一种用于软岩隧道掌子面的施工结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种用于软岩隧道掌子面的施工结构。


背景技术：

2.软岩是指岩石性质软弱、承载力低、节理裂隙较为发育且结构破碎的岩体。如果隧道在软岩地层中修建，则在修建过程中围岩结构极易因施工扰动而产生较大变形甚至发生塌方等危险，威胁现场作业人员及施工设备的安全，严重影响施工的进度，而且也会导致施工成本增加、工期延误等一系列问题。而随着我国西部大开发战略的不断实施，软岩地层隧道工程将会越来越多，建设过程中发生掌子面大变形甚至围岩结构失稳破坏的风险也随之增加。
3.根据新意法的施工理念，软岩隧道掌子面发生大变形病害的根本原因在于掌子面前方土体的挤出变形，因此控制掌子面的挤出变形是防治掌子面大变形的关键。现有的支护结构无法满足软岩隧道施工的需求，需要对现有支护结构进行改良。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种用于软岩隧道掌子面的施工结构，可防治软岩隧道在修建过程中出现的掌子面大变形灾害，保障隧道施工过程中的安全性，缩短施工工期。
5.为达到上述目的，本实用新型提供的上述一种防岩爆多段锚固耗能支护装置，包括限位保护装置、锚杆，所述限位保护装置与凹形掌子面正对设置，限位保护装置与隧道的内壁连接，锚杆沿隧道开挖方向设置在凹形掌子面的前方核心土内。
6.优选的，所述限位保护装置包括钢拱架、弹性组件、钢筋网，钢拱架沿隧道壁弧形走形，钢拱架的外侧与隧道内壁连接，弹性组件的一端与钢拱架的内侧连接，弹性组件的另一端与钢筋网的外缘连接。
7.优选的，还包括柔性骨架组件，柔性骨架组件的外圈封闭，柔性骨架组件的中间部分呈网格状，所述钢筋网有若干个，若干个钢筋网嵌套连接在柔性骨架组件的网格中。
8.进一步地，所述柔性骨架组件与钢筋网之间通过缝合绳连接。
9.进一步地，所述柔性骨架组件通过多段绳索连接形成。
10.进一步地，所述弹性组件的一端与钢拱架的内侧可拆卸连接，弹性组件的另一端与钢筋网的外缘可拆卸连接。
11.进一步地，所述弹性组件与钢拱架、钢筋网之间通过倒钩机构可拆卸连接。
12.进一步地，所述弹性组件的两端呈倒钩状，钢拱架、钢筋网上与弹性组件的连接处分别设置有倒钩，弹性组件的两端倒钩与钢拱架、钢筋网上与弹性组件的连接处的倒钩形成倒钩机构。
13.进一步地，所述弹性组件为弹簧。
14.优选的，所述锚杆与凹形掌子面通过锚杆套环连接。
15.相比现有的技术，本实用新型具有以下技术效果：
16.1、本实用新型可防治软岩隧道在修建过程中出现的掌子面大变形灾害，保障隧道施工过程中的安全性；
17.2、本实用新型可缩短施工工期，节约人力和物质资源。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为实施例掌子面方向的整体结构示意图；
20.图2为实施弹性组件与钢拱架、钢筋网连接处的局部放大结构示意图；
21.图3为实施例的限位保护装置中部局部放大结构示意图；
22.图4为实施例的开挖后的初始状态隧道纵向剖面结构示意图；
23.图5为实施例的开挖后的曲面状的掌子面受应力变形后与限位保护装置刚好接触时的隧道纵向剖面结构示意图；
24.图6为实施例的开挖后的曲面状的掌子面受应力变形后使限位保护装置达到最大变形量时的隧道纵向剖面结构示意图；
25.图标：1—限位保护装置、101
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钢拱架、102
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柔性骨架组件、103
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弹性组件、104
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钢筋网、105
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倒钩机构、106
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缝合绳、2—锚杆、3—凹形掌子面、4—前方核心土体、5
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平直形掌子面、6
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凸形掌子面。
具体实施方式
26.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有
特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.实施例
33.一种用于软岩隧道掌子面的施工结构，包括限位保护装置1、锚杆2，所述限位保护装置1与凹形掌子面3正对设置，限位保护装置1与隧道的内壁连接，锚杆2沿隧道开挖方向设置在凹形掌子面3的前方核心土4内。
34.限位保护装置1包括钢拱架101、弹性组件103、钢筋网104，钢拱架101沿隧道壁弧形走形，钢拱架101的外侧与隧道内壁连接，弹性组件103的一端与钢拱架101的内侧连接，弹性组件103的另一端与钢筋网104的外缘连接。
35.还包括柔性骨架组件102，柔性骨架组件102的外圈封闭，柔性骨架组件102的中间部分呈网格状，所述钢筋网104有若干个，若干个钢筋网104嵌套连接在柔性骨架组件102的网格中。
36.柔性骨架组件102与钢筋网104之间通过缝合绳106连接。
37.柔性骨架组件102通过多段绳索连接形成。
38.弹性组件103的一端与钢拱架101的内侧可拆卸连接，弹性组件103的另一端与钢筋网104的外缘可拆卸连接。
39.弹性组件103与钢拱架101、钢筋网104之间通过倒钩机构105可拆卸连接。
40.弹性组件103的两端呈倒钩状，钢拱架101、钢筋网104上与弹性组件103的连接处分别设置有倒钩，弹性组件103的两端倒钩与钢拱架101、钢筋网104上与弹性组件103的连接处的倒钩形成倒钩机构105。
41.弹性组件103为弹簧。
42.锚杆2与凹形掌子面3通过锚杆套环连接，锚杆套环的尺寸小于钢筋网101的网格尺寸。
43.具体实施过程：
44.先开挖凹形掌子面3，将初始的平直形掌子面5开挖成朝开挖方向凹陷的曲面状的凹形掌子面3；
45.然后安装锚杆2，在凹形掌子面3的前方核心土体4内安装锚杆2，锚杆2沿隧道施工方向设置；
46.再安装限位保护装置1，在凹形掌子面3的正面安装限位保护装置1，限位保护装置1与曲面状的掌子面3近端的隧道内壁和隧道底面连接。
47.如图1所示，在平直形掌子面5施工结束后，采用人工开挖的方式将平直形掌子面5的形状开挖成曲面状的凹形掌子面3，凹形掌子面的最大深度为0.5m，凹形掌子面3能够其前方和隧道周围形成承载拱，提高掌子面3的稳定性，凹形掌子面3开挖结束后，在凹形掌子面3前方核心土体的应力作用下，凹形掌子面3会不断发生挤出位移，填充凹形掌子面3向内凹陷的部分，使得凹形掌子面3逐渐变为平直形掌子面5，如图2所示，在此过程中，围岩的应
力得到了有效的释放，围岩的自承能力得到了有效发挥。
48.凹形掌子面3开挖结束后，首先在凹形掌子面3内施工安装锚杆2，并采用锚杆套环使锚杆2与凹形掌子面3连接，锚杆2的作用在于对凹形掌子面3施加一定的预应力，加固凹形掌子面3前方核心土体。限位保护装置1由钢拱架101、弹性组件103、钢筋网104组成，还包括柔性骨架组件102，柔性骨架组件102的外圈封闭，柔性骨架组件102的中间部分呈网格状，所述钢筋网104有若干个，若干个钢筋网104嵌套连接在柔性骨架组件102的网格中，柔性骨架组件102与钢筋网104之间通过缝合绳106连接，柔性骨架组件102通过多段绳索连接形成，钢筋网104的特点在于能够将局部荷载经由柔性骨架组件102向四周进行传递，从而可以提升整个机构的荷载承受能力。弹性组件103的两端呈倒钩状，钢拱架101、钢筋网104上与弹性组件103的连接处分别设置有倒钩，弹性组件103的两端倒钩与钢拱架101、钢筋网104上与弹性组件103的连接处的倒钩形成倒钩机构105，从而实现连接钢拱架104与钢筋网101之间的目的，便于后期处理，钢拱架101紧贴凹形掌子面3的近端。弹性组件103可以使在外力作用下钢筋网104的位移越大，钢筋网104受到的约束作用力也就越大，从而限制前方核心土体4的位移。钢筋网104通过预张后，能够紧贴凹形掌子面3的底部。
49.受掌子面挤出位移的影响，凹形掌子面3的形状会根据所受应力大小发生变化。若凹形掌子面3变为平直形掌子面5之前或恰好变为平直形掌子面5时，掌子面的挤出位移不再增加，则说明掌子面的挤出位移相对较小，隧道周边围岩处于一个相对稳定的状态，限位保护装置1仅作为安全储备，不发挥实际作用；若凹形掌子面3变为平直形掌子面5后，掌子面的挤出变形仍未收敛，此时，平直形掌子面5逐渐变为凸形掌子面6，如图3所示，在弹性组件103的作用下，凸形掌子面6的挤出位移越大，则钢筋网104对凸形掌子面6的约束作用越大，且钢筋网104将与凸形掌子面6的前方核心土体和锚杆套环之间紧密贴合，并对凸形掌子面6的前方核心土体和锚杆套环施加一定的作用力，约束凸形掌子面6的前方核心土体，阻止其继续向外侧位移。当掌子面挤出位移达到限位保护装置1向外侧的最大变形量为0.08m时，凸形掌子面6的挤出位移受到限位保护装置1约束，即弹性组件103的拉伸长度和钢筋网104的变形量达到最大值，此时钢筋网104对凸形掌子面6的约束力达到最大值。
50.当柔性钢筋网104使用完毕后，使用切割工具可将钢筋网104与钢拱架101分离，如此钢筋网104便可快速取下，并可继续在隧道施工后续阶段重复使用，同时由于锚杆2的抗剪能力较差，在后续施工过程中很容易采用施工机具处理，从而不会对隧道后续施工造成影响。
51.限位保护装置1能够将最大限度的允许掌子面的挤出变形，发挥围岩的自承能力，同时将挤出变形控制在一个合理的范围内，后期方便拆除并且可循环利用，保证了掌子面的安全施工。
52.当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。