一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置制造方法
【專利摘要】一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，管棚以開挖輪廓線外施作的混凝土套拱為導向墻，布置在隧道拱部和隧道邊墻上，混凝土套拱內(nèi)設(shè)置有鋼拱架，管棚與鋼拱架焊接，超前小導管插入混凝土套拱，鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁鉸接；隧道拱部拱頂為140°，在隧道拱頂140°范圍內(nèi)設(shè)置有雙層管棚，隧道邊墻上設(shè)置有砂漿錨桿，隧道兩側(cè)設(shè)置有鎖腳錨桿，隧道仰拱下面設(shè)置有樹根樁，同時樹根樁的填土分兩層；另外，砂漿錨桿和鎖腳錨桿分別與鋼拱架焊接。本實用新型以管棚為骨架并通過混凝土套拱、樹根樁、砂漿錨桿和鎖腳錨桿使之與圍巖形成一個整體，大大增加了支護裝置的受力面積，從而提高黃土圍巖的穩(wěn)定性和地基承載力；有效保證施工安全。
【專利說明】一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及隧道支護裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在濕陷性黃土區(qū)域修建隧道不同于其他巖質(zhì)隧道，由于濕陷性黃土遇水后土體遭到破壞，強度急劇下降，易產(chǎn)生變形，所以黃土隧道拱部沉降和拱腳收斂相比巖質(zhì)隧道要大的多，且其圍巖自支護能力和地基承載能力比較差，因此為保證開挖及后續(xù)作業(yè)的進行，提高圍巖的自支護能力和地基的強度是十分關(guān)鍵的；目前主要采取的措施是針對隧道整體進行管棚架構(gòu)焊接并施作混凝土套拱予以支護，然而濕陷性黃土巖土層的坍塌性和不穩(wěn)定性高增加了拱頂較大幅度的下沉，同時混凝土套拱內(nèi)鋼拱架上斷面與下斷面采用焊接而成，不能及時處理拱頂下降的問題，進而影響隧道的施工；且隧道仰拱處地基承載力不夠，導致隧道初期支護存在安全隱患。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點。
[0004]本實用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，包括混凝土套拱、鋼拱架、管棚、超前小導管、托梁、砂漿錨桿、鎖腳錨桿及樹根樁；其中，管棚以開挖輪廓線外施作的混凝土套拱為導向墻，布置在隧道拱部和隧道邊墻上，混凝土套拱內(nèi)設(shè)置有鋼拱架，管棚與鋼拱架焊接，超前小導管插入混凝土套拱，鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁鉸接；隧道拱部拱頂為140°，在隧道拱頂140°范圍內(nèi)`設(shè)置有雙層管棚，隧道邊墻上設(shè)置有砂漿錨桿，隧道兩側(cè)設(shè)置有鎖腳錨桿，隧道仰拱下面設(shè)置有樹根樁，樹根樁的主筋與隧道仰拱的主筋連接，同時樹根樁的填土分兩層，上層為灰土層，下層為砂卵石層；另外，砂漿錨桿和鎖腳錨桿分別與鋼拱架焊接。
[0006]在本實用新型中，鋼拱架為工字型鋼架，且工字型鋼架縱向連接鋼筋間距小于500mmo
[0007]在本實用新型中，鋼拱架拱部采用鋁合金構(gòu)件制成，用于減輕鋼拱架自重給濕陷性黃土帶來的荷載，其他部分采用鋼材構(gòu)件。
[0008]在本實用新型中，超前小導管插入混凝土套拱的角度為5° ^lO0，環(huán)向間距為300~500mmo
[0009]在本實用新型中，鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁鉸接，因隧道拱部易產(chǎn)生下沉，采用鉸接可及時處理拱頂下降的問題。
[0010]在本實用新型中，隧道拱頂140°范圍內(nèi)設(shè)置有雙層管棚，可有效防止因濕陷性黃土巖土層的坍塌性和不穩(wěn)定性高而造成的拱頂較大幅度的下沉。[0011]在本實用新型中，隧道仰拱下面設(shè)置有樹根樁，以提高隧道仰拱處地基承載力，同時輔以三七灰土層和砂卵石層對布樁區(qū)域土體采取換填措施以消除隧道拱底巖土體的濕陷性和增強巖土體的強度；換填土分為兩層，上層采用三七灰土減小巖土體的滲透性，下層采用砂卵石提高持力層土的承載力，減少部分沉降量；樹根樁既能提高巖土層強度又能很好的適應(yīng)隧道施工區(qū)域狹小的工作面。
[0012]有益效果:本實用新型以管棚為骨架并通過混凝土套拱、樹根樁、砂漿錨桿和鎖腳錨桿使之與圍巖形成一個整體，大大增加了支護裝置的受力面積，從而提高黃土圍巖的穩(wěn)定性和地基承載力；有效保證施工安全。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型較佳實施例中橫向斷面圖。
[0015]圖2為本實用新型較佳實施例中縱向斷面圖。
[0016]圖3為本實用新型較佳實施例中鋼拱架鋼架連接示意圖。
[0017]圖4為本實用新型較佳實施例中隧道邊墻鋼架連接示意圖。
[0018]圖5為本實用新型較佳實施例中樹根樁布置圖。
[0019]【具體實施方式】
[0020]為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
[0021]參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5的一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，包括混凝土套拱、鋼拱架、管棚、超前小導管、托梁、砂漿錨桿、鎖腳錨桿及樹根樁；其中，管棚以開挖輪廓線外施作的混凝土套拱為導向墻，布置在隧道拱部和隧道邊墻上，混凝土套拱內(nèi)設(shè)置有鋼拱架，管棚與鋼拱架焊接，超前小導管插入混凝土套拱，鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁鉸接；隧道拱部拱頂為140°，在隧道拱頂140°范圍內(nèi)設(shè)置有雙層管棚，隧道邊墻上設(shè)置有砂漿錨桿，隧道兩側(cè)設(shè)置有鎖腳錨桿，隧道仰拱下面設(shè)置有樹根樁，樹根樁的主筋與隧道仰拱的主筋連接，同時樹根樁的填土分兩層，上層為灰土層，下層為砂卵石層；另外，砂漿錨桿和鎖腳錨桿分別與鋼拱架焊接。
[0022]在本實施例中，鋼拱架中鋼材構(gòu)件之間通過連接板連接，連接板上設(shè)置有螺栓孔，通過螺栓將連接板固定于工字型鋼架。
[0023]在本實施例中，隧道邊墻鋼架中鋼材構(gòu)件與鋁合金構(gòu)件通過連接件鉸接。
[0024]在本實施例中，用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置施工工序包括(I)管棚施作；
(2)鋼拱架施作；(3)混凝土套拱與砂漿錨桿、鎖腳錨桿施作；(4)樹根樁施作；具體施工步驟如下:
[0025]a.管棚施作
[0026]考慮到因濕陷性黃土巖土層的坍塌性和不穩(wěn)定性高而造成的拱頂較大幅度的下沉，在隧道拱頂140°范圍內(nèi)設(shè)置雙層置管棚，管棚以預(yù)先在開挖輪廓線外施作的混凝土套拱為導向墻，管棚與埋入混凝土套拱中的鋼拱架焊接，選用大直徑管棚，無縫鋼管直徑大于120mm ;鉆孔時因在軟弱巖土層區(qū)域施工，采用多次鉆孔法；管棚外插角根據(jù)隧道實際開挖面的情況來確定，取1°~3°，同時輔以超強小導管注漿，小導管插入角為5° ^lO0，環(huán)向間距取 30(T500mm ；
[0027]b.鋼拱架施作[0028]鋼拱架采用工字型鋼架，工字型鋼架在拱部采用鋁合金構(gòu)件，其余部位采用鋼材構(gòu)件，鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁鉸接；工字型鋼架間距小于3榀/2m，且工字型鋼架縱向連接鋼筋需緊密布置間距小于500_，工字型鋼架密貼圍巖，并與砂漿錨桿、鎖腳錨桿焊接牢固；
[0029]c.混凝土套拱與砂漿錨桿、鎖腳錨桿施作
[0030]混凝土套拱施工與鋼拱架及管棚的施工緊密結(jié)合起來，首先施工混凝土套拱基礎(chǔ)，待基礎(chǔ)混凝土達到強度后再立鋼拱架，鋼拱架直接同預(yù)埋鋼板焊接固定，接著施工混凝土套拱內(nèi)、外側(cè)模板及封頭板，驗收工作結(jié)束后澆筑混凝土，然后完成管棚的鉆孔與注漿施工，養(yǎng)護完成后拆豐旲;
[0031]通過在隧道邊墻設(shè)置砂漿錨桿，隧道兩側(cè)設(shè)置鎖腳錨桿，增強支護裝置受力平衡，使鋼拱架與混凝土套拱的組合裝置和隧道圍巖緊密聯(lián)接在一起共同受力；砂漿錨桿長
3.5m,直徑22mm，呈梅花型布置；鎖腳錨桿在隧道兩側(cè)各設(shè)3根，采用長3.5m直徑42mm的
無縫鋼管。
[0032]為了防止隧道黃土滲水段對隧道的危害，確保隧道開挖及支護安全，需采用加強措施:鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁縱向鉸接，托梁采用116工字鋼，以增加受力面積，從而防止隧道較大變形，確保隧道施工安全；
[0033]d.樹根樁施作
[0034]樹根樁布置在隧道仰拱以下，樹根樁樁長為3.5m,采用100X IOOcm (縱X橫)布置形式，鉆孔深度大于設(shè)計樁長0.5-1.0m，樹根樁主筋與仰拱主筋焊接，以確保隧道基底的整體剛度，樁身灌注C25混凝土，鋼筋籠直徑、主筋和箍筋型號與大小根據(jù)施工現(xiàn)場情況和設(shè)計要求確定。
[0035]在本實施例中，為使樹根樁更好的發(fā)揮其提高地基承載力的作用，對隧道仰拱以下土體采取換填土處理，同時施作樹根樁，換填土選用三七灰土和砂卵石，以消除基底巖土層濕陷性，同時提高地基承載力；三七灰土和砂卵石從上至下分層布置，三七灰土換填深度為5m,砂卵石換填深度為3.5m,灰土的配料按體積比3:7配制,拌合均勻,顏色一致,并控制好灰土的含水量(13%?20%)，砂卵石做到級配良好。
[0036]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，包括混凝土套拱、鋼拱架、管棚、超前小導管、托梁、砂漿錨桿、鎖腳錨桿及樹根樁；其特征在于，管棚以開挖輪廓線外施作的混凝土套拱為導向墻，布置在隧道拱部和隧道邊墻上，混凝土套拱內(nèi)設(shè)置有鋼拱架，管棚與鋼拱架焊接，超前小導管插入混凝土套拱，鋼拱架上斷面與下斷面通過托梁鉸接；隧道拱部拱頂為140°，在隧道拱頂140°范圍內(nèi)設(shè)置有雙層管棚，隧道邊墻上設(shè)置有砂漿錨桿，隧道兩側(cè)設(shè)置有鎖腳錨桿，隧道仰拱下面設(shè)置有樹根樁，樹根樁的主筋與隧道仰拱的主筋連接，同時樹根樁的填土分兩層，上層為灰土層，下層為砂卵石層；另外，砂漿錨桿和鎖腳錨桿分別與鋼拱架焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，其特征在于，鋼拱架為工字型鋼架，且工字型鋼架縱向連接鋼筋間距小于500mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，其特征在于，鋼拱架拱部采用鋁合金構(gòu)件制成，其他部分采用鋼材構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于濕陷性黃土隧道的初期支護裝置，其特征在于，超前小導管插入混 凝土套拱的角度為5° ^lO0，環(huán)向間距為30(T500mm。
【文檔編號】E21D11/00GK203476347SQ201320442913
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】楊小禮, 劉義立, 任高峰, 楊子漢 申請人:中南大學, 中鐵二十局集團第三工程有限公司