Y型岔洞封闭式钢拱架支护结构及其施工方法与流程

y型岔洞封闭式钢拱架支护结构及其施工方法
技术领域
1.本发明涉及一种y型岔洞封闭式钢拱架支护结构及其施工方法。适用于y形岔洞的支护领域。


背景技术：

2.在水利水电工程中，y型岔洞开挖体型复杂，且开挖跨度较大，如果岔洞布置在地质围岩条件好的区域，则采用喷锚支护及常规施工方案即可保证围岩稳定。若岔洞处围岩洞段地质条件较差，则需要采用拱架等刚度较大的强支护措施。受限于岔洞体型和岔洞处分区开挖的施工方案需要，岔洞岔裆处的拱架往往不能紧跟开挖掌子面形成封闭式支护结构，不能发挥出拱架支护刚度大和及时支护的效果。这与新奥法的隧洞设计及支护理念不符，岔洞处围岩稳定及施工安全均存在隐患。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：为解决上述技术问题，本发明提供一种y型岔洞封闭式钢拱架支护结构及其施工方法。
4.本发明所采用的技术方案是：一种y型岔洞封闭式钢拱架支护结构，所述y型支洞具有主洞、岔洞及与岔洞连接的第一支洞和第二支洞，其特征在于，具有：
5.第一型钢拱架，所述第一型钢拱架为封闭式，若干第一型钢拱架沿主洞轴向方向均匀安装在主洞内；
6.第二型变跨度钢拱架，所述第二型变跨度钢拱架为封闭式，若干第二型变跨度钢拱架沿岔洞轴向方向均匀安装在岔洞内；
7.第三型钢拱架，若干第三型钢拱架沿支洞轴向方向均匀安装在岔洞与支洞交叉区域，第三型钢拱架为半封闭式拱架，第三型钢拱架与与紧邻的第二型变跨度钢拱架固定连接；
8.第四型钢拱架，若干第四型钢拱架沿支洞轴向方向均匀安装在支洞内；
9.纵向连接钢筋，用于固定连接相邻的第一型钢拱架、相邻的第二型变跨度钢拱架、相邻的第三型钢拱架、相邻的第四型钢拱架、相邻的第一型钢拱架与第二型变跨度钢拱架、相邻的第二型变跨度钢拱架与第三型钢拱架及相邻的第三型钢拱架与第四型钢拱架。
10.作为优选，所述半封闭式的第三型钢拱架通过第三型钢拱架的水平段与紧邻的第二型变跨度钢拱架焊接形成封闭结构。
11.作为优选，所述第一型钢拱架具有第一边顶拱拱架及第一仰拱拱架，所述第一边顶拱拱架与第一仰拱拱架采用工字钢，第一边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定连接。
12.作为优选，所述第二型变跨度钢拱架具有第二边顶拱拱架及第二仰拱拱架，所述第二边顶拱拱架与第二仰拱拱架采用工字钢，第二边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定连接。
13.作为优选，所述第三型钢拱架具有第三边顶拱拱架及第三仰拱拱架，所述第三边顶拱拱架与第三仰拱拱架采用工字钢，第三边顶拱拱架为半拱形钢拱架，第三仰拱拱架为
半仰拱拱架第三边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定连接，第三边顶拱拱架与第三仰拱拱架分别与紧邻的第二边顶拱拱架和第二仰拱拱架的水平段焊接连接。
14.作为优选，所述第四型钢拱架具有第四边顶拱拱架及第四仰拱拱架，所述第四边顶拱拱架与第四仰拱拱架采用工字钢，第四边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定连接。
15.作为优选，所述与第一型钢拱架、第二型变跨度钢拱架、第三型钢拱架和第四型钢拱架固定连接的锚杆底部均弯折，所述锚杆底部弯折的水平部位分别与各钢拱架的底部翼缘焊接。
16.作为优选，所述的第一边顶拱拱架与第一仰拱拱架、第二边顶拱拱架及第二仰拱拱架、第三边顶拱拱架及第三仰拱拱架、第四边顶拱拱架及第四仰拱拱架之间均采用连接钢板固定连接，上述各边顶拱拱架和各仰拱拱架分别在边顶拱拱架与仰拱拱架连接处固定焊接有连接钢板，所述边顶拱拱架与仰拱拱架之间的连接钢板之间通过螺栓与螺母固定连接。
17.作为优选，所述纵向连接钢筋两端弯折，纵向连接钢筋两端弯折处通过角钢固定连接在各相邻的钢拱架上。
18.一种y型岔洞封闭式钢拱架支护方法，其特征在于，
19.s1、由主洞向岔洞方向完成主洞开挖，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷混凝土强度满足要求后，安装钢筋网片、若干第一型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
20.s2、向岔洞开挖前，先施工辐射状管棚进行超前支护，待管棚灌浆强度满足要求后，开始岔洞开挖；
21.s3、岔洞开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后，安装钢筋网片、第二型变跨度钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
22.s4、岔洞支护完成后，开挖岔洞与第一支洞交叉区域，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后，安装钢筋网片、第三型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
23.s5、岔洞与第一支洞交叉口支护完成后，继续沿第一支洞方向开挖，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后安装钢筋网片、第四型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土；
24.s6、第一支洞支护完成后，开挖岔洞与第二支洞交叉区域，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待钢纤维混凝土强度满足要求后安装钢筋网片、第三型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
25.s7、岔洞与第二支洞交叉口支护完成后，继续沿第二支洞方向开挖，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后安装钢筋网片、第四型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，至掌子面距离岔洞处长度不小于三倍洞泾，完成后复喷钢纤维混凝土。
26.本发明的有益效果是：在围岩洞段地质较差区域，对主洞、岔洞及支洞进行依次开挖及支护，能充分发挥拱架支护刚度大和及时支护的效果，在岔洞岔裆处的第三型钢拱架通过与紧邻的岔洞处的第二型变跨度钢拱架固定连接，形成了封闭式支护结构。
附图说明
27.图1为y形岔洞型钢拱架平面布置示意图。
28.图2为第一型钢拱架剖面图。
29.图3为第二型变跨度钢拱架剖面图。
30.图4为第三型钢拱架剖面图。
31.图5为第四型钢拱架剖面图。
32.图6为各钢拱架对接处详图。
33.图7为各钢拱架与锚杆连接详图。
34.图8为纵向连接钢筋详图。
35.图中：1、主洞，2、岔洞，3、第一支洞，4、第二支洞，5、第一型钢拱架，6、第二型变跨度钢拱架，7、第三型钢拱架，8、第四型钢拱架，9、锚杆，10、钢纤维混凝土层，11、钢筋网片，12、纵向连接钢筋，13、第一边顶拱拱架，14、第一仰拱拱架，15、第二边顶拱拱架，16、第二仰拱拱架，17、第三边顶拱拱架，18、第三仰拱拱架，19、第四边顶拱拱架，20、第四仰拱拱架，21、连接钢板，22、角钢。
具体实施方式
36.本实施例为一种y型岔洞封闭式钢拱架支护结构，所述y型岔洞具有主洞、岔洞、支洞及安装在主洞、岔洞、支洞内的钢拱架支护结构。
37.本实施例中，在主洞内沿主洞轴线方向均匀安装有若干第一型钢拱架，所述第一型钢拱架为由第一边顶拱拱架及第一仰拱拱架组合形成的封闭式钢拱架，第一边顶拱拱架及第一仰拱拱架均采用工字钢，第一边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定，所述锚杆底部弯折，锚杆底部弯折的水平部位与第一边顶拱拱架的底部翼缘焊接，在主洞内壁上喷有钢纤维混凝土，并在钢纤维混凝土层中埋入钢筋网片。
38.进一步的，所述第一边顶拱拱架和第一仰拱拱架之间均采用连接钢板固定连接，第一边顶拱拱架和第一仰拱拱架分别在第一边顶拱拱架和第一仰拱拱架连接处固定焊接有连接钢板，所述第一边顶拱拱架和第一仰拱拱架之间的连接钢板之间通过螺栓与螺母固定连接。
39.进一步的，在两个相邻的第一型钢拱架之间安装有若干连接两个第一型钢拱架的纵向连接钢筋，所述纵向连接钢筋两端弯折，纵向连接钢筋两端弯折处通过角钢固定连接在各相邻的钢拱架上。
40.本实施例中，在岔洞内沿岔洞轴向方向均匀安装有若干第二型变跨度钢拱架，所述第二型变跨度钢拱架为由第二边顶拱拱架及第二仰拱拱架组合而成的封闭式钢拱架，第二边顶拱拱架及第二仰拱拱架均采用工字钢，第二边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定，所述锚杆底部弯折，锚杆底部弯折的水平部位与第二边顶拱拱架的底部翼缘焊接，在岔洞内壁上喷有钢纤维混凝土，并在钢纤维混凝土层中埋入钢筋网片。
41.进一步的，所述第二边顶拱拱架和第二仰拱拱架之间均采用连接钢板固定连接，第二边顶拱拱架和第二仰拱拱架分别在第二边顶拱拱架和第二仰拱拱架连接处固定焊接有连接钢板，所述第二边顶拱拱架和第二仰拱拱架之间的连接钢板之间通过螺栓与螺母固定连接。
42.进一步的，在两个相邻的第二型变跨度钢拱架及相邻的第一型钢拱架和第二型变跨度钢拱架之间安装有若干纵向连接钢筋，所述纵向连接钢筋两端弯折，纵向连接钢筋两端弯折处通过角钢固定连接在各相邻的钢拱架上。
43.本实施例中，在岔洞与支洞交叉区域沿支洞轴线方向均匀安装有若干第三型钢拱架，所述第三型钢拱架为由第三边顶拱拱架及第三仰拱拱架组合形成的半封闭式钢拱架，第三边顶拱拱架及第三仰拱拱架均采用工字钢，第三边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定，所述锚杆底部弯折，锚杆底部弯折的水平部位与第三边顶拱拱架的底部翼缘焊接，在岔洞与支洞交叉区域内壁上喷有钢纤维混凝土，并在钢纤维混凝土层中埋入钢筋网片。
44.进一步的，第三型钢拱架与与紧邻的第二型变跨度钢拱架固定连接，第三边顶拱拱架与第三仰拱拱架分别与紧邻的第二边顶拱拱架和第二仰拱拱架的水平段焊接连接。
45.进一步的，所述第三边顶拱拱架和第三仰拱拱架之间均采用连接钢板固定连接，第三边顶拱拱架和第三仰拱拱架分别在第三边顶拱拱架和第三仰拱拱架连接处固定焊接有连接钢板，所述第三边顶拱拱架和第三仰拱拱架之间的连接钢板之间通过螺栓与螺母固定连接。
46.进一步的，在两个相邻的第三型钢拱架之间及相邻的第二型变跨度钢拱架和第三型钢拱架之间安装有若干纵向连接钢筋，所述纵向连接钢筋两端弯折，纵向连接钢筋两端弯折处通过角钢固定连接在各相邻的钢拱架上。
47.本实施例中，在支洞内沿支洞轴线方向均匀安装有若干第四型钢拱架，所述第四型钢拱架为由第四边顶拱拱架及第四仰拱拱架组合形成的封闭式钢拱架，第四边顶拱拱架及第四仰拱拱架均采用工字钢，第四边顶拱拱架通过锚杆与围岩固定，所述锚杆底部弯折，锚杆底部弯折的水平部位与第四边顶拱拱架的底部翼缘焊接，在支洞内壁上喷有钢纤维混凝土，并在钢纤维混凝土层中埋入钢筋网片。
48.进一步的，所述第四边顶拱拱架和第四仰拱拱架之间均采用连接钢板固定连接，第四边顶拱拱架和第四仰拱拱架分别在第四边顶拱拱架和第四仰拱拱架连接处固定焊接有连接钢板，所述第四边顶拱拱架和第四仰拱拱架之间的连接钢板之间通过螺栓与螺母固定连接。
49.进一步的，在两个相邻的第四型钢拱架之间及相邻的第三型变跨度钢拱架和第四型钢拱架之间安装有若干纵向连接钢筋，所述纵向连接钢筋两端弯折，纵向连接钢筋两端弯折处通过角钢固定连接在各相邻的钢拱架上。
50.本发明的加工方法为：
51.s1、由主洞向岔洞方向完成主洞开挖，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷混凝土强度满足要求后，安装钢筋网片、若干第一型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
52.s2、向岔洞开挖前，先由主洞边顶拱部位向岔洞方向，施工辐射状管棚进行超前支护，包括钻孔，插杆，注浆，等强，待管棚灌浆强度满足要求后，开始岔洞段开挖，每循环进尺与拱架间距相适应，一般不大于1m；
53.s3、岔洞开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后，安装钢筋网片、第二型变跨度钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
54.s4、岔洞支护完成后，开挖岔洞与第一支洞交叉区域，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后，安装钢筋网片、第三型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
55.s5、岔洞与第一支洞交叉口支护完成后，继续沿第一支洞方向开挖，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后安装钢筋网片、第四型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土，第一支洞掌子面距离岔挡处长度不小于三倍支洞洞径；
56.s6、第一支洞支护完成后，开挖岔洞与第二支洞交叉区域，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待钢纤维混凝土强度满足要求后安装钢筋网片、第三型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，完成后复喷钢纤维混凝土作支护；
57.s7、岔洞与第二支洞交叉口支护完成后，继续沿第二支洞方向开挖，开挖成型后初喷钢纤维混凝土作支护，待初喷钢纤维混凝土强度满足要求后安装钢筋网片、第四型钢拱架、锚杆及纵向连接钢筋，至掌子面距离岔洞处长度不小于三倍洞泾，完成后复喷钢纤维混凝土。