本(ben)發(fa)明(ming)涉及地下工程施工，具體(ti)涉及一種基于(yu)擴(kuo)大(da)拱腳與微型鋼管(guan)樁(zhuang)的隧(sui)道支(zhi)護體(ti)系及其構建方(fang)法。

背景技術：

1、目前，隨著地(di)下(xia)(xia)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)建造水平的(de)持續提(ti)升與(yu)(yu)深部地(di)下(xia)(xia)空(kong)間(jian)利用要求的(de)不斷(duan)提(ti)高(gao)，隧道工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)逐漸向大斷(duan)面(mian)與(yu)(yu)快速施(shi)工(gong)(gong)方(fang)向發(fa)展，而(er)目前廣(guang)泛采用的(de)各類礦山法隧道工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，無(wu)論是臺階法，還(huan)是中(zhong)隔壁法，都(dou)需要將隧道分成幾部分按(an)順序分別進(jin)行開挖，隧道上(shang)下(xia)(xia)斷(duan)面(mian)鋼架腳(jiao)(jiao)部一(yi)般都(dou)會設置鎖腳(jiao)(jiao)錨桿(gan)，如(ru)果遇到地(di)層(ceng)差、施(shi)工(gong)(gong)擾動明顯的(de)情況(kuang)，鎖腳(jiao)(jiao)錨桿(gan)無(wu)法提(ti)供(gong)有效(xiao)的(de)錨固與(yu)(yu)鎖定作用，進(jin)而(er)可能導(dao)致上(shang)部鋼架在下(xia)(xia)部斷(duan)面(mian)開挖階段底部懸空(kong)，存在向下(xia)(xia)位移與(yu)(yu)沉降風(feng)險，尤其是大斷(duan)面(mian)隧道，影響隧道自身及周邊環境安全，比(bi)如(ru)塑性土地(di)層(ceng)與(yu)(yu)富水砂卵石地(di)層(ceng)等(deng)。

2、隧(sui)道斷面越大(da)，施工(gong)風險與實施難度(du)相應增加。隧(sui)道開挖階段引(yin)起(qi)的地層(ceng)位移與變形主要集中在(zai)(zai)初支鋼架(jia)下(xia)(xia)沉與整體受(shou)壓(ya)變形兩個(ge)方(fang)面，上(shang)半斷面已完成的初支鋼架(jia)，經常由(you)于(yu)下(xia)(xia)半斷面開挖導致腳部被掏(tao)空或(huo)未得到(dao)有效錨固引(yin)起(qi)的豎向位移趨勢，對隧(sui)道拱頂下(xia)(xia)沉、鋼架(jia)侵限(侵入二次(ci)襯(chen)砌限界(jie))、地層(ceng)沉降(jiang)與地表(biao)裂縫等(deng)有著(zhu)重要影響，尤其在(zai)(zai)富水(shui)砂(sha)卵石地層(ceng)。

3、因(yin)此，有必要提出新的措(cuo)施，克服(fu)上述缺(que)陷。

技術實現思路

1、本(ben)發明(ming)的目的是提供一種基于(yu)擴(kuo)大(da)拱腳與(yu)微型鋼(gang)管樁的隧道支護體系及其(qi)構建方法，以解決上部鋼(gang)架在(zai)下部斷面開挖階段底部懸空的問題。

2、為了達到上述(shu)目的(de)，本發明所(suo)采用的(de)技術方案(an)為：

3、基于擴大拱(gong)腳(jiao)與微型鋼(gang)(gang)管(guan)樁的隧道(dao)支護體(ti)系，所述體(ti)系包括上部環向格(ge)柵鋼(gang)(gang)架(jia)、中部環向格(ge)柵鋼(gang)(gang)架(jia)、下部環向格(ge)柵鋼(gang)(gang)架(jia)、鋼(gang)(gang)架(jia)轉(zhuan)角節點(dian)和微型鋼(gang)(gang)管(guan)樁；

4、所(suo)(suo)述(shu)上部環(huan)(huan)向(xiang)格(ge)(ge)(ge)(ge)柵鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)底端(duan)(duan)位(wei)于所(suo)(suo)述(shu)中部環(huan)(huan)向(xiang)格(ge)(ge)(ge)(ge)柵鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)頂(ding)端(duan)(duan)外側(ce)(ce)，所(suo)(suo)述(shu)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角節點(dian)(dian)設置在(zai)所(suo)(suo)述(shu)上部環(huan)(huan)向(xiang)格(ge)(ge)(ge)(ge)柵鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)底端(duan)(duan)內(nei)側(ce)(ce)，所(suo)(suo)述(shu)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角節點(dian)(dian)支(zhi)撐(cheng)在(zai)所(suo)(suo)述(shu)中部環(huan)(huan)向(xiang)格(ge)(ge)(ge)(ge)柵鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)頂(ding)端(duan)(duan)，所(suo)(suo)述(shu)微型鋼(gang)(gang)(gang)管樁設置在(zai)所(suo)(suo)述(shu)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角節點(dian)(dian)的(de)(de)外側(ce)(ce)底部；

5、左(zuo)右(you)(you)兩(liang)(liang)個所述(shu)上(shang)部(bu)環向格柵(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架、左(zuo)右(you)(you)兩(liang)(liang)個所述(shu)鋼(gang)(gang)架轉角(jiao)節點(dian)、左(zuo)右(you)(you)兩(liang)(liang)個所述(shu)中部(bu)環向格柵(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架以(yi)及左(zuo)右(you)(you)兩(liang)(liang)個所述(shu)下部(bu)環向格柵(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架組成(cheng)環向初支鋼(gang)(gang)架。

6、進一(yi)步地，所述鋼架轉角(jiao)節(jie)點包括轉角(jiao)格柵鋼架、u型鋼板和(he)楔形塊；

7、所述(shu)轉角格(ge)柵鋼(gang)架向(xiang)內向(xiang)下傾斜設置(zhi)，頂端固(gu)定到(dao)所述(shu)上部(bu)環向(xiang)格(ge)柵鋼(gang)架的底端內側(ce)；

8、所(suo)述(shu)u型鋼板(ban)(ban)依(yi)次由直邊(bian)(bian)鋼板(ban)(ban)、水平鋼板(ban)(ban)與(yu)斜邊(bian)(bian)鋼板(ban)(ban)組(zu)成，所(suo)述(shu)直邊(bian)(bian)鋼板(ban)(ban)固(gu)定到所(suo)述(shu)上部環向格柵鋼架(jia)(jia)的底(di)端內側，所(suo)述(shu)斜邊(bian)(bian)鋼板(ban)(ban)固(gu)定到所(suo)述(shu)轉角格柵鋼架(jia)(jia)的底(di)端；

9、所述楔形(xing)塊位(wei)于(yu)所述斜邊鋼板與(yu)所述中部環向格柵鋼架的頂(ding)端之間。

10、進一步地，所(suo)(suo)述水平鋼(gang)板上(shang)設(she)置有鋼(gang)管樁插(cha)孔，所(suo)(suo)述微(wei)型(xing)(xing)鋼(gang)管樁通(tong)過所(suo)(suo)述鋼(gang)管樁插(cha)孔向(xiang)下打設(she)后，所(suo)(suo)述微(wei)型(xing)(xing)鋼(gang)管樁的頂端與所(suo)(suo)述水平鋼(gang)板焊接固定(ding)。

11、進(jin)(jin)一(yi)步地，所(suo)述微(wei)(wei)型鋼管(guan)樁的管(guan)壁上設(she)置有圓孔(kong)，內部(bu)壓注有微(wei)(wei)膨脹水泥砂漿，所(suo)述微(wei)(wei)膨脹水泥砂漿通(tong)過所(suo)述圓孔(kong)擴散后對(dui)周邊地層(ceng)進(jin)(jin)行加固(gu)。

12、進一步地，所(suo)述(shu)楔形塊(kuai)的(de)頂端與所(suo)述(shu)斜邊鋼板(ban)的(de)外端底面(mian)之間設(she)置有高性能彈簧。

13、進一(yi)步地(di)，所(suo)述楔(xie)形塊的頂(ding)面為(wei)向外向下傾斜(xie)的斜(xie)面，所(suo)述斜(xie)面上(shang)設置有斜(xie)面鋸(ju)齒；

14、對(dui)應的，所述斜邊鋼板(ban)的底面(mian)也設置有(you)鋸齒并與所述斜面(mian)鋸齒匹配。

15、進一(yi)步地，所述體系還包括(kuo)臨時(shi)仰拱格(ge)柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架(jia)、臨時(shi)下部(bu)水平格(ge)柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架(jia)、臨時(shi)上部(bu)豎向格(ge)柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架(jia)、臨時(shi)中部(bu)豎向格(ge)柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架(jia)和(he)臨時(shi)下部(bu)豎向格(ge)柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)架(jia)，連接到所述環向初支鋼(gang)(gang)架(jia)內后將所述環向初支鋼(gang)(gang)架(jia)內分割為六個區(qu)域；

16、所述臨(lin)時仰(yang)拱格柵鋼架的(de)外端(duan)固(gu)定到所述中部環向(xiang)格柵鋼架的(de)頂(ding)端(duan)內側。

17、進一步地(di)，左右(you)兩個所(suo)述(shu)上(shang)部(bu)環(huan)(huan)(huan)向(xiang)(xiang)(xiang)格柵(zha)(zha)鋼(gang)架(jia)之間、所(suo)述(shu)中部(bu)環(huan)(huan)(huan)向(xiang)(xiang)(xiang)格柵(zha)(zha)鋼(gang)架(jia)與所(suo)述(shu)下(xia)部(bu)環(huan)(huan)(huan)向(xiang)(xiang)(xiang)格柵(zha)(zha)鋼(gang)架(jia)之間、左右(you)兩個所(suo)述(shu)下(xia)部(bu)環(huan)(huan)(huan)向(xiang)(xiang)(xiang)格柵(zha)(zha)鋼(gang)架(jia)之間通過鋼(gang)架(jia)連接節點連接；

18、所述(shu)臨時上(shang)部豎(shu)(shu)向(xiang)(xiang)(xiang)格(ge)(ge)柵鋼(gang)架與所述(shu)臨時中部豎(shu)(shu)向(xiang)(xiang)(xiang)格(ge)(ge)柵鋼(gang)架之(zhi)間、以(yi)及(ji)所述(shu)臨時中部豎(shu)(shu)向(xiang)(xiang)(xiang)格(ge)(ge)柵鋼(gang)架與所述(shu)臨時下部豎(shu)(shu)向(xiang)(xiang)(xiang)格(ge)(ge)柵鋼(gang)架之(zhi)間通過鋼(gang)架連接節點連接。

19、進一(yi)步地，所(suo)述中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格(ge)(ge)柵(zha)鋼(gang)架(jia)(jia)與所(suo)述下部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格(ge)(ge)柵(zha)鋼(gang)架(jia)(jia)之間的(de)(de)所(suo)述鋼(gang)架(jia)(jia)連(lian)接(jie)節(jie)點、所(suo)述臨(lin)(lin)(lin)時(shi)上(shang)部(bu)(bu)豎向(xiang)格(ge)(ge)柵(zha)鋼(gang)架(jia)(jia)與所(suo)述臨(lin)(lin)(lin)時(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)豎向(xiang)格(ge)(ge)柵(zha)鋼(gang)架(jia)(jia)之間的(de)(de)所(suo)述鋼(gang)架(jia)(jia)連(lian)接(jie)節(jie)點、以(yi)及所(suo)述臨(lin)(lin)(lin)時(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)豎向(xiang)格(ge)(ge)柵(zha)鋼(gang)架(jia)(jia)與所(suo)述臨(lin)(lin)(lin)時(shi)下部(bu)(bu)豎向(xiang)格(ge)(ge)柵(zha)鋼(gang)架(jia)(jia)之間的(de)(de)所(suo)述鋼(gang)架(jia)(jia)連(lian)接(jie)節(jie)點上(shang)均設置有鎖腳錨管。

20、另一方(fang)面，提供如所述的基于擴大(da)拱腳與微型鋼管樁的隧道支護體系的施工方(fang)法，所述方(fang)法包(bao)括：

21、制作各(ge)節段的格(ge)柵鋼架；

22、制作(zuo)u型鋼板(ban)，預留鋼管(guan)樁插孔并制作(zuo)鋸齒，在底(di)部(bu)設置(zhi)高性能(neng)彈簧；

23、制作楔(xie)形塊，并制作與u型(xing)鋼板的鋸齒(chi)相匹配的斜面鋸齒(chi)；

24、提前打設降水井進(jin)行降水施工，然后(hou)(hou)進(jin)行隧道(dao)開挖(wa)前地(di)層的超前加(jia)固，之(zhi)后(hou)(hou)按照左上、左中、右(you)上、右(you)中、左下、右(you)下的順序進(jin)行臺(tai)階(jie)法(fa)分(fen)區(qu)開挖(wa)，每(mei)個臺(tai)階(jie)開挖(wa)完成(cheng)后(hou)(hou)及時(shi)布(bu)置格柵鋼(gang)(gang)架(jia)，在(zai)每(mei)個臺(tai)階(jie)腳部及時(shi)施作鎖(suo)腳錨管并壓注(zhu)水泥砂漿，在(zai)中部環向格柵鋼(gang)(gang)架(jia)架(jia)設后(hou)(hou)第一時(shi)間在(zai)u型鋼(gang)(gang)板斜面(mian)鋼(gang)(gang)板下方插入楔形塊，直到楔形塊頂端將高性能彈簧充(chong)分(fen)頂緊(jin)并無法(fa)前進(jin)為止；

25、左上與右上臺階開挖(wa)時(shi)，提前將上部(bu)(bu)(bu)環向(xiang)格(ge)柵鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)和轉(zhuan)角格(ge)柵鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)與u型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)焊(han)接(jie)成型(xing)，形成鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)轉(zhuan)角節點，同時(shi)在u型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)的水平(ping)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)預留孔(kong)內(nei)打設微型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管樁(zhuang)，隨后將微型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管樁(zhuang)頂部(bu)(bu)(bu)四周與u型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)焊(han)接(jie)，并向(xiang)內(nei)部(bu)(bu)(bu)壓(ya)注微膨脹水泥砂漿；

26、及時將鋼架連接節點用螺栓機械(xie)固定；

27、每個開(kai)挖步驟對應的格柵(zha)鋼架(jia)封(feng)閉成(cheng)(cheng)環后(hou)及時噴射(she)混(hun)凝土，確保每個臺階開(kai)挖完成(cheng)(cheng)后(hou)及時封(feng)閉成(cheng)(cheng)環；

28、及時拆除洞內(nei)臨時支撐施做(zuo)永久(jiu)襯砌結構，完成(cheng)隧(sui)道(dao)開挖與襯砌澆筑施工(gong)。

29、與現有(you)技術相(xiang)比，本發明的有(you)益效(xiao)果如下：

30、本發明提供(gong)了一種基(ji)于擴(kuo)大(da)拱(gong)(gong)腳(jiao)與(yu)(yu)微(wei)(wei)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)樁(zhuang)的(de)(de)隧(sui)(sui)道(dao)支(zhi)(zhi)護體系及其構建方(fang)法，在(zai)隧(sui)(sui)道(dao)上部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)底部(bu)(bu)設(she)置鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角(jiao)節點(dian)，作(zuo)為隧(sui)(sui)道(dao)上部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)擴(kuo)大(da)拱(gong)(gong)腳(jiao)，通過扇形(xing)(xing)分布的(de)(de)微(wei)(wei)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)樁(zhuang)及管(guan)內壓注的(de)(de)微(wei)(wei)膨脹水(shui)泥砂(sha)漿實(shi)現鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角(jiao)節點(dian)的(de)(de)有效(xiao)錨固，微(wei)(wei)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)樁(zhuang)加固形(xing)(xing)成的(de)(de)扇形(xing)(xing)土支(zhi)(zhi)墩(dun)(dun)與(yu)(yu)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角(jiao)節點(dian)一起，可將(jiang)隧(sui)(sui)道(dao)上部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)位移趨勢(shi)進(jin)行有效(xiao)鎖定，進(jin)而構建了由微(wei)(wei)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)樁(zhuang)與(yu)(yu)土支(zhi)(zhi)墩(dun)(dun)、擴(kuo)大(da)拱(gong)(gong)腳(jiao)及上部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)組成的(de)(de)拱(gong)(gong)形(xing)(xing)蓋板(ban)，可確保(bao)隧(sui)(sui)道(dao)下部(bu)(bu)斷面開挖過程中，隧(sui)(sui)道(dao)上部(bu)(bu)已(yi)實(shi)施拱(gong)(gong)架(jia)(jia)的(de)(de)位移與(yu)(yu)變(bian)形(xing)(xing)趨勢(shi)不受影(ying)響。隧(sui)(sui)道(dao)上部(bu)(bu)環(huan)向(xiang)格柵(zha)(zha)(zha)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)、鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)轉(zhuan)角(jiao)節點(dian)與(yu)(yu)基(ji)于微(wei)(wei)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)樁(zhuang)的(de)(de)土支(zhi)(zhi)墩(dun)(dun)形(xing)(xing)成一個相(xiang)對(dui)穩(wen)定的(de)(de)拱(gong)(gong)形(xing)(xing)蓋板(ban)受力體系，滿足(zu)了隧(sui)(sui)道(dao)下半(ban)斷面開挖期間上部(bu)(bu)已(yi)架(jia)(jia)設(she)鋼(gang)(gang)(gang)架(jia)(jia)的(de)(de)豎(shu)向(xiang)穩(wen)定性，同(tong)時在(zai)上部(bu)(bu)拱(gong)(gong)形(xing)(xing)蓋板(ban)的(de)(de)保(bao)護下，可滿足(zu)隧(sui)(sui)道(dao)大(da)斷面開挖及快速施工需求，經濟效(xiao)益與(yu)(yu)社會效(xiao)益顯著(zhu)。

技術特征：

1.基于擴大拱腳與(yu)微型鋼管(guan)樁(zhuang)的(de)隧道支護體(ti)系，其(qi)特征在于：

2.根據權利要求1所述的基于(yu)擴大拱(gong)腳(jiao)與微型鋼管樁的隧道(dao)支護體(ti)系，其特征在于(yu)：

3.根據權利要(yao)求2所(suo)述的基(ji)于(yu)擴大拱腳(jiao)與(yu)微型鋼管樁的隧道支護體系，其特征在于(yu)：

4.根(gen)據權利要求(qiu)3所述的(de)基于擴大拱腳與微型鋼管(guan)樁(zhuang)的(de)隧(sui)道支護體系，其特征在(zai)于：

5.根(gen)據權利要求4所述的基于(yu)擴(kuo)大拱腳與微型(xing)鋼管樁的隧道支(zhi)護體系，其特征在于(yu)：

6.根據權利要(yao)求(qiu)5所(suo)述的基于擴大拱腳(jiao)與(yu)微型鋼管樁的隧道(dao)支護體系，其特征在于：

7.根據權利要求6所述的(de)基于(yu)擴大拱腳與(yu)微型鋼(gang)管樁的(de)隧道(dao)支護體系，其(qi)特征在于(yu)：

8.根據權利要(yao)求7所述的基于(yu)擴(kuo)大拱腳與微(wei)型(xing)鋼管樁的隧道支護體(ti)系，其特征在于(yu)：

9.根據(ju)權利要求(qiu)8所述的(de)基(ji)于擴大拱(gong)腳(jiao)與微(wei)型鋼管樁的(de)隧道支護體(ti)系，其特(te)征在于：

10.如權利要(yao)求9所述的(de)基于擴大拱腳與微型(xing)鋼管(guan)樁的(de)隧道(dao)支護體系(xi)的(de)施工方法，其特征在于：

技術總結
本發明涉及一種基于擴大拱腳與微型鋼管樁的隧道支護體系及其構建方法。隧道分區開挖，存在上部鋼架在下部斷面開挖階段底部懸空以及由此引起的沉降問題，大斷面隧道尤為明顯。本體系中，上部環向格柵鋼架底端位于中部環向格柵鋼架頂端外側，鋼架轉角節點設置在上部環向格柵鋼架的底端內側，鋼架轉角節點支撐在中部環向格柵鋼架的頂端，微型鋼管樁設置在鋼架轉角節點的外側底部；上部環向格柵鋼架、鋼架轉角節點、中部環向格柵鋼架以及下部環向格柵鋼架組成環向初支鋼架。本發明設置鋼架轉角節點，作為隧道上部環向初支鋼架的擴大拱腳，通過微型鋼管樁實現鋼架轉角節點的有效錨固，可將隧道上部環向初支鋼架有效鎖定，滿足大斷面隧道快速施工需要。

技術研發人員：戴志仁,胡瑞青,汪珂,李談,李團社,李潤軒,曹偉,王博,李巖龍,沙炯
受保護的技術使用者：中鐵第一勘察設計院集團有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/12