[发明专利]一种隧道仰拱施工用的辅助支撑装置及施工方法

说明书

本发明涉及隧道工程技术领域，具体讲的是一种隧道仰拱施工用的辅助支撑装置及施工方法；其中辅助支撑装置包括第一支撑结构、倒三角结构的第二支撑结构以及第三支撑结构共同作用，形成对隧道初期支护结构及其围岩进行有效的临时加固支撑体系，加强对软弱围岩结构仰拱开挖区前端软弱地质的承压以阻止隧道前部及侧向土体滑移，能有效提高软弱围岩隧道初期支护的支撑能力；再结合三台阶开挖法，二台阶保留核心土稳定掌子面，加快隧道沉降、收敛趋于稳定的速率，能有效解决施工安全问题，达到快速施工之目的，大大降低了施工成本。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体讲的是一种隧道仰拱施工用的辅助支撑装置及施工方法。

背景技术

公路隧道常用施工方法为新奥法施工方法，其主要作业顺序为：围岩开挖、初期支护、仰拱施工、二衬混凝土模注、附属工程等，其中‘仰拱施工’是隧道施工的关键工序，仰拱施工实际上对初期支护的环向钢拱架进行下部连接，实现钢拱架的整体闭环，然后在闭环的钢拱架上浇筑混凝土结构层，为隧道后续开挖提供安全保障。

在施工时，洞穴开挖一定距离(一般是1m左右)后，立即在洞穴内的岩层暴露面上设置环向工字钢拱架、喷射水泥混凝土封闭岩层暴露面，形成初期支护结构，以阻挡岩层暴露面(或称临空面)的土体脱落、侧向挤压及拱顶下沉、坍塌等；而此时的初期支护结构完成阶段，表明隧道结构横断面上的圆球体只施工了上半部分，其下半部分要待到初期支护结构完成后的围岩稳定时才能继续进行；在此期间，要连续观测隧道洞室的沉降(拱顶下沉量)、收敛(左右两侧拱腰向临空面推移变形的速率)，以确定隧道仰拱施工的时间节点。通常情况下，隧道初期支护结构完成以后，沉降和收敛是随时间变化渐趋稳定，直到满足设计要求再进行仰拱施工，但当遇到隧道软弱围岩地质状况很不稳定时，其沉降、收敛值迟迟达不到设计要求，导致下半部的开挖及仰拱施工无法按预定计划进行，施工安全与进度矛盾突出，严重影响隧道后续施工。

现有技术常采用的初期支护加固措施主要有以下两种：

一是双层钢拱架加固措施：在既有钢拱架下面进行安装临时钢拱架，形成双层钢拱架结构支撑体系，待施工结束在拆除下层临时钢拱架；其缺点是施工难度大、工期长，且下层临时钢拱架的施工是在原钢拱架下面进行，会侵犯了隧道净空高度，工作面受到限制，后续各道工序的施工操作困难，施工作业难度大、工期长。

二是大管棚加固措施：在既有钢拱架下面安装型钢套拱，再在型钢套拱上沿环向打φ108mm的无缝钢管向上斜向穿越初期支护钢拱架并压注水泥砂浆，形成临时大管棚加固的初期支护，待完成仰拱施工后拆除大管棚套拱；其缺点是对拱顶下沉虽有限制作用，但水平受力效果不好，隧道收敛很难满足安全施工要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种有效提高软弱围岩隧道初期支护的支撑能力且结构简单的隧道仰拱施工用的辅助支撑装置。

一种隧道仰拱施工用的辅助支撑装置，预先于隧道的内壁上设置若干个结构钢拱架且在每个所述结构钢拱架的两端均连接一仰拱钢拱架，所述辅助支撑装置包括若干个分别与每个所述结构钢拱架两端连接的第一支撑结构以及若干个分别连接在所述结构钢拱架和所述第一支撑结构之间的第二支撑结构，所述第二支撑结构包括第一支撑杆、第二支撑杆以及第三支撑杆，所述第一支撑杆的一端固定连接在所述结构钢拱架的顶部，所述第二支撑杆的一端和所述第三支撑杆的一端分别位于所述第一支撑杆的一端的两侧，所述第一支撑杆的另一端、第二支撑杆的另一端以及第三支撑杆的另一端均固定连接在所述第一支撑结构的中部，所述第二支撑杆以及所述第三支撑杆关于所述第一支撑杆呈左右对称分布，所述辅助支撑装置还包括若干个固定连接在相邻两个第一支撑结构之间的第三支撑结构。