隧道结构的建造方法与流程

本发明涉及隧道技术领域，尤其涉及一种隧道结构的建造方法。

背景技术：

在目前的隧道施工中，经常需要建造深埋于软岩中的超大型隧道。但这种超大软岩隧道由于埋深过大，围岩应力极高，普通的支护结构已经无法满足对围岩的支撑要求。因此为提高隧道的安全性，必须对现有的隧道结构进行加强。

技术实现要素：

本发明提供了一种隧道结构的建造方法，本发明的目的在于加强对隧道结构的支撑。

上述隧道结构的建造方法包括：连接两个主撑架且在两个主撑架的顶部安装第一波纹板，以制成预制支架，其中主撑架为拱形钢管；对围岩开挖以形成第一台阶和第二台阶，第一台阶高于第二台阶；将预制支架安装到第一台阶，并将预制支架固定至围岩；将多块第一波纹板安装至两个主撑架；开挖第一台阶，以使第一台阶的高度降低；在主撑架的两端分别安装一个第一支腿段以支撑主撑架，并将多块第二波纹板安装至纵向相邻的两个第一支腿段，其中第一支腿段与主撑架连通；向第一支腿段和主撑架中注入混凝土；在第一支腿段、主撑架、第一波纹板和第二波纹板上设置初期支护。

可选的，安装第一支腿段包括：将一个第一套管套接至主撑架的端部；将第一支腿段设置在主撑架的端部的下方；将第一套管套接至第一支腿段的顶部；将主撑架和第一支腿段分别与套管焊接。

可选的，第一支腿段上环形的设有第一限位凸起，第一套管位于第一限位凸起上。

可选的，向第一支腿段和主撑架中注入混凝土之前还包括：继续开挖第一台阶，以使第一台阶的高度继续降低；将一个第二套管套接至第二支腿段的底部；将第二支腿段设置在第二支腿段的底部的下方；将第二套管套接至第二支腿段的顶部；将第二支腿段和第一支腿段分别与第二套管焊接。

可选的，第二支腿段上环形的设有第二限位凸起，第二套管位于第二限位凸起上。

可选的，当第二支腿段全部安装完毕，将多块第二波纹板安装至纵向相邻的两个第二支腿段，其中第二支腿段与第一支腿段连通。

可选的，向第一支腿段和主撑架中注入混凝土期间，还向第二支腿段注入混凝土。

可选的，两个主撑架通过多个连接管连接。

可选的，在初期支护上设置二次衬砌。

本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

钢管支架内填充混凝土，使得钢管支架成为给钢管混凝土结构，钢管混凝土结构配合钢管支架上的波纹板，形成强有力的支撑结构。支撑结构与初期支护连接，从而增强了支护结构的支撑能力。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中支撑结构的示意图；

图2为本发明一实施例中钢管支架的示意图；

图3为本发明一实施例中隧道结构的建造方法的流程示意图。

其中，1、支撑结构；2、钢管支架；3、主撑架；4、支腿结构；5、第一波纹板；6、第二波纹板；7、第一支腿段；8、第一套管；9、第一限位凸起；10、第二支腿段；11、第二套管；12、第二限位凸起；13、连接管。

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，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，在本发明中，纵向指的是隧道延伸的方向。

如图3所示，本发明提供了一种隧道结构的建造方法，其包括：步骤一，连接两个主撑架3且在两个主撑架3的顶部安装第一波纹板5，以制成预制支架，其中主撑架3为拱形钢管；步骤二，对围岩开挖以形成第一台阶和第二台阶，第一台阶高于第二台阶；步骤三，将预制支架安装到第一台阶，并将预制支架固定至围岩；步骤四，将多块第一波纹板5安装至两个主撑架3；步骤五，开挖第一台阶，以使第一台阶的高度降低；步骤六，在主撑架3的两端分别安装一个第一支腿段7以支撑主撑架3，并将多块第二波纹板6安装至纵向相邻的两个第一支腿段7，其中第一支腿段7与主撑架3连通；步骤七，向第一支腿段7和主撑架3中注入混凝土；步骤八，在第一支腿段7、主撑架3、第一波纹板5和第二波纹板6上设置初期支护；步骤九，在初期支护上设置二次衬砌。

在本实施例的步骤一中，可以通过多个连接管13使两个主撑架3连接。连接管13可以通过螺栓与主撑架3连接，也可以直接焊接到主撑架3上。当预制支架安装至第一台阶，主撑架3顶部的第一波纹板5支撑围岩，可以对施工人员实现初步的保护，也避免了在隧道内安装主撑架3顶部的第一波纹板5时可能带来的安全风险。

在本实施例的步骤二中，也可以在第二台阶上安装预制支架，并且用第一支腿段7支撑主撑架3。主撑架3和第一支腿段7可以对第二台阶处的围岩进行支撑。需要说明的是，正如本领域技术人员所熟知的，第一台阶和第二台阶可以通过钻爆法或者其他方式开挖。

在本实施例的步骤三中，将预制支架固定至围岩，可以防止在开挖第一台阶时造成预制支架不稳定。

在本实施例的步骤四中，安装至两个主撑架3的多块第一波纹板5既可以支撑围岩，也可以为施工人员的施工作业提供防护。

在本实施例的步骤五和六中，安装第一支腿段7可以保证主撑架3的稳定，第二波纹板6可以支撑第一支腿段7旁侧的围岩。第一支腿段7为管状且与主撑架3连通。第一支腿段7可以与主撑架3焊接。需要说明的是，第一波纹板5和第二波纹板6可以是相同结构的波纹板。

在本实施例的步骤七中，第一支腿段7和主撑架3可以连接成为钢管支架2，向第一支腿段7和主撑架3中注入混凝土使钢管支架2形成钢管混凝土结构，钢管混凝土结构配合波纹板，强化了对围岩的支撑能力。

在本实施例的步骤八和九中，初期支护的混凝土层可以与波纹板和钢管支架2结合，从而增强对围岩的支撑能力。

在本实施例中，通过将主撑架3和第一支腿段7连接为钢管支架2，并且向钢管支架2中注入混凝土，钢管支架2形成为钢管混凝土。钢管混凝土与波纹板连接成加强型的支撑结构1，该支撑结构1与初期支护连接，从而加强了支护结构对围岩的支撑能力。

根据本发明的一个实施例，安装第一支腿段7包括：(1)将一个第一套管8套接至主撑架3的端部；(2)将第一支腿段7设置在主撑架3的端部的下方；(3)(下移第一套管8)将第一套管8套接至第一支腿段7的顶部；(4)将主撑架3和第一支腿段7分别与第一套管8焊接。

在本实施例中，通过对第一台阶开挖以降低第一台阶的高度，但是开挖完之后的底面并不规则。而隧道内空间有限，不利于第一支腿段7的现场制作，所以第一支腿段7通常是预制构件，并且第一支腿段7的长度是固定的。为使第一支腿段7安装方便，第一支腿段7的长度需要稍小于主撑架3的端部与第一台阶底面之间的间距。但是当第一支腿段7安装至第一台阶的底面时，第一支腿段7与主撑架3的端部之间存在间隙而无法连接，因此将第一套管8作为二者的连接件，即可以用来弥补主撑架3的端部与第一支腿段7之间的间隙，还可以强化第一支腿段7与主撑架3之间的连接，防止二者的连接部位发生断裂。而且采用第一套管8连接还可以加快施工进度。

在本实施例中，将第一支腿段7安装完毕之后，还可以通过多个连接管13将纵向相邻的两个第一支腿段7连接，从而加固第一支腿段7和方便波纹板安装。

根据本发明的一个实施例，第一支腿段7上环形的设有第一限位凸起9，第一套管8位于第一限位凸起9上。

在本实施例中，在安装第一支腿段7时，下移第一套管8并使第一套管8位于第一限位凸起9上。第一限位凸起9可以限制第一套管8继续沿第一支腿段7向下滑动，方便施工人员焊接。另外在安装第一支腿段7时，即使主撑架3因地质原因发生下坠，第一套管8会套接在第一支腿段7且被第一限位凸起9支撑(即第一套管8不会下移)，所以第一套管8形成为主撑架3下移的轨道。主撑架3会沿着第一套筒向下移动，并在第一套筒内与第一支腿段7接触。此时第一支腿段7可以稳定支撑主撑架3，并且第一套管8为限制主撑架3与第一支腿段7之间发生相对错动，从而保证主撑架3始终处于较为稳定的状态，避免了主撑架3在与第一支腿段7的连接部位发生垮塌，更加保证了施工人员的安全。

根据本发明的一个实施例，向第一支腿段7和主撑架3中注入混凝土之前还包括：(1)继续开挖第一台阶，以使第一台阶的高度继续降低；(2)将一个第二套管11套接至第二支腿段10的底部；(3)将第二支腿段10设置在第二支腿段10的底部的下方；(4)将第二套管11套接至第二支腿段10的顶部；将第二支腿段10和第一支腿段7分别与第二套管11焊接。

在本实施中，根据围岩等级的不同，隧道内可以形成三级台阶，即第一台阶、第二台阶和第三台阶，高度依次降低。继续开挖第一台阶，将第一台阶的高度降低到与第三台阶的高度相同，此时可以安装第二支腿段10。第二支腿段10可以支撑第一支腿段7和主撑架3。第二支腿段10与第一支腿段7可以是相同的结构，即均为管状，以方便注入混凝土。

在本实施例中，将第二支腿段10安装完毕之后，还可以通过多个连接管13将纵向相邻的两个第二支腿段10连接，从而加固第二支腿段10和方便波纹板安装。

根据本发明的一个实施例，第二支腿段10上环形的设有第二限位凸起12，第二套管11位于第二限位凸起12上。

在本实施例中，第二套管11的作用与第一套管8的作用相同，第二限位凸起12的作用与第一套管8的作用相同，所以第二套管11和第二限位凸起12的使用方法和有益效果不再赘述。

在本实施例中，第一套管8、第一支腿段7、第二套管11和第二支腿段10构成了支腿结构4，支腿结构4对主撑架3进行支撑和固定。支腿结构4与主撑架3连接构成了钢管支架2，并且在钢管支架2中注入混凝土，使得钢管支架2形成钢管混凝土结构。当然，当只有二级台阶时，支腿结构4可以不设置第二套管11和第二支腿。

根据本发明的一个实施例，当第二支腿段10全部安装完毕，将多块第二波纹板6安装至纵向相邻的两个第二支腿段10，其中第二支腿段10与第一支腿段7连通。在本实施例中，第二波纹板6和第二支腿段10配合，可以对第二支腿段10外侧的围岩进行支撑。

根据本发明的一个实施例，向第一支腿段7和主撑架3中注入混凝土期间，还向第二支腿段10注入混凝土。在本实施例中，第二支腿段10可以形成钢管混凝土结构，从而增强承载能力。

如图1至图2所示，本发明还提供了一种隧道结构，其包括支撑结构1、初期支护和二次衬砌。支撑结构1连接于隧道壁。支撑结构1包括两个钢管支架2，两个钢管支架2沿隧道纵向分布，钢管支架2内填充有混凝土(混凝土的强度可以大于c50，以增强支撑能力)。钢管支架2包括主撑架3和两个支腿结构4，主撑架3为拱形，两个支腿结构4分别连接于主撑架3的两端以支撑主撑架3。两个主撑架3之间设有多个第一波纹板5，第一波纹板5与主撑架3可拆卸的连接。每纵向相邻的两个支腿结构4之间设有多个第二波纹板6，第二波纹板6与支腿结构4可拆卸的连接。初期支护位于二次衬砌和支撑结构1之间，钢管支架2与初期支护固定连接。

在本实施例中，钢管支架2内填充混凝土，使得钢管支架2成为给钢管混凝土结构，钢管混凝土结构配合钢管支架2上的波纹板，形成强有力的支撑结构1。支撑结构1与初期支护连接，从而增强了支护结构的支撑能力。

在本发明的一个实施例中，支腿结构4与主撑架3固定连接。在本实施例中，固定连接(例如焊接)可以避免支腿结构4与主撑架3之间断裂。

在本发明的一个实施例中，支腿结构4包括第一支腿段7，第一支腿段7的顶部与主撑架3的端部通过第一套管8连接，第一支腿段7上环形的设有第一限位凸起9，第一限位凸起9位于第一套管8下方。

在本实施例中，即使由于地质原因或者施工原因，第一支腿段7的顶部和/或主撑架3的端部与第一套管8的连接断裂，第一套管8仍然可以位于第一限位凸起9上，所以第一支腿段7和主撑架3仍然可以通过第一套管8连接。而且由于第一套管8至少部分埋入到初期支护的混凝土中，第一套管8被牢牢固定，所以第一支腿段7和主撑架3之间的连接不会断开。另外第一套管8有助于快速安装第一支腿段7和维护主撑架3的稳定，本实施例不再赘述。

在本发明的一个实施例中，支腿结构4还可以包括第二支腿段10，第二支腿段10的顶部通过第二套管11与第一支腿段7的底部连接，第二支腿段10上环形的设有第二限位凸起12，第二限位凸起12位于第二套管11的下方。在本实施例中，第二支腿段10和与第一支腿段7类似，第二套管11和第一套管8类似，本实施例对二者的结构和功能不再赘述。

在本发明的一个实施例中，第一波纹板5与主撑架3螺栓连接，第二波纹板6与支腿结构4螺栓连接。例如，主撑架3上可以设置多个耳板，第一波纹板5螺纹连接至耳板，从而安装至主撑架3；支腿结构4上可以设置多个耳板，第二波纹板6螺纹连接至耳板，从而安装至支腿结构4。在本实施例中，第一波纹板5和第二波纹板6可以是相同的波纹板。

在本发明的一个实施例中，两个钢管支架2通过多个连接管13连接，既可以加固钢管支架2，也方便安装波纹板。

需要说明的是，虽然图中示出了主撑架3的两端、第一支腿段7和第二支腿段10为笔直的结构，但是对此并不做限制，即钢管支架2的形状可以根据隧道的轮廓进行适应性的修改，例如主撑架3的两端、第一支腿段7和第二支腿段10设为圆弧状。而且为将支撑结构1的结构清楚示出，图中只示出了部分波纹板。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。