预埋在基础平面，随后将下台阶内层钢架3的下端与基板91连接，采用加强斜板92进行辅助固定，本领域技术人员还可以采用其他机械结构件连接或者进行焊接，完成下台阶内层钢架3的固定。

在一些实施例中，如图1所示，上台阶内层钢架1、下台阶内层钢架3及仰拱内层钢架5通过固定锚杆10与周圈围岩连接。

一种隧道双层钢架的安装方法，包括如下步骤：

a、按照隧道轮廓线和预留变形量开挖隧道上台阶土体，对应上台阶周圈围岩采用固定锚杆10固定安装上台阶内层钢架1，上台阶内层钢架1的两下端之间连接有临时仰拱7，临时仰拱7起到临时支撑的作用，避免上台阶内层钢架1受到地应力影响发生变形；

b、按照隧道轮廓线和预留变形量开挖隧道下台阶土体，开挖下台阶土体时，对应上台阶内层钢架1的下端的下方进行平整土地形成基础平面，浇筑混凝土将此区域进行加固，浇筑时将承台9预埋在基础平面，将下台阶内层钢架3的上端与上台阶内层钢架1的下端连接，再将下台阶内层钢架3的下端与基板91连接，采用加强斜板92进行辅助固定，采用固定锚杆10固定安装下台阶内层钢架3；

c、按照隧道轮廓线和预留变形量开挖隧道仰拱土体，将仰拱内层钢架5与仰拱外层钢架6预先连接在一起，随后对应仰拱周圈围岩采用固定锚杆10固定安装仰拱内层钢架5，且将仰拱内层钢架5与下台阶内层钢架3的下端的外侧面进行连接；此步骤中预先将仰拱内层钢架5与仰拱外层钢架6连接具有如下好处：因为仰拱内层钢架5处于隧道的最底部，要承受自上而下较大的地应力，如果只是单层的仰拱内层钢架5很有可能发生较大的变形，从而导致仰拱外层钢架6与仰拱内层钢架5连接时不能正常匹配，预先连接可以避免上述问题，从而可以使得仰拱钢架5承受较大的地应力；

d、将下台阶外层钢架4的下端与仰拱外层钢架6的上端连接，同时将下台阶外层钢架4与下台阶内层钢架3连接；将临时仰拱7拆除之后，再将上台阶外层钢架2的下端与下台阶外层钢架4的上端连接，同时将上台阶外层钢架2与上台阶内层钢架1连接；此步骤中下台阶外层钢架4与上台阶外层钢架2的安装顺序先后可以根据实际情况进行调整。

至于上述方法中为何不直接采取将上台阶两层钢架直接拼合、下台阶两层钢架直接拼合，或者直接采用厚度较大的上台阶钢架、下台阶钢架，是因为钢架如何过大施工安装时也会较为困难，并且预先安装好上台阶两层钢架或者下台阶两层钢架之后，此时如果钢架发生变形，其变形截面将会较大，不利于对后续钢架的安装进行调整，而采用本发明分层安装的方式，首先单层钢架施工安装较为方便，另外在采用临时仰拱7、承台9后也能有效避免上台阶内层钢架1、下台阶内层钢架3发生变形，随后再进行安装也能确保后续钢架的对齐配合安装，即使发生一些变形，后续的单层钢架也能相较于厚度较大的钢架更容易适应性的做出一些调整，比如切割，弯折。

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。