1.本发明涉及隧道支护技术领域，具体为一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构及施工方法。
背景技术：
2.近年来，在公路隧道施工过程中，局部段落穿越疏松砂岩，砂状结构，厚层状构造，泥质弱胶结，成岩程度差，遇水易软化崩解，天然抗压强度1～4mpa左右，属极软岩。当隧道穿越该地层时，随着隧道的开挖，使得围岩处于临空状态，改变应力条件，原岩应力释放加上开挖对围岩的扰动作用，应力释放快，初期变形速率、变形量均较大，导致围岩几乎无自稳能力，极易在隧道开挖瞬间出现拱顶冒顶、塌方，且塌方量较大，给施工造成了极大的困难。
3.针对公路隧道穿越疏松砂岩地段，主要采取超前大管棚和超前高压水平旋喷桩的支护措施。对于超前管棚支护，先行施设的管棚，以掌子面和后方支撑为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。一般采用直径为108mm的钢管作为超前支护杆体，管内配筋加注浆，以增加管棚刚度。此外，注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结、固结，从而改善了软弱围岩的物理力学性质，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。对于整体性好、胶结作用良好或一般的围岩，超前管棚的支护效果较为明显。但是，对于胶结作用差、颗粒较小的疏松砂岩，由于管棚的注浆加固效果有限，且砂岩颗粒易从各杆体之间的间隙中持续流出，造成超前支护结构形同虚设。为此，隧道设计人员尝试采用水平旋喷桩替代超前管棚，在隧道拱圈周围形成相互咬合的封闭壳状结构。然而，单纯的水平旋喷桩整体刚度和抗弯能力较差。为此，目前设计采用内置直径89/42的钢管进行预加固。但是，由于旋喷桩桩体强度远低于常规混凝土，钢管的刚度远大于桩体刚度，二者协同受力变形能力较差。此外，水平旋喷桩在上覆岩体的压力作用下，桩体受力面的对侧受拉较大，待钢管混凝土发挥抗弯能力时，桩体已受拉开裂破坏严重。
技术实现要素：
4.针对上述问题，本申请提出了一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构及施工方法，本支护采用钢筋笼结构，并利用固定环和主筋进行等距约束，以形成抗弯性能较大的钢筋束，在增大预加固面积的同时，减小受力面对侧桩体的拉裂破坏，进一步增强桩体抗弯性能，以此形成更加有效、更加安全的超前支护体系，进一步降低疏松砂岩地层中隧道施工中的塌方、冒顶风险。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
6.一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构，其特征在于：所述隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构为钢筋笼和旋喷桩1的组合，每个钢筋笼包括若干纵向主筋2和若干固定环3，每一个固定环3环面上均匀等距焊接有四个纵向主筋2，若干固定环3依次焊接，且若干固定
环3上的主筋2均逐一对应焊接；所述钢筋笼依次插入旋喷桩1中，形成隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构。
7.所述隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构设置于隧道拱圈4的工字钢外侧，若干形成相互咬合的封闭壳状结构。
8.所述纵向主筋2采用直径为hrb400钢筋，单个纵向主筋完整无焊接。
9.所述固定环3由无缝钢管切割而成。
10.本发明还提供了一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构的施工方法，其特征在于：
11.步骤1：钢筋笼现场预焊接组装，在固定环3环面上均匀等距焊接四个纵向主筋2后，对每一组固定环3和主筋2进行一一对应焊接，形成钢筋笼；
12.步骤2：喷注旋喷桩1，旋喷桩1以隔桩跳打的方式进行施工；
13.步骤3：在喷注的旋喷桩1内插入钢筋笼；
14.步骤4：在旋喷桩1的间隔区域内补充喷注旋喷桩1，并将钢筋笼插入补充喷注的旋喷桩1内，形成相互咬合的封闭的隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构。
15.本发明的有益效果为：采用这种超前水平加筋旋喷桩支护结构，第一，实现了隧道穿疏松砂岩段拱圈附近“封闭式”开挖，大大降低了施工风险。第二，采用桩体内置钢筋笼的方式提高水平旋喷桩的抗弯性能，以抵抗较大的围岩压力，且结构简单，可操作性强，成本较低，可在施工现场进行加工，施工较为简便。第三，可有效降低疏松砂岩地层中隧道在运营期间发生病害的几率，降低隧道全寿命周期成本。
附图说明
16.图1为本发明配筋断面示意图；
17.图2为本发明钢筋连接方式示意图；
18.图3为本发明整体结构示意图；
19.图4为本发明施工方案布置图；
20.图中所示：旋喷桩1、纵向主筋2、固定环3。
具体实施方式
21.下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：
22.实施例1
23.如附图1-4所示，本发明专利提供了一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构装置，包括旋喷桩1、纵向主筋2和固定环3。具体施工工序及参数如下：
24.针对隧道穿越疏松砂岩段，首先进行钢筋笼的现场焊接组装。其中，纵向主筋2采用直径为22mm的hrb400钢筋，完整无焊接，长度为9m。固定环3为直径245mm、壁厚7.5mm的无缝钢管切割而成，其宽度为50mm。将四根纵向主筋2等距焊接4在固定环3外侧壁，如图3所示，固定环3沿着纵向主筋2方向以间距1.5m距离逐一与纵向主筋2进行焊接，以此形成工程所需的钢筋笼。
25.通过注浆管将浆液以高压注入拱圈未开挖岩层，形成直径约为50cm的旋喷桩1。如图4所示，旋喷桩1以隔桩跳打的方式进行施工，跳隔间距为80cm，随即将已组装完成的钢筋
笼依次插入旋喷桩1区域中，待首遍旋喷桩1施工完毕，即图4中的序号为a的旋喷桩1施工完毕，且桩身强度达到一定值，进行剩余旋喷桩1的施工，即图4中序号为b的桩的施工，并重复首遍旋喷桩1的施工工序，最终在隧道拱圈的工字钢外侧附近形成相互咬合的封闭壳状结构。
26.工作原理：在传统高压水平旋喷桩的基础上，进行配筋处理，以提高旋喷桩的受力面对侧的抗弯、抗拉性能，减小桩体的受拉破坏，进一步降低隧道施工风险。
27.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
28.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：
1.一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构，其特征在于：所述隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构为钢筋笼和旋喷桩的组合，每个钢筋笼包括若干纵向主筋和若干固定环，每一个固定环环面上均匀等距焊接有四个纵向主筋，若干固定环依次焊接，且若干固定环上的主筋均逐一对应焊接；所述钢筋笼依次插入旋喷桩中，形成隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构。2.根据权利要求1所述的一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构，其特征在于：所述隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构设置于隧道拱圈的工字钢外侧，若干形成相互咬合的封闭壳状结构。3.根据权利要求1所述的一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构，其特征在于：所述纵向主筋采用直径为hrb400钢筋，单个纵向主筋完整无焊接。4.根据权利要求1所述的一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构，其特征在于：所述固定环由无缝钢管切割而成。5.一种如权利要求1-5任一项所述的隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构的施工方法，其特征在于：步骤1：钢筋笼现场预焊接组装，在固定环环面上均匀等距焊接四个纵向主筋后，对每一组固定环和主筋进行一一对应焊接，形成钢筋笼；步骤2：喷注旋喷桩，旋喷桩以隔桩跳打的方式进行施工；步骤3：在喷注的旋喷桩内插入钢筋笼；步骤4：在旋喷桩的间隔区域内补充喷注旋喷桩，并将钢筋笼插入补充喷注的旋喷桩内，形成相互咬合的封闭的隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构。
技术总结
本发明涉及隧道支护技术领域，具体为一种隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构及施工方法；所述隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构为钢筋笼和旋喷桩的组合，每个钢筋笼包括若干纵向主筋和若干固定环，每一个固定环环面上均匀等距焊接有四个纵向主筋，若干固定环依次焊接，且若干固定环上的主筋均逐一对应焊接；所述钢筋笼依次插入旋喷桩中，形成隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构。本支护采用钢筋笼结构，利用固定环和主筋进行等距约束，以形成抗弯性能较大的钢筋束，在增大预加固面积的同时，减小受力面对侧桩体的拉裂破坏，进一步增强桩体抗弯性能，以此形成更加有效、更加安全的超前支护体系。系。系。
技术研发人员：杨治军 张耀庭 刘泾堂 胡金鑫 邱成虎 包正龙 王文卓
受保护的技术使用者：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司
技术研发日：2021.12.23
技术公布日：2022/3/4
声明：
“隧道超前水平加筋旋喷桩支护结构及施工方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司
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