1.本發(fā)明涉及隧道支護技術(shù)領域，具體為一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

2.近年來，在公路隧道施工過程中，局部段落穿越疏松砂巖，砂狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)弱膠結(jié)，成巖程度差，遇水易軟化崩解，天然抗壓強度1～4mpa左右，屬極軟巖。當隧道穿越該地層時，隨著隧道的開挖，使得圍巖處于臨空狀態(tài)，改變應力條件，原巖應力釋放加上開挖對圍巖的擾動作用，應力釋放快，初期變形速率、變形量均較大，導致圍巖幾乎無自穩(wěn)能力，極易在隧道開挖瞬間出現(xiàn)拱頂冒頂、塌方，且塌方量較大，給施工造成了極大的困難。

3.針對公路隧道穿越疏松砂巖地段，主要采取超前大管棚和超前高壓水平旋噴樁的支護措施。對于超前管棚支護，先行施設的管棚，以掌子面和后方支撐為支點，形成一個梁式結(jié)構(gòu)，二者構(gòu)成環(huán)繞隧洞輪廓的殼狀結(jié)構(gòu)，可有效抑制圍巖松動和垮塌。一般采用直徑為108mm的鋼管作為超前支護桿體，管內(nèi)配筋加注漿，以增加管棚剛度。此外，注漿漿液經(jīng)管壁孔壓入圍巖裂隙中，使松散巖體膠結(jié)、固結(jié)，從而改善了軟弱圍巖的物理力學性質(zhì)，增強了圍巖的自承能力，達到加固鋼管周邊軟弱圍巖的目的。對于整體性好、膠結(jié)作用良好或一般的圍巖，超前管棚的支護效果較為明顯。但是，對于膠結(jié)作用差、顆粒較小的疏松砂巖，由于管棚的注漿加固效果有限，且砂巖顆粒易從各桿體之間的間隙中持續(xù)流出，造成超前支護結(jié)構(gòu)形同虛設。為此，隧道設計人員嘗試采用水平旋噴樁替代超前管棚，在隧道拱圈周圍形成相互咬合的封閉殼狀結(jié)構(gòu)。然而，單純的水平旋噴樁整體剛度和抗彎能力較差。為此，目前設計采用內(nèi)置直徑89/42的鋼管進行預加固。但是，由于旋噴樁樁體強度遠低于常規(guī)混凝土，鋼管的剛度遠大于樁體剛度，二者協(xié)同受力變形能力較差。此外，水平旋噴樁在上覆巖體的壓力作用下，樁體受力面的對側(cè)受拉較大，待鋼管混凝土發(fā)揮抗彎能力時，樁體已受拉開裂破壞嚴重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.針對上述問題，本申請?zhí)岢隽艘环N隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)及施工方法，本支護采用鋼筋籠結(jié)構(gòu)，并利用固定環(huán)和主筋進行等距約束，以形成抗彎性能較大的鋼筋束，在增大預加固面積的同時，減小受力面對側(cè)樁體的拉裂破壞，進一步增強樁體抗彎性能，以此形成更加有效、更加安全的超前支護體系，進一步降低疏松砂巖地層中隧道施工中的塌方、冒頂風險。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下：

6.一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)為鋼筋籠和旋噴樁1的組合，每個鋼筋籠包括若干縱向主筋2和若干固定環(huán)3，每一個固定環(huán)3環(huán)面上均勻等距焊接有四個縱向主筋2，若干固定環(huán)3依次焊接，且若干固定

環(huán)3上的主筋2均逐一對應焊接；所述鋼筋籠依次插入旋噴樁1中，形成隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)。

7.所述隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)設置于隧道拱圈4的工字鋼外側(cè)，若干形成相互咬合的封閉殼狀結(jié)構(gòu)。

8.所述縱向主筋2采用直徑為hrb400鋼筋，單個縱向主筋完整無焊接。

9.所述固定環(huán)3由無縫鋼管切割而成。

10.本發(fā)明還提供了一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于：

11.步驟1：鋼筋籠現(xiàn)場預焊接組裝，在固定環(huán)3環(huán)面上均勻等距焊接四個縱向主筋2后，對每一組固定環(huán)3和主筋2進行一一對應焊接，形成鋼筋籠；

12.步驟2：噴注旋噴樁1，旋噴樁1以隔樁跳打的方式進行施工；

13.步驟3：在噴注的旋噴樁1內(nèi)插入鋼筋籠；

14.步驟4：在旋噴樁1的間隔區(qū)域內(nèi)補充噴注旋噴樁1，并將鋼筋籠插入補充噴注的旋噴樁1內(nèi)，形成相互咬合的封閉的隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)。

15.本發(fā)明的有益效果為：采用這種超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)，第一，實現(xiàn)了隧道穿疏松砂巖段拱圈附近“封閉式”開挖，大大降低了施工風險。第二，采用樁體內(nèi)置鋼筋籠的方式提高水平旋噴樁的抗彎性能，以抵抗較大的圍巖壓力，且結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強，成本較低，可在施工現(xiàn)場進行加工，施工較為簡便。第三，可有效降低疏松砂巖地層中隧道在運營期間發(fā)生病害的幾率，降低隧道全壽命周期成本。

附圖說明

16.圖1為本發(fā)明配筋斷面示意圖；

17.圖2為本發(fā)明鋼筋連接方式示意圖；

18.圖3為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

19.圖4為本發(fā)明施工方案布置圖；

20.圖中所示：旋噴樁1、縱向主筋2、固定環(huán)3。

具體實施方式

21.下面結(jié)合附圖并通過具體的實施例進一步的說明本發(fā)明的技術(shù)方案：

22.實施例1

23.如附圖1-4所示，本發(fā)明專利提供了一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)裝置，包括旋噴樁1、縱向主筋2和固定環(huán)3。具體施工工序及參數(shù)如下：

24.針對隧道穿越疏松砂巖段，首先進行鋼筋籠的現(xiàn)場焊接組裝。其中，縱向主筋2采用直徑為22mm的hrb400鋼筋，完整無焊接，長度為9m。固定環(huán)3為直徑245mm、壁厚7.5mm的無縫鋼管切割而成，其寬度為50mm。將四根縱向主筋2等距焊接4在固定環(huán)3外側(cè)壁，如圖3所示，固定環(huán)3沿著縱向主筋2方向以間距1.5m距離逐一與縱向主筋2進行焊接，以此形成工程所需的鋼筋籠。

25.通過注漿管將漿液以高壓注入拱圈未開挖巖層，形成直徑約為50cm的旋噴樁1。如圖4所示，旋噴樁1以隔樁跳打的方式進行施工，跳隔間距為80cm，隨即將已組裝完成的鋼筋

籠依次插入旋噴樁1區(qū)域中，待首遍旋噴樁1施工完畢，即圖4中的序號為a的旋噴樁1施工完畢，且樁身強度達到一定值，進行剩余旋噴樁1的施工，即圖4中序號為b的樁的施工，并重復首遍旋噴樁1的施工工序，最終在隧道拱圈的工字鋼外側(cè)附近形成相互咬合的封閉殼狀結(jié)構(gòu)。

26.工作原理：在傳統(tǒng)高壓水平旋噴樁的基礎上，進行配筋處理，以提高旋噴樁的受力面對側(cè)的抗彎、抗拉性能，減小樁體的受拉破壞，進一步降低隧道施工風險。

27.對于本領域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

28.此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

技術(shù)特征：

1.一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)為鋼筋籠和旋噴樁的組合，每個鋼筋籠包括若干縱向主筋和若干固定環(huán)，每一個固定環(huán)環(huán)面上均勻等距焊接有四個縱向主筋，若干固定環(huán)依次焊接，且若干固定環(huán)上的主筋均逐一對應焊接；所述鋼筋籠依次插入旋噴樁中，形成隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)設置于隧道拱圈的工字鋼外側(cè)，若干形成相互咬合的封閉殼狀結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述縱向主筋采用直徑為hrb400鋼筋，單個縱向主筋完整無焊接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述固定環(huán)由無縫鋼管切割而成。5.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述的隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于：步驟1：鋼筋籠現(xiàn)場預焊接組裝，在固定環(huán)環(huán)面上均勻等距焊接四個縱向主筋后，對每一組固定環(huán)和主筋進行一一對應焊接，形成鋼筋籠；步驟2：噴注旋噴樁，旋噴樁以隔樁跳打的方式進行施工；步驟3：在噴注的旋噴樁內(nèi)插入鋼筋籠；步驟4：在旋噴樁的間隔區(qū)域內(nèi)補充噴注旋噴樁，并將鋼筋籠插入補充噴注的旋噴樁內(nèi)，形成相互咬合的封閉的隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及隧道支護技術(shù)領域，具體為一種隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)及施工方法；所述隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)為鋼筋籠和旋噴樁的組合，每個鋼筋籠包括若干縱向主筋和若干固定環(huán)，每一個固定環(huán)環(huán)面上均勻等距焊接有四個縱向主筋，若干固定環(huán)依次焊接，且若干固定環(huán)上的主筋均逐一對應焊接；所述鋼筋籠依次插入旋噴樁中，形成隧道超前水平加筋旋噴樁支護結(jié)構(gòu)。本支護采用鋼筋籠結(jié)構(gòu)，利用固定環(huán)和主筋進行等距約束，以形成抗彎性能較大的鋼筋束，在增大預加固面積的同時，減小受力面對側(cè)樁體的拉裂破壞，進一步增強樁體抗彎性能，以此形成更加有效、更加安全的超前支護體系。系。系。

技術(shù)研發(fā)人員：楊治軍 張耀庭 劉涇堂 胡金鑫 邱成虎 包正龍 王文卓

受保護的技術(shù)使用者：甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.23

技術(shù)公布日：2022/3/4