一种水工隧洞支护系统的制作方法

1.本实用新型属于工程建设施工技术领域，尤其属于水利水电建设中隧道施工技术领域，具体涉及一种水工隧洞(高硬岩)连续不良地质段快速支护系统。


背景技术：

2.在水电站建设施工中，水电站的压力管道不良地质通常采用常规的钻爆、挂网、工字钢、锚杆、喷护流程方法进行支护施工。常规支护作业中，锚杆作业和工字钢施工时，人员、设备均暴露在未稳定成型的围岩体下，这常常是隧洞坍塌安全事故造成人员伤亡和设备损失的主要风险因素，因此，现有施工方法因进尺慢、安全风险高不能满足不断提高的质量和施工效率要求。
3.目前市政盾构施工工艺中采用盾构、管片、固结灌浆流程方法进行施工，其速度快、安全风险低。但市政盾构施工一般是盾构机掘进，管片安装后固结灌浆，要求隧洞具有一定长度才能满足经济性要求，且要求岩石硬度低，否则成本过高，并且需要设置进出口工作井以满足安装拆除工位要求；水工隧洞一般在选址时就选址了岩石硬度较高、埋深较大、且不良地质段距离可能不会太长等因素，故选用盾构掘进的可能性不大，一般都是要采用爆破掘进，以及考虑后期压力管道的安装，因此，现有市政盾构施工体系并不能够满足水工隧洞施工的要求。


技术实现要素：

4.本实用新型根据现有技术的不足公开了一种水工隧洞支护系统。本实用新型目的是提供一种施工效率高、安全性更好，应用于不良地质段水工隧道的快速施工支护系统及其施工工艺。
5.本实用新型通过以下技术方案实现：
6.一种水工隧洞支护系统，其特征在于：由沿隧道壁布置的预制管片构成的隧道外壁，和隧道外壁与隧道开挖基岩之间通过灌浆固结形成的灌浆区域，和布置固结于每块预制管片中并锚固于隧道周边基岩中的系统锚杆构成；其中：隧道外壁由各独立的预制管片沿隧道环向拼接构成环向拼接管片、相邻环向拼接管片沿隧道纵向联接构成。
7.本实用新型每一环向拼接管片包括定位节、标准节、邻接节和凑合节；定位节设置两片位于隧道外壁两端下部与隧道底部固结，标准节有多节分别沿两定位节上端向上拼接，每一环向拼接管片均包括两片末端设置斜面联接端的邻接节和与两邻接节之间、通过斜面联接固定的一片凑合节。
8.各独立的预制管片均在四边设置至少两组用于与相邻预制管片联接固定的联接螺栓，预制管片中部设置安装与锚杆孔、灌浆孔。
9.本实用新型水工隧洞支护系统适用于水工隧洞断面为圆形或马蹄形断面的隧道。
10.本实用新型水工隧洞支护系统中，各管片采用工厂化定制，不占用直线时间且质量可靠度高；掌子面爆破出渣后，第一时间用机械臂进行管片安装，管片之间采用高强螺栓
连接形成初期支护系统，无须人员在暴露不良地质面工作，作业时间短，安全风险低；采用系统锚杆施工进一步保障了管片支护体系的抗爆破冲击破坏的稳定性，满足后续混凝土施工或压力钢管安装施工锚固点需求；管片与岩石之间采用灌浆工艺，及时填补了两者之间空隙，提升整个支护系统的稳定性，且不占用直线时间；所需风水电与常规支护体系一样，不额外增加工期及成本；支护体系成型后自身稳定性满足施工期安全要求；支护系统拼装成整体，外观质量好且对文明施工形象有较大提升。
附图说明
11.图1是本实用新型水工隧洞马蹄形支护断面示意图；
12.图2是本实用新型水工隧洞马蹄形支护断面管片组合示意图；
13.图3是本实用新型水工隧洞圆形支护断面示意图；
14.图4是本实用新型水工隧洞圆形支护断面管片组合示意图；
15.图5是本实用新型水工隧洞支护管片组合面示意图；
16.图6是本实用新型管片联接固定示意图。
17.图中，1是定位节，2是标准节，3是邻接节，4是凑合节，5是环向联接螺栓，6是纵向联接螺栓，7是安装与锚杆孔，8是灌浆孔，a是管片结构内边线，b是管片结构外边线，c是灌浆区域，d是开挖边线，e是系统锚杆，g是隧道底部。
具体实施方式
18.下面结合具体实施方式对本实用新型进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。
19.结合附图。
20.本实用新型水工隧洞支护系统，由沿隧道壁布置的预制管片构成的隧道外壁，和隧道外壁与隧道开挖基岩之间通过灌浆固结形成的灌浆区域，和布置固结于每块预制管片中并锚固于隧道周边基岩中的系统锚杆构成；其中：隧道外壁由各独立的预制管片沿隧道环向拼接构成环向拼接管片、相邻环向拼接管片沿隧道纵向联接构成。
21.本实用新型每一环向拼接管片包括定位节、标准节、邻接节和凑合节；定位节设置两片位于隧道外壁两端下部与隧道底部固结，标准节有多节分别沿两定位节上端向上拼接，每一环向拼接管片均包括两片末端设置斜面联接端的邻接节和与两邻接节之间、通过斜面联接固定的一片凑合节。
22.各独立的预制管片均在四边设置至少两组用于与相邻预制管片联接固定的联接螺栓，预制管片中部设置安装与锚杆孔、灌浆孔。
23.如图所示，图1是本实用新型水工隧洞马蹄形支护断面示意图；图2是本实用新型水工隧洞马蹄形支护断面管片组合示意图；图3是本实用新型水工隧洞圆形支护断面示意图；图4是本实用新型水工隧洞圆形支护断面管片组合示意图。
24.本实用新型水工隧洞支护系统中，管片采用工厂化定制，不占用直线时间且质量可靠度高；掌子面爆破出渣后，第一时间用机械臂进行管片安装，管片之间采用高强螺栓连接形成初期支护系统，无须人员在暴露不良地质面工作，作业时间短、安全风险低；系统锚
杆施工进一步保障了管片支护体系的抗爆破冲击破坏的稳定性，也满足后续混凝土施工或压力钢管安装施工锚固点需求；管片与岩石之间采用灌浆工艺，及时填补了两者之间空隙，提升整个支护系统的稳定性，且不占用直线时间；所需风水电与常规支护体系一样，不额外增加工期及成本；支护体系成型后自身稳定性满足施工期安全要求；因拼装成整体，外观质量好且对文明施工形象有较大提升。
25.支护系统的施工支护方法利用“管片-锚杆-灌浆”的快速支护施工，包括以下步骤：
26.a：管片在场外标准化预制，根据需要，采用符合标准要求的混凝土并配置双层钢筋网浇筑，以确保管片能抵抗岩石变形形成的应力、应变，并预留管片安装及连接、锚杆施工、灌浆施工的孔洞；
27.b：管片安装采用机械臂，成本低、效率高；
28.c：管片根据隧洞断面形式及尺寸，分为定位节、标准节、邻接节及凑合节，优先进行下部左右侧定位节安装，再从下至上左右交替安装标准节，然后安装邻接节，最后进行凑合节安装完成闭环；管片之间用高强螺栓连接，管片周向形成环向整体，每一循环的环向管片与上一循环相邻的管片同时连接，形成纵向连接，加强整体性；
29.d：锚杆施工是在管片安装完成后实施，在预留孔洞位置施打，即不破坏管片又确保位置整齐划一，锚杆注装后即可进行下一循环的钻爆掘进；
30.e：灌浆兼顾回填灌浆和固结灌浆的功能，既可确保施工期支护体系的稳定性又可节约后期灌浆的工期。
31.每一循环的环向管片安装固定后，其环状本体作为第一阶段约束围岩变形或坍塌的抵抗体，第一时间形成施工人员保护体。
32.在进行锚杆施工后，锚杆作为第二阶段约束围岩变形或坍塌的抵抗体。
33.在进行灌浆施工后，灌浆区域的灌浆固结体作为第三阶段填补管片和围岩空隙后进一步约束围岩变形或坍塌的抵抗体。