一种适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统及加固方法

技术领域

本发明涉及地下工程与隧道工程技术领域，具体涉及一种适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统及加固方法。

背景技术

既有隧道的扩挖或改建需求，大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。

随着扩挖施工的进行，扩挖段初期支护也不断施作，隧道内部围岩和支撑结构提供的约束跟着变化，围岩应力随之调整，初期支护结构变形的方向和量值也在不断变化，扩挖施工过程中要保证扩挖后的初期支护结构能够承担起相应围岩压力，因此保证扩挖段初期支护结构的受力安全就能确保整个隧道的施工安全性。

对于既有隧道扩挖方面，目前国内外都还没有任何主动性加固装备，只有地质前期介入式传统化柔性支护。扩洞阶段采用超前锚杆和超前管棚，进行预先加固，主动干预，被动防护。存在施工风险无法预控，边干边调整，被动作业，给施工人员与机械带来很大安全风险。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统及加固方法。

本发明提供了一种适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统，包括支撑架，包括第一门型支架、第二门型支架和第三门型支架，所述第二门型支架和第三门型支架分别设在第一门型支架的两侧且平行于所述第一门型支架，所述第二门型支架通过铰接件与第一门型支架铰接，所述第三门型支架与第一门型支架固定连接；

高度调节装置，设于所述第一门型支架、第二门型支架和第三门型支架的顶部，所述高度调节装置上设有安装架，所述安装架上设有多个第一液压千斤顶；

腹板，包括两个竖直部分以及拱顶部分，拱顶部分位于两个竖直部分顶部，所述竖直部分平行于所述第一门型支架、第二门型支架和第三门型支架的立柱，且所述侧面腹板与立柱之间设有多个水平设置的第二液压千斤顶，第二液压千斤顶固定于立柱上；所述第一液压千斤顶设于拱顶部分与安装架之间；

行走机构，设于第一门型支架、第二门型支架和第三门型支架的底部，用于使支撑架移动。

较佳地，第一门型支架、第二门型支架和第三门型支架的边角处均设有倾斜设置的加强筋。

较佳地，高度调节装置为液压升降机构。

较佳地，第一门型支架、第二门型支架和第三门型支架均采用50槽钢焊接而成。

本发明还提供了上述适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统的加固方法包括以下步骤：

S101、详细测定既有隧道内轮廓断面尺寸，根据既有隧道轮廓线，预先拼装焊接既有隧道断面等比例的隧道扩洞预加固系统；

S102、开挖前将隧道扩洞预加固系统推移至开挖线内，调整第二液压千斤顶使腹板的竖直部分的外壁与既有隧道轮廓线内壁充分接触，拱顶部分与顶部岩面保持充分接触；

S103、扩洞段分步开挖：先施工上导开挖H＝1.7-2.1m，上导进行锚喷支护；中导开挖H＝3.0m，中导锚喷支护；下导开挖H＝3.0m，下导喷锚支护，然后二次衬砌混凝土，最后仰拱回填路面施工；

S104、扩洞段完成，出渣完毕，支护及时跟进后，在下一环钻眼，吹渣、装药完成后，将预加固系统后撤至起爆线外，避免损坏。

较佳地，开挖阶段拱顶部分与顶部岩面保持充分接触，如发现顶部岩面有变形开裂情况，应加强超前支护，保证开挖稳定。

较佳地，步骤S102中分步台阶长度为4.5m，在施工中可根据围岩的稳定情况，适当调整台阶长度、台阶个数，同时根据初期支护施作情况，采用长短马口结合，错开施工，马口长度不宜大于2榀拱架。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明的预加固系统，在既有段施加预压岩体的等级反力，平衡爆破应力扩大损伤岩体，前段固结段作为刚性支撑点，后段采用铰接调整应力传递点，随爆破应力与围岩反力，进行调整变化，将主动干预防护，被动卸载平衡的动载性设备。

本发明的扩洞预加固方法适用于各类地下结构，既有隧道的扩建施工。当既有隧道的断面，无法满足使用要求，在旧址采取扩洞兴建的方式，同心辐射扩洞与单侧扩洞均可采用此系统，对待扩段进行主动加固。防止在扩洞过程中，发生坍塌事故发生。

本发明首次采用前导与后置连续可变，应力衍伸感应调整预加固系统，主动进行干预，防止应力释放过大，毁坏结构本身。在施工过程中，主动保护既有结构稳定，在后期扩挖段部位，达到集中应力可控，动态化调整的能力。

附图说明

图1为本发明扩洞加固系统示意图正视图；

图2为本发明支撑架的侧视图；

图3为本发明施工工艺示意图侧视图；

图4为本发明施工工艺示意图正视图。

附图标记说明：

1.支撑架，11.第一门型支架，12.第二门型支架，13.第三门型支架，2.高度调节装置，3.安装架，4.第一液压千斤顶，5.腹板，51.竖直部分，52.拱顶部分，6.第二液压千斤顶，7.行走机构，8.铰接件，9.承载性混凝土。

具体实施方式

下面结合附图1-4，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统，包括：

支撑架1，包括第一门型支架11、第二门型支架12和第三门型支架13，所述第二门型支架12和第三门型支架13分别设在第一门型支架11的两侧且平行于所述第一门型支架11，所述第二门型支架12通过铰接件8与第一门型支架11铰接，所述第三门型支架13与第一门型支架11固定连接；高度调节装置2，设于所述第一门型支架11、第二门型支架12和第三门型支架13的顶部，所述高度调节装置2上设有安装架3，所述安装架3上设有多个第一液压千斤顶4；

腹板5，包括两个竖直部分51以及拱顶部分52，拱顶部分52位于两个竖直部分51顶部，所述竖直部分51平行于所述第一门型支架11、第二门型支架12和第三门型支架13的立柱，且所述侧面腹板与立柱之间设有多个水平设置的第二液压千斤顶6，第二液压千斤顶6固定于立柱上；所述第一液压千斤顶4设于拱顶部分52与安装架3之间；

行走机构7，设于第一门型支架11、第二门型支架12和第三门型支架13的底部，用于使支撑架1移动。

由于第二门型支架12通过铰接件8与第一门型支架11铰接，所述第三门型支架13与第一门型支架11固定连接，因此第二门型支架12可以产生位移变化，能够根据应力变化进行适用性的调整，而第三门型支架13则为刚性支撑。高度调节装置(2)能够使第一液压千斤顶4调整至预定位置，第一液压千斤顶4能够对腹板的拱顶部分进行稳固支撑。腹板5的竖直部分51抵接在洞壁上，且通过多个第二液压千斤顶6实现支撑加固。

优选地，第一门型支架11、第二门型支架12和第三门型支架13的边角处均设有倾斜设置的加强筋。目的在于增加各门型支架的稳固性。

优选地，高度调节装置2为液压升降机构。

优选地，第一门型支架11、第二门型支架12和第三门型支架13均采用50槽钢焊接而成。

需要说明的是铰接件8可以是钢板与钢板的连接处开孔，然后在孔内设置活动的钢棒实现。

上述适用于浅埋的隧道扩洞预加固系统的加固方法包括以下步骤：

S101、详细测定既有隧道内轮廓断面尺寸，根据既有隧道轮廓线，预先拼装焊接既有隧道断面等比例的隧道扩洞预加固系统；

S102、开挖前将隧道扩洞预加固系统推移至开挖线内，调整第二液压千斤顶6使腹板的竖直部分51的外壁与既有隧道轮廓线内壁充分接触，拱顶部分52与顶部岩面保持充分接触；

S103、扩洞段分步开挖：先施工上导开挖H＝1.7-2.1m，上导进行锚喷支护；中导开挖H＝3.0m，中导锚喷支护；下导开挖H＝3.0m，下导喷锚支护，然后二次衬砌混凝土，最后仰拱回填路面施工；

S104、扩洞段完成，出渣完毕，支护及时跟进后，在下一环钻眼，吹渣、装药完成后，将预加固系统后撤至起爆线外，避免损坏。

优选地，开挖阶段拱顶部分52与顶部岩面保持充分接触，如发现顶部岩面有变形开裂情况，应加强超前支护，保证开挖稳定。

优选地，分步台阶长度为4.5m，在施工中可根据围岩的稳定情况，适当调整台阶长度、台阶个数，同时根据初期支护施作情况，采用长短马口结合，错开施工，马口长度不宜大于2榀拱架。

实例背景：阳泉盂县交通局，在太行山旅游公路改造过程中，对既有浅埋段进行扩洞开挖，扩洞过程中，采用本发明的预加固系统进行既有洞体的加固和支护，达到二次应力重新分布，能够根据爆破应力与围岩反力，进行调整变化，主动干预防护，降低施工的安全风险。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。