[发明专利]用于支护隧道拱部的拱顶钢架与隧道施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种易于发生坍塌的隧道的开挖施工方法及其支护工具。

背景技术

黄土隧道施工最常用的开挖方法有三台阶七部流水作业法和环形导坑预留核心土法等。但对于施工过程中易于发生坍塌的隧道，例如砂质黄土、风积砂质黄土和湿陷性土质隧道时，由于围岩应力大于黄土直立方向的强度，会造成开挖工作面的失稳，容易造成施工安全事故和质量事故。因此，有必要在开挖过程中对隧道拱部进行特别支护，并对开挖施工方法进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于支护隧道拱部的拱顶钢架，以及利用该拱顶钢架进行施工的隧道施工方法，以安全可靠地对易于发生坍塌的隧道进行开挖施工。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于支护隧道拱部的拱顶钢架，该拱顶钢架包括弯拱形本体部和拱架斜撑，该拱架斜撑的一端固定连接在所述本体部的外缘上，另一端倾斜向下地朝向所述本体部的末端方向延伸以支撑所述本体部。

优选地，所述拱架斜撑为多个，该多个所述拱架斜撑对称地设置在所述本体部的两侧。

优选地，所述拱架斜撑与水平面之间的倾斜夹角为30°～60°。

优选地，所述本体部的外缘上安装有连接钢板，所述拱架斜撑固定连接于所述连接钢板上。

优选地，所述拱架斜撑与所述本体部之间设有加强筋。

优选地，该拱顶钢架的本体部包括依次连接的多个弧形钢架段，相邻两个所述弧形钢架段之间通过钢架连接板相连。

根据本发明的一个方面，还提供了一种隧道施工方法，该施工方法包括在开挖后的隧道拱部安装根据本发明上述的用于支护隧道拱部的拱顶钢架，其中所述拱架斜撑斜向下插入并支撑在所述隧道拱部的周壁上。

优选地，往开挖后的所述隧道拱部的拱壁上初喷混凝土后再安装所述拱顶钢架，并且在安装该拱顶钢架后往所述拱壁上复喷混凝土。

优选地，所述拱顶钢架的本体部包括依次连接的多个弧形钢架段，相邻两个所述弧形钢架段之间通过钢架连接板相连；

其中，该施工方法包括在所述钢架连接板处往所述隧道拱部的拱壁内插入注浆钢管以向所述拱壁内的裂缝中注浆加固。

优选地，在隧道断面上划分为中部核心土部分以及该中部核心土部分两侧的第一侧洞室部分和第二侧洞室部分，所述第一侧洞室部分包括第一侧洞室上台阶部和第一侧洞室下台阶部，所述第二侧洞室部分包括第二侧洞室上台阶部和第二侧洞室下台阶部，所述中部核心土部分包括从上至下的中部核心土上台阶部、中部核心土下台阶部、中部导坑上台阶部和中部导坑下台阶部；所述施工方法采用分部施工并且依次开挖所述第一侧洞室上台阶部、第一侧洞室下台阶部、第二侧洞室上台阶部、第二侧洞室下台阶部、中部核心土上台阶部、中部核心土下台阶部、中部导坑上台阶部和中部导坑下台阶部。

优选地，该施工方法的分部施工包括：

步骤一：对所述第一侧洞室上台阶部进行超前支护，而后开挖并在开挖后往该第一侧洞室上台阶部的掌子面上初喷混凝土，然后往所述周壁上初喷混凝土并安装第一侧临时拱顶，而后继续往所述周壁上喷混凝土至设计厚度；

步骤二：开挖所述第一侧洞室下台阶部并在开挖后往该第一侧洞室下台阶部的掌子面和周壁上喷混凝土，然后在所述周壁上安装第一侧连接钢架和第一侧临时竖撑并继续往所述周壁上喷混凝土至设计厚度；

步骤三：对所述第二侧洞室上台阶部进行超前支护，而后开挖并在开挖后往该第二侧洞室上台阶部的掌子面上初喷混凝土，然后往所述周壁上初喷混凝土并安装第二侧临时拱顶并继续往所述周壁上喷混凝土至设计厚度；

步骤四：开挖所述第二侧洞室下台阶部并在开挖后往该第二侧洞室下台阶部的掌子面和周壁上喷混凝土，然后在所述周壁上安装第二侧连接钢架和第二侧临时竖撑并继续往所述周壁上喷混凝土至设计厚度；

步骤五：对所述中部核心土上台阶部进行超前支护，而后开挖以形成所述隧道拱部，并在开挖后往该中部核心土上台阶部的掌子面上喷混凝土，然后往所述隧道拱部的拱壁上初喷混凝土并安装所述拱顶钢架，而后继续往所述拱壁上喷混凝土至设计厚度；

步骤六：开挖所述中部核心土下台阶部，喷混凝土封闭该中部核心土下台阶部的掌子面；

步骤七：开挖所述中部导坑上台阶部，喷混凝土封闭该中部导坑上台阶部的掌子面，并且安装横撑；

步骤八：开挖所述中部导坑下台阶部，喷混凝土封闭该中部导坑下台阶部的掌子面，并往该中部导坑下台阶部的底部初喷混凝土，安设底部仰拱后往所述底部复喷混凝土至设计厚度；