[发明专利]一种内置式管棚支撑装置及洞内管棚直接施作方法

说明书

本发明公开了一种内置式管棚支撑装置及洞内管棚直接施作方法，其利用掌子面附近最后一榀已架立完成的钢拱架作为简易定位架，向掌子面前方围岩打设洞内管棚，待管棚注浆完成后在管棚末端设置反向接长的内置式管棚托架结构，可显著提高洞内管棚在开挖悬空阶段抵抗拱部围岩竖向荷载的承载能力，有效预防因管棚末端沉降变形导致洞内管棚整体失效的问题，并且整个施工过程工序简单，可操作性强；且洞内管棚的施工完全紧随掌子面，不需要特殊的辅助操作空间，结构灵活度极高，可有效应对塌方、冒顶或掌子面突然揭露软弱破碎带等突发性施工情况，适用范围广，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种内置式管棚支撑装置及洞内管棚直接施作方法，属于隧道建设技术领域。

背景技术

隧道施工过程中可能遭遇软弱破碎围岩带，或发生掌子面塌方、冒顶等事故，此时超前小导管或超前锚杆的支护长度不足以有效穿过潜在的破裂角，进而无法保证拱部围岩在开挖悬空阶段的稳定性。为确保施工安全，工程中一般选用超前管棚作为穿越上述不良地质带的超前支护措施。常规的洞内管棚施工需要设置管棚工作室，而管棚工作室的施工涉及到隧道初期支护结构的扩挖，其需要一定的结构空间。考虑到隧道掌子面揭露软弱破碎围岩、掌子面塌方或冒顶事故具有较大的突发性，此时若向掌子面后方拆除初期支护结构来施工管棚工作室会产生报废工程，而向掌子面前方软弱破碎带或坍塌体内进行管棚工作室扩挖施工则存在极大的施工风险，进而导致实际施工时在遭遇到上述突发性情况下基本不具备管棚工作室的施工条件。同时，修建管棚工作室在施工成本、施工周期和施工风险等方面均存在一定的弊端，导致实际隧道施工过程中较少采用管棚工作室来辅助洞内管棚的施工。

目前针对洞内管棚的施工，已经有部分研究在探讨如何简化或取消管棚工作室，但大多数研究措施并未细节化的考虑掌子面施工空间干扰问题或洞内管棚在施工期间的受力特性，进而难以真正满足隧道施工对洞内管棚的相关技术要求。针对上述情况，研究一种内置式管棚支撑装置及洞内管棚直接施作方法具有重大的实际意义。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种内置式管棚支撑装置及洞内管棚直接施作方法，可以克服现有技术的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种内置式管棚支撑装置，其包括简易定位架，所述简易定位架为掌子面附近的最后一榀已架立完成的钢拱架；在简易定位架上开设有若干管棚定位孔，在管棚定位孔内设有洞内管棚，洞内管棚整体倾斜向上并深入掌子面前方围岩内，其末端设有反向接长的内置式管棚托架结构。

前述内置式管棚托架结构包括可旋转接管装置，在可旋转接管装置底部设有弧形钢支撑。

前述可旋转接管装置包括基座，基座上开设有倾斜设置的楔形切槽，靠近楔形切槽斜向下一侧设有安装槽，另一侧设有弹性连接件，在楔形切槽内设有接长套管组件，接长套管组件一端与设置在安装槽内的铰轴铰接，另一端与弹性连接件相连，并且接长套管组件在弹性连接件的回复力作用下与楔形切槽相贴合。

前述弧形钢支撑为沿隧道轮廓设置的拼接式临时护拱结构，所述拼接式临时护拱结构由I20a型工字钢拼接而成，在工字钢下部通过喷射混凝土连接结构，使其与隧道既有的初期支护固定连接成整体。

一种洞内管棚直接施作方法，其包括以下步骤：

S1、根据隧道掌子面失稳情况，利用洞渣或透水石材对掌子面进行反压回填，并形成施工平台；

S2、将掌子面附近最后一榀已架设完成的钢拱架作为简易定位架，在简易定位架的腹板位置沿隧道拱部轮廓加工若干个管棚定位孔；

S3、从管棚定位孔内沿掌子面前方围岩方向，倾斜向上打入洞内管棚；

S4、洞内管棚打设完成后，采用注浆设备进行洞内管棚的高压注浆施工；

S5、在洞内管棚末端沿掌子面后方进行管棚的反向接长，形成受力可靠的内置式管棚托架结构；

S6、在洞内管棚的保护下按序进行掌子面掘进及支护施工；