[发明专利]一种隧道装配式支护体系及其施工方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及隧道施工支护技术领域，具体涉及一种隧道装配式支护体系及其施工方法。

【背景技术】

近年来，随着我国西部黄土地区交通建设事业的快速发展，河南、陕西、甘肃、青海等地修建了一大批黄土隧道。黄土隧道的设计、施工仍然沿用以往在岩石隧道中应用广泛的新奥法，采用喷射混凝土作为初期支护，变形基本稳定后施作二次衬砌，二次衬砌主要作为安全储备。但是，由于黄土与岩石的力学性质差异极大，具有显著的遇水湿陷性，而喷射混凝土时必然夹带有水，黄土围岩吸收混凝土中的水分容易变得不稳定，降低了围岩自承能力。根据现场测试结果，黄土隧道修建过程中普遍存在围岩压力大、变形量大、变形持续时间长，需要在变形未稳定的情况下及时施作衬砌，导致二次衬砌承担了较大的荷载，有时甚至超过初期支护承担的荷载。

目前，黄土隧道在前期施工以及后期运营期间均出现了一系列问题，如施工期间围岩大变形、失稳乃至坍塌、初期支护开裂，运营期间二次衬砌开裂、隧道渗漏水等。因此，仅仅采取常规的新奥法措施很难保证黄土隧道结构安全，需要结合黄土特殊的工程特性以及隧道受力变形特征研究必要的新型支护方式及其施工方法来保证隧道施工、运营安全。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种隧道装配式支护体系及其施工方法，能够有效解决当前黄土隧道普遍存在的大变形、渗漏水以及衬砌开裂等问题，从而保证隧道结构的安全与稳定。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种隧道装配式支护体系，包括超前支护、柔性支护和刚性支护，沿着隧道的径向，超前支护、柔性支护和刚性支护由外向内依次设置，所述超前支护包括通过超前小导管1向围岩中注浆形成的注浆围岩；所述柔性支护包括预制泡沫混凝土块2，预制泡沫混凝土块2之间通过螺栓连接且密封，设置在围岩壁的内侧形成柔性支护，预制泡沫混凝土块2上开设有锁脚锚杆孔，在该锁脚锚杆孔内设置有锁脚锚杆3，锁脚锚杆3用于将预制泡沫混凝土块2锚固于围岩上；所述刚性支护设置在柔性支护的内侧，包括钢管混凝土拱架9，钢管混凝土拱架9沿着隧道环向布置一周，沿着隧道纵向间隔布置，相邻的钢管混凝土拱架9之间，填充有预制钢筋混凝土管片8。

所述超前支护的注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆；超前小导管1设置在隧道掌子面处拱顶120°范围内，沿隧道周向设置，超前小导管1沿隧道周向的间距为30cm～50cm，外插角为3°～5°，长度为6m～8m。

所述预制泡沫混凝土块2之间的缝隙内充满粘接剂，且在接缝内设置有弹性橡胶密封垫7，弹性橡胶密封垫7通过粘接剂与预制泡沫混凝土块2粘接固定。

所述预制泡沫混凝土块2之间的接缝均错开设置。

所述的钢管混凝土拱架9包括空心钢管4，空心钢管4内充满混凝土5，沿着隧道环向，相邻设置的空心钢管4的接缝处套设有套管6，相邻设置的空心钢管4通过套管6连接。

沿着隧道的纵向，相邻设置的两榀钢管混凝土拱架9之间设置有纵向钢筋，纵向钢筋的两端分别与钢管混凝土拱架9连接。

一种隧道装配式支护施工方法，将开挖断面从上至下依次分成上台阶(I，II)、下台阶(III，IV)和仰拱部分V，上台阶(I，II)、下台阶(III，IV)和仰拱部分V采用台阶法错台开挖，上台阶开挖预留中部核心土(II)，下台阶左、右两侧(III，IV)交错开挖，包括如下步骤：

步骤一：进行超前支护，沿隧道拱部一定角度范围内，沿隧道周向开挖轮廓线，在挖掘好的位置向围岩内施作超前小导管1，并通过超前小导管1向围岩内注入浆液来加固围岩；

步骤二：在超前支护施作完成后，在超前支护的下方开挖上台阶I并在上台阶I的中部预留中部核心土II；

步骤三：在上台阶I挖掘完成后，在上台阶I上方对应的围岩壁内侧安装预制泡沫混凝土块2，沿着围岩的周向，通过螺栓连接上台阶部分预制泡沫混凝土块2，并通过预制泡沫混凝土块2上预留的锁脚锚杆孔安设锁脚锚杆3，预制泡沫混凝土块2通过锁脚锚杆3与围岩锚固；

步骤四：开挖中部核心土II；

步骤五：中部核心土II挖掘完成后，开挖下台阶左侧III，沿着隧道的纵向，下台阶左侧III向内挖掘一定距离，然后沿着隧道的周向，在隧道左侧围岩壁的内侧，在步骤三安装好的预制泡沫混凝土块2的端部继续连接预制泡沫混凝土块2，并通过预制泡沫混凝土块2上预留的锁脚锚杆孔安设锁脚锚杆3；