一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法与流程

1.本发明涉及隧道及地下工程施工技术领域，具体来说是一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法。


背景技术：

2.我国西部山区兴建了一大批交通隧道，不良地质条件下隧道开挖时，控制隧道拱脚下沉已成为施工中不可忽视的问题。一般说，在不良围岩中，初期支护的拱脚，因围岩的承载力和刚性不足，支护的脚部会出现下沉现象。拱脚下沉的同时，松弛区域也会随之扩大，也会引起拱顶附近的作用荷载的增加以及周边围岩出现大变形，而使围岩稳定性显著降低，导致隧道初期支护侵入隧道设计限界，导致隧道净空无法满足要求。对此，以稳定初期支护脚部周边围岩为目的对策——脚部补强技术，近年来获得了很大的发展。
3.本发明公开涉及一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，主要应用于穿越软弱围岩的隧道工程施工，用于控制隧道拱脚下沉和隧道变形。通过设置拱脚加强预制混凝土块扩大了上台阶钢拱架与围岩的接触面积，减小了应力集中现象，提升了拱脚围岩的承载力；拱脚加强混凝土块通过预制加工，其强度显著优于现浇制作；同时在拱脚处采用钢支撑对钢拱架进行加强，使隧道拱脚处形成局部三角形结构，增大了支护结构的强度和稳定性，从而提高了围岩的稳定性；预制混凝土块间采用钢筋连接与喷射混凝土组成纵向连续梁，协同控制拱脚下沉与收敛。本发明预制混凝土块与钢拱架及钢支撑采用螺栓孔连接，具有方便，经济，可操作性强的优点，结构形成三角形稳定结构，具有安全性能高，支护效果好的优点，适用于软弱围岩隧道控制拱脚下沉与抑制围岩松弛。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，尤其适用于软弱围岩隧道拱脚下沉和初支大变形情况。
5.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，包括如下步骤：s1、施工准备在工厂完成钢拱架节段、钢支撑和拱脚加强预制混凝土块的加工和制作，制作完成后运往施工现场；s2：隧道上台阶开挖采用台阶开挖法，按设计轮廓线进行开挖，上台阶开挖时，对拱脚进行局部开挖处理，在保证围岩稳定的前提下，为扩大拱脚结构施作预留足够的操作空间；s3：拱脚加强预制混凝土块定位安装通过全站仪进行放样定位，准确定位隧道两侧拱脚加强预制混凝土块的安装位置并进行安装，要求安装位置平整、混凝土块底部不存在空洞，确保混凝土块受力均匀；s4：钢拱架及扩大拱脚结构施作
通过全站仪确定钢拱架节段的位置，首先将钢拱架节段与预制混凝土块通过m25螺栓快速连接，其次将钢支撑与预制混凝土块通过螺栓快速连接，再将钢支撑上端与钢拱架节段进行焊接，在隧道两侧扩大拱脚结构连接完成后，完成上台阶其余钢拱架节段的安设；s5：施作锁脚锚杆及连接预制混凝土块钢筋钢拱架及扩大拱脚结构施作完毕后，首先，及时施作锁脚锚杆，通过锁脚锚杆将扩大拱脚结构与深部围岩锚固，以抑制支护结构的收敛变形，其次，将拱脚加强预制混凝土块伸出的钢筋与上一开挖循环中预制混凝土块的钢筋，采用焊接方式连接起两混凝土块，若钢筋长度不足以直接连接，采用同等型号的钢筋进行焊接连接；s6：初期支护喷射混凝土施工前述步骤完成后，进行初期支护喷射混凝土施工，按照设计厚度进行喷射混凝土施工；s7：下一开挖循环按照“开挖一段，支护一段”为原则，进行下一开挖循环，重复步骤2~步骤6，不断进行隧道开挖及扩大拱脚结构施作，直至开挖结束。
6.进一步的，在步骤s1中，钢拱架和钢支撑均按设计要求选用工字钢进行加工，为方便施工阶段扩大拱脚结构的连接施工，钢拱架节段和钢支撑两端分别焊接连接钢板；拱脚加强预制混凝土块的尺寸为长60cm
×
宽30cm
×
高30cm，沿宽度方向设置三根直径为18mm 的hrb335钢筋，预制混凝土块按设计设有m25螺栓孔，用于与钢拱架和钢支撑连接；连接钢板和预制混凝土块上的螺栓孔位置和孔径均应匹配。
7.进一步的，在步骤s3中，所述预制混凝土块上表面预留两组螺栓孔，一组螺栓孔用于连接上台阶初期支护钢拱架，二组螺栓孔与钢支撑连接。下表面预留三组螺栓孔与下台阶钢拱架连接，螺栓孔直径为25mm，与m25螺栓配套，所述预制配筋沿宽度方向设置三根直径为18mm 的hrb335钢筋，钢筋单根总长为60cm，两端各超出预制混凝土块15cm。
8.进一步的，在步骤s4中，所述钢拱架和钢支撑通过m25螺栓与预制混凝土块连接，钢支撑一端与预制混凝土块通过m25螺栓连接，另一端与钢拱架焊接。
9.进一步的，在步骤s5中，所述锁脚锚杆采用直径为42mm的钢管，长度为4.5m，锁脚锚杆与水平方向成45
°
夹角。
10.进一步的，在步骤s6中，已安装的预制混凝土块与喷射混凝土连接组成连续梁，协同限制拱脚下沉和收敛。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果有：本发明提供了一种适用于软弱围岩隧道扩大拱脚结构的施工方法，其优点在于扩大了隧道拱脚的支撑受力面积，提高了拱脚围岩的承载力，同时采用带肋钢支撑，使隧道拱脚处形成局部三角形结构，增大了支护结构的强度和稳定性，从而提高了掌子面的稳定性，预制混凝土块间采用钢筋连接与喷射混凝土组成连续梁，协同控制拱脚下沉与收敛。该工法预制混凝土块与钢拱架及钢支撑采用螺栓孔连接，具有方便，经济，可操作性强的优点，结构形成三角形稳定结构，具有安全性能高，支护效果好的优点。
附图说明
12.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。
13.图1 基于隧道扩大拱脚结构的施工方法流程图图2 拱脚加强预制混凝土块图示图3 隧道上台阶支护结构图示图4 扩大拱脚结构局部放大图示。
具体实施方式
14.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。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。
15.一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，如图1所示，包括如下步骤：s1：施工准备，在工厂完成钢拱架节段1、钢支撑2和拱脚加强预制混凝土块3的加工和制作，制作完成后运往施工现场。其中，钢拱架节段1和钢支撑2均按设计要求选用工字钢进行加工，为方便施工阶段扩大拱脚结构4的连接施工，钢拱架节段1和钢支撑2两端分别焊接连接钢板；拱脚加强预制混凝土块的尺寸为长60cm
×
宽30cm
×
高30cm，沿宽度方向设置三根直径为18mm 的hrb335钢筋5，预制混凝土块3按设计设有m25螺栓孔，用于与钢拱架节段1和钢支撑2连接；连接钢板和预制混凝土块3上的螺栓孔位置和孔径均应匹配。
16.s2：隧道上台阶开挖，采用台阶开挖法，按设计轮廓线进行开挖，上台阶开挖时，对拱脚进行局部开挖处理，在保证围岩稳定的前提下，为扩大拱脚结构施作预留足够的操作空间。
17.s3：拱脚加强预制混凝土块定位安装，通过全站仪进行放样定位，准确定位隧道两侧拱脚加强预制混凝土块的安装位置并进行安装，要求安装位置平整、混凝土块底部不存在空洞，确保混凝土块受力均匀。所述预制混凝土块上表面预留一组螺栓孔61和二组螺栓孔62两组螺栓孔，一组螺栓孔61用于连接上台阶初期支护钢拱架，二组螺栓孔62与钢支撑连接。下表面预留三组螺栓孔63与下台阶钢拱架连接。螺栓孔直径为25mm，与m25螺栓7配套。所述预制配筋沿宽度方向设置三根直径为18mm 的hrb335钢筋5，钢筋单根总长为60cm，两端各超出预制混凝土块15cm。
18.s4：钢拱架及扩大拱脚结构施作，通过全站仪确定钢拱架节段的位置，首先将钢拱架节段与预制混凝土块通过m25螺栓7快速连接，其次将钢支撑2与预制混凝土块3通过螺栓快速连接，再将钢支撑2上端与钢拱架节段1进行焊接。在隧道两侧扩大拱脚结构4连接完成后，完成上台阶其余钢拱架节段1的安设。钢拱架节段1和钢支撑2通过m25螺栓7与预制混凝土块3连接，钢支撑2一端与预制混凝土块3通过m25螺栓7连接，另一端与钢拱架节段1焊接。
19.s5：施作锁脚锚杆及连接预制混凝土块钢筋，钢拱架节段1及扩大拱脚结构4施作
完毕后，首先，及时施作锁脚锚杆8，通过锁脚锚杆8将扩大拱脚结构4与深部围岩锚固，以抑制支护结构的收敛变形。锁脚锚杆8采用直径为42mm的钢管，长度为4.5m，锁脚锚杆8与水平方向成45
°
夹角。其次，将拱脚加强预制混凝土块3伸出的钢筋与上一开挖循环中预制混凝土块的钢筋，采用焊接方式连接起两混凝土块，若钢筋长度不足以直接连接，可采用同等型号的钢筋进行焊接连接。
20.s6：初期支护喷射混凝土施工，前述步骤完成后，进行初期支护喷射混凝土施工，按照设计厚度进行喷射混凝土施工。已安装的预制混凝土块3与喷射混凝土连接组成连续梁，协同限制拱脚下沉和收敛。
21.s7：下一开挖循环，按照“开挖一段，支护一段”为原则，进行下一开挖循环。重复步骤2~步骤6，不断进行隧道开挖及扩大拱脚结构施作，直至开挖结束。
22.当然，上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，本发明还可有其它多种实施例，而非对实施方式的限定。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变化，但这些相应的改变和变化都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、施工准备在工厂完成钢拱架节段、钢支撑和拱脚加强预制混凝土块的加工和制作，制作完成后运往施工现场；s2：隧道上台阶开挖采用台阶开挖法，按设计轮廓线进行开挖，上台阶开挖时，对拱脚进行局部开挖处理，在保证围岩稳定的前提下，为扩大拱脚结构施作预留足够的操作空间；s3：拱脚加强预制混凝土块定位安装通过全站仪进行放样定位，准确定位隧道两侧拱脚加强预制混凝土块的安装位置并进行安装，要求安装位置平整、混凝土块底部不存在空洞，确保混凝土块受力均匀；s4：钢拱架及扩大拱脚结构施作通过全站仪确定钢拱架节段的位置，首先将钢拱架节段与预制混凝土块通过m25螺栓快速连接，其次将钢支撑与预制混凝土块通过螺栓快速连接，再将钢支撑上端与钢拱架节段进行焊接，在隧道两侧扩大拱脚结构连接完成后，完成上台阶其余钢拱架节段的安设；s5：施作锁脚锚杆及连接预制混凝土块钢筋钢拱架及扩大拱脚结构施作完毕后，首先，及时施作锁脚锚杆，通过锁脚锚杆将扩大拱脚结构与深部围岩锚固，以抑制支护结构的收敛变形，其次，将拱脚加强预制混凝土块伸出的钢筋与上一开挖循环中预制混凝土块的钢筋，采用焊接方式连接起两混凝土块，若钢筋长度不足以直接连接，采用同等型号的钢筋进行焊接连接；s6：初期支护喷射混凝土施工前述步骤完成后，进行初期支护喷射混凝土施工，按照设计厚度进行喷射混凝土施工；s7：下一开挖循环按照“开挖一段，支护一段”为原则，进行下一开挖循环，重复步骤2~步骤6，不断进行隧道开挖及扩大拱脚结构施作，直至开挖结束。2.根据权利要求1所述的一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，其特征在于：在步骤s1中，钢拱架和钢支撑均按设计要求选用工字钢进行加工，为方便施工阶段扩大拱脚结构的连接施工，钢拱架节段和钢支撑两端分别焊接连接钢板；拱脚加强预制混凝土块的尺寸为长60cm
×
宽30cm
×
高30cm，沿宽度方向设置三根直径为18mm 的hrb335钢筋，预制混凝土块按设计设有m25螺栓孔，用于与钢拱架和钢支撑连接；连接钢板和预制混凝土块上的螺栓孔位置和孔径均应匹配。3.根据权利要求2所述的一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，其特征在于：在步骤s3中，所述预制混凝土块上表面预留两组螺栓孔，一组螺栓孔用于连接上台阶初期支护钢拱架，二组螺栓孔与钢支撑连接。下表面预留三组螺栓孔与下台阶钢拱架连接，螺栓孔直径为25mm，与m25螺栓配套，所述预制配筋沿宽度方向设置三根直径为18mm 的hrb335钢筋，钢筋单根总长为60cm，两端各超出预制混凝土块15cm。4.根据权利要求1所述的一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，其特征在于：在步骤s4中，所述钢拱架和钢支撑通过m25螺栓与预制混凝土块连接，钢支撑一端与预制混凝土块通过m25螺栓连接，另一端与钢拱架焊接。5.根据权利要求1所述的一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，其特征在于：在步骤
s5中，所述锁脚锚杆采用直径为42mm的钢管，长度为4.5m，锁脚锚杆与水平方向成45
°
夹角。6.根据权利要求1所述的一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，其特征在于：在步骤s6中，已安装的预制混凝土块与喷射混凝土连接组成连续梁，协同限制拱脚下沉和收敛。

技术总结
本发明涉及隧道及地下工程施工技术领域，公开一种基于隧道扩大拱脚结构的施工方法，适用于软弱围岩隧道扩大拱脚结构，拱脚加强预制混凝土块螺栓孔便于钢拱架与钢支撑的连接，预制混凝土块与喷射混凝土组成连续梁结构，可实现扩大隧道拱脚处支护结构的支撑受力面积、提升拱脚围岩承载力和提高拱脚处支护结构的强度和稳定性，有效防止拱脚下沉和抑制围岩松弛，从而提高掌子面的稳定性。从而提高掌子面的稳定性。从而提高掌子面的稳定性。


技术研发人员：罗胜利 丁文云 伍容兵 李贵民 郭永发 邹毅 陈光 李永贵 吴国斌 殷洪波 禹凌坤 杨昌宇 张可军 袁云洪 杨进京 郑刚强 罗竹 姚彪 贾聂宇驰
受保护的技术使用者：中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/8/31