[发明专利]一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法

权利要求书

1.一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、利用铣挖机拆除初期支护侵限段已被破坏的拱架并重新开挖初期支护侵限段围岩从而形成新的隧道轮廓；

(2)、在初期支护侵限段的换拱部位打入超长纤维锚杆，超长纤维锚杆的外端部伸入围岩破裂区域；

(3)、利用注浆设备对换拱部位处的破裂围岩进行注浆加固，进一步改善围岩环境，提高围岩自承能力；其中，注浆加固根据隧道类型分为浅埋隧道注浆加固和深埋隧洞注浆加固；

所述的浅埋隧道注浆加固的范围由公式(1)-(5)计算得到：

注浆区域宽度B：

注浆区域高度h_o：

其中，公式(1)中的

注浆厚度L：

其中，k为塌落系数，根据多个侵限隧道统计取值，土质取值为1.5-3，岩质取值0.5-1.5；指代内摩擦角；K指土体侧压力系数；H指代拱顶离地面的埋置深度；D指代隧道直径，非圆形隧道按照最大跨度转变为圆形进行取值；

所述的深埋隧洞注浆加固的范围由公式(6)-(9)计算得到：

隧道径向应力σ_r：

环向应力σ_θ：

其中，

注浆理论厚度t：

实际注浆厚度T＝at，a为注浆折减系数，侵限范围小于全环的1/3，a取0.5-0.6；侵限范围为全环2/3-1，a取0.6-0.8；侵限范围为全环侵限，a取0.8-1.2；

其中，p_o是隧道外壁压强，p_i是内壁压强；r_o是隧道外壁半径，r_i是隧道内壁半径，非圆形隧道按照最大跨度转变为圆形进行取值，r₀＝r_i+T；注浆理论厚度t为理论深埋隧洞的注浆厚度；实际注浆厚度T为经过经验矫正后隧洞的实际注浆厚度；

(4)、调节可伸缩拱架至换拱拱架所需的长度，然后将原有拱架与可伸缩拱架的两端连接固定，闭合成环；

(5)、喷射混凝土即完成换拱操作。

2.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，铣挖机拆除初期支护侵限段已被破坏的拱架并重新开挖初期支护侵限段围岩，一次性开挖长度为沿隧道方向2-5m，一次性开挖后，立即进行步骤(2)-(4)的操作，完成一次性换拱。

3.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法，其特征在于：所述的超长纤维锚杆的长度为10-15m。

4.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法，其特征在于：所述的步骤(3)，注浆加固中，注浆孔采用等距布孔，梅花型布置；根据实际注浆扩散半径d_扩确定注浆孔间距，在砂性土层，注浆孔的孔间距取值为(1-1.5)d_扩，排间距为孔间距的0.8倍；在粘性土层，注浆孔的孔间距取值为(1.5-3)d_扩，排间距为孔间距的1倍。

5.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法，其特征在于：所述的原有拱架为弧形工字梁结构，所述的可伸缩拱架包括有弧形工字梁和四块弧形平板，弧形工字梁是由两块弧形弯曲板和焊接于两块弧形弯曲板之间的弧形平板组成，所述的两块弧形弯曲板和弧形平板焊接形成两个槽向相反的弧形槽，所述的四块弧形平板中，其中两块弧形平板的内端部嵌入弧形工字梁的其中一个弧形槽内且分别邻近于弧形工字梁的两端，另两块弧形平板的内端部嵌入弧形工字梁的另一个弧形槽内且分别邻近于弧形工字梁的两端，四块弧形平板伸出到可伸缩拱架弧形工字梁外的部分均伸入到原有拱架的弧形槽内，每块弧形平板的两端部分别与对应的可伸缩拱架弧形工字梁和原有拱架通过螺栓固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种隧道初期支护侵限段换拱施工方法，其特征在于：所述的可伸缩拱架和原有拱架固定连接后，当可伸缩拱架弧形弯曲板和原有拱架弧形弯曲板对接的端头之间形成间隙时，所述的间隙处设置分别与可伸缩拱架弧形弯曲板和原有拱架弧形弯曲板焊接的连接板从而加固初期支护拱架结构。