一种隧道交叉口支护结构及其施工方法

本发明涉及隧道施工，尤其涉及一种隧道交叉口支护结构及其施工方法。

背景技术：

1、隧道交叉段由于产生应力集中现象，使岩石的力学性质、变形与破坏特性更加复杂，交叉口岩体性质的变化使得围岩变形很难得到有效控制。

2、目前主要采用数值模拟与现场监测相结合的方法对交叉段围岩稳定性进行分析，比较不同施工工法与开挖工序对交叉段围岩以及支护结构受力和变形规律的影响。但对于异形结构段的围岩压力，目前的隧道围岩压力理论仍很难进行定量计算，交叉段岩体与支护结构之间存在着极其复杂的力学关系。因此，隧道交叉口支护结构成为整个隧道支护体系中最为薄弱部位之一。

3、公开号为cn210530850u的实用新型专利中公开了一种隧道交叉口拱架支护结构，包括第一拱架段、第二拱架段、第三拱架段和第四拱架段，第一拱架段搭建在正洞上，是正洞与斜井连接的拱架，第二拱架段与第一拱架段拱架的一端连接，第二拱架段并立两榀以上，且截面偏大，第三拱架段与第二拱架段平行设置，与第二拱架段组成拱架排，共同良好受力而设计，其内轮廓与第二拱架段一致，拱架的截面可适当减小，第四拱架段设置在斜井靠近正洞处，所述第四拱架段于斜井轴线垂直对称设置，第四拱架段的第一条拱架一端与正洞连接。该结构在保证隧道界限的前提下，开挖小，对岩石扰动小，支护稳固，提高了安全系数。但是该支护结构各拱架段之间是相互独立的，并没有形成一个整体的结构，因此支护效果欠佳，而且，针对于主隧道跨度的扩大，不能起到减小跨度的作用。此外，该隧道交叉口拱架支护结构中第四拱架段是套设在第三拱架段外部的，而且第四拱架段与第三拱架段之间是有一定的夹角的，但是该支护结构中并没有任何能够对第四拱架段和第三拱架段之间夹角进行固定和限位的结构，在施工过程中无法快速对第四拱架段和第三拱架段的延伸方向进行精确定位。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种隧道交叉口支护结构及其施工方法，在主隧道与平行导洞施工完成的基础上，该支护结构能够加强隧道交叉口区域支护结构的整体性，适应围岩复杂的受力体系；通过第一连接件和第二连接件的设置能够对过渡钢拱架与过渡区钢架和联络通道钢拱架实现快速拼装，而且能够适用于过渡钢拱架与联络通道钢拱架之间的任意夹角。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种隧道交叉口支护结构，包括位于主隧道内的主隧道钢拱架，以及位于联络通道内的联络通道钢拱架，所述主隧道钢拱架靠近所述联络通道的一端设有过渡区钢架，所述过渡区钢架与所述联络通道钢拱架之间设有一榀过渡钢拱架。

4、进一步的，所述过渡区钢架与所述主隧道钢拱架和过渡钢拱架之间均通过第一连接件可拆卸连接，所述过渡钢拱架与所述联络通道钢拱架之间通过第二连接件可拆卸连接。

5、进一步的，所述第一连接件包括设置在所述过渡区钢架端部的第一端板，所述过渡区钢架与所述第一端板之间通过第一角钢连接，所述第一端板上还活动连接有用于与所述主隧道钢拱架或过渡钢拱架连接的第一固定螺栓。

6、进一步的，所述第二连接件包括设置在所述联络通道钢拱架端部的第二端板，所述第二端板与所述过渡钢拱架之间通过第二固定螺栓连接；所述第二端板与所述过渡钢拱架之间设有角度调节组件。

7、进一步的，所述角度调节组件包括开设在所述第二端板轴线同一侧的两个矩形孔，所述矩形孔与所述联络通道钢拱架端部翼缘的直角部位相对应。

8、进一步的，所述角度调节组件还包括与所述第二端板连接的第一限位板，以及与所述联络通道钢拱架腹板连接的第二限位板，所述第一限位板与所述第二限位板活动连接，且所述第一限位板与所述第二限位板之间设有角度限位机构。

9、进一步的，所述角度限位机构包括与所述第一限位板连接的第一弧形杆，以及与所述第二限位板连接的第二弧形杆，所述第一弧形杆外活动套设有移动套筒，所述移动套筒与所述第二弧形杆连接，且所述第二限位板与所述移动套筒之间设有定位杆，所述第一限位板上滑动设有调节杆，所述定位杆倾斜贯穿所述调节杆。

10、进一步的，所述第一限位板上螺纹连接有螺杆，所述螺杆的端部转动连接有过渡杆，所述过渡杆与所述调节杆连接。

11、进一步的，本发明还包括如前所述的隧道交叉口支护结构的施工方法，具体包括以下步骤，

12、s1：两个主隧道之间的平行导洞先行施工，主隧道后行施工，完成主隧道和平行导洞的施工；

13、s2：在主隧道与联络通道交叉口处，拆除主隧道的初期支护结构，开挖部分土体并施作过渡钢拱架；

14、s3：施作过渡区钢架；

15、s4：对隧道交叉口处进行注浆加固处理；

16、s5：施工开挖联络通道，并施作联络通道钢拱架；

17、s6：进入下一施工循环，直至联络通道全部贯通。

18、进一步的，步骤s4中，注浆方向的中间轴线与所述联络通道的轴线重合。

19、本发明的有益效果是：

20、1、本发明中的隧道交叉口支护结构在隧道交叉口处改变了主隧道钢拱架的布置形式，且附加了一榀完整的过渡钢拱架，过渡钢拱架在形状上与主隧道和联络通道衬砌完整的钢拱架均不同，该榀钢拱架的形状取决于两隧道交叉口的断面形式，在受力方面，主隧道在交叉口处发生了跨度的扩大，过渡钢拱架的设置，针对于主隧道跨度的扩大，在中间起到了支撑和减小跨度的作用，传力路径更为合理，因此能更好的发挥围岩的自稳作用。

21、2、本发明中过渡钢拱架的设置，实现了过渡区钢架和联络通道钢拱架两区域钢架布置形式的转变，实现了交叉口处钢拱架在空间上角度的转变，同时能更好的连接两隧道间的支护结构，过渡钢拱架的设置起到了支撑和过渡的作用，对交叉口处不闭合的钢拱架，过渡钢拱架的设置也加强了该区域支护结构的整体性。

22、3、本发明中过渡区钢架的布置形式与隧道轴向垂直，保证了在交叉口处主隧道区域，所有的钢拱架的布置形式都是与隧道走向垂直，这种与隧道走向垂直的布置形式，实现了主隧道钢拱架和过渡区钢架的拼接。

23、4、本发明中过渡区钢架与过渡钢拱架和主隧道钢拱架之间通过第一连接件可拆卸连接，在施作该支护结构之前，就预先在过渡区钢架的端部将第一连接件焊接完成，拼装时只需要使用第一固定螺栓即可快速实现过渡区钢架与过渡钢拱架和主隧道钢拱架之间的连接；过渡钢拱架与联络通道钢拱架之间的第二连接件亦如此。

24、5、本发明中在第二端板和联络通道钢拱架之间还设置有角度调节组件，在第二端板上开设的矩形孔可以对第二端板和联络通道钢拱架之间的角度进行调节，将联络通道钢拱架端部翼缘的直角部位插入对应的矩形孔中，调节第二端板与联络通道钢拱架之间的角度之后再通过第二角钢和加劲肋对第二端板和联络通道钢拱架进行固定，适用于联络通道钢拱架与过渡钢拱架之间任意角度的设置，使用更为灵活，方便施工。

25、6、本发明中的角度调节组件除了开设在第二端板上的矩形孔外，还设有相互铰接的第一限位板和第二限位板，通过第一限位板和第二限位板分别对应与第二端板和联络通道钢拱架的腹板连接，可以快速实现整个角度调节组件与第二端板和联络通道钢拱架的连接；而且第二限位板和联络通道钢拱架连接以后，二者形成一个整体的结构，只需要调节第二限位板与第一限位板之间的夹角即可对联络通道钢拱架的倾斜角度进行调节；而在调节第二限位板角度时，只需要左右移动调节杆即可带动定位杆随之移动，进而拉动第二限位板发生转动，操作非常方便。

26、7、本发明中的角度调节组件在第一限位板上设有刻度标记，调节杆移动到对应刻度标记处时，第一限位板与第二限位板之间的夹角也是对应固定的，因此，通过观察调节杆的位置即可对第一限位板和第二限位板之间的夹角进行精确的判断和调节。

27、8、本发明中联络通道钢拱架与第二端板之间的连接可进行提前预制，预制时调节并定位好联络通道钢拱架与第二端板之间的角度，施工现场只需要将第二端板与过渡钢拱架采用第二固定螺栓连接即可，大大降低了施工现场所需的时间，提高了施工效率。