[发明专利]一种应用于软弱围岩隧道修建的超前衬砌方法及衬砌设备

说明书

技术领域

本发明涉及软弱围岩隧道修建中的一种超前衬砌方法及衬砌设备，特别是一种利用拱形机架和掘进灌砼机针对软弱围岩进行超前支护的一种隧道超前衬砌方法及衬砌设备。

背景技术

为防止隧道坍塌，加固隧道周围岩体，控制浅埋隧道地表沉降，软弱围岩的隧道施工通常需要进行超前支护即预支护。预支护的主要目的是为了在隧道开挖时保证掌子面的稳定和防止拱部临空面的松动和垮塌。由于预支护同隧道的衬砌并不构成一个整体，在隧道开挖完成后预支护的作用一般也随之结束，当前用于软弱围岩隧道的预支护主要为长管棚、水平旋喷、超前小导管、超前注浆等方法。这些措施主要是通过地层改良和钢管的超前支护起作用，加固效果和施工技术水平关系很大，沉降变形控制困难。

目前，由于城市轨道交通和市政工程的快速建设，城市软弱地层浅埋隧道越来越多，地表沉降控制要求越来越高，迫切需要寻找一种能控制隧道变形和保证结构安全的隧道施工方法。如果在隧道预支护中采用永久性材料形成隧道衬砌的一部分，也就是说在隧道开挖前将部分或全部衬砌结构完成，从而不仅能保证隧道开挖时掌子面的稳定和防止拱部临空面的松动和垮塌，而且能使预支护成为最终隧道衬砌结构的一部分甚至全部，则此种预支护方法就是超前衬砌方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于软弱围岩隧道修建的超前衬砌方法及衬砌设备，解决传统超前支护与衬砌结构先后进行施工的施工方法存在工期长、施工进度无法保证、浪费材料的缺点，解决传统超前支护施工过程中，地面变形较大无法保证隧道施工安全的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于软弱围岩隧道修建的超前衬砌方法，步骤如下：

步骤一：掌子面和施工场地的清理以及衬砌设备的安装，所述衬砌设备的安装包括主机和后台的安装，所述主机包括拱形机架和掘进灌砼机，拱形机架置于地面上，掘进灌砼机安装在拱形机架的滑轨上沿拱形机架作环向滑动，将主机与后台相连；确定超前衬砌的施工工位，按施工要求调整掘进灌砼机到超前衬砌起始位置；

步骤二：启动掘进灌砼机，掘进灌砼机沿着隧道掘进方向在拱形机架上向前推进，推动刀盘在隧道开挖轮廓线外向前掘进，刀盘切割土体，搅拌棒同时将切割下来的渣土与进浆管注入的膨润土稀浆混合经排泥管排出；

步骤三：掘进到规定深度后，一边通过箱体内的排泥管向掘进灌砼机前部泵送混凝土，一边回退掘进灌砼机；当掘进灌砼机的灌注工作即将完成时，在泵送的混凝土中加入速凝剂，待其凝固之后即在隧道开挖轮廓线外形成了一个条板状的弧形拱壳混凝土片；

步骤四：沿拱形机架环向且按施工顺序连续施作多个弧形拱壳混凝土片，形成一弧形拱壳，即超前衬砌结构，这时超前衬砌结构即成为隧道衬砌的一部分；

步骤五：待超前衬砌结构的混凝土凝固后，在弧形拱壳的保护下对隧道进行短于弧形拱壳的开挖，保留一定长度的弧形拱壳作为下一层弧形拱壳的搭接；

步骤六：在开挖结束位置喷锚形成新的掌子面，将拱形机架及掘进灌砼机向前移动至新的掌子面附近，进行下一循环的施工，直至超前衬砌全部完成。

所述步骤三中规定深度为2.5m-15m。

所述步骤四中，多个弧形拱壳混凝土片的施工顺序为连续施工两个弧形拱壳混凝土片的工位之间需间隔一个工位进行。

根据以上所述的一种应用于软弱围岩隧道修建的超前衬砌方法的衬砌设备，包括主机和后台，所述后台包括液压泵站、泥浆泵、渣泥收集转运设备、高压混凝土泵，所述主机包括拱形机架和掘进灌砼机，掘进灌砼机安装在拱形机架的滑架上沿滑架作环向滑动，所述掘进灌砼机包括仓体和仓体底部的给进架，所述仓体由前至后依次包括刀盘土仓、输出轴仓、动力仓和机壳；所述刀盘土仓的头部按前两后三的位置设置五个独立刀盘，独立刀盘的一侧还设有两个小刀盘，用于弧形拱壳混凝土片搭接整形，所述刀盘土仓的后部为储土间，储土间内设置刀盘轴，后三个所述独立刀盘的刀盘轴两侧安装有搅拌棒；所述输出轴仓内设有刀盘的动力输出轴，小刀盘的动力输出轴与相邻的刀盘动力输出轴通过传动链条进行传动；所述动力仓内设有动力输出轴的液压马达，所述机壳内设有同步阀、进油管、集流器、回油管，传感器的数据线，掘进机支撑骨架以及进浆管和排泥管；

所述进浆管与后台泥浆泵相连并穿过机壳，横跨动力仓内部且伸出五个分管直达输出轴仓与刀盘土仓的分界处；所述排泥管始于输出轴仓与刀盘土仓分界处的中部，依次穿过输出轴仓、动力仓和机壳，与后台渣泥收集转运设备相连。