隧道支护结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及隧道工程支护结构技术领域，尤其涉及一种隧道支护结构及其施工方法。


背景技术：

2.隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。随着社会的发展，地面上高楼林立，可用的面积越来越少，为了便于人们生活，缓解道路交通压力，隧道应运而生。
3.隧道施工通常是指在山体或者地下进行通道挖掘，在进行隧道施工时，为了避免隧道顶出现塌方的情况，通常需要使用支护装置进行支撑防护。
4.目前隧道工程支护结构多采用二次衬砌的方式，并不能在施工阶段及时且有效地抵御不同岩爆等级的破坏，存在一定的施工安全风险。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种隧道支护结构及其施工方法，旨在提升隧道支护结构的岩爆防护能力，以提高隧道施工的安全性。
6.为实现上述目的，本发明提出一种隧道支护结构，所述隧道支护结构包括：
7.支撑组件，适于设置于隧道内壁，并与隧道内壁之间形成注浆腔；所述支撑组件包括至少一个支护环组件，至少一个所述支护环组件沿隧道长度方向依次拼接；以及
8.混凝土，注入于所述注浆腔内。
9.可选地，所述支护环组件均呈环形设置，所述支护环组件包括：
10.多个钢板单元，每一所述钢板单元沿隧道环向依次拼接，且每一所述钢板单元均设有连通所述注浆腔的注浆口。
11.可选地，每一所述钢板单元均包括：
12.内环钢板，呈拱形设置，所述内环钢板具有相对的两弧边和相对的两侧边；以及
13.第一拼接板，设于所述内环钢板的弧边，隧道长度方向相邻的两所述第一拼接板相互拼接。
14.可选地，每一所述钢板单元还包括：
15.第二拼接板，设于所述内环钢板的侧边，隧道环向相邻的两所述第二拼接板相互拼接。
16.可选地，所述内环钢板背对所述混凝土的一侧设有加强部，用于增强所述钢板单元的抗弯刚度。
17.可选地，所述加强部为凸设于所述内环钢板的加劲肋。
18.可选地，所述加劲肋沿所述内环钢板的环向设置。
19.可选地，所述加劲肋的数量为两至三条。
20.可选地，所述加劲肋的两侧设有角钢。
21.可选地，所述角钢的横截面呈“l”字形设置。
22.可选地，在隧道长度方向上，相邻的两所述支护环组件为错缝拼接。
23.可选地，相邻的两所述支护环组件的相位差为10
°‑
50
°
。
24.可选地，所述支护环组件的数量为6个，且每一支护环组件均具有6个所述内环钢板。
25.为了实现上述目的，本发明还提出一种隧道支护结构的施工方法，基于如上所述的隧道支护结构，包括以下步骤：
26.依次安装多个所述内环钢板，以组装成所述支撑组件；
27.注入所述混凝土至所述注浆腔内；
28.待所述混凝土硬化成型后，依次拆卸所述内环钢板。
29.可选地，所述依次安装多个所述内环钢板，以组装成所述支撑组件的步骤包括：
30.以上一施工段相应位置处的支撑组件为基准，定位并安装所述内环钢板；
31.沿隧道环向依次拼接所述内环钢板，以组装成所述支护环组件；
32.沿隧道长度方向依次拼接所述内环钢板，以组装成所述支撑组件。
33.在本发明的技术方案中，该隧道支护结构包括支撑组件和混凝土，支撑组件适于设置于隧道内壁上，并与隧道内壁之间形成注浆腔；支撑组件包括至少一个支护环组件，至少一个支护环组件沿隧道长度方向依次拼接；混凝土注入于注浆腔内。可以理解的是，通过采用支撑组件与混凝土作为隧洞的支护结构，能有效地抵御岩爆落石冲击，保证洞内施工人员安全。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
35.图1为本发明隧道支护结构一实施例的局部结构示意图；
36.图2为本发明隧道支护结构一实施例的结构示意图；
37.图3为本发明隧道支护结构一实施例中支撑组件的结构示意图；
38.图4为本发明隧道支护结构一实施例中混凝土的结构示意图；
39.图5为本发明隧道支护结构一实施例中钢板单元的结构示意图；
40.图6为本发明隧道支护结构的施工方法一实施例的流程示意图；
41.图7为本发明隧道支护结构的施工方法一实施例的具体流程图。
42.附图标号说明：
43.10、支撑组件；20、混凝土；11、支护环组件；111、钢板单元；100、内环钢板；101、第一拼接板；102、第二拼接板；103、加劲肋；104、角钢。
44.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
47.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
48.为了提升隧道支护结构的岩爆防护能力，以提高隧道施工的安全性，本发明提出一种隧道支护结构，可应用于各种地下空间结构，尤其是深埋隧洞岩爆易发洞段，此处不限。
49.参照图1至图4，在本发明一实施例中，该隧道支护结构包括支撑组件10和混凝土20，支撑组件10适于设置于隧道内壁，并与隧道内壁之间形成注浆腔；如图3所示，支撑组件10包括至少一个支护环组件11，至少一个支护环组件11沿隧道长度方向依次拼接；如图2所示，混凝土20注入于注浆腔内。
50.在本实施例中，支护环组件11可采用多块钢板或铝合金板等金属板组装而成。支护环组件11可呈环形或拱形设置，支护环组件11与隧道内壁之间的空间即为注浆腔，注浆腔可呈环形或拱形设置，此处不限。
51.需要说明的是，本实施例中的混凝土20可为自密实混凝土或普通混凝土等，此处不做具体限定。
52.其中，自密实混凝土(self compacting concrete或self
‑
consolidating concrete，简称scc)是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自密实混凝土具有以下优点：1、保证混凝土良好地密实；2、提高生产效率，由于不需要振捣，混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少；3、改善工作环境和安全性，没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”；4、改善混凝土的表面质量。不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。5、增加了结构设计的自由度，不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构；以前，这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用；6、避免了振捣对模板产生的磨损；7、减少混凝土对搅拌机的磨损；8、可能降低工程整体造价，从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本。
53.可以理解的是，本发明通过将该隧道支护结构的支撑组件10设置于隧道内壁上，并与隧道内壁之间形成注浆腔，支撑组件10包括至少一个支护环组件11，至少一个支护环组件11沿隧道长度方向依次拼接，混凝土20注入于注浆腔内，能有效地抵御岩爆落石冲击，
保证洞内施工人员安全。
54.为了提高现场施工的便利性，同时保证隧道工程施工的安全性，在一实施例中，主要参考图3和图5，该支护环组件11可呈环形设置，支护环组件11包括多个钢板单元111，每一钢板单元111沿隧道环向依次拼接，且每一钢板单元111均设有连通注浆腔的注浆口，以便于将自密实混凝土20导入至注浆腔内，保证自密实混凝土20能充分且均匀地导入，可缩短支护结构的施工周期。
55.需要说明，注浆口的数量可为多个，以进一步地提高混凝土20导入的便利性，进一步地缩短施工周期。
56.在本实施例中，相邻的两钢板单元111之间的拼接方式可采用螺钉、螺栓、焊接等，也可是多种连接方式的组合，此处不限。需要说明，为了使支撑组件10作为可复用体系，方便在施工结束后拆除，转移至下一施工洞段使用，本实施例中，其具体的拼接方式可优选为螺栓连接。
57.为了减少各钢板单元111之间缝隙，避免混凝土20从钢板单元111之间的缝隙中流出，提高该隧道支护结构整体可靠性，在一实施例中，主要参考图1和图5，每一钢板单元111均可包括内环钢板100和第一拼接板101，内环钢板100呈拱形设置，内环钢板100具有相对的两弧边和相对的两侧边；第一拼接板101设于内环钢板100的弧边，隧道长度方向相邻的两第一拼接板101相互拼接。
58.需要说明的是，内环钢板100的两侧边指的是其沿隧道长度方向延伸的两短边，内环钢板100的两弧边指的是其沿隧道环向延伸的两长边。
59.进一步地，在一实施例中，请参考图1和图5，每一钢板单元111还可包括第二拼接板102，第二拼接板102设于内环钢板100的侧边，隧道环向相邻的两第二拼接板102相互拼接。
60.为了提高该隧道支护结构的受力性能，进而提升整体的稳固性，在一实施例中，如图5所示，内环钢板100背对混凝土20的一侧设有加强部，用于增强钢板单元111的抗弯刚度。
61.在本实施例中，如图5所示，加强部可为凸设于内环钢板100的加劲肋103，以增强钢板单元111的抗弯刚度，同时也方便一体加工制造，缩减成本。
62.需要说明，为达到较好的抗弯刚度，如图5所示，加劲肋103可沿内环钢板100的环向设置。优选地，加劲肋103的数量可为两条至三条。当加劲肋103的数量为两条时，两加劲肋103之间的距离和每一加劲肋103与其相邻的弧边之间的距离相等。当加劲肋103的数量为三条时，三条加劲肋10可间隔均匀地分布于内环钢板100上。
63.当然，在一些其他实施例中，内环钢板100上也可仅设置一条加劲肋103，还可以设置更多条数的加劲肋103，此处不做限定。
64.进一步地，如图5所示，每一加劲肋103的两侧均可设置角钢104，可进一步增大钢板单元111的抗弯刚度。
65.其中，角钢104的横截面可呈“l”形设置，以在进一步地增强钢板单元111的抗弯刚度的同时，提升生产加工的便利性。
66.在本实施例中，支撑组件10的腹板为加劲肋103及其两侧角钢104的一肢，下翼缘为加劲肋103两侧的角钢104的另外一肢，上翼缘为内环钢板100。支撑组件10的上翼缘、腹
板和下翼缘共同构成“工”字形截面。
67.参照图3，在一实施例中，在隧道长度方向上，相邻的两支护环组件11为错缝拼接。如此，可提升该隧道支护结构的纵向刚度，减少位移量，提升整体的稳定性。
68.本实施例中，相邻的两支护环组件11的相位差为10
°‑
50
°
，以在方便施工的同时，提升该隧道支护结构的稳定性。其中，相位差可优选为30
°
，可达到较佳的稳定性。
69.为了方便施工，缩减施工周期，该隧道支护结构可采用分段施工法，参考图3，较优地，支护环组件11的数量可为6个，且每一支护环组件11均具有6个内环钢板100。
70.值得一提的是，在本实施例中，支撑组件10作为可复用体系，在施工结束后拆除，可转移至下一施工洞段继续使用。
71.当然，在一些其他实施例中，该隧道支护结构也可采用更少或更多的支护环组件11，以及更少或更多的内环钢板100，具体可根据实际施工的隧洞尺寸进行适配设计。
72.本发明还提出一种隧道支护结构的施工方法，该隧道支护结构的施工方法基于上述的隧道支护结构。
73.参照图6，在本发明一实施例中，该隧道支护结构的施工方法包括以下步骤：
74.步骤s10、依次安装多个所述内环钢板，以组装成所述支撑组件；
75.步骤s20、注入所述混凝土至所述注浆腔内；
76.步骤s30、待所述混凝土硬化成型后，依次拆卸所述内环钢板。
77.在施工时，可将多个内环钢板运输至施工现场，依次安装多个内环钢板时，可按逆时针方向或顺时针方向依次拼接内环钢板至隧道内壁上，以组装成一个支护环组件；当然，为了缩短施工周期，也可从两头或多处同时进行施工，来组装支护环组件。然后，再在已施工的支护环组件基础上，再安装目标数量的支护环组件，以达到目标长度的混凝土模板，即完成支撑组件的组装。
78.需要说明，内环钢板之间的连接方式可以是螺栓连接、螺钉连接、铆钉连接或焊接等，也可以是两种或多种连接方式的组合，此处不限。
79.此处，为了使支撑组件作为可复用体系，以便在施工结束后拆除，再转移至下一施工洞段继续使用，提高支撑组件的利用率，内环钢板之间的连接方式可优选为螺栓连接。
80.在本实施例中，混凝土可采用普通混凝土或自密实混凝土等，混凝土可通过内环钢板预先开设的注浆口导入至注浆腔内，等待混凝土硬化成型后，可依次拆卸所述内环钢板，以转移至下一施工洞段继续使用。
81.请参考图7，为了提高施工效率，缩短施工周期，在一实施例中，所述依次安装多个所述内环钢板，以组装成所述支撑组件的步骤可包括：
82.步骤s11、以上一施工段相应位置处的支撑组件为基准，定位并安装所述内环钢板；
83.步骤s12、沿隧道环向依次拼接所述内环钢板，以组装成所述支护环组件；
84.步骤s13、沿隧道长度方向依次拼接所述内环钢板，以组装成所述支撑组件。
85.本实施例中，以上一施工段已施工的内环钢板为基准，定位内环钢板，完成内环钢板之间的纵向和环向的拼接，多片内环钢板拼接完成后形成第一道完整的支护环组件。然后，可采用30度或其他角度的相位差，依次错缝拼接下一道支护环组件，直到达到合理的施工段长度，也即达到目标长度的支护结构。
86.需要说明，当上一施工段不存在支撑组件时，可在本施工段直接搭建支撑组件，无需定位，可通过架设脚手架来安装支护环组件，进而进行剩余支护环组件的定位与安装。
87.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。