一种地铁隧道大断面马头门支护结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及地铁隧道施工技术领域，具体涉及一种地铁隧道大断面马头门支护结构及其施工方法。


背景技术：

2.在采用暗挖法进行地铁隧道施工时，在工作竖井与横通道修建完成之后，需要进行马头门破除施工。在马头门破除施工时，需要凿除马头门开挖轮廓内原有的拱架和混凝土等锚喷护壁体系。马头门作为横通道与隧道的连接处，其受力状态十分复杂，马头门破除施工破坏了隧道原有的受力状态，容易产生围岩失稳，坍塌等一系列问题。
3.现有技术中为了解决上述问题，一般采用在马头门处搭设钢拱架并采用喷射混凝土进行加固。这种支撑方式的结构整体性较差，并且大断面马头门破除施工的影响范围较大、应力集中严重。由于后续施工的影响，围岩受到多次扰动，会造成原有结构的变形和拱顶的沉陷，严重时甚至引起结构破坏，可能造成洞口的坍塌，威胁到现场施工人员的人生安全，带来严重的后果和巨大的经济损失。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够避免大断面隧道横通道马头门破除时产生支撑结构变形、洞门塌方等重大施工危险，确保施工期间结构稳定，保障作业人员安全的马头门支护结构及其施工方法。
5.本发明是通过下述技术方案来实现的。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种地铁隧道大断面马头门支护结构，包括：
7.围岩支撑结构，被配置有马头门位置的格栅钢架和插入围岩内侧的锚杆，用于干涉受力体系转换过程中围岩变形；
8.临时支撑结构，被配置有连接于围岩支撑结构内的横向支撑梁、纵向支撑柱和斜撑，用于支撑隧道围岩与支护结构。
9.根据本发明的示例性实施方式，围岩支撑结构的格栅钢架由多个格栅钢架单元和设在相邻的钢架单元之间的格栅连接板连接构成，格栅钢架与隧道围岩马头门断面的形状一致。
10.根据本发明的示例性实施方式，插入围岩内侧的锚杆连接在格栅钢架外侧，并沿格栅钢架外周锚固在隧道围岩中。
11.根据本发明的示例性实施方式，围岩支撑结构还包括喷射混凝土和设置在格栅钢架外的钢筋网片，喷射混凝土包括设置在钢筋网片与围岩内壁之间的喷射混凝土找平层以及覆盖在格栅钢架内侧的喷射混凝土支护层。
12.根据本发明的示例性实施方式，临时支撑结构的纵向支撑柱支撑在马头门底部地面上；纵向支撑柱的上部水平设置有横向支撑梁，横向支撑梁的上方设置有斜撑。
13.根据本发明的示例性实施方式，横向支撑梁两端和斜撑的顶部通过可伸缩支撑杆
与格栅钢架连接。
14.根据本发明的示例性实施方式，格栅钢架内设置有用于连接临时支撑结构组件的连接件，连接件连接可伸缩支撑杆。
15.根据本发明的示例性实施方式，横向支撑梁与纵向支撑柱之间、横向支撑梁与斜撑之间均通过螺栓连接。
16.根据本发明的示例性实施方式，纵向支撑柱采用单体液压支柱。
17.根据本发明的另一方面，提供了一种所述的地铁隧道大断面马头门支护结构的施工方法，包括：
18.s1,在竖井横通道内确定马头门的开口位置；
19.s2,对马头门段的围岩超前加固；
20.s3,破除马头门位置的混凝土，形成马头门洞；
21.s4,在围岩内侧设置喷射混凝土找平层；
22.s5,喷射混凝土初凝后，铺设钢筋网片并架设格栅钢架；
23.s6,在每个格栅钢架单元的对应位置打设并连接锚杆；
24.s7,在马头门内布设临时支撑结构，将横向支撑梁固定在纵向支撑柱上，将横向支撑梁和斜撑连接可伸缩支撑杆与格栅钢架连接；
25.s8，临时支撑结构安装完毕后，喷射混凝土使区间内的格栅钢架封闭成环，混凝土浆液在凝固后形成包覆格栅钢架的混凝土支护层。
26.根据本发明的示例性实施方式，s1中，竖井横通道内测量定位时，使用白色喷漆画出横通道开挖面轮廓线及成型后的净空轮廓线。
27.根据本发明的示例性实施方式，s2中，马头门段的围岩超前加固采用大管棚注浆加固，注浆加固的范围为横通道马头门开洞拱部。
28.根据本发明的示例性实施方式，s3中，采用掏槽法破除马头门；破除时由上至下破除马头门开挖轮廓线范围内的混凝土，保留横通道格栅钢架和核心岩体，割除净空轮廓线内的格栅钢架。
29.根据本发明的示例性实施方式，s5中，钢筋网片用铁丝固定于围岩，钢筋网片安装时必须平顺，不得松动。
30.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
31.1.本发明在围岩内侧设置围岩支撑结构并在马头门内设置临时支撑结构，能够在马头门的开挖过程中对围岩提供持续性的撑力，在马头门位置受力体系转换过程中有效控制围岩变形。支护结构强度均匀，整体性好，在使用中能够保证隧道围岩与支护结构的稳定及安全。
32.2.本发明所使用的临时支撑结构为组装式结构，在使用中能够随时安装，使用简单，施工方便，支护成本低，并且在使用安装过程中调整方便，支护完成后拆卸便捷，能够多次使用。
33.3.本发明中的纵向支撑柱采用单体液压支柱，横向支撑梁和斜撑的端部设置有可伸缩支撑杆，这种设计能够根据施工现场马头门的断面情况对各个支撑的长度进行调整，能够有效提高施工质量，保证结构的安全性。
附图说明
34.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
35.图1为为本发明一种地铁隧道大断面马头门支护结构的结构示意图；
36.图2为图1中a处的放大图。
37.图中：1为格栅钢架、2为锚杆、3为钢筋网片、4为喷射混凝土找平层、5为喷射混凝土支护层、6为格栅连接板、7为连接件、8为纵向支撑柱、9为横向支撑梁、10为斜撑、11为可伸缩支撑杆、12为大管棚。
具体实施方式
38.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
39.如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种地铁隧道大断面马头门支护结构，包括设置于围岩内侧的围岩支撑结构和设置在马头门内的临时支撑结构。围岩支撑结构包括格栅钢架1、锚杆2、钢筋网片3和喷射混凝土，用于保证马头门破除后与围岩形成稳定的荷载系统；临时支撑结构包括纵向支撑柱8、横向支撑梁9和斜撑10，临时支撑结构设置在围岩支撑结构与马头门底部之间，能够对围岩支撑结构形成辅助支撑，保证整体结构的稳定性。
40.格栅钢架1设置于马头门洞口处，格栅钢架1由多个格栅钢架单元和设在相邻的钢架单元之间的格栅连接板6连接构成，格栅钢架1与隧道围岩马头门断面的形状一致。钢筋网片3设置在格栅钢架1外侧，与格栅钢架1焊接在一起。每个格栅钢架单元上均设置有锚杆，若干个锚杆2焊接在格栅钢架1外侧，并沿格栅钢架1外周锚固在隧道围岩体内，锚杆和格栅钢架单元之间通过焊接进行连接。
41.喷射混凝土包括设置在钢筋网片3与围岩内壁之间的喷射混凝土找平层4以及覆盖在格栅钢架1内侧的喷射混凝土支护层5。喷射混凝土能够充满格栅钢架1以及格栅钢架1与围岩之间的空隙，并且能够与格栅钢架1和锚杆2连成一体，提高整体的支护效果。
42.格栅钢架1内内设置有用于连接临时支撑结构组件的连接件7，通过连接件7能够使格栅钢架1与临时支撑结构连接在一起。
43.临时支撑结构的纵向支撑柱8采用单体液压支柱，支撑在马头门底部地面上，纵向支撑柱8的上部水平设置有横向支撑梁9，横向支撑梁9的上方设置有斜撑10，横向支撑梁9两端和斜撑10的顶部通过可伸缩支撑杆11与格栅钢架1上设置的连接件7相连接。
44.本实施例中，格栅钢架1共由七个格栅钢架单元组成，各部分之间通过格栅连接板6和螺栓进行连接。格栅钢架按照马头门断面的形状，根据现场的施工要求由型钢和钢筋预制而成。加工好的格栅钢架应分节、分批存放并及时使用，做好防腐防锈措施。
45.本实施例中，格栅钢架1采用规格为140*90*10的角钢和hpb300级φ8、hrb400级φ14、φ25钢筋预制而成；加工好的格栅钢架1应分节、分批存放并及时使用，做好防腐防锈措施。
46.本实施例中，每个格栅钢架单元上均设置有锚杆2，锚杆2用于插入隧洞侧壁的岩体内，锚杆2采用φ42钢管进行制作，锚杆2的长度为3m，全长注水泥浆，浆液的水灰比为1.0。锚杆2和所述格栅钢架1之间使用“u型”φ22钢筋焊接连接牢固。
47.本实施例中，喷射混凝土找平层4设置在围岩内侧，采用c25喷射混凝土，喷射混凝土找平层厚度为30～40mm，优选厚度为35mm。
48.本实施例中，喷射混凝土支护层5设置在格栅钢架1的内侧，采用c25喷射混凝土，喷射混凝土支护层5的整体厚度为250～350mm，优选厚度为300mm。
49.本实施例中，钢筋网片3设置在喷射混凝土找平层4与格栅钢架1之间，钢筋网片3采用hpb300级φ8钢筋进行制作，钢筋网片的搭接长度不小于150mm，间距宜为150
×
150mm；钢筋表面不应有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。
50.本实施例中，纵向支撑柱8采用单体液压支柱，纵向支撑柱8的上部可通过螺栓与横向支撑梁9相连接。纵向支撑柱8根据施工要求共设置两个。
51.本实施例中，横向支撑梁9采用h12型工字钢进行制作，横向支撑梁9的两端均设置有可伸缩支撑杆11，可伸缩支撑杆11通过格栅钢架1上预留的连接件7与格栅钢架1通过螺栓连接在一起。
52.本实施例中，斜撑10采用h12型工字钢进行制作，斜撑10的一端设置有可伸缩支撑杆11，可伸缩支撑杆11通过格栅钢架1上预留的连接件7与格栅钢架1连接在一起。斜撑10的另一端通过螺栓与横向支撑梁9连接在一起，斜撑11根据施工要求共设置两个。
53.本发明实施例提供了一种地铁隧道大断面马头门支护结构施工方法，包括以下步骤：
54.步骤1，在竖井横通道内进行测量定位，确定马头门的开口位置；竖井横通道内测量定位时，使用白色喷漆画出横通道开挖面轮廓线及成型后的净空轮廓线；
55.步骤2，采用大管棚12对马头门段的围岩进行超前加固；马头门段的围岩超前加固采用大管棚注浆加固，注浆加固的范围为横通道马头门开洞拱部，大管棚的尺寸和分布根据施工要求进行确定；
56.其中，马头门段的围岩超前加固采用大管棚12进行注浆加固，注浆加固的范围为横通道马头门开洞拱部150
°
范围内，大管棚的长度为15m，环向间距0.4m，水平倾角1
°
～2
°
，采用φ108
×
8mm的q235钢管进行制作，注水泥浆，浆液水灰比为1.0。注浆顺序原则上由低孔位向高孔位进行。注浆终压0.5mpa，并稳压15分钟；
57.步骤3，破除马头门位置的混凝土，形成马头门洞；马头门破除时采用掏槽法，掏槽宽度40～60cm，优选为50cm；破除时由上至下破除马头门开挖轮廓线范围内的混凝土，保留横通道格栅钢架和核心岩体，割除净空轮廓线内的格栅钢架；
58.步骤4，在围岩内侧设置喷射混凝土找平层4，喷射混凝土，厚度为40-60mm，优选为35mm；
59.步骤5，喷射混凝土初凝后，铺设钢筋网片3并架设格栅钢架1；钢筋网片用铁丝固定于围岩，钢筋网片安装时必须平顺，不得有松动，以免影响后续喷射混凝土的质量；
60.步骤6，格栅钢架1架设完成后，在每个格栅钢架单元的对应位置打设锚杆2，并将锚杆2与格栅钢架1焊接在一起；
61.步骤7，在马头门内布设临时支撑结构；将横向支撑梁9固定在纵向支撑柱8顶部，通过纵向支撑柱8将横向支撑梁9抬升至目标高度，将横向支撑梁9两端的可伸缩支撑杆11与格栅钢架1上预留的连接件7相连接。横向支撑梁9与纵向支撑柱8之间、横向支撑梁9与斜撑10之间均通过螺栓进行连接；之后在横向支撑梁9上部安装斜撑10，将斜撑10一端的可伸
缩支撑杆11与格栅钢架1上预留的连接件7相连接，另一端与所述横向支撑梁9相连接；
62.步骤8，所有临时支撑安装完毕后，喷射厚度为250-350mm，优选为300mm的混凝土使区间内的格栅钢架1封闭成环，混凝土浆液在凝固后形成包覆格栅钢架1的混凝土支护层5。
63.本发明结构保持了隧道原有的受力状态，避免了围岩失稳，坍塌等现象，保证了施工期间结构稳定，和保障了作业人员的安全，为一种地铁隧道施工的有效的方案。
64.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，包括：围岩支撑结构，被配置有马头门位置的格栅钢架和插入围岩内侧的锚杆，用于干涉受力体系转换过程中围岩变形；临时支撑结构，被配置有连接于围岩支撑结构内的横向支撑梁、纵向支撑柱和斜撑，用于支撑隧道围岩与支护结构。2.根据权利要求1所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，围岩支撑结构的格栅钢架由多个格栅钢架单元和设在相邻的钢架单元之间的格栅连接板连接构成，格栅钢架与隧道围岩马头门断面的形状一致。3.根据权利要求1所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，插入围岩内侧的锚杆连接在格栅钢架外侧，并沿格栅钢架外周锚固在隧道围岩中。4.根据权利要求1所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，围岩支撑结构还包括设置在格栅钢架外的钢筋网片和喷射混凝土，喷射混凝土包括设置在钢筋网片与围岩内壁之间的喷射混凝土找平层以及覆盖在格栅钢架内侧的喷射混凝土支护层。5.根据权利要求1所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，临时支撑结构的纵向支撑柱支撑在马头门底部地面上；纵向支撑柱的上部水平设置有横向支撑梁，横向支撑梁的上方设置有斜撑。6.根据权利要求5所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，横向支撑梁两端和斜撑的顶部通过可伸缩支撑杆与格栅钢架连接；格栅钢架内设置有用于连接临时支撑结构组件的连接件，连接件连接可伸缩支撑杆。7.根据权利要求5所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，横向支撑梁与纵向支撑柱之间、横向支撑梁与斜撑之间均通过螺栓连接。8.根据权利要求5所述的地铁隧道大断面马头门支护结构，其特征在于，纵向支撑柱采用单体液压支柱。9.一种如权利要求1-8任一项所述的地铁隧道大断面马头门支护结构的施工方法，其特征在于，包括：s1,在竖井横通道内确定马头门的开口位置；s2,对马头门段的围岩超前加固；修改s3,破除马头门位置的混凝土，形成马头门洞；s4,在围岩内侧设置喷射混凝土找平层；s5,喷射混凝土初凝后，铺设钢筋网片并架设格栅钢架；s6,在每个格栅钢架单元的对应位置打设并连接锚杆；s7,在马头门内布设临时支撑结构，将横向支撑梁固定在纵向支撑柱上，将横向支撑梁和斜撑连接可伸缩支撑杆与格栅钢架连接；s8，临时支撑结构安装完毕后，喷射混凝土使区间内的格栅钢架封闭成环，混凝土浆液在凝固后形成包覆格栅钢架的混凝土支护层。10.根据权利要求9所述的地铁隧道大断面马头门支护结构的施工方法，其特征在于，s2中，马头门段的围岩超前加固采用大管棚注浆加固，注浆加固的范围为横通道马头门开洞拱部；s3中，采用掏槽法破除马头门；破除时由上至下破除马头门开挖轮廓线范围内的混凝
土，保留横通道格栅钢架和核心岩体，割除净空轮廓线内的格栅钢架。

技术总结
本发明公开了一种地铁隧道大断面马头门支护结构及其施工方法，包括围岩支撑结构，被配置有马头门位置的格栅钢架和插入围岩内侧的锚杆，用于干涉受力体系转换过程中围岩变形；临时支撑结构，被配置有连接于围岩支撑结构内的横向支撑梁、纵向支撑柱和斜撑，用于支撑隧道围岩与支护结构。采用马头门段的围岩超前加固，破除马头门混凝土，形成马头门洞；设置喷射混凝土找平层，混凝土初凝后，铺设钢筋网片并架设格栅钢架；格栅钢架单元连接锚杆；马头门内布设临时支撑结构，设置喷射混凝土支护层。该方法避免了大断面隧道横通道马头门破除时产生支撑结构变形、洞门塌方等重大施工危险，确保施工期间结构稳定，保障作业人员安全。保障作业人员安全。保障作业人员安全。


技术研发人员：张斌 刘建正 吴鑫 郭世豪 兰明林 罗卫东 甘满泉
受保护的技术使用者：中铁一局集团第四工程有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/2