[发明专利]一种软岩大变形隧道支护结构体系及其施工方法

摘要

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种软岩大变形隧道支护结构体系及其施工方法。其通过在围岩与初期支护间设置双层弹性泡沫板，预留足够的围岩变形空间以适应软岩隧道大变形的要求，不仅可以避免围岩变形量过大导致的侵限问题，而且能够有效降低作用于支护结构上的围岩压力；加强了初期支护，通过采用双层初期支护可避免支护结构受力过大造成的喷射混凝土剥落掉块、钢架扭曲错断、二衬开裂等现象，最终确保软岩大变形隧道支护结构的安全可靠；针对软岩大变形隧道系统锚杆效果不明显而且费时费力的特点，取消了系统锚杆在软岩大变形隧道中的应用，提出了加强锁脚锚管和钢架纵向连接的措施，并给出了相应的合理支护参数，以更好地控制隧道沉降。

主权项

1.一种软岩大变形隧道支护结构体系，其特征在于：包括拱部外层弹性泡沫板(1)，拱部外层钢架(2)，上台阶拱脚处锁脚锚管(3)，纵向槽钢托梁(4)，超前注浆小导管(5)、拱部外层喷射混凝土(6)，下台阶左侧外层弹性泡沫板(7)，下台阶左侧外层钢架(8)，下台阶左侧墙脚处锁脚锚管(9)，下台阶左侧外层喷射混凝土(10)，下台阶右侧外层弹性泡沫板(11)，下台阶右侧外层钢架(12)，下台阶右侧墙脚处锁脚锚管(13)，下台阶右侧外层喷射混凝土(14)，内层弹性泡沫板(15)，内层钢架(16)，内层喷射混凝土(17)，防水板(18)和二次衬砌(19)；所述的拱部外层弹性泡沫板(1)、下台阶左侧外层弹性泡沫板(7)和下台阶右侧外层弹性泡沫板(11)构成外层弹性泡沫板；所述拱部外层钢架(2)和拱部外层喷射混凝土(6)、下台阶左侧外层钢架(8)、下台阶右侧外层钢架(12)、下台阶左侧外层喷射混凝土(10)和下台阶右侧外层喷射混凝土(14)构成外层初期支护；所述内层钢架(16)和内层喷射混凝土(17)构成内层初期支护；所述外层弹性泡沫板和内层弹性泡沫板(15)均采用膨胀螺丝分别固定于围岩和外层初期支护上；拱部外层钢架(2)与下台阶左侧外层钢架(8)、下台阶右侧外层钢架(12)均首先通过连接钢板由螺栓连接后，再进行焊接，以确保各段外层钢架之间牢固连接；内层钢架(16)采用与各段外层钢架相同的接头连接工艺；各锁脚锚管与各段外层钢架之间通过环形钢筋连接件进行牢固焊接，以避免钢架锁脚失效；超前注浆小导管(5)施做时穿过拱部外层钢架(2)腹板上的预留孔，由顶头顶进，外露端支于拱部外层钢架(2)上形成超前支护系统，然后采用高压注浆对地层做进一步加固，注浆压力为1.0～1.5MPa，注浆结束后将管口封堵，以防浆液流出；纵向槽钢托梁(4)设置在相邻拱部外层钢架(2)之间，与各拱部外层钢架翼缘牢固焊接；软岩大变形隧道支护结构体系的施工方法包括以下步骤：1)上台阶施工：上台阶环形部分开挖完成后，敷设拱部外层弹性泡沫板并采用膨胀螺丝固定，然后立即架设拱部外层钢架，并在左右两侧拱脚上方30～50cm处分别打设2排共8根上台阶拱脚处锁脚锚管，实现拱部外层钢架的锁脚，打设角度取40°；为进一步加强拱部外层钢架的稳定性，在相邻拱部外层钢架之间设置纵向槽钢托梁；在拱部外层钢架稳定后进行超前注浆小导管的施工，采用长3～5m、直径42mm、环向设置间距20～50cm的热压无缝钢花管，沿开挖轮廓线120°范围内以5°～20°的外插角穿过拱部外层钢架腹板上的预留孔，伸入至掌子面前方地层并进行注浆加固；最后完成拱部外层喷射混凝土的施做；2)开挖预留核心土部分；3)下台阶左侧部分施工：下台阶左侧部分开挖完成后，敷设下台阶左侧外层弹性泡沫板并采用膨胀螺丝固定，然后立即接长下台阶左侧外层钢架，并在左侧墙脚上方30～50cm处分别打设2排共4根下台阶左侧墙脚处锁脚锚管，打设角度取40°，确保该侧外层钢架脚部落于稳固地基上；最后施做下台阶左侧外层喷射混凝土；4)下台阶右侧部分施工：下台阶右侧部分开挖完成后，敷设下台阶右侧外层弹性泡沫板并采用膨胀螺丝固定，然后立即接长下台阶右侧外层钢架，并在右侧墙脚上方30～50cm处分别打设2排共4根下台阶右侧墙脚处锁脚锚管，打设角度取40°，确保该侧外层钢架脚部落于稳固地基上；最后施做下台阶右侧外层喷射混凝土；5)敷设内层弹性泡沫板，并采用膨胀螺丝将其固定在外层初期支护上；6)开挖仰拱部分，并进行初喷；7)架设内层钢架，全断面闭合后施做内层喷射混凝土；8)在内层初期支护内表面，敷设防水板；9)待隧道变形达到设计预留变形量后，施做二次衬砌；10)在超前注浆小导管支护下，隧道上下台阶按上述步骤交替施工，掌子面不断向前推进，以至隧道贯通；所述施工方法适用于单洞两车道隧道，采用两台阶预留核心土法开挖，上下台阶交替作业，台阶长度控制在3～5m。