CN110259480B - 一种隧道超前支护定位装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于隧道施工技术领域，提供了一种隧道超前支护定位装置及其施工方法。该装置包括第一榀定位钢架、第二榀定位钢架、定位钢筋以及连接钢筋。连接钢筋横向两端分别与第一榀定位钢架、第二榀定位钢架焊接，形成整体；所述第一榀定位钢架的底部焊接有若干个定位钢筋，每一定位钢筋中间具有通孔，第二榀定位钢架的腹板处钻设有若干个定位孔，通孔与定位孔形成超前导管的施工通道。本发明利用原初支钢架为超前支护施工进行定位，在几乎不增加额外工序和工程量的前提下，可严格按设计要求控制超前导管环向布置间距和外插角，大幅提高超前支护施工质量，且施工简便。避免了由人工现场控制所导致的施工质量难以达到设计要求的问题。

Description

一种隧道超前支护定位装置及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道超前支护定位装置及其施工方法。

背景技术

超前支护作为隧道施工过程中一种重要的预支护措施，对于隧道施工阶段的安全至关重要。超前小导管作为最常见的超前支护措施，其是否严格按照设计要求的间距、外插角进行施工，极大程度地影响了超前支护体系的支护效果。然而，目前隧道施工时并无成型的定位装置，超前导管布置间距、外插角由工人现场控制，施工质量难以达到设计要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种隧道超前支护定位装置及其施工方法，其可以解决现有隧道施工技术中超前导管布置由人工现场控制，施工质量难以达到设计要求的问题。

本发明是这样实现的，一种隧道超前支护定位装置，包括第一榀定位钢架、第二榀定位钢架、定位钢筋以及连接钢筋，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架相距一段距离设置；所述连接钢筋环向设置，其两端分别与所述第一榀定位钢架、第二榀定位钢架焊接，形成整体；所述第一榀定位钢架的底部焊接有若干个所述定位钢筋，每一所述定位钢筋中间具有供超前导管穿过的通孔，所述第二榀定位钢架的腹板处钻设有若干个定位孔，所述定位钢筋的通孔与所述第二榀定位钢架的定位孔形成超前导管的施工通道。

进一步的，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架均呈弧形，所述若干个定位钢筋沿所述第一榀定位钢架的环向间隔分布，所述若干个定位孔沿所述第二榀定位钢架的环向间隔分布。

进一步的，所述若干个定位钢筋由一条钢筋弯折形成，或者，每个定位钢筋由一段钢筋弯折形成。

进一步的，所述装置包括至少两层纵向间隔设置的连接钢筋，所述第一榀定位钢架的上翼缘与第二榀定位钢架的上翼缘之间焊接有所述连接钢筋，所述第一榀定位钢架的下翼缘与第二榀定位钢架的下翼缘之间焊接有所述连接钢筋。

进一步的，所述连接钢筋的两端弯折，形成焊接部。

进一步的，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架的纵向间距等于第一榀定位钢架与前一榀原初支钢架的纵向间距，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架的型号与隧道原初支钢架保持一致，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架纵向间距也与相邻两榀原初支钢架的纵向间距保持一致。

进一步的，所述定位孔的直径大于超前导管外径10mm，所述定位钢筋通孔的孔径大于超前导管外径20mm。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种隧道超前支护定位装置的施工方法，至少包括以下步骤：

S10、根据隧道断面、超前导管外径、环向布置间距、外插角要求，确定定位孔直径、定位钢筋的通孔直径、定位孔圆心与第二榀定位钢架中心线的偏离距离；

S20、进行定位钢筋加工，第一榀定位钢架弯曲加工，然后，将定位钢筋焊接在第一榀定位钢架的底部；

S30、第二榀定位钢架定位孔放样，然后将第二榀定位钢架进行弯曲加工，钻定位孔；

S40、加工连接钢筋；

S50、待掌子面开挖至第一榀定位钢架处，初喷3～4cm厚混凝土，架设所述第一榀定位钢架，采用连接钢筋将其与前一榀原初支钢架焊接，喷射第一榀定位钢架与前一榀原初支钢架之间的混凝土至设计厚度；

S60、待掌子面开挖至第二榀定位钢架处，初喷3～4cm厚混凝土，架设第二榀定位钢架，采用连接钢筋将其与第一榀定位钢架焊接，喷射混凝土至超前导管施工范围外侧；

S70、超前导管施工，将超前导管穿入定位钢筋的通孔以及第二榀定位钢架的定位孔，然后将超前导管的端部与第二榀定位钢架焊接；

S80、割除侵入二衬部分的定位钢筋，喷射混凝土至设计厚度。

进一步的，所述定位孔放样时，定位孔的圆心与第二榀定位钢架下翼缘底面的距离，采用下式计算：

δ＝tanα×L-δ1

其中，式中δ为定位孔圆心至第二榀定位钢架下翼缘底面的距离，δ1为定位钢筋通孔的圆心至第一榀定位钢架下翼缘底面的距离，α为超前导管的外插角，L为第一榀定位钢架与第二榀定位钢架的纵向间距。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明的隧道超前支护定位装置，利用原初支钢架为超前支护施工进行定位，在几乎不增加额外工序和工程量的前提下，可严格按设计要求控制超前导管环向布置间距和外插角，大幅提高超前支护施工质量，且施工简便。避免了由人工现场控制所导致的施工质量难以达到设计要求的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的隧道超前支护定位装置的纵断面示意图；

图2是图1所示定位装置中的第一榀定位钢架的立面示意图；

图3是图1所示定位装置中的另一种第一榀定位钢架的立面示意图；

图4是图1所示定位装置中的第二榀定位钢架的立面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1，示出了本发明的一较佳实施例，一种隧道超前支护定位装置，其包括第一榀定位钢架1、第二榀定位钢架2、若干个定位钢筋3以及若干条分连接钢筋4。

第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2相距一段距离设置。于本实施例中，第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2的纵向间距等于第一榀定位钢架1与前一榀原初支钢架5的纵向间距。第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2的型号与隧道原初支钢架5保持一致，所述第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2纵向间距也与相邻两榀原初支钢架5的纵向间距保持一致。其中型号一致是指形状、尺寸、材质等参数相同。

第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2均呈弧形。连接钢筋4环向设置，其两端分别与第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2焊接，形成整体。

具体的，该装置包括两层纵向间隔设置的连接钢筋4，每层均包括多条环向间距布置的连接钢筋4，相邻两条连接钢筋4的间距为0.5～1.0m，连接钢筋4直径为22mm，连接钢筋4的两端弯折，形成焊接部41，优选的，连接钢筋4整体呈“[”型。

第一榀定位钢架1的上翼缘与位于上层的连接钢筋4一端的焊接部41焊接，第二榀定位钢架2的上翼缘与位于上层的连接钢筋4的另一端的焊接部41焊接。第一榀定位钢架1的下翼缘与位于下层的连接钢筋4一端的焊接部41焊接，第二榀定位钢架2的下翼缘与位于下层的连接钢筋4的另一端的焊接部41焊接，焊接形式采用单面焊，焊缝长度不小于220mm。

请参见图2，第一榀定位钢架1的底部的中间位置，即下翼缘中部焊接有若干个环向间隔分布的定位钢筋3，每一定位钢筋3中间具有供超前导管穿过的通孔31。若干个定位钢筋3由一条钢筋弯折形成(如图2所示)，或者，请参见图3，每个定位钢筋3由一段钢筋弯折形成。优选的，定位钢筋3的整体呈“Ω”型，定位钢筋3直径为12mm，焊接形式采用单面焊，焊缝长度不小于120mm。

请参见图4，第二榀定位钢架2的腹板处钻设有若干个环向间隔分布定位孔21，每一定位钢筋2的通孔31与其对应的第二榀定位钢架2的定位孔21形成超前导管6的施工通道。

在实际生产中，所述定位孔21的直径大于超前导管6外径10mm，定位钢筋3通孔31的孔径大于超前导管6外径20mm。

本实施例还提供了一种隧道超前支护定位装置的施工方法，包括以下步骤：

S10、根据隧道断面、超前导管6外径、环向布置间距、外插角要求，确定定位孔21直径、定位钢筋3的通孔31直径、定位孔21圆心与第二榀定位钢架2下翼缘底面的距离；

S20、进行定位钢筋3加工，第一榀定位钢架1弯曲加工，然后，将定位钢筋3焊接在第一榀定位钢架1的底部；

S30、第二榀定位钢架2定位孔21放样，然后将第二榀定位钢架2进行弯曲加工，钻定位孔21，其中，定位孔21放样时，定位孔21的圆心与第二榀定位钢架2下翼缘底面的距离，采用下式计算：

δ＝tanα×L-δ1

其中，式中δ为定位孔21圆心至第二榀定位钢架2下翼缘底面的距离，δ1为定位钢筋3通孔31的圆心至第一榀定位钢架1下翼缘底面的距离，α为超前导管6的外插角，L为第一榀定位钢架1与第二榀定位钢架2的纵向间距；

S40、加工连接钢筋4；

S50、待掌子面C开挖至第一榀定位钢架1处，初喷3～4cm厚的混凝土7，架设第一榀定位钢架1，采用连接钢筋4将其与前一榀原初支钢架5焊接，喷射第一榀定位钢架1与前一榀原初支钢架5之间的混凝土7至设计厚度；

S60、待掌子面C开挖至第二榀定位钢架2处，初喷3～4cm厚的混凝土7，架设第二榀定位钢架2，采用连接钢筋4将其与第一榀定位钢架1焊接，喷射混凝土7至超前导管施工范围外侧3cm；

S70、超前导管6施工，将超前导管6穿入定位钢筋3的通孔31以及第二榀定位钢架2的定位孔21，然后将超前导管6的端部与第二榀定位钢架2焊接；

S80、割除侵入二衬部分的定位钢筋3，喷射混凝土7至设计厚度，即完成隧道超前支护定位装置的施工。

容易理解的是，上述的步骤编号仅用于便于说明步骤的实施过程，但并不用于限定时间顺序，对一些可以不分先后顺序的步骤，即使对其编号进行调整，也属于本发明的保护范围之内。

本实施例的定位装置，利用原初支钢架5为超前支护施工进行定位，在几乎不增加额外工序和工程量的前提下，可严格按设计要求控制超前导管6环向布置间距和外插角，大幅提高超前支护施工质量，且施工简便。避免了由人工现场控制所导致的施工质量难以达到设计要求的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述隧道超前支护定位装置包括第一榀定位钢架、第二榀定位钢架、定位钢筋以及连接钢筋，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架相距一段距离设置；所述连接钢筋环向设置，其两端分别与所述第一榀定位钢架、第二榀定位钢架焊接，形成整体；所述第一榀定位钢架的底部焊接有若干个所述定位钢筋，每一所述定位钢筋中间具有供超前导管穿过的通孔，所述第二榀定位钢架的腹板处钻设有若干个定位孔，所述定位钢筋的通孔与所述第二榀定位钢架的定位孔形成超前导管的施工通道；所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架均呈弧形，所述若干个定位钢筋沿所述第一榀定位钢架的环向间隔分布，所述若干个定位孔沿所述第二榀定位钢架的环向间隔分布；

所述施工方法至少包括以下步骤：

S10、根据隧道断面、超前导管外径、环向布置间距、外插角要求，确定定位孔直径、定位钢筋的通孔直径、定位孔圆心与第二榀定位钢架下翼缘底面的距离；

S20、进行定位钢筋加工，第一榀定位钢架弯曲加工，然后，将定位钢筋焊接在第一榀定位钢架的底部；

S30、第二榀定位钢架定位孔放样，然后将第二榀定位钢架进行弯曲加工，钻定位孔；

S40、加工连接钢筋；

S50、待掌子面开挖至第一榀定位钢架处，初喷3~4cm厚混凝土，架设所述第一榀定位钢架，采用连接钢筋将其与前一榀原初支钢架焊接，喷射第一榀定位钢架与前一榀原初支钢架之间的混凝土至设计厚度；

S60、待掌子面开挖至第二榀定位钢架处，初喷3~4cm厚混凝土，架设第二榀定位钢架，采用连接钢筋将其与第一榀定位钢架焊接，喷射混凝土至超前导管施工范围外侧；

S70、超前导管施工，将超前导管穿入定位钢筋的通孔以及第二榀定位钢架的定位孔，然后将超前导管的端部与第二榀定位钢架焊接；

S80、割除侵入二衬部分的定位钢筋，喷射混凝土至设计厚度。

2.如权利要求1所述的隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述定位孔放样时，定位孔的圆心与第二榀定位钢架下翼缘底面的距离，采用下式计算：

δ=tanα×L-δ1

其中，式中δ为定位孔圆心至第二榀定位钢架下翼缘底面的距离，δ1为定位钢筋通孔的圆心至第一榀定位钢架下翼缘底面的距离，α为超前导管的外插角，L为第一榀定位钢架与第二榀定位钢架的纵向间距。

3.如权利要求1所述的隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述若干个定位钢筋由一条钢筋弯折形成，或者，每个定位钢筋由一段钢筋弯折形成。

4.如权利要求1所述的隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述装置包括至少两层纵向间隔设置的连接钢筋，所述第一榀定位钢架的上翼缘与第二榀定位钢架的上翼缘之间焊接有所述连接钢筋，所述第一榀定位钢架的下翼缘与第二榀定位钢架的下翼缘之间焊接有所述连接钢筋。

5.如权利要求4所述的隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述连接钢筋的两端弯折，形成焊接部。

6.如权利要求1所述的隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架的纵向间距等于第一榀定位钢架与前一榀原初支钢架的纵向间距，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架的型号与隧道原初支钢架保持一致，所述第一榀定位钢架与第二榀定位钢架纵向间距也与相邻两榀原初支钢架的纵向间距保持一致。

7.如权利要求1所述的隧道超前支护定位装置的施工方法，其特征在于，所述定位孔的直径大于超前导管外径10mm，所述定位钢筋通孔的孔径大于超前导管外径20mm。