一種隧道移動支護結構及其保護下的隧道施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及隧道施工領域，尤其涉及一種機械化的移動支護結構及其保護下隧道施工方法。
【背景技術】
[0002]隧道施工可主要分為以人力為主礦山法方式和以機械為主的盾構法方式。目前城市地鐵區間以盾構法施工為主，而其它隧道大多還是采用以人力為主的礦山法施工方式。隨著隧道施工面臨著復雜的地質條件、地面環境和日益增加的勞動力成本等問題，礦山法施工的機械化水平亟待提高。特別是在一些軟弱圍巖條件下礦山法施工尤其困難。為了保證施工安全和有效控制圍巖變形，對軟弱圍巖需要進行超前加固或超前支護如注漿、管棚、管幕、水平旋噴等方法。這些超前加固或超前支護作為臨時支護措施不能作為襯砌結構的一部分參與受力計算，施作超前支護的管棚等不能重復利用，而且設備需要反復撤離與安裝，以方便超前支護與隧道開挖的順利交替進行，這樣不僅提高了工程造價而且也大大的增加了施工工期。
【發明內容】
[0003]為克服現有技術的不足，本發明的目在于提供一種可移動的支護結構，該結構不僅能提供臨時支護而且能夠隨著隧道掌子面的向前移動而移動，能在臨時支護的保護下進行隧道包括初支或二襯的襯砌施工，本發明還給出了在該移動支護結構保護下的隧道施工方法。
[0004]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:
一種隧道移動支護結構，包括箱體組結構和護盾組結構，所述箱體組結構由多個箱體按照隧道外輪廓形狀咬合拼接而成，在每個所述箱體之上設置有一個護盾，所述護盾為在所述箱體外面板尾部向后延伸一定長度的板材結構；當所述箱體相互咬合形成箱體組結構時，所述護盾相互拼接形成護盾組結構。
[0005]所述外面板為組成箱體結構的箱體外側面也就是接近土體的一側面板。
[0006]所述每個箱體兩側設有咬合構件，所述咬合構件作為相鄰箱體之間互為滑動的軌道。所述咬合構件為卡槽、凹槽或榫頭等。
[0007]在每個所述箱體內部各自設有掘進出土裝置，所述掘進出土裝置自帶動力或由外加設備驅動。
[0008]所述護盾為金屬板材，如鋼板。
[0009]護盾的長度要能始終在已有襯砌上搭接0.5~5m,優選2_5m。金屬板材的厚度要能抵御周圍土體的應力。
[0010]相鄰護盾之間環向搭接，相鄰護盾的尾部用鎖扣連接。
[0011]本發明還提供一種隧道移動支護結構保護下的隧道施工方法，其包括以下步驟: 步驟一:場地準備。
[0012]步驟二:箱體組結構的拼裝及施工設備的安裝調試
所述箱體組結構是根據隧道外輪廓形狀、將多個箱體通過箱體間的咬合構件拼接而成的環狀結構；所述的每個箱體是根據隧道形狀而特制的，所述箱體外面板尾部向后延伸形成護盾；當多個箱體相互拼接形成箱體組結構后，其尾部的護盾形成護盾組結構；
所述施工設備包括驅動箱體掘進設備、隧道掌子面開挖出土設備、預制件拼裝設備或拱架安裝及噴錨設備。
[0013]步驟三:移動支護結構就位及設備定位
所述移動支護結構就位包含箱體組結構在掌子面就位及隧道循環施工就位；所述隧道循環施工就位，是指箱體組結構在掌子面就位后，箱體組結構沿隧道軸線向前掘進到達預定位置，為后續隧道開挖-箱體掘進-預制件拼裝或初支施工的循環施工做準備。
[0014]步驟四:在箱體組結構的保護下進行隧道開挖
將步驟三中形成的箱體組結構內部掌子面的土體開挖1-5米，每次開挖深度要小于所述箱體及護盾長度。
[0015]步驟五:箱體掘進
驅動單個箱體沿隧道軸向掘進，在掘進同時通過掘進鉆具將土體收集排出，到達預定深度后進行下一箱體掘進，相鄰箱體通過咬合構件進行咬合，并利用咬合構件作為互為滑動的軌道；如此依次將相互咬合拼接形成隧道支護外輪廓形狀的所有箱體推入到預定深度；全部箱體推入土體后，相互咬合拼接的箱體和護盾形成的箱體組結構和護盾組結構將承擔土體的壓力，起到隧道臨時支護作用。
[0016]步驟六:在箱體組結構和護盾組結構保護下進行預制件拼裝或進行初支施工在步驟五形成的護盾組結構和步驟三形成的箱體組結構的保護下利用預制件拼裝設備將預制件安裝成環，形成隧道襯砌；也可以不采用預制件拼裝方式而用型鋼拱架或格柵鋼架現場架設，先形成隧道初支然后進行二次襯砌方式。
[0017]步驟七:重復步驟四至六，直至全部隧道施工完成。
[0018]所述步驟三及步驟五的箱體掘進出土沖擊鉆或采用螺旋鉆切削及螺旋出土方式。
[0019]所述步驟六中的預制件為混凝土或鋼制預制件，預制件拼接而成的結構即為隧道的襯砌結構。
[0020]所述拼裝的箱體組結構為封閉式或非閉合式結構，即隧道超前支護及隧道仰拱可同時進行施工或分開進行施工。
[0021]與傳統技術相比，本發明的有益效果:(1)與礦山法相比，提高了隧道施工的機械化水平，提高隧道施工的安全性；(2)移動式支護結構可以方便超前支護、隧道開挖等工序連續交替施工，且在此期間避免了施工設備反復安裝，施工，拆卸，撤離等工序，提高了施工工效；(3)移動支護結構作為一種臨時支護結構，可以反復利用，降低了工程造價，與軟弱圍巖中需超前支護或加固的礦山法相比，更加經濟合理；(4)與盾構法相比，方法簡單，機動靈活。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1移動式支護結構主視圖。
[0024]圖2移動式支護結構側視圖。
[0025]圖3相鄰箱體一種咬合方式不意圖。
[0026]圖4相鄰箱體一種咬合方式不意圖。
[0027]圖5箱體內部示意圖。
[0028]圖6箱體及護盾側視圖。
[0029]圖7箱體組結構在掌子面就位示意圖。
[0030]圖8單個箱體隧道循環施工就位示意圖。
[0031]圖9移動支護結構隧道循環施工就位示意圖。
[0032]圖10隧道開挖。
[0033]圖11箱體掘進。
[0034]圖12箱體結構向前掘進完成。
[0035]圖13預制件拼接。
[0036]圖14施工過程狀態-移動支護結構就位。
[0037]圖15施工過程狀態-隧道開挖。
[0038]圖16隧道施工狀態-箱體掘進。
[0039]圖17施工過程狀態-預制件拼接。
[0040]圖18施工結束狀態。
[0041]圖19施工效果示意圖。
[0042]其中，1-箱體；2_預制件；3_初始掌子面；4_新掌子面；5_咬合構件；6_箱體組結構；7-護盾；8_掘進鉆具；9_護盾組結構；10_隧道土體；11_開挖輪廓線。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0044]如圖1-4所示，本發明的一種隧道移動支護結構，包括箱體組結構6和護盾組結構9，
所述箱體組結構6由多個箱體I按照隧道外輪廓形狀咬合拼接而成，在每個所述箱體I之上設置有一個護盾7，所述護盾為在所述箱體外面板向后延伸一定長度的板材結構；當所述箱體相互咬合形成箱體組結構時，所述護盾7相互拼接形成護盾組結構9。
[0045]如圖3-4所示，所述每個箱體I兩側設有咬合構件5，所述咬合構件作為相鄰箱體之間互為滑動的軌道，以便箱體之間進行咬合和滑動；所述咬合構件為卡槽、凹槽或榫頭等。
[0046]圖3中咬合構件為卡槽結構，相鄰箱體通過卡槽連接，且可沿卡槽相互滑動。
[0047]圖4中咬合構件為孔-銷結構，在箱體的邊角位置設置連接孔，相鄰箱體通過U型銷相互連接，且可沿U型銷相互滑動。
[0048]如圖5所示，在每個所述箱體I內部各自設有掘進出土裝置；所述的箱體內部的掘進出土裝置自帶動力或由外加設備驅動。
[0049]如圖6所示，所述護盾為在所述箱體外面板向后延伸一定長度的板材結構，即所述護盾的長度要能滿足始終在已有襯砌上搭接0.5~5m，優選2~5m。
[0050]所述護盾為金屬板材，如鋼板，金屬板材的厚度要能抵御周圍土體的應力。
[0051]所述護盾之間可部分環向搭接，護盾的尾部可用鎖扣連接。
[0052]本發明提供的一種隧道移動支護結構保護下的隧道施工方法，包括以下步驟: 步驟一:場地準備。
[0053]步驟二:箱體組結構的拼裝及施工設備的安裝調試
所述