一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構的製作方法
2023-05-25 20:48:16 2
本實用新型涉及隧洞施工技術領域，尤其涉及一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構及其支護方法。
背景技術：
在水利水電工程的隧洞開挖過程中，首先是地質人員根據現場情況判定圍巖類別，然後根據圍巖類別及時對圍巖進行相應的初期支護，如Ⅲ類圍巖採用錨噴支護，Ⅳ類圍巖採用錨噴支護輔以局部型鋼拱架或格柵拱架支護，Ⅴ類圍巖採用錨噴支護輔以型鋼拱架或格柵拱架支護等；這些初期支護結構通常可以保證施工期隧洞圍巖的穩定。但是，由於地質條件的複雜性，在隧洞的開挖過程中可能會遇到構造發育、地下水活動強烈及軟弱夾層等不良地質現象，這些不良地質現象往往會引起一定程度的隧洞圍巖垮塌，上述初期支護結構雖然可以維持隧洞邊牆圍巖短時間內的穩定，但在後期應力調整、地下水長期作用等影響下，隧洞邊牆圍巖仍可能發生垮塌，不僅會給施工帶來安全隱患，同時也可能造成工程投資的增加和工期的延誤；並且在垮塌處，圍巖受力情況發生較大變化，原有的初期支護已經很難對垮塌後的空腔進行有效支護；因此，在發生垮塌情況後，需要及時對垮塌處進行有效的支護，才能確保垮塌空腔不再進一步擴大，同時也可確保後續施工的安全性。
隧洞邊牆發生垮塌後，目前常採用的處理方式為先對空腔內的鬆動巖塊進行清除，然後直接採用混凝土、石塊或者用裝有噴混凝土材料的袋子等對空腔進行填充。但是，由於填充體相對獨立存在，與空腔周圍巖體未連成整體，其在應力調整過程中仍可能向臨空面產生變形，即填充體發生指向洞內的變形。因此，前述對隧洞邊牆垮塌的處理方式支護效果較差，容易在後續施工過程中出現二次垮塌，這樣不僅會給後續施工帶來安全隱患，同時也可能進一步造成工程投資的增加和工期的延誤。
技術實現要素：
本實用新型解決的技術問題是提供一種可對隧洞邊牆垮塌處進行有效支護的支護結構及其支護方法。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構，包括初期支護結構，所述初期支護結構為初期錨噴支護與初期型鋼拱架的組合支護結構，還包括在隧洞邊牆的垮塌處設置的與垮塌空腔的形狀對應的復拱支護結構，所述復拱支護結構包括復拱錨噴支護、復拱型鋼拱架和支撐杆；所述復拱錨噴支護包括從垮塌空腔的內壁面插入到巖體內的錨杆和噴射在垮塌空腔內壁面的噴混凝土層，所述復拱型鋼拱架沿垮塌空腔的內壁面設置，所述復拱型鋼拱架與所述初期型鋼拱架在相接處為固定連接，所述支撐杆設置於垮塌空腔內，並且支撐杆的一端與復拱型鋼拱架固定連接，支撐杆的另一端與對應的初期型鋼拱架固定連接。
進一步的是：所述支撐杆的軸向方向與該支撐杆在垮塌空腔的內壁面上對應處的法向方向所形成的夾角為θ，並且有：0≤θ≤30°。
進一步的是：還包括連接杆，所述連接杆設置於垮塌空腔內，並且每根連接杆同時與至少兩根支撐杆固定連接；通過連接杆與支撐杆的連接，在垮塌空腔內形成平面網狀結構或者三維網狀結構。
進一步的是：所述初期型鋼拱架由格柵拱架代替。
進一步的是：所述支撐杆為型鋼或者鋼管。
進一步的是：所述支撐杆的兩端均為焊接連接。
進一步的是：在垮塌空腔內填充有填充體，所述填充體為混凝土或者混凝土與塊石的混合體。
另外，本實用新型還提供一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構的支護方法，用以形成上述的隧洞邊牆垮塌處的支護結構，所述支護方法根據如下兩種情況分別對應相應的步驟：
第一種情況a、當隧洞邊牆垮塌發生在隧洞初期支護結構的施工完成之前時，按照如下步驟進行：
a1、清理隧洞邊牆垮塌處的垮塌巖體及內壁面上的鬆動巖塊，形成垮塌空腔；
a2、對隧洞的內壁面進行初期錨噴支護的施工，同時對垮塌空腔的內壁面進行復拱錨噴支護的施工；
a3、進行隧洞初期支護結構中的初期型鋼拱架的施工；
a4、進行復拱型鋼拱架的施工；
a5、進行支撐杆的施工，以將初期支護結構中的初期型鋼拱架與復拱型鋼拱架通過支撐杆進行連接；
第二種情況b、當隧洞邊牆垮塌發生在隧洞初期支護結構的施工完成之後時，按照如下步驟進行：
b1、清理隧洞邊牆垮塌處的垮塌巖體及內壁面上的鬆動巖塊，形成垮塌空腔；
b2、當因邊牆垮塌對初期支護結構中的初期型鋼拱架造成局部破壞時，對該局部被破壞的初期型鋼拱架進行修復或拆除重置；否則進行下一步驟b3；
b3、對垮塌空腔的內壁面進行初期錨噴支護；
b4、進行復拱型鋼拱架的施工；
b5、進行支撐杆的施工，以將初期支護結構中的初期型鋼拱架與復拱型鋼拱架通過支撐杆進行連接。
進一步的是：當設置有連接杆時，在進行支撐杆的施工步驟之後，再進行連接杆的施工。
進一步的是：當在垮塌空腔內填充有填充體時，在進行支撐杆的施工步驟之後，再進行向垮塌空腔內填充填充體的施工。
本實用新型的有益效果是：本實用新型通過設置針對隧洞邊牆垮塌空腔的復拱支護結構，可起到對垮塌空腔的有效支護；並且通過設置特定支撐角度的支撐杆後，可對垮塌空腔的內壁面起到最大限度的支撐效果，提供最佳的支撐力；進而確保對垮塌處的有力支撐，避免後續進一步發生垮塌情況。本實用新型可有效保證隧洞施工安全，為工程投資和工期的控制提供保證。
附圖說明
圖1為本實用新型所述的一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構的示意圖；
圖中標記為：初期錨噴支護1、初期型鋼拱架2、垮塌空腔3、復拱錨噴支護4、復拱型鋼拱架5、支撐杆6、錨杆7、噴混凝土層8、軸向方向9、法向方向10、連接杆11、填充體12、隧洞13、夾角θ。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進一步說明。
如圖1中所示，本實用新型所述的一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構，包括初期支護結構，所述初期支護結構為初期錨噴支護1與初期型鋼拱架2的組合支護結構，其特徵在於：還包括在隧洞邊牆的垮塌處設置的與垮塌空腔3的形狀對應的復拱支護結構，所述復拱支護結構包括復拱錨噴支護4、復拱型鋼拱架5和支撐杆6；所述復拱錨噴支護4包括從垮塌空腔3的內壁面插入到巖體內的錨杆7和噴射在垮塌空腔3內壁面的噴混凝土層8，所述復拱型鋼拱架5沿垮塌空腔3的內壁面設置，所述復拱型鋼拱架5與所述初期型鋼拱架2在相接處為固定連接，所述支撐杆6設置於垮塌空腔3內，並且支撐杆6的一端與復拱型鋼拱架5固定連接，支撐杆6的另一端與對應的初期型鋼拱架2固定連接。
其中，上述所述的初期支護結構是在隧洞13開挖後及時進行的對隧洞13內壁面的支護，在本實用新型中，初期支護結構採用為初期錨噴支護1與初期型鋼拱架2的組合支護結構；而其中的初期錨噴支護1實際即是由錨杆7和噴混凝土層8所組成的一種組合支護結構，具體可參照附圖1中所示。
本實用新型中的復拱支護結構，其為用於支護垮塌空腔3的結構。具體的，復拱支護結構中的復拱錨噴支護4和復拱型鋼拱架5可分別採用同初期支護結構中的初期錨噴支護1與初期型鋼拱架2相同的支護形式。相應的，只要使得復拱錨噴支護4和復拱型鋼拱架5對應支護對象為垮塌空腔3的內壁面即可；即參照附圖1中所示，設置的復拱錨噴支護4包括從垮塌空腔3的內壁面插入到巖體內的錨杆7和噴射在垮塌空腔3內壁面的噴混凝土層8，而復拱型鋼拱架5則為沿垮塌空腔3的內壁面設置。
更具體的，參照附圖1中所示，由於本實用新型中的復拱支護結構是用於對隧洞邊牆垮塌處的垮塌空腔3的支護，而由於垮塌空腔3實際大致位於隧洞13的側方，因此此時的復拱支護結構實際為設置在隧洞13一側的斜拱形結構，此時復拱支護結構後期實際受到的外部巖體的壓力主要為從隧洞13的側方向施加的力。因此，為了提高整個復拱支護結構的支護強度和穩定性，本實用新型中還進一步設置有支撐杆6，並且由支撐杆6將復拱型鋼拱架5與初期型鋼拱架2進行有效地固定連接，以此將初期型鋼拱架2和復拱型鋼拱架5連接為整體結構，進而提高整個復拱支護結構的結構強度和支撐效果，確保其穩定性和有效性。
更優選的，參照附圖1中所示，本實用新型進一步設置所述支撐杆6的軸向方向9與該支撐杆6在垮塌空腔3的內壁面上對應處的法向方向10所形成的夾角為θ，並且有：0≤θ≤30°。這樣設置的目的是因為復拱支護結構後期實際受到的外部巖體的壓力主要為從隧洞13的側方向施加的力，因此通過上述設置，可使得支撐杆6的受力方向儘量為其軸向方向9，以提高其支撐效果。
更具體的，為了進一步提高支撐杆6的支撐效果，進一步還可設置有連接杆11，並且將連接杆11同樣設置於垮塌空腔3內，並且每根連接杆11同時與至少兩根支撐杆6固定連接；設置連接杆11的目的，主要是通過連接杆11以將支撐杆6進行有效的連接、固定；如可通過連接杆11與支撐杆6的連接，在垮塌空腔3內形成平面網狀結構或者三維網狀結構；這樣，即可進一步提高整體的支撐效果和穩定性。
另外，不失一般性，本實用新型中的初期型鋼拱架2可由格柵拱架代替。相應的，復拱型鋼拱架5也可同樣由格柵拱架代替。
另外，在本實用新型中，支撐杆6的作用主要是提供支撐力，具體的，支撐杆6可採用型鋼或者鋼管。另外，支撐杆6的兩端需要分別與初期型鋼拱架2和復拱型鋼拱架5進行固定連接，以實現有效支撐的目的。具體的，對於支撐杆6的兩端分別與初期型鋼拱架2和復拱型鋼拱架5的固定連接方式，可直接採用焊接方式進行連接；當然，不失一般性，支撐杆6的兩端也可採用其它固定連接方式進行連接。
另外，本實用新型進一步還在垮塌空腔3內填充有填充體12，所述填充體12為混凝土或者混凝土與塊石的混合體。通過進一步填充填充體12，可進一步提高對垮塌空腔3的內壁面的支撐效果，同時還可進一步為支撐杆6提供更好的保護、固定效果。
另外，上述本實用新型所述的一種隧洞邊牆垮塌處的支護結構的支護方法，根據隧洞邊牆發生垮塌情況的時間點的不同，分別對應相應的步驟，具體如下：
第一種情況a、當隧洞邊牆垮塌發生在隧洞初期支護結構的施工完成之前時，按照如下步驟進行：
a1、清理隧洞邊牆垮塌處的垮塌巖體及內壁面上的鬆動巖塊，形成垮塌空腔3；
a2、對隧洞13的內壁面進行初期錨噴支護1的施工，同時對垮塌空腔3的內壁面進行復拱錨噴支護4的施工；
a3、進行隧洞13初期支護結構中的初期型鋼拱架2的施工；
a4、進行復拱型鋼拱架5的施工；
a5、進行支撐杆6的施工，以將初期支護結構中的初期型鋼拱架2與復拱型鋼拱架5通過支撐杆6進行連接；
第二種情況b、當隧洞邊牆垮塌發生在隧洞初期支護結構的施工完成之後時，按照如下步驟進行：
b1、清理隧洞邊牆垮塌處的垮塌巖體及內壁面上的鬆動巖塊，形成垮塌空腔3；
b2、當因邊牆垮塌對初期支護結構中的初期型鋼拱架2造成局部破壞時，對該局部被破壞的初期型鋼拱架2進行修復或拆除重置；否則進行下一步驟b3；
b3、對垮塌空腔3的內壁面進行初期錨噴支護1；
b4、進行復拱型鋼拱架5的施工；
b5、進行支撐杆6的施工，以將初期支護結構中的初期型鋼拱架2與復拱型鋼拱架5通過支撐杆6進行連接。
當然，在上述第一種情況中，若隧洞邊牆垮塌發生在隧洞初期支護結構的施工過程中時，對於隧洞13的內壁面進行初期錨噴支護1的施工以及進行隧洞13初期支護結構中的初期型鋼拱架2的施工，若已經完成相應施工時，則在進行隧洞邊牆垮塌處的支護結構的支護施工步驟時，相應的步驟可以省略；如當隧洞邊牆垮塌發生時，隧洞13的內壁面已經完成了初期錨噴支護1的施工，則在進行步驟a2的施工時，僅需要進行對垮塌空腔3的內壁面進行復拱錨噴支護4的施工即可。
另外，當設置有連接杆11時，在進行支撐杆6的施工步驟之後，再進行連接杆11的施工。相應的，當在垮塌空腔3內填充有填充體12時，在進行支撐杆6的施工步驟之後，再進行向垮塌空腔3內填充填充體12的施工。另外，當同時設置有連接杆11以及在垮塌空腔3內填充有填充體12時，則應當在進行支撐杆6的施工步驟之後，依次進行連接杆11的施工和進行向垮塌空腔3內填充填充體12的施工。