一种隧道洞内套拱的设计与施工方法

摘要

本发明提供一种隧道洞内套拱的设计与施工方法。本发明包括用于导向和定位的第一榀工字钢和第二榀工字钢，所述第一榀工字钢和第二榀工字钢具有预设的高度差h，所述第一榀工字钢距离已施工初期支护存在预设的距离L0，套拱结构中预设有用于打设管棚钢管的定位管，所述定位管棚钢管存在一定的倾角α，且倾角α小于12°。相比于现有技术，本发明不需要大范围和大深度的扩挖，隧道工程量即没有显著的增加，施工工期也没有延长，隧道施工的安全性即得到了保障，工程造价和施工成本也无显著的增加。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种隧道洞内套拱的设计与施工方法。

背景技术

隧道工程中在地表沉降有较高控制要求的浅埋段及塌方段、围岩破碎段、土质地层中，可采用超前大管棚支护。超前大管棚支护的基本工作原理是在待开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内,环向按照一定的间距超前打入钢花管,并在钢花管放置钢筋笼且进行压力注浆。环向钢花管形成棚架,为开挖及初期支护作业提供了安全保障；浆液固结后钢花管和围岩之间组成了一个共同的固结圈,从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较大的梁结构和拱结构。这个结构能有效提高围岩的承载力及自稳能力,从而减小围岩的变形；同时,隧道开挖后,与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构,以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。

超前大管棚支护时钢花管尾端应支承在套拱上，套拱可为整体式钢筋混凝土结构或钢架结构，套拱是超前大管棚支护的先决条件。隧道洞内存在施工环境差、施工空间受限、施工风险性高等不利条件，而如图1所示现有隧道洞内套拱是在隧道洞内施作管棚工作室，然后在管棚工作室内施工套拱，该隧道洞内套拱施工隧道洞内管棚工作室时需要对隧道掌子面进行扩挖，且扩挖范围和深度较大，该设计方法既降低了隧道施工的安全性又增加了工程量及施工工期，从而导致工程造价及施工成本的增加。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种隧道洞内套拱。本发明采用的技术手段如下：

一种隧道洞内套拱，套拱长为L，包括用于导向的第一榀工字钢和第二榀工字钢，所述第一榀工字钢和第二榀工字钢具有预设的高度差h，所述第二榀工字钢位于远离已施工初期支护的预设位置，所述第一榀工字钢距离已施工初期支护存在预设的距离L0，套拱机构中预埋有用于装设定位管棚钢管的定位管，所述定位管棚钢管存在一定的倾角α，且倾角α小于12°。

进一步地，所述定位管通过固定筋与第一榀工字钢和第二榀工字钢固接成一整体。

进一步地，套拱的长度L由定位管棚钢管的倾角α、工字钢高差h以及L0共同决定。

进一步地，所述套拱自第一榀工字钢至临时封闭掌子面内设有喷射的混凝土。

本发明还公开上述隧道洞内套拱的施工方法，包括如下步骤：

S1、距离已施工的初期支护预设距离架设第一榀工字钢，距离第一榀工字钢预设距离且与其存在预设的高度差的位置架设第二榀工字钢；

S2、基于第一榀工字钢和第二榀工字钢的导向性架设置定位管和固定筋，定位管棚钢管沿着一定倾斜角进行施工；

S3、通过喷射混凝土形成套拱。

本发明具有以下优点：

1、减小了隧道洞内套拱施工隧道掌子面扩挖的范围和深度。

2、保障隧道施工的安全性。

3、减小了隧道洞内套拱施工的工程量。

4、缩短了隧道洞内套拱施工工期。

5、减小了隧道洞内套拱施工成本和工程造价。

附图说明

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术的套拱设计。其中：1、工字钢；2、套拱；3、管棚工作室；4、过渡段；5、管棚工作室起点；6、复合式衬砌；8、孔口管；9、管棚起始点；10、临时封闭掌子面；11、钢花管；21、混凝土浇筑；

图2为本发明套拱施工示意图。图中：13、第一榀工字钢；14、第二榀工字钢；15、喷射混凝土；16、定位管；17、钢花管；18、未施工初期支护；19、临时封闭掌子面；20、已施工初期支护。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，现有隧道洞内套拱是在隧道洞内施作管棚工作室3，然后在管棚工作室内施工套拱，管棚工作室与管棚工作室5之间设有过渡段4，并且要通过工字钢1搭建复合式衬砌6，该隧道洞内套拱施工隧道洞内管棚工作室时需要对临时封闭掌子面10进行扩挖，且扩挖范围和深度较大，通过定位管棚钢管的钢花管11固定孔口管8来完成向管棚起始点9至预设距离的混凝土浇筑21，完成套拱2的搭建。

与现有技术不同的是，如图2所示，本发明隧道洞内套拱，套拱长为L，包括用于导向的第一榀工字钢13和第二榀工字钢14，所述第一榀工字钢和第二榀工字钢具有预设的高度差h，所述第二榀工字钢位于远离已施工初期支护的预设位置，所述第一榀工字钢距离已施工初期支护存在预设的距离L0，套拱结构中预设有用于装设定位管棚钢管的定位管，所述定位管棚钢管存在一定的倾角α，且倾角α小于12°。

所述定位管通过固定筋与第一榀工字钢和第二榀工字钢固接成一整体。

本专利发明的隧道洞内套拱设计方法完全避免了现有传统隧道洞内套拱设计方法施工时的缺点，套拱的长度L由定位管棚钢管的倾角α、工字钢高差h以及L0共同决定，其确定原则是洞内大管棚施工时不受已施工的初期支护20影响，且倾角α小于12°。本专利发明的隧道洞内套拱设计方法不需要大范围和大深度的扩挖，隧道工程量即没有显著的增加，施工工期也没有延长，隧道施工的安全性得到了保障，工程造价和施工成本也无显著的增加。

所述套拱自第一榀工字钢至临时封闭掌子面19内设有喷射的混凝土15。

本发明具体实施方式如下：S1、距离已施工的初期支护预设距离架设第一榀工字钢，距离第一榀工字钢预设距离且与其存在预设的高度差的位置架设第二榀工字钢；

S2、基于第一榀工字钢和第二榀工字钢的导向性设置作为定位管16的固定筋和定位管，由钢花管16构成的定位管棚钢管沿着一定倾斜角进行施工；

S3、通过喷射混凝土形成套拱。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。