[发明专利]用于膨胀性土层隧道初期支护的支护装置及支护方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于膨胀性土层隧道初期支护的“桥式”大锁脚支护装置及支护方法。

背景技术

我国山岭众多，工程地质条件复杂，在隧道工程建设过程中，经常会遇到穿越膨胀性土层的工程问题。由于膨胀性土层围岩的膨胀特性，在施工隧道台阶转换时，若拱脚不能得到有效约束，隧道经常会出现初支开裂、围岩大变形等工程难题。

锁脚锚杆法是在以台阶法或分部开挖法开挖的软弱围岩隧道中沿隧道横向在拱、墙脚部位打设具有一定下插角和数量的锚杆，并将其尾端与钢架(型钢钢架或格栅钢架)牢固焊接，以增强初期支护整体性，充分发挥初期支护的承载能力。在围岩较差的隧道中，可采用锁脚锚管支护的方式，采用无缝钢管并在其壁面钻有交错布置的注浆孔。一方面，利用锚管自身承载能力抑制隧道变形，另一方面，通过锁脚锚管对其周围一定范围内围岩进行注浆加固，提高围岩强度。

目前在膨胀性土层隧道中大多采用锁脚锚管的支护方式约束锁脚，提高支护强度。但由于膨胀性土层隧道围岩膨胀变形的特殊性，现有的锁脚锚管技的支护强度不足，未能起到加固围岩的作用。在台阶转换施工时，易导致隧道初期支护破坏，引起隧道塌方。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种工作效率高、省时省力、支护效果好、安全可靠的用于膨胀性土层隧道的“桥式”大锁脚支护装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

用于膨胀性土层隧道初期支护的支护装置，包括型钢、导向管和大锁脚，所述型钢两端固定在相邻型钢拱架支护上，且导向管插入带孔型钢的孔中，所述的大锁脚插入到在喷射混凝土施作完成后，由导向管所钻好的孔中。

所述的导向管为PVC管。

所述型钢的两端焊接在相邻型钢拱架支护上。

所述带孔型钢搭接在中台阶拱脚处两榀拱架之间，形成“桥式”结构，型钢采用工字钢，型号为I18～I20，在型钢中间打孔，直径为φ120mm。

所述PVC管插入型钢中间的孔中，长度为40～50cm,保证露出喷射混凝土层。

所述大锁脚为Φ108mm无缝钢花管，长6m，表面梅花形布置溢浆孔。

用于膨胀性土层隧道初期支护的支护装置的支护方法，如下：

步骤1.拱架支护架立完成后，隧道采用三台阶七步开挖法，在中台阶拱脚处焊接带孔的型钢；

步骤2.将PVC管插入型钢中间的孔中，并固定PVC管；

步骤3.施作喷射混凝土；

步骤4以PVC管为导向管，按照现有锁脚锚杆技术，将大锁脚打入围岩中；

步骤5.注水泥浆液加固围岩。 

所述的步骤3施作喷射混凝土时，应保证PVC管露出混凝土层，以发挥其导向管作用。

本发明的有益效果如下：

本发明包括带孔型钢、PVC管和大锁脚，带孔型钢搭接在中台阶拱脚处两榀拱架之间，形成“桥式”结构，一方面将相邻拱架组合成一个整体，提高拱架的整体性；另一方面使大锁脚所受围岩拉拔力由两榀钢拱架共同承担，提高大锁脚支护强度。大锁脚在喷射混凝土施作完成后安装，同时采用φ108钢花管，大大提高了大锁脚的支撑作用。通过锁脚锚管的注浆作用可以对其周围一定范围内围岩进行加固，另一方面，通过浆液凝结，提高锁脚锚管壁面与围岩的粘结力，增强了锁脚锚管对围岩的锚固作用，提高了锚管的抗拔力，减小了因围岩应力释放施加给初期支护的作用力，一定程度上限制了隧道向净空方向的位移。

由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有工作效率高、省时省力、施工操作方便、安全可靠、支护强度高的优点，增强锁脚锚管的锚固作用，提高锚管的抗拔力，充分发挥锁脚锚管控制围岩变形的作用，能够适应膨胀性土层围岩的变形规律，大大提高了对围岩的支护强度，有效地控制了膨胀性土层围岩的膨胀变形。

附图说明

图1为带孔型钢搭接在两榀拱架之间示意图；

图2为插入PVC管后侧面图；

图3为插入PVC管后立体图；

图4为钢花管结构图； 

图中1.拱架支护，2.型钢，3.型钢中间的孔，4.焊接部位，5.PVC管，6.钢花管，7.溢浆孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明包括型钢2、PVC管5和大锁脚，所述型钢两端固定在相邻型钢拱架支护上，且PVC管插入带孔型钢的孔中，所述的大锁脚插入到在喷射混凝土施作完成后，以PVC管为导向管所钻好的孔中。