連拱隧道中墻鋼架布設方法.pdf

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1、(19)中華人民共和國國家知識產權局 (12)發明專利申請 (10)申請公布號 (43)申請公布日 (21)申請號 202010847197.8 (22)申請日 2020.08.21 (71)申請人 貴州大學 地址 550025 貴州省貴陽市花溪區花溪大 道南段 (72)發明人 熊鵬饒軍應 (74)專利代理機構 北京聯創佳為專利事務所 (普通合伙) 11362 代理人 石誠 (51)Int.Cl. E21D 11/18(2006.01) E21D 11/10(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)發明名稱 一種連拱隧道中墻鋼。

2、架布設方法 (57)摘要 本發明公開了一種連拱隧道中墻鋼架布設 方法， 連拱隧道的雙洞各自設置獨立的鋼拱架結 構， 先行洞與后行洞的鋼拱架結構錯開設置， 在 先行洞開挖過程中， 把后行洞靠近共用邊墻一側 的下部鋼架預埋至先行洞共用邊墻中， 待后行洞 開挖時， 將預埋的下部鋼架與后行洞鋼拱架結構 其它部位鋼架固定， 從而構成完整的后行洞鋼拱 架結構。 該方法通過改變連拱、 無中隔墻隧道鋼 拱架傳統搭接方式， 利用鋼拱架錯位布設方式， 改變傳統鋼拱架搭接產生集中受力的形式， 使隧 道結構受力更為合理， 使隧道施工更加安全， 保 證隧道后期安全運營。 權利要求書1頁 說明書5頁 附圖8頁 CN 11。

3、2112669 A 2020.12.22 CN 112112669 A 1.一種連拱隧道中墻鋼架布設方法， 其特征在于： 連拱隧道的雙洞各自設置獨立的鋼 拱架結構， 先行洞與后行洞的鋼拱架結構錯開設置， 在先行洞開挖過程中， 把后行洞靠近共 用邊墻一側的下部鋼架預埋至先行洞共用邊墻中， 待后行洞開挖時， 將預埋的下部鋼架與 后行洞鋼拱架結構其它部位鋼架固定， 從而構成完整的后行洞鋼拱架結構。 2.根據權利要求1所述的連拱隧道中墻鋼架布設方法， 其特征在于： 所述鋼拱架結構包 括有上部鋼架、 中部鋼架、 下部鋼架和仰拱鋼架， 鋼架在洞外按照設計要求加工成型， 洞內 安裝在初噴混凝土之后進行， 安。

4、裝時鋼架與定位系筋、 錨桿連接， 放樣時根據工藝要求預留 焊接收縮余量和切割的加工余量。 3.根據權利要求2所述的連拱隧道中墻鋼架布設方法， 其特征在于： 所述方法具體包 括： A.針對先行洞的開挖首先按照設計要求進行相應超前支護， 然后開挖先行洞部， 施 作部導坑周邊的初期支護和臨時支護， 包括架立上部鋼架和臨時鋼架， 上部鋼架預留焊 接點， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量測； B.在滯后于上臺階一段距離后， 利用上一循環架立的鋼架施作部、 部隧道側壁注 漿小導管及導坑側壁水平錨桿超前支護， 錯開開挖部和部， 施作部和部導坑周邊 的初期支護和臨時支護， 包括施作中部。

5、鋼架、 中部鋼架與上部鋼架進行焊接， 最后再開挖中 臺階部， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量測； C.在滯后于中臺階一段距離后， 利用上一循環架立的鋼架施作部、 部隧道側壁注 漿小導管及導坑側壁水平錨桿超前支護,錯開開挖下臺階部和部， 施作部和部部 導坑周邊的初期支護和臨時支護， 包括施作下部鋼架、 下部鋼架與中部鋼架進行焊接， 最后 再開挖中臺階部， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量測， 共用 邊墻開挖過程中， 將后行洞靠近共用邊墻的下部鋼架預埋至其中； D.待隧道仰拱開挖完畢后， 安裝仰拱鋼架并與下部鋼架進行焊接， 使得該斷面鋼架形 成一個。

6、完整的鋼拱架結構， 并鋪設鋼筋， 填充混凝土， 然后開始施作下一循環； E.待先行洞掘進一段距離后， 按照先行洞的施工方法開挖后行洞， 開挖后行洞和 部后， 施作中部鋼架， 其中靠近共用邊墻的中部鋼架底端直接與前期預埋的下部鋼架外露 出來的頂端焊接， 開挖后行洞和部后， 不再施作靠近共用邊墻的下部鋼架， 仰拱開挖 完畢后， 仰拱鋼架靠近共用邊墻一端直接與前期預埋的下部鋼架外露出來的底端焊接。 4.根據權利要求1所述的連拱隧道中墻鋼架布設方法， 其特征在于： 各洞相鄰鋼拱架結 構之間間隔60cm70cm。 5.根據權利要求3所述的連拱隧道中墻鋼架布設方法， 其特征在于： 先行洞掌子面與后 行洞掌。

7、子面之間的距離50m。 6.根據權利要求1所述的連拱隧道中墻鋼架布設方法， 其特征在于： 后行洞的鋼拱架結 構設置在先行洞相鄰鋼拱架結構的中間位置。 權利要求書 1/1 頁 2 CN 112112669 A 2 一種連拱隧道中墻鋼架布設方法 技術領域 0001 本發明涉及一種連拱隧道中墻鋼架布設方法， 屬于隧道支護技術領域。 背景技術 0002 隨著我國經濟的快速增長以及人口的不斷增加， 使得基礎交通建設的進程也在不 斷加快。 公路隧道的修建的主要類型有分離式隧道和連拱隧道， 連拱隧道可以適應更多的 地形， 空間利用率高， 建設成本低， 并且可以有效的解決公路建設過程中橋隧連接、 短隧連 接等。

8、問題， 所以在高速公路修建過程中， 連拱隧道的修建較分離式隧道有著顯著的優點。 0003 但是連拱隧道的施工方法較分離式隧道復雜， 其在國內的建設水平與國外相比相 差甚遠， 主要原因在于連拱隧道的設計沒有與實際的施工情況有效結合， 致使現場施工過 程與設計屢屢脫節， 即使連拱隧道經過施工人員們的努力得以完成， 隧道投入運營后很快 就出現開裂， 使得連拱隧道的建設總是達不到安全要求。 在連拱隧道實際施工中， 常常采用 后行洞鋼拱架搭接于先行洞鋼拱架上的方式進行支護， 相當于以一個集中力的方式作用在 先行洞鋼拱架上， 然而對于隧道結構而言， 最好是以均布受力的形式作用于結構上， 否則對 隧道結構的。

9、穩定性極為不利。 發明內容 0004 本發明的目的在于， 提供一種連拱隧道中墻鋼架布設方法。 該方法通過改變連拱、 無中隔墻隧道鋼拱架傳統搭接方式， 利用鋼拱架錯位布設方式， 改變傳統鋼拱架搭接產生 集中受力的形式， 使隧道結構受力更為合理， 使隧道施工更加安全， 保證隧道后期安全運 營。 0005 本發明的技術方案： 一種連拱隧道中墻鋼架布設方法， 連拱隧道的雙洞各自設置 獨立的鋼拱架結構， 先行洞與后行洞的鋼拱架結構錯開設置， 在先行洞開挖過程中， 把后行 洞靠近共用邊墻一側的下部鋼架預埋至先行洞共用邊墻中， 待后行洞開挖時， 將預埋的下 部鋼架與后行洞鋼拱架結構其它部位鋼架固定， 從而構。

10、成完整的后行洞鋼拱架結構。 0006 前述的連拱隧道中墻鋼架布設方法中， 所述鋼拱架結構包括有上部鋼架、 中部鋼 架、 下部鋼架和仰拱鋼架， 鋼架在洞外按照設計要求加工成型， 洞內安裝在初噴混凝土之后 進行， 安裝時鋼架與定位系筋、 錨桿連接， 放樣時根據工藝要求預留焊接收縮余量和切割的 加工余量。 0007 前述的連拱隧道中墻鋼架布設方法中， 所述方法具體包括： 0008 A.針對先行洞的開挖首先按照設計要求進行相應超前支護， 然后開挖先行洞 部， 施作部導坑周邊的初期支護和臨時支護， 包括架立上部鋼架和臨時鋼架， 上部鋼架預 留焊接點， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監。

11、控量測； 0009 B.在滯后于上臺階一段距離后， 利用上一循環架立的鋼架施作部、 部隧道側 壁注漿小導管及導坑側壁水平錨桿超前支護， 錯開開挖部和部， 施作部和部導坑 周邊的初期支護和臨時支護， 包括施作中部鋼架、 中部鋼架與上部鋼架進行焊接， 最后再開 說明書 1/5 頁 3 CN 112112669 A 3 挖中臺階部， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量測； 0010 C.在滯后于中臺階一段距離后， 利用上一循環架立的鋼架施作部、 部隧道側 壁注漿小導管及導坑側壁水平錨桿超前支護,錯開開挖下臺階部和部， 施作部和 部部導坑周邊的初期支護和臨時支護， 包括施作下部鋼。

12、架、 下部鋼架與中部鋼架進行焊接， 最后再開挖中臺階部， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量測， 初期支護穩定后施作二次襯砌， 共用邊墻開挖過程中， 將后行洞靠近共用邊墻的下部鋼架 預埋至其中； 0011 D.待隧道仰拱開挖完畢后， 安裝仰拱鋼架并與下部鋼架進行焊接， 使得該斷面鋼 架形成一個完整的鋼拱架結構， 并鋪設鋼筋， 填充混凝土， 然后開始施作下一循環； 0012 E.待先行洞掘進一段距離后， 按照先行洞的施工方法開挖后行洞， 開挖后行洞 和部后， 施作中部鋼架， 其中靠近共用邊墻的中部鋼架底端直接與前期預埋的下部鋼架 外露出來的頂端焊接， 開挖后行洞和部后， 不。

13、再施作靠近共用邊墻的下部鋼架， 仰拱 開挖完畢后， 仰拱鋼架靠近共用邊墻一端直接與前期預埋的下部鋼架外露出來的底端焊 接。 0013 前述的連拱隧道中墻鋼架布設方法中， 各洞相鄰鋼拱架結構之間間隔60cm 70cm。 0014 前述的連拱隧道中墻鋼架布設方法中， 先行洞掌子面與后行洞掌子面之間的距離 50m。 0015 前述的連拱隧道中墻鋼架布設方法中， 后行洞的鋼拱架結構設置在先行洞相鄰鋼 拱架結構的中間位置。 0016 本發明的有益效果： 與現有技術相比， 本發明改變連拱、 無中隔墻隧道鋼拱架傳統 搭接方式， 利用雙洞鋼拱架結構錯位布設方式， 改變傳統鋼拱架結構搭接產生集中受力的 形式， 。

14、雙連拱隧道的先行洞和后行洞均有各自獨立的鋼拱架， 先行洞每榀鋼拱架上不再受 到集中力作用， 這種受力形式更有利于隧道結構的穩定， 使隧道結構受力更為合理， 使隧道 施工更加安全， 保證隧道后期安全運營。 0017 后行洞與先行洞疊合部位的鋼拱架從原預留焊接處直接落底， 使得后行洞鋼拱架 結構材料有所增加， 但各洞的鋼拱架結構間距可由常規的50cm調整為60cm70cm， 這樣各 洞室受力更明確， 更加符合隧道均布受力設計理念， 安全性更好， 而且鋼拱架結構間距調整 后成本降低， 更加經濟。 0018 本方法綜合考慮了隧道斷面的面積、 地質情況、 施工的速度、 以及經濟成本等因素 對修建隧道的影。

15、響， 從而提出控制因素、 施工要點， 制定出詳細的施工步驟、 工藝； 同時通過 對施工后的沉降變形和應力-應變進行現場監測， 實時反饋和校驗隧道施工質量， 滿足隧道 的施工速度、 承載、 變形量的要求， 保障了隧道在施工過程中安全、 可靠運行。 0019 本發明的方法很好地解決了連拱隧道傳統鋼拱架設計導致隧道開裂的問題， 且結 構簡單， 安全可靠、 靈活、 經濟效益顯著。 0020 本方法是在連拱隧道傳統鋼拱架設計的理論基礎上進行改進的， 它的突出優勢在 于改變隧道鋼拱架受力形式， 使得隧道鋼拱架受力更為合理， 更有效的參與抵抗圍巖變形， 將鋼拱架的承載能力發揮到最大。 對以后連拱隧道尤其是無。

16、中隔墻連拱隧道施工有很好的 借鑒作用。 說明書 2/5 頁 4 CN 112112669 A 4 附圖說明 0021 附圖1為本發明連拱隧道施工橫斷面圖； 0022 附圖2為本發明連拱隧道施工平面圖； 0023 附圖3為本發明上臺階開挖施工示意圖； 0024 附圖4為本發明中臺階開挖施工示意圖； 0025 附圖5為本發明下臺階開挖施工示意圖； 0026 附圖6為本發明鋼拱架形成整體的施工示意圖； 0027 附圖7為本發明先行洞鋼拱架施工完成圖； 0028 附圖8為本發明后行洞鋼拱架施工完成圖； 0029 附圖9為傳統方法圍巖數值計算位移云圖； 0030 附圖10為本發明方法圍巖數值計算位移云圖。

17、； 0031 附圖11為傳統方法圍巖數值計算應力云圖； 0032 附圖12為本發明方法圍巖數值計算應力云圖； 0033 附圖13為傳統方法鋼拱架數值計算位移云圖； 0034 附圖14為本發明方法鋼拱架數值計算位移云圖； 0035 附圖15為傳統方法鋼拱架數值計算受力云圖； 0036 附圖16為本發明方法鋼拱架數值計算受力云圖。 具體實施方式 0037 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明， 但并不作為對本發明限制的依 據。 0038 實施例 0039 一種連拱隧道中墻鋼架布設方法， 連拱隧道的雙洞中各自設置獨立的鋼拱架結 構， 先行洞與后行洞的鋼拱架結構錯開獨立設置， 在先行洞開挖過程中。

18、， 把后行洞靠近共用 邊墻一側的下部鋼架預埋至先行洞共用邊墻中， 待后行洞開挖時， 將預埋的下部鋼架與后 行洞鋼拱架結構其它部位鋼架固定， 從而構成完整的后行洞鋼拱架結構。 0040 鋼拱架結構包括有上部鋼架、 中部鋼架、 下部鋼架和仰拱鋼架。 鋼架在洞外按照設 計要求加工成型， 洞內安裝在初噴混凝土之后進行， 為保證鋼架的整體穩定性和有效性， 安 裝時鋼架與定位系筋、 錨桿連接。 放樣時根據工藝要求預留焊接收縮余量和切割的加工余 量。 0041 連拱隧道的先行洞和后行洞分別劃分為上、 中、 下三個臺階， 其中中、 下臺階又分 為左、 中、 右三部， 共計七個區域， 根據開挖順序先行洞依次編號。

19、為部， 后行洞依次編 號為部。 總體施工順序如1和圖2所示。 0042 先行洞和后行洞的具體施工方法為： 0043 A.如附圖3所示， 針對先行洞的開挖首先按照設計要求進行相應超前支護， 然后開 挖先行洞部， 施作部導坑周邊的初期支護和臨時支護， 包括初噴混凝土、 鋪設鋼筋網、 架立上部鋼架和架設臨時鋼架。 上部鋼架預留焊接點， 并設鎖腳錨桿和定位錨桿， 安設工字 鋼橫撐。 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量測。 0044 B.如附圖4所示， 在滯后于上臺階一段距離后， 利用上一循環架立的鋼架施作 說明書 3/5 頁 5 CN 112112669 A 5 部、 部隧道側壁。

20、注漿小導管及導坑側壁水平錨桿超前支護。 錯開開挖部和部， 施作 部和部導坑周邊的初期支護和臨時支護： 包括初噴混凝土、 鋪設鋼筋網、 施作中部鋼架、 中部鋼架與上部鋼架進行焊接、 架設臨時鋼架、 并設鎖腳錨桿和定位錨桿、 安設工字鋼橫 撐。 最后再開挖中臺階部， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工監控量 測。 0045 C.如附圖5所示， 在滯后于中臺階一段距離后， 利用上一循環架立的鋼架施作 部、 部隧道側壁注漿小導管及導坑側壁水平錨桿超前支護。 錯開開挖下臺階部和部， 施作部和部部導坑周邊的初期支護和臨時支護： 包括初噴混凝土、 鋪設鋼筋網、 施作下 部鋼架、 下部鋼架與中。

21、部鋼架進行焊接、 架設臨時鋼架、 并設鎖腳錨桿和定位錨桿、 安設工 字鋼橫撐。 最后再開挖中臺階部， 鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度， 同時進行施工 監控量測。 先行洞與后行洞的共用邊墻開挖過程中， 將后行洞靠近共用邊墻的下部鋼架預 埋至共用邊墻中。 預埋的后行洞下部鋼架通過定位系筋、 錨桿， 以及復噴混凝土固定住。 0046 D.如附圖6所示， 待隧道仰拱開挖完畢后， 安裝仰拱鋼架并與下部鋼架進行焊接， 使得該斷面鋼架形成一個完整的鋼拱架結構， 并鋪設鋼筋， 填充混凝土， 然后開始施作下一 循環。 0047 E.待先行洞掘進40m后， 按照先行洞的施工方法開挖后行洞。 開挖過程中， 以下。

22、幾 個方面與先行洞的施工稍有不同。 0048 (1)開挖后行洞部過程中， 會使得前期預埋至共用邊墻中的下部鋼架頂端外露 出來。 開挖后行洞和部后， 施作中部鋼架， 其中靠近共用邊墻的中部鋼架底端直接與預 埋的下部鋼架外露出來的頂端焊接； 0049(2)開挖后行洞和部后， 不再施作靠近共用邊墻的下部鋼架； 0050 (3)仰拱開挖完畢后， 會使得前期預埋至共用邊墻中的下部鋼架底端外露出來。 施 作仰拱鋼架時， 其靠近共用邊墻一端直接與預埋的下部鋼架外露出來的底端焊接。 0051 先行洞與后行洞的鋼拱架結構施工完成后如圖7和圖8所示。 0052 施工過程中各洞相鄰鋼拱架結構之間間隔60cm70cm。

23、。 0053 先行洞掌子面與后行洞掌子面之間的距離50m。 0054 后行洞的鋼拱架結構設置在先行洞相鄰鋼拱架結構的中間位置。 0055 數值模擬 0056 下面通過有限元數值模擬軟件對連拱隧道鋼拱架傳統布設方法和此新方法進行 數值分析， 兩種布設方法的圍巖變形及應力計算結果如圖9-12所示： 0057 由圖9和圖10可知， 傳統布設方法和新方法的圍巖最大位移值分別為： 1.2710-2m 和4.3610-3m， 計算結果表明， 新方法的圍巖變形位移最大值比傳統布設方法小65.67。 這說明， 隨著布設方法的變更， 新方法更能有效的控制圍巖變形。 0058 由圖11和圖12可知， 傳統布設方法。

24、和新方法的圍巖應力最大值分別為： 666kN/m2 和329kN/m2， 計算結果表明， 新方法的圍巖應力最大值比傳統布設方法小50.60。 0059 兩種布設方法的鋼拱架變形及應力計算結果如圖13-16所示： 0060 由圖13和圖14可知， 傳統布設方法和新方法的鋼拱架最大位移值分別為： 1.27 10-2m和4.2810-3m， 計算結果表明， 新方法的鋼拱架變形位移最大值比傳統布設方法小 66.30。 說明書 4/5 頁 6 CN 112112669 A 6 0061 由圖15和圖16可知， 傳統布設方法和新方法的鋼拱架受力最大值分別為： 243kN和 312kN， 計算結果表明， 新。

25、方法的鋼拱架受力最大值比傳統布設方法大22.12。 這說明， 隨 著布設方法的變更， 鋼拱架更能有效的提供圍巖變形后的支承力， 有效的發揮鋼拱架的作 用。 說明書 5/5 頁 7 CN 112112669 A 7 圖1 圖2 說明書附圖 1/8 頁 8 CN 112112669 A 8 圖3 圖4 圖5 說明書附圖 2/8 頁 9 CN 112112669 A 9 圖6 圖7 說明書附圖 3/8 頁 10 CN 112112669 A 10 圖8 圖9 說明書附圖 4/8 頁 11 CN 112112669 A 11 圖10 圖11 說明書附圖 5/8 頁 12 CN 112112669 A 12 圖12 圖13 說明書附圖 6/8 頁 13 CN 112112669 A 13 圖14 圖15 說明書附圖 7/8 頁 14 CN 112112669 A 14 圖16 說明書附圖 8/8 頁 15 CN 112112669 A 15 。