[發明專利]一種隧道穿越空洞棚護結構與支護方法

在審

• 申請號: 201810602200.2
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108590713A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 馬瑞;呂嘉;孫西濛;周世生;葉春琳;王麗群;曹艷輝;王博;鄧洪亮
• 申請（專利權）人: 北京市政路橋股份有限公司
• 主分類號: E21D11/18
• 分類號: E21D11/18;E21D11/10;E21B47/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種隧道穿越空洞棚護結構，其特征在于：該結構包括棚護結構工作室(1)，導向墻(2)，棚護結構鋼管(3)，鋼筋網片(4)，型鋼拱架(5)，翼板(6)及定向注漿系統(7)；

棚護結構工作室(1)由第一循環管棚(8)和第二循環管棚(9)組成，第一循環管棚(8)和第二循環管棚(9)交錯布置，第一循環管棚(8)和第二循環管棚(9)之間設有導向墻(2)；棚護結構鋼管(3)設置在棚護結構工作室(1)的頂部，鋼筋網片(4)鋪設在棚護結構工作室(1)上；型鋼拱架(5)設置在棚護結構鋼管(3)的底部，翼板(6)設置在棚護結構鋼管(3)的外側，定向注漿系統(7)設置在棚護結構鋼管(3)的安裝孔處；棚護結構鋼管(3)，鋼筋網片(4)和翼板(6)組成防護部分，翼板(6)的高度可調節，棚護結構鋼管(3)和型鋼拱架(5)為棚護結構的支護部分；

定向注漿系統(7)包括漿液定向噴射系統和監控監測系統；漿液定向噴射系統包括鉆具及注漿口(7.1.1)、高壓注漿管(7.1.2)和注漿噴嘴(7.1.3)；

監控監測系統，包括計算機終端(7.2.2)、數據傳輸線(7.2.1)、鉆具接頭(7.2.3)、探測桿(7.2.4)，探測端頭(7.2.5)以及壓力傳感器(7.2.6)；計算機終端(7.2.2)通過數據傳輸線(7.2.1)與壓力傳感器(7.2.6)連接，壓力傳感器(7.2.6)布設在高壓注漿管(7.1.2)上，鉆具及注漿口(7.1.1)設置在鉆孔的中心處，鉆具及注漿口(7.1.1)與高壓注漿管(7.1.2)連接，注漿噴嘴(7.1.3)設置在高壓注漿管(7.1.2)上；

鉆具接頭(7.2.3)、探測桿(7.2.4)和探測端頭(7.2.5)順次連接組成探測結構，探測結構與高壓注漿管(7.1.2)豎直平行布置保證注漿定向，鉆具接頭(7.2.3)與鉆具及注漿口(7.1.1)的位置相對應。

2.根據權利要求1所述的一種隧道穿越空洞棚護結構，其特征在于：型鋼拱架(5)之間設有縱向連接鋼筋(14)。

3.根據權利要求1所述的一種隧道穿越空洞棚護結構，其特征在于：棚護結構鋼管(3)與導向墻(2)之間的外插角α根據棚護結構長度確定，為1°～3°。

4.根據權利要求1所述的一種隧道穿越空洞棚護結構，其特征在于：高壓注漿管(7.1.2)為玻璃鋼管。

5.根據權利要求1所述的一種隧道穿越空洞棚護結構，其特征在于：棚護結構穿越無充填物大溶洞時，頂模型鋼(10)設置在棚護結構鋼管(3)的頂部，翼板的作用是在棚護結構注漿時，漿液通過鋼管上的預留注漿孔在棚護結構頂部的翼板之間形成堅固的防護層(12)，防護層(12)的厚度由翼板的高度決定，底模型鋼(11)設置在型鋼拱架(5)的底部，頂模型鋼(10)和底模型鋼(11)沿隧道中線(13)對稱布置。

6.一種隧道穿越空洞棚護結構的支護方法，該方法具體步驟如下：

S1導向墻施工：(a)根據隧道軸線及開挖輪廓線，安裝兩榀導向墻型鋼拱架，兩榀導向墻型鋼拱架之間的間距為60cm，焊接牢固；(b)用全站儀定位，安裝棚護結構導向管和導向鋼架，棚護結構導向管為Ф140壁厚為5mm鋼管，沿棚護結構導向管上方棚護結構外法線方向預留導向翼板插孔，寬度2cm，高度3m，用坡尺檢查導向管坡度，按照1～3°的外插角精確定位，并用連接鋼筋與型鋼拱架牢固焊接為一整體；(c)經檢測棚護結構導向管和導向架滿足精度要求后，安裝內模拱架，內模拱架用兩榀型鋼制作而成，支撐穩固后，于內模拱架外側安設外側模板；(d)澆筑導向墻，導向墻采用C25混凝土澆筑，截面尺寸2.0m×(1+3)m；(e)導向墻澆筑完成后，噴射15cm厚C25砼封閉周圍仰坡面，作為注漿時的止漿墻；(f)待混凝土強度滿足后拆除外側模板；

S2棚管制作和安裝：(a)棚護結構鋼管采用外徑108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管上焊接翼板，總長30m，分段連接，每段3m長，管口接頭處用絲扣連接，管口絲扣車深度為6cm母扣，連接管采用Φ127×8mm無縫鋼管，公扣長12cm；棚管尾部預留1m作為止漿段，棚護結構鋼管其余部位打注漿孔，注漿孔孔徑16mm，注漿孔孔間距15cm，梅花形布置；(b)用裝載機在人工配合下頂進棚護結構鋼管，相鄰棚護結構鋼管的接頭前后錯開1.5m，第一根鋼管焊上翼板后安裝在導向墻上，人工裝上后一節棚護結構鋼管，人工持鏈鉗進行棚護結構鋼管聯接，使兩節棚護結構鋼管在聯接處聯成一體，再焊接導向管翼板，依次頂入；(c)棚管安裝時，每安裝3m棚護結構鋼管，施做五榀型鋼拱架，型鋼拱架上設有棚管限位器，以對棚護結構鋼管定位和支護；依次逐段安裝棚護結構鋼管和型鋼拱架；

S3型鋼拱架制作與安裝：(a)工字鋼拱架采用20b工字型鋼，每榀工字型鋼兩端頭處焊接220×220×10mm的連接鋼板，鋼支撐均采用雙面焊接，焊接厚度不小于5mm，完成型鋼拱架的加工；加工好的型鋼拱架在平整的場地上進行試拼裝，控制平面翹曲小于20mm，周邊拼裝允許偏差為±30mm；檢查焊點是否符合規范要求，是否漏焊；符合要求的要編號，避免混用；(b)鋼拱架與型鋼拱架之間用法蘭盤螺栓連接，并騎縫焊接，縱向采用Φ22mm的鋼筋連接，間距為60cm，環向采用1m的連接筋進行連接，焊接采用雙面焊，確?？v向連接與型鋼拱架連接牢固，構成整體；(c)型鋼拱架彎制采用冷彎機彎制，型鋼連接采用20cm*h厚度1cm鋼板綁條滿焊，h為型鋼高度減4cm；綁條焊前應先將型鋼對接焊滿，確保等強連接；連接鋼板厚度、尺寸、鉆眼必須符合要求，所有焊縫厚度不得小于設計厚度，且焊縫飽滿；鋼支撐與錨桿頭及鋼筋網焊接，以加強聯合支護效應；

S4鋼筋網片的制作與安裝：(a)鋼筋網片采用Φ6圓鋼，間距為5cm×15cm，鋼筋網在現場單根安裝；鋼筋網片與鋼管聯接牢固，隨著噴面的起伏鋪設；鋼筋網之間及與已噴砼段的鋼筋網搭接牢固，且搭接長度不小于200mm；鋼筋網需掛靠牢固，在噴射混凝土時鋼筋網不得晃動；(b)鋼筋焊接前要先將鋼筋表面的油漬、漆污、水泥漿和用錘敲擊能剝落的浮皮、鐵銹均清除干凈；加工完畢后的鋼筋網片應平整，鋼筋表面無削弱鋼筋截面的傷痕；(c)掛網時按圖紙標定的位置掛設加工好的鋼筋網片，鋼筋網片隨初噴面的起伏鋪設，綁扎固定于先期施工的管棚鋼管之上，再把鋼筋網片焊接在一起，鋼筋網片之間的搭接長度為1～2個網格；

S5鋼筋籠制作和安裝：為增加棚護結構的抗彎能力和抗沖擊能力，鋼管中設置鋼筋籠對結構進行補強，由四根Φ22mm鋼筋和固定環組成，用裝載機在人工配合下頂進；

S6注漿和保護層施工：(a)注漿前掌子面必須先素噴一層混凝土作為止漿墻，對掌子面進行封閉，確保注漿過程不漏漿；管棚注漿方式采用間歇式注漿，即一機兩孔換孔注漿；(b)注漿采用定向注漿系統，包括漿液定向噴射系統和監控監測系統，對棚護結構進行定向注漿和監測；(c)間歇時間不能大于1.5小時，讓漿液有一定的凝固時間，防止連續注漿過程漿液無限制擴散；(d)注漿順序為先低孔后高孔，先注無水孔后注有水孔，從兩拱腳向拱頂對稱進行；(e)注漿標準為隧道結構保護層厚度滿足設計要求，并且單管注漿量達到設計值或注漿壓力達到終壓并穩壓20分鐘以上，孔內不再進漿，停止注漿；(f)注漿結束后及時封閉止漿閥，注漿過程中檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，如發生串漿，立即停止該孔注漿，采用間歇式注漿封堵串漿口，間隔一孔或數孔注漿，或采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續注漿，注漿過程中壓力如突然升高，則可能發生堵管，停機檢查；

S7循環施工：以每向內推進30m為一循環進尺單元，縱向兩組棚護結構循環搭接長度不小于3.0m，至全部完成結束。