[发明专利]一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法及结构

权利要求书

1.一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

隧道横断面分三台阶依次错距开挖，在隧道开挖前，首先沿隧道拱部施作短管棚超前支护；然后依次错距开挖上、中、下台阶作为一个循环，并在一个循环中的每一台阶开挖完成后立即施作相应的初期支护，初期支护的基脚处设为大拱脚型；当次循环开挖的下台阶与前一循环的二次衬砌距离为1倍洞径时，施作仰拱、边墙、填充层以及二次衬砌。

2.根据权利要求1所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法，其特征在于，所述的短管棚超前支护采用洞内无工作室管棚施工，所述的短管棚由多根直径75mm、长6～8m的钢管组成，钢管在深入到围岩中的部分设有用于在短管棚钢管打设完毕后注浆的小孔，在隧道横断面上，钢管以0.3～0.8m的间距均匀布置在隧道拱部120°～180°范围内，在隧道纵断面方向上，钢管以6°～8°的斜插角向上插入掌子面前方围岩，纵向搭接长度为1～2m。

3.根据权利要求2所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法，其特征在于，施工过程中，短管棚通过在前一循环的喷射混凝土中预先按6°～8°斜插角以及管棚设计间距埋入的1m长的导向管打入前方土体，以实现洞内无工作室管棚施工。

4.根据权利要求1所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法，其特征在于，所述的初期支护包括沿隧道径向打入围岩内的系统锚杆、挂设于隧道拱部的钢筋网、沿隧道横断面架立的钢拱架、打入至围岩中并支撑在钢拱架底部的锁脚锚杆、设置在钢拱架底部处的大拱脚和喷射于隧道拱部的喷射混凝土。

5.根据权利要求1所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法，其特征在于，所述的大拱脚为由工字钢焊接而成的三角形，大拱脚的底边和靠围岩侧的斜边分别再在工字钢上焊接1.6cm厚0.5m宽的钢板，底边钢板与隧道开挖的轮廓线垂直，当任何台阶的基底进入基岩时，则取消大拱脚。

6.根据权利要求1所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工方法，其特征在于，上、中、下台阶分别占隧道横断面的1/3，相互错距5m～1倍洞径，每一循环进尺为1～1.5m。

7.一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工结构，其特征在于，包括短管棚超前支护结构、构成隧道开挖部分的上、中、下台阶、初期支护结构、仰拱、边墙、填充层和二次衬砌；

所述的短管棚超前支护结构设置于隧道开挖部分之前的隧道拱部以对隧道开挖部分形成保护，所述的上、中、下台阶分别错距；所述的初期支护结构分别设置于上、中、下台阶位置的隧道拱部；仰拱、边墙、填充层和二次衬砌分别设置于隧道完成部分的顶部、侧壁、底部；

初期支护结构包括沿隧道径向打入围岩内的系统锚杆、挂设于隧道拱部的钢筋网、沿隧道横断面架立的钢拱架、打入至围岩中并支撑在钢拱架底部的锁脚锚杆、设置在钢拱架底部处的大拱脚和喷射于隧道拱部的喷射混凝土。

8.根据权利要求7所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工结构，其特征在于，所述的短管棚超前支护结构包括多根直径75mm、长6～8m的钢管组成，钢管在深入到围岩中的部分设有用于在短管棚钢管打设完毕后注浆的小孔，在隧道横断面上，钢管以0.3～0.8m的间距均匀布置在隧道拱部120°～180°范围内，在隧道纵断面方向上，钢管以6°～8°的斜插角向上插入掌子面前方围岩，纵向搭接长度为1～2m。

9.根据权利要求7所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工结构，其特征在于，所述的上、中、下台阶分别占隧道横断面的1/3，相互错距5m～1倍洞径，且隧道开挖时依次开挖上、中、下台阶作为一个循环，每个循环进尺为1～1.5m。

10.根据权利要求7所述的一种基于管棚预支护的大拱脚三台阶隧道快速施工结构，其特征在于，所述的大拱脚为由工字钢焊接而成的三角形，大拱脚的底边和靠围岩侧的斜边分别再在工字钢上焊接1.6cm厚0.5m宽的钢板，底边钢板与隧道开挖的轮廓线垂直，当任何台阶的基底进入基岩时，则不设置大拱脚。