暗挖小断面隧道施工支护装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211038697 U(45)授权公告日 2020.07.17

(21)申请号 201921746614.9(22)申请日 2019.10.17

(73)专利权人 中建隧道建设有限公司

地址 401320 重庆市巴南区巴滨路6号12幢

10-1(72)发明人 曹胜利　彭继勇　任庆国　刘湛　

李智　马彪　曾鑫　(74)专利代理机构 长沙智嵘专利代理事务所

(普通合伙) 43211

代理人 刘宏(51)Int.Cl.

E21D 23/04(2006.01)E21D 11/10(2006.01)E21D 11/18(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图1页

()实用新型名称

暗挖小断面隧道施工支护装置(57)摘要

本实用新型公开了一种暗挖小断面隧道施工支护装置，用于暗挖隧道初期支护施工，包括呈拱形的钢板护盾和隔离板，钢板护盾用于临时顶撑隧道拱顶以防止隧道拱顶剥落，隔离板设于钢板护盾的内侧壁上，用于隔离喷射硂与钢板护盾，防止喷射砼和钢板护盾粘贴。本实用新型的技术方案，及时装备钢板护盾形成临时支护，施工人员在钢板护盾的范围内施工安装隧道初支，解决了现有的隧道初期支护施工时，隧道拱顶剥落存在安全风险、隧道施工效率低、需打设超前支护以及超挖引起的喷射混凝土超耗的技术问题。CN 211038697 UCN 211038697 U

权　利　要　求　书

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1.一种暗挖小断面隧道施工支护装置，用于暗挖隧道初期支护施工，其特征在于，包括呈拱形的钢板护盾(10)和隔离板(20)，

所述钢板护盾(10)用于临时顶撑隧道拱顶以防止隧道拱顶剥落，所述隔离板(20)设于所述钢板护盾(10)的内侧壁上，用于隔离喷射硂与所述钢板护盾(10)，防止喷射砼和所述钢板护盾(10)粘贴。

2.根据权利要求1所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，

所述暗挖小断面隧道施工支护装置还包括用于顶推所述钢板护盾(10)使所述钢板护盾(10)沿隧道纵向深入的推进机构(30)。

3.根据权利要求2所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述钢板护盾(10)包括支撑段(11)和支承段(12)，所述支撑段(11)呈拱形，所述支撑段(11)的拱脚分别支撑在隧道两侧的台阶面上，所述支撑段(11)的拱面顶撑隧道拱顶；以使所述钢板护盾(10)形成临时支护；

所述支承段(12)呈拱形，所述支承段(12)的拱脚与所述隧道的台阶面之间留有锚固间隙，所述支承段(12)的内侧壁上设有所述隔离板(20)，所述支承段(12)的拱顶通过所述隔离板(20)支承在隧道初支(40)上。

4.根据权利要求3所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述推进机构(30)为沿纵向布设的千斤顶，所述千斤顶的固定端悬设于所述支撑段(11)的内侧壁上，所述千斤顶的伸缩端朝向所述支承段(12)设置，以使伸缩端抵接所述隧道初支(40)的侧壁，从而通过所述千斤顶施力以带动所述钢板护盾(10)沿隧道纵向深入。

5.根据权利要求4所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述千斤顶为多个，多个所述千斤顶沿所述钢板护盾(10)的环向均匀间隔布设。6.根据权利要求5所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述隧道初支(40)为拱形的格栅钢架，所述隧道初支(40)的拱顶从底部支承所述支承段(12)，多个所述隧道初支(40)沿隧道纵向间隔布设，

每个所述隧道初支(40)上设有一组注浆管(50)，所述注浆管(50)的输入端突出于所述隧道初支(40)的内壁面设置，所述注浆管(50)的输出端处于所述隔离板(20)上。

7.根据权利要求6所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，每组所述注浆管(50)的数量为多个，多个所述注浆管(50)沿所述隧道初支(40)的环向间距均匀地布设。

8.根据权利要求7所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述隧道初支(40)的两侧的拱脚上分别设有两根锁脚锚管(60)。9.根据权利要求8所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述隔离板(20)为泡沫板，所述泡沫板贴附设于所述钢板护盾(10)的内侧壁上。10.根据权利要求9所述的暗挖小断面隧道施工支护装置，其特征在于，所述钢板护盾(10)的厚度值为3至5厘米，所述泡沫板的厚度值为1至2厘米。

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暗挖小断面隧道施工支护装置

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技术领域

[0001]本实用新型涉及暗挖隧道初期支护施工技术领域，特别地，涉及一种暗挖小断面隧道施工支护装置。

背景技术

[0002]小断面隧道为横断面外轮廓的宽度或跨径在4米以下且面积小于20平米的隧道(地铁标准断面以及小于该断面的隧道)。

[0003]城市轨道交通小断面暗挖隧道采用机械破除方式进行洞身开挖，板岩地层节理裂隙较大，超前支护效果差，洞身开挖完成后，立架支护过程中易发生拱顶剥落。[0004]采用常规的隧道初期支护施工方式存在如下风险：一，隧道开挖完成后，在隧道内立架过程中，易发生拱顶剥落，存在较大的安全风险；二、受围岩影响，V级围岩每循环进尺1榀，Ⅳ级围岩每循环可进尺2榀，施工效率较低；三、板岩岩层破碎，在进行超前小导管施工时产生大量的超挖，需用喷射混凝土填充，混凝土资源消耗大。实用新型内容

[0005]本实用新型提供了一种暗挖小断面隧道施工支护装置，以解决现有的隧道初期支护施工时，隧道拱顶剥落存在安全风险、隧道施工效率低的技术问题。[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：[0007]一种暗挖小断面隧道施工支护装置，用于暗挖隧道初期支护施工，包括呈拱形的钢板护盾和隔离板，钢板护盾用于临时顶撑隧道拱顶以防止隧道拱顶剥落，隔离板设于钢板护盾的内侧壁上，用于隔离喷射硂与钢板护盾，防止喷射砼和钢板护盾粘贴。[0008]进一步地，暗挖小断面隧道施工支护装置还包括用于顶推钢板护盾使钢板护盾沿隧道纵向深入的推进机构。[0009]进一步地，钢板护盾包括支撑段和支承段，支撑段呈拱形，支撑段的拱脚分别支撑在隧道两侧的台阶面上，支撑段的拱面顶撑隧道拱顶；以使钢板护盾形成临时支护；支承段呈拱形，支承段的拱脚与隧道的台阶面之间留有锚固间隙，支承段的内侧壁上设有隔离板，支承段的拱顶通过隔离板支承在隧道初支上。[0010]进一步地，推进机构为沿纵向布设的千斤顶，千斤顶的固定端悬设于支撑段的内侧壁上，千斤顶的伸缩端朝向支承段设置，以使伸缩端抵接隧道初支的侧壁，从而通过千斤顶施力以带动钢板护盾沿隧道纵向深入。[0011]进一步地，千斤顶为多个，多个千斤顶沿钢板护盾的环向均匀间隔布设。[0012]进一步地，隧道初支为拱形的格栅钢架，隧道初支的拱顶从底部支承支承段，多个隧道初支沿隧道纵向间隔布设，每个隧道初支上设有一组注浆管，注浆管的输入端突出于隧道初支的内壁面设置，注浆管的输出端处于隔离板上。[0013]进一步地，每组注浆管的数量为多个，多个注浆管沿隧道初支的环向间距均匀地布设。

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进一步地，隧道初支的两侧的拱脚上分别设有两根锁脚锚管。

[0015]进一步地，隔离板为泡沫板，泡沫板贴附设于钢板护盾的内侧壁上。[0016]进一步地，钢板护盾的厚度值为3至5厘米，泡沫板的厚度值为1至2厘米。[0017]本实用新型具有以下有益效果：

[0018]本实用新型的暗挖小断面隧道施工支护装置，通过设置钢板护盾，在隧道轮廓线开挖完成以后，及时装备钢板护盾形成临时支护，不需要打设超前小导管，节约了超前小导管的同时，施工人员在钢板护盾的范围内施工安装隧道初支，完成立架施工，然后移动钢板护盾后，进行混凝土喷射，防止隧道拱顶剥落，提高了在开挖的隧道内立架支护时的安全性，并且，由于设置钢板护盾临时支护，可以增加隧道开挖尺长度，在隧道开挖多榀后再进行立架施工，减少工序转换耽误的时间，施工效率高；通过设置隔离板，防止喷射砼直接与钢板护盾接触而粘贴，避免了钢板护盾与喷射砼凝固在一起，便于在喷射混凝土后，移动钢板护盾，并且无需打设超前支护，因此不需要打设超前小导管，由于喷射砼是在钢板护盾下方进行，避免了因开挖超挖导致的混凝土超耗，减少了减少喷射混凝土超耗；最后通过在原有的钢板护盾处进行拱顶注浆填充，以完成隧道的初期支护施工。[0019]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。附图说明

[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

[0021]图1是本实用新型优选实施例的暗挖小断面隧道施工支护装置的主视图；[0022]图2是图1中A-A处的剖视图。[0023]图例说明：[0024]100、暗挖小断面隧道施工支护装置；10、钢板护盾；11、支撑段；12、支承段；20、隔离板；30、推进机构；40、隧道初支；50、注浆管；60、锁脚锚管。具体实施方式

[0025]以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

[0026]图1是本实用新型优选实施例的暗挖小断面隧道施工支护装置的主视图；图2是图1中A-A处的剖视图。

[0027]如图1和图2所示，本实施例的暗挖小断面隧道施工支护装置100，用于暗挖隧道初期支护施工，包括呈拱形的钢板护盾10和隔离板20，钢板护盾10用于临时顶撑隧道拱顶以防止隧道拱顶剥落，隔离板20设于钢板护盾10的内侧壁上，用于隔离喷射硂与钢板护盾10，防止喷射砼和钢板护盾10粘贴。

[0028]本实用新型的暗挖小断面隧道施工支护装置100，通过设置钢板护盾10，在隧道轮廓线开挖完成以后，及时装备钢板护盾10形成临时支护，不需要打设超前小导管，节约了超前小导管的同时，施工人员在钢板护盾10的范围内施工安装隧道初支40，完成立架施工，然

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后移动钢板护盾10后，进行混凝土喷射，防止隧道拱顶剥落，提高了在开挖的隧道内立架支护时的安全性，并且，由于设置钢板护盾10临时支护，可以增加隧道开挖进尺长度，在在隧道开挖多榀后再进行立架施工，减少工序转换耽误的时间，施工效率高；通过设置隔离板20，防止喷射砼(混凝土)直接与钢板护盾10接触而粘贴，避免了钢板护盾10与喷射砼凝固在一起，便于在喷射混凝土后，移动钢板护盾10护盾，并且无需打设超前支护，因此不需要打设超前小导管，由于喷射砼是在钢板护盾下方进行，避免了因开挖超挖导致的混凝土超耗，减少了减少喷射混凝土超耗；最后通过在原有的钢板护盾10处进行拱顶注浆填充，以完成隧道的初期支护施工。[0029]可以理解地，在本实施例中，为了提高暗挖隧道时的一致性，钢板护盾10的形状为与隧道相应的拱形，钢板护盾10的内弧半径较设计外轮廓线外放3cm，隧道初支40可以是初期支护格栅钢架。[0030]进一步地，为了便于在隧道轮廓线开挖后，将钢板护盾10快速便捷地装备在隧道内进行临时支护，暗挖小断面隧道施工支护装置100还包括用于顶推钢板护盾10使钢板护盾10沿隧道纵向深入的推进机构30。可以理解地，在本实施例中，推进机构30为沿纵向设置的液压伸缩装置，液压伸缩装置的固定端固定布设在隧道内，液压伸缩装置的伸缩端与钢板护盾10抵接，液压伸缩装置伸缩工作时，推动钢板护盾10沿隧道纵向深入；在其他实施例中，推进机构30为沿纵向设置的液压伸缩装置，液压伸缩装置的固定端固定布设在钢板护盾10的内侧壁上，液压伸缩装置的伸缩端设置在隧道初支40上，液压伸缩装置伸缩工作时，推动钢板护盾10沿隧道纵向深入。[0031]进一步地，钢板护盾10包括支撑段11和支承段12，支撑段11呈拱形，支撑段11的拱脚分别支撑在隧道两侧的台阶面上，支撑段11的拱面顶撑隧道拱顶；以使钢板护盾10形成临时支护；支承段12呈拱形，支承段12的拱脚与隧道的台阶面之间留有锚固间隙，支承段12的内侧壁上设有隔离板20，支承段12的拱顶通过隔离板20支承在隧道初支40上。可以理解地，在本实施例中，钢板护盾10包括分别设于掌子面两侧且固定连接的支撑段11和支承段12，具体地，支撑段11和支承段12一体成型地制成，支撑段11主要用于在从掌子面开挖隧道轮廓线后，沿隧道纵向深入，对开挖的隧道轮廓线进行拱顶支撑，形成临时支护，支承段12用于沿纵向支承在隧道初支40的拱顶上，以使钢板护盾10受力平衡，并且，由于支承段12的拱脚与隧道的台阶面留有锚固间隙，便于在支承段12的范围内，对隧道初支40进行锚固固定，具体地，对每榀隧道初支40设置锁脚锚管60，每点两根，并且将沿纵向布设的隧道初支40通过内钢筋网和外钢筋网连接，搭接长度不小于150毫米。[0032]进一步地，推进机构30为沿纵向布设的千斤顶，千斤顶的固定端悬设于支撑段11的内侧壁上，千斤顶的伸缩端朝向支承段12设置，以使伸缩端抵接隧道初支40的侧壁，从而通过千斤顶施力以带动钢板护盾10沿隧道纵向深入。可以理解地，千斤顶的量程可以根据实际情况进行设置，根据围岩的级数不同，或者根据每榀隧道初支40的间距不同，设置不同量程的千斤顶，以推进钢板护盾10前进不同的深度，具体地，千斤顶的伸缩端朝向隧道初支40的侧壁设置，以使千斤顶工作时，伸缩端与隧道初支40的侧壁抵接，从而带动钢板护盾10沿隧道纵向深入形成临时支护。[0033]更优地，为了保证钢板护盾10沿隧道纵向深入时，受力的均衡性，使钢板护盾10的各位部位同步受力，以保证钢板护盾10平稳、匀速地顶进，千斤顶为多个，沿钢板护盾10的

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环向均匀间隔布设。具体地，在本实施例中，千斤顶的数量为5个，千斤顶固定端采用14型钢环向设置，作为背楞，以加强钢板护盾10的刚度，千斤顶的伸缩端采用双拼工14型钢作为垫板，使伸缩杆通过垫板与隧道初支40连接，顶推施工通过双拼工14型钢传力。[0034]可以理解地，在本实施例中，钢板护盾10的长度值为3.6米，具体地，钢板护盾10的支撑段11的纵向深度值为1.5米，钢板护盾10的支撑段11的竖向高度值3.15米，钢板护盾10的支承段12的纵向深度值为2米，钢板护盾10的第为段的竖向高度值2.15米，以便于通过支撑段11进行临时支护时，在支承段12处进行隧道初支40的锁脚锚管60固定。[0035]进一步地，隧道初支40为拱形的格栅钢架，隧道初支40的拱顶从底部支承支承段12，多个隧道初支40沿隧道纵向间隔布设，每个隧道初支40上设有一组注浆管50，注浆管50的输入端突出于隧道初支40的内壁面设置，注浆管50的输出端处于隔离板20上。每个隧道初支40上设有一组注浆管50，注浆管50的输入端突出于隧道初支40的内壁面设置，注浆管50的输出端设于泡沫板上。可以理解地，在本实施例中，设置有4榀隧道初支40，在掌子面隧道轮廓开挖1榀后，即可进行钢板护盾10顶进，实现临时支护，然后再进行隧道初支40安装进行后续施工；在地质条件良好时，也可以在掌子面隧道轮廓开挖2至4榀后，即可进行钢板护盾10顶进，实现临时支护，然后再进行隧道初支40安装进行后续施工，在保证安全的前提下，能够较快程度地提高施工效率。[0036]可以理解地，由于钢板护盾10顶推后，理论上会在隧道初支40与围岩之间形成2cm空隙，为控制地表沉降，需及时对空隙进行填充，在本实施例中，在钢板护盾10向前推出后，在钢板护盾10后方距离钢板支承段12约1m处注双液浆作为止浆环，防止后方注浆时，浆液前窜影响注浆效果，双液浆配比为水泥浆：水玻璃＝1:1，水泥浆水灰比为1:1；止浆环形成后，在其后方范围内注单液浆进行填充，单液浆水灰比为1:1。[0037]更优地，为了保证注浆严实，每组注浆管50的数量为多个，多个注浆管50沿隧道初支40的环向间距均匀地布设。具体地，在本实施例中，每组注浆管50道数量为三个，沿隧道初支40的环向间距均匀地布设，沿纵向相邻的一组注浆管50的距离为1米。[0038]进一步地，为了避免通过千斤顶顶推钢板护盾10时，隧道初支40受力变形，隧道初支40的两侧的拱脚上分别设有两根锁脚锚管60。[0039]进一步地，隔离板20为泡沫板，泡沫板贴附设于钢板护盾10的内侧壁上。可以理解地，隔离板还可以是纸板或油毡等隔离片，在本实施例中，钢板护盾10的厚度值为2至3厘米，泡沫板的厚度值为1至2厘米，具体地，泡沫板的厚度可以为1厘米，钢板护盾10的厚度值为2厘米，泡沫板沿钢板护盾10的内弧轮廓铺满设置。通过设置钢板护盾10的厚度值为2厘米，能够大幅降低喷射混凝土的超耗量，有利于隧道开挖成本控制。[0040]更优地，为了进一步保证注隧道初支40与隧道之间缝隙注浆的密实性，注浆管50的输入端突出于隧道初支40的内壁面设置，注浆管50的输出端设于穿过泡沫板与钢板护盾10的内侧壁抵接布设。[0041]可以理解地，本实用新型的暗挖小断面隧道施工支护装置100的使用时，在隧道开挖后，沿纵向及时顶进钢板护盾10的支撑段11，进行临时支护，然后在支撑段11内安装隧道初支40施工，在支承段12内对已经安装的隧道初支40进行锚固，并对钢板护盾10移出后留下的间隙进行注浆。

[0042]暗挖小断面隧道施工支护装置100在具体使用时，钢板护盾的支撑段11在隧道轮

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廓线开挖后及时对隧道进行临时支护，钢板护盾的支承段12上设有泡沫板，支承段12通过泡沫板下方的格栅钢架支承，以对支撑段的隧道喷射砼，并且，在喷射砼以后，通过千斤顶的伸缩端工作与格栅钢架的侧壁抵接，使钢板护盾沿隧道纵向深入，然后，通过注浆管50进行注浆，及时对泡沫板与隧道之间的间隙进行填充。[0043]在另一实施例中，使用暗挖小断面隧道施工支护装置100的施工过程如下：[0044]1、扩挖施工：为安装暗挖小断面隧道施工支护装置100，需对隧道进行扩挖施工，首先，将3.5m长的超前小导管沿拱顶150度范围布置，相邻的超前小导管环向间距300mm(超前支护)；然后，扩挖隧道，使扩挖段长度4m，该范围内继续扩挖40cm；接着，采用20a型钢拱架(隧道初支40)，且相邻的钢型拱架间距0.75m从暗挖小断面隧道施工支护装置100的内侧对其进行支撑，纵向连接筋环向间距1m，呈梅花形布置，具体地，锁脚锚管60每榀设置4根，每点2根，钢筋网内外双层设置，搭接长度不小于150mm；[0045]2、钢板护盾10加工：

[0046]本装置采用2cm厚钢板进行预弯，弯曲半径较隧道初支40轮廓线外放3cm，纵向长度为3.5m，其中前端1m范围竖直高度同隧道开挖上台阶高度(3.15m)，后端2.5m范围竖直高度高于台阶1m为2.15m，使后端与台阶相差1米，用于施工初支的锁脚锚管60；[0047]距离钢板掌子面20cm处设置千斤顶支座，共设置5个，用于钢板护盾10顶推施工，具体地，千斤顶支座前方采用工14型钢环向设置，作为背楞，加强钢板刚度，千斤顶后侧采用双拼工14型钢作为顶推杆与后方隧道初支40连接，顶推施工通过双拼工14型钢传力，在千斤顶与初支面与工14型钢连接处均采用2cm厚钢板作为垫板，确保受力均匀。[0048]3、钢板护盾10安装：

[0049]先将暗挖小断面隧道施工支护装置100安装在扩挖段，钢板护盾10安装采用装载机配合，人工安装，安放至预定位置后，在扩挖段钢拱架(隧道初支40)上焊接卡钩，用于固定钢板护盾10，钢板护盾10内侧初支安装前，先沿钢板护盾10内弧面铺设泡沫板，用于隔离后续喷射砼与钢板护盾10，便于钢板护盾10顶推施工；[0050]4、初支施工；[0051]钢板护盾10内弧面初支施工较原设计需增加锁脚锚管60数量至8根，用于抵抗后续钢板护盾10顶推施工水平力；在初支拱顶预埋注浆管50，纵向间距1m，环向设置3个；[0052]5、钢板护盾10顶推施工；[0053]钢板护盾10顶推施工采用人工操作千斤顶顶推，尽量保证同步受力，确保钢板护盾10能够均匀向前顶进，钢板护盾10的掌子面初支轮廓开挖一榀，即可进行钢板护盾10顶进施工。根据地质情况，进行初支拱架安装，地质条件良好时可一次顶进3～4榀，再安装初支拱架进行后续施工，在保证安全的前提下，能够较大程度地提高施工效率。[00]6、拱顶注浆施工：[0055]由于钢板顶推后，理论上会在初支与围岩之间形成2cm空隙，为控制地表沉降，需及时对空隙进行填充。在钢板护盾10向前推出5m后，在钢板护盾10后方距离钢板1m处注双液浆作为止浆环，防止后方注浆时，浆液前窜影响注浆效果。双液浆配比为水泥浆：水玻璃＝1:1，水泥浆水灰比为1:1；止浆环形成后，在其后方4m范围内注单液浆进行填充，单液浆水灰比为1:1。

[0056]以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于本实用新型，对于本领域

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的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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图2

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