[发明专利]一种隧道移动支护结构及其保护下的隧道施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种机械化的移动支护结构及其保护下隧道施工方法。

背景技术

隧道施工可主要分为以人力为主矿山法方式和以机械为主的盾构法方式。目前城市地铁区间以盾构法施工为主，而其它隧道大多还是采用以人力为主的矿山法施工方式。随着隧道施工面临着复杂的地质条件、地面环境和日益增加的劳动力成本等问题，矿山法施工的机械化水平亟待提高。特别是在一些软弱围岩条件下矿山法施工尤其困难。为了保证施工安全和有效控制围岩变形，对软弱围岩需要进行超前加固或超前支护如注浆、管棚、管幕、水平旋喷等方法。这些超前加固或超前支护作为临时支护措施不能作为衬砌结构的一部分参与受力计算，施作超前支护的管棚等不能重复利用，而且设备需要反复撤离与安装，以方便超前支护与隧道开挖的顺利交替进行，这样不仅提高了工程造价而且也大大的增加了施工工期。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目在于提供一种可移动的支护结构，该结构不仅能提供临时支护而且能够随着隧道掌子面的向前移动而移动，能在临时支护的保护下进行隧道包括初支或二衬的衬砌施工，本发明还给出了在该移动支护结构保护下的隧道施工方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种隧道移动支护结构，包括箱体组结构和护盾组结构，所述箱体组结构由多个箱体按照隧道外轮廓形状咬合拼接而成，在每个所述箱体之上设置有一个护盾，所述护盾为在所述箱体外面板尾部向后延伸一定长度的板材结构；当所述箱体相互咬合形成箱体组结构时，所述护盾相互拼接形成护盾组结构。

所述外面板为组成箱体结构的箱体外侧面也就是接近土体的一侧面板。

所述每个箱体两侧设有咬合构件，所述咬合构件作为相邻箱体之间互为滑动的轨道。所述咬合构件为卡槽、凹槽或榫头等。

在每个所述箱体内部各自设有掘进出土装置，所述掘进出土装置自带动力或由外加设备驱动。

所述护盾为金属板材，如钢板。

护盾的长度要能始终在已有衬砌上搭接0.5~5m，优选2-5m。金属板材的厚度要能抵御周围土体的应力。

相邻护盾之间环向搭接，相邻护盾的尾部用锁扣连接。

本发明还提供一种隧道移动支护结构保护下的隧道施工方法，其包括以下步骤：

步骤一：场地准备。

步骤二：箱体组结构的拼装及施工设备的安装调试

所述箱体组结构是根据隧道外轮廓形状、将多个箱体通过箱体间的咬合构件拼接而成的环状结构；所述的每个箱体是根据隧道形状而特制的，所述箱体外面板尾部向后延伸形成护盾；当多个箱体相互拼接形成箱体组结构后，其尾部的护盾形成护盾组结构；

所述施工设备包括驱动箱体掘进设备、隧道掌子面开挖出土设备、预制件拼装设备或拱架安装及喷锚设备。

步骤三：移动支护结构就位及设备定位

所述移动支护结构就位包含箱体组结构在掌子面就位及隧道循环施工就位；所述隧道循环施工就位，是指箱体组结构在掌子面就位后，箱体组结构沿隧道轴线向前掘进到达预定位置，为后续隧道开挖-箱体掘进-预制件拼装或初支施工的循环施工做准备。

步骤四：在箱体组结构的保护下进行隧道开挖

将步骤三中形成的箱体组结构内部掌子面的土体开挖1-5米，每次开挖深度要小于所述箱体及护盾长度。

步骤五：箱体掘进

驱动单个箱体沿隧道轴向掘进，在掘进同时通过掘进钻具将土体收集排出，到达预定深度后进行下一箱体掘进，相邻箱体通过咬合构件进行咬合，并利用咬合构件作为互为滑动的轨道；如此依次将相互咬合拼接形成隧道支护外轮廓形状的所有箱体推入到预定深度；全部箱体推入土体后，相互咬合拼接的箱体和护盾形成的箱体组结构和护盾组结构将承担土体的压力，起到隧道临时支护作用。

步骤六：在箱体组结构和护盾组结构保护下进行预制件拼装或进行初支施工

在步骤五形成的护盾组结构和步骤三形成的箱体组结构的保护下利用预制件拼装设备将预制件安装成环，形成隧道衬砌；也可以不采用预制件拼装方式而用型钢拱架或格栅钢架现场架设，先形成隧道初支然后进行二次衬砌方式。

步骤七：重复步骤四至六，直至全部隧道施工完成。

所述步骤三及步骤五的箱体掘进出土冲击钻或采用螺旋钻切削及螺旋出土方式。

所述步骤六中的预制件为混凝土或钢制预制件，预制件拼接而成的结构即为隧道的衬砌结构。

所述拼装的箱体组结构为封闭式或非闭合式结构，即隧道超前支护及隧道仰拱可同时进行施工或分开进行施工。