吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構及施工方法，屬隧道圍巖支護技術領域，支護結(jié)構由沿隧道環(huán)向依次布置的相鄰單個型鋼格室通過銷釘孔采用銷釘銷接構成，單個型鋼格室由型鋼板焊接組成，單個型鋼格室的橫截面呈矩形或扇形；吸水擠密結(jié)構由填充干石灰的吸水外膜袋和充氣的擠密內(nèi)膜袋組成，吸水擠密結(jié)構呈同心圓柱狀；首先根據(jù)支護結(jié)構組成現(xiàn)場或工廠加工單個型鋼格室和吸水擠密結(jié)構，其次根據(jù)隧道分部開挖工法沿隧道環(huán)向依次安裝單個型鋼格室、相鄰的單個型鋼格室之間通過銷釘孔采用銷釘銷接后形成型鋼格室承載拱結(jié)構；然后安裝吸水擠密結(jié)構，最后利用空壓機向擠密內(nèi)膜袋充壓，內(nèi)膜袋鼓脹側(cè)向擠密周圍土體，形成型鋼格室承載拱支護結(jié)構。格室承載拱支護結(jié)構。格室承載拱支護結(jié)構。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構及施工方法
[0001]本專利技術屬于隧道圍巖加固支護
，具體涉及吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構技術，主要用于富水松散軟弱土質(zhì)隧道圍巖的初期支護。
技術介紹
[0002]近年來，隨著西部地區(qū)高速鐵路、公路等基礎設施的不斷加快，在黃土高原溝壑、梁峁區(qū)修建的黃土隧道工程越來越多，由于黃土是一種大孔隙、結(jié)構疏松、弱膠結(jié)、遇水具有濕陷性等特點的特殊土。黃土隧道初期支護結(jié)構多由系統(tǒng)錨桿、鋼架、鎖腳錨桿（管）、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等單獨或組合使用，由于系統(tǒng)錨桿施工易誘發(fā)土體濕陷變形，且拱部錨桿受壓，錨固效果發(fā)揮不明顯，同時支護結(jié)構設計未考慮黃土的自承載能力，土拱效應發(fā)揮不足。如何充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，發(fā)揮土拱效應，使圍巖土體進入三向受力應力狀態(tài)，是隧道圍巖支護技術發(fā)展的方向。
技術實現(xiàn)思路
[0003]本專利技術的目的是提供一種吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構及施工方法。
[0004]本專利技術是吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構及施工方法，其中的吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構，由型鋼格室承載拱結(jié)構1和吸水擠密結(jié)構2構成，型鋼格室承載拱結(jié)構1由沿隧道環(huán)向依次布置的單個型鋼格室3構成、單個型鋼格室3由第一類型鋼板4和第二類型鋼板5焊接構成、第一類型鋼板4呈扇形或矩形、第二類型鋼板5呈弧形、第二類型鋼板5板面幾何中心開有圓形的安裝孔6、第二類型鋼板5板面的左端中部呈矩形的凸出端、第二類型鋼板5板面的右端中部呈矩形的凹進端、凸出端與凹進端的尺寸和形狀相互匹配、在凸出端和凹進端端部均開有平行于板面的圓形銷釘孔7、將兩塊第一類型鋼板4板面平行同向放置、將第三塊第一類型鋼板4與前兩塊第一類型鋼板4在板面端部垂直板面焊接形成“匚”形格室、將第二類型鋼板5板面的凹進端與“匚”型格室的右開口端對齊布置、在第二類型鋼板5的板面上垂直板面焊接“匚”型格室形成單個型鋼格室3、沿隧道環(huán)向依次布置單個型鋼格室3、相鄰的單個型鋼格室3之間通過銷釘孔7采用銷釘8銷接后形成整體型鋼格室承載拱結(jié)構1；吸水擠密結(jié)構2由填充干石灰的吸水外膜袋9和充氣的擠密內(nèi)膜袋10構成、吸水外膜袋9為圓柱形透水土工布膜袋、擠密內(nèi)膜袋10為圓柱形橡膠膜袋、吸水外膜袋9與擠密內(nèi)膜袋10呈同心圓柱狀、吸水外膜袋9與擠密內(nèi)膜袋10間填充吸水介質(zhì)干石灰、擠密內(nèi)模袋10充填氣體、吸水擠密結(jié)構2封口處設有防漏氣嘴11、將吸水擠密結(jié)構2通過圓形安裝孔6依次裝入整體型鋼格室承載拱結(jié)構1的單個型鋼格室3中，由空壓機通過防漏氣嘴11給擠密內(nèi)膜袋10充氣至設計壓力，最終形成吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構。
[0005]本專利技術的吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構的施工方法，其步驟為：步驟（1）加工制作單個型鋼格室3各構件：依據(jù)隧道開挖輪廓的曲率半徑、吸水、擠
密加固范圍，設計確定權利要求1所述的單個型鋼格室3的第一類型鋼板4和第二類型鋼板5的尺寸、形狀、曲率，現(xiàn)場或工廠焊接形成單個型鋼格室3；步驟（2）加工制作吸水擠密結(jié)構2：依據(jù)吸水、擠密加固圍巖土體的范圍和處理后的土體抗剪強度目標參數(shù)，設計確定以上所述的吸水擠密結(jié)構2的半徑、高度、填充干石灰的質(zhì)量及設計擠密壓力，根據(jù)設計參數(shù)向吸水外膜袋9和擠密內(nèi)膜袋10間填充干石灰至設計填充質(zhì)量后縫合、利用空壓機通過防漏氣嘴11給擠密內(nèi)膜袋10充壓至50%設計壓力后關閉防漏氣嘴11，形成吸水擠密結(jié)構2；步驟（3）測量放樣：根據(jù)隧道分部開挖施工工序，確定圍巖土體擠密加固處理范圍，沿隧道環(huán)向依次測量定位放樣型鋼格室承載拱結(jié)構1的插入位置；步驟（4）型鋼格室承載拱結(jié)構施工：根據(jù)隧道分部開挖施工工序，采用小型靜力壓樁機沿隧道環(huán)向按照定位邊線安裝單個型鋼格室3、待單個型鋼格室3未插入隧道圍巖部分的高度約為10cm時，通過銷釘孔7采用銷釘8銷接與下一個型鋼格室3銷接后將前一個型鋼格室3靜壓到位，沿隧道環(huán)向依次靜壓施工單個型鋼格室3并與相鄰型鋼格室3銷接后形成整體型鋼格室承載拱結(jié)構，同時在拱腳利用鎖腳錨管（桿）對其鎖定；步驟（5）吸水擠密結(jié)構安裝孔開挖施工：沿隧道環(huán)向依次在單個型鋼格室3的第二類型鋼板5板面的圓形安裝孔6處采用電動工具鉆孔開挖土體至設計深度形成吸水擠密結(jié)構2的安裝孔；步驟（6）吸水擠密結(jié)構安裝施工：沿隧道環(huán)向依次將加工制作好的吸水擠密結(jié)構2通過圓形安裝孔6插入開挖好的安裝孔，由空壓機通過防漏氣嘴11逐個給吸水擠密結(jié)構2的擠密內(nèi)膜袋10充壓至100%設計壓力、關閉防漏氣嘴11，吸水擠密結(jié)構2與整體型鋼格室承載拱結(jié)構1協(xié)同工作，形成具有“加筋”、“吸水”、“擠密”及“組合梁”效應的承載拱支護結(jié)構；步驟（7）噴射混凝土施工：利用噴漿機向圍巖噴射混凝土，使吸水擠密圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構與圍巖形成整體的初期支護層；步驟（8）按照步驟（3）~步驟（7）的步驟重復進入下一工作面的循環(huán)施工，直至施工結(jié)束。
[0006]本專利技術的有益效果：本專利技術將加筋、擠密、物理改良等技術應用到隧道圍巖加固支護領域，通過型鋼格室加筋擠密的鋼箱梁承載拱支護結(jié)構，改善了隧道洞壁圍巖的二向受力狀態(tài)，使隧道圍巖土體進入三向受力應力狀態(tài)，既充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，又發(fā)揮了土拱效應及組合梁效應，實現(xiàn)了對松動圍巖的主動加固。與系統(tǒng)錨桿支護結(jié)構相比，具有以下優(yōu)點：（1）利用型鋼板對圍巖土體起到了格室加筋作用，增強了圍巖土體的整體性，形成了組合梁承載拱結(jié)構；（2）利用吸水擠密結(jié)構側(cè)向擠密圍巖使土體由二向受力狀態(tài)真正進入三向受力應力狀態(tài)，有效改善了圍巖土體參數(shù)，促進了加筋效應、土拱效應的發(fā)揮，最大程度的利用了圍巖的自承載能力；（3）型鋼格室加筋擠密承載拱結(jié)構構造簡單，可模塊化加工組裝，能夠快速施工，及時封閉成環(huán)；（4）施工時減少了對圍巖的擾動，解決了系統(tǒng)錨桿多次擾動圍巖，錨桿施作不及時引起的圍巖及地表變形問題；（5）型鋼格室承載拱結(jié)構與格柵鋼架易連接形成整體支護結(jié)構，接觸狀態(tài)優(yōu)于錨噴支護結(jié)構，同時可減少鋼架使用量，施工過程安全環(huán)保、節(jié)約材料，且具有一定的防排水功能。本專利技術工作原理簡單，型鋼格室制作及靜壓施工工藝成熟，結(jié)構易實現(xiàn)。
附圖說明
[0007]圖1是本專利技術的吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構的整體安裝示意圖；圖2是單個型鋼格室結(jié)構單元示意圖；圖3是第一類型鋼板示意圖；圖4是第二類型鋼板示意圖；圖5是銷釘、圖6是吸水擠密結(jié)構示意圖、圖7是吸水擠密結(jié)構I
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I剖面圖。附圖標記及對應名稱：型鋼格室承載拱結(jié)構1、吸水擠密結(jié)構2、單個型鋼格室3、第一類型鋼板4、第二類型鋼板5、圓形膜袋安裝孔6、銷釘孔7、銷釘8、吸水外膜袋9、擠密內(nèi)模袋10、防漏氣嘴11。
具體實施方式
[0008]本專利技術的工作原理為：（1）加筋原理：將型鋼板焊接而成的單個型鋼格室結(jié)構靜壓插入軟弱土體，型鋼格室結(jié)構能夠有效限制圍巖土體的側(cè)向位移，改善了圍巖土體的力學性能，提高圍巖土體的強度和穩(wěn)定性。
[0009]（2）吸水擠密原理：將吸水擠密結(jié)構安裝在開挖好的安裝孔中，通過給擠密內(nèi)膜袋充壓使膜本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構，由型鋼格室承載拱結(jié)構（1）和吸水擠密結(jié)構（2）構成，其特征在于：型鋼格室承載拱結(jié)構（1）由沿隧道環(huán)向依次布置的單個型鋼格室（3）構成、單個型鋼格室（3）由三塊第一類型鋼板（4）和一塊第二類型鋼板（5）焊接構成、第一類型鋼板（4）呈扇形或矩形、第二類型鋼板（5）呈弧形、第二類型鋼板（5）板面幾何中心開有圓形的安裝孔（6）、第二類型鋼板（5）板面的左端中部呈矩形的凸出端、第二類型鋼板（5）板面的右端中部呈矩形的凹進端、凸出端與凹進端的尺寸、形狀相互匹配、在凸出端和凹進端端部均開有平行于板面的圓形銷釘孔（7）、將兩塊第一類型鋼板（4）板面平行同向放置、將第三塊第一類型鋼板（4）與前兩塊第一類型鋼板（4）在板面端部垂直板面焊接形成“匚”形格室、將第二類型鋼板（5）板面的凹進端與“匚”型格室的右開口端對齊布置、在第二類型鋼板（5）的板面上垂直板面焊接“匚”型格室形成單個型鋼格室（3）、沿隧道環(huán)向依次布置單個型鋼格室（3）、相鄰的單個型鋼格室（3）之間通過銷釘孔（7）采用銷釘（8）銷接、相鄰的單個型鋼格室（3）之間銷接后形成整體型鋼格室承載拱結(jié)構（1）；吸水擠密結(jié)構（2）由填充干石灰的吸水外膜袋（9）和充氣的擠密內(nèi)膜袋（10）組成、吸水外膜袋（9）為圓柱形透水土工布膜袋、擠密內(nèi)膜袋（10）為圓柱形橡膠膜袋、吸水外膜袋（9）與擠密內(nèi)膜袋（10）呈同心圓柱狀、吸水外膜袋（9）與擠密內(nèi)膜袋（10）間填充吸水介質(zhì)干石灰、擠密內(nèi)模袋（10）充填氣體、吸水擠密結(jié)構（2）封口處設有防漏氣嘴（11）、將吸水擠密結(jié)構（2）通過圓形安裝孔（6）依次裝入型鋼格室承載拱結(jié)構（1）的單個型鋼格室（3）中，由空壓機通過防漏氣嘴（11）給擠密內(nèi)膜袋（10）充氣至設計壓力，最終形成吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構。2.根據(jù)權利要求1所述的吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構，其特征在于：所述的單個型鋼格室（3）的第一類型鋼板（4）和第二類型鋼板（5）的形狀、尺寸、曲率應與隧道開挖輪廓曲率一致，具體呈錐體格室或立方體格室。3.根據(jù)權利要求1所述的吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構，其特征在于：所述的單個型鋼格室（3）的第二類型鋼板（5）板面幾何中心的圓形安裝孔（6）設計直徑應小于吸水擠密結(jié)構（2）的外徑。4.根據(jù)權利要求1所述的吸水擠密隧道圍巖的型鋼格室承載拱支護結(jié)構，其特征在于：所述的吸水擠密結(jié)構（2）的吸水外膜袋（8）和擠密內(nèi)膜袋（9）等長、擠密內(nèi)膜袋（9）的內(nèi)徑小于吸水外膜袋的（8）的內(nèi)徑。...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：董建華，任新，頡永斌，劉國盛，岳峰，王璐，
申請(專利權)人：蘭州理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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