本发明涉及隧道初支领域。更具体地说，本发明涉及一种隧道初支结构及其施工方法。
背景技术：
近年来，随着国内交通事业的进一步发展，更多的公铁路项目得到批准和实施，隧道工程由于可以克服两地高程和缩短平面距离被广泛的运用在公铁路工程中。我国地域广袤，地形地质条件复杂、多样，修建的各类隧道会遇到不同特征的围岩类别，其中，在城市地铁和山岭隧道进洞段经常遇见粉砂地层、破碎带等软弱破碎围岩。软弱破碎围岩一般具有风化程度高、岩土体强度低、含水量大等特点，在隧道开挖中容易引发围岩失稳和沉降大变形。
喷锚支护是目前运用最为广泛的初支手段之一。喷锚支护是在开挖后的隧道面上喷射混凝土和施工挂网锚杆，在一个工作循环中如果喷锚的区域面积太小，那么设备进出场所占用的时间相对较长，整个循环的工作效率较低；如果一次喷射区域面积太大，那么喷射区域在喷射混凝土前将暴露的时间长、暴露面积大，不利于围岩的自身稳定，特别是在软弱破碎围岩中掘进时应避免长时间、大面积的暴露。因此，如何安全、高效的软弱破碎围岩隧道进行快速支护是一个技术难点。
技术实现要素：
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种隧道初支结构，铺设在开挖完毕的隧道轮廓面上，所述隧道初支结构包括：
水泥毯，其铺设在所述隧道轮廓面上；所述水泥毯中加入钢纤维；
钢筋网片，其铺设在所述水泥毯上；以及
钢拱架，其沿着所述隧道轮廓面架设，且顶在所述钢筋网片上，为所述钢筋网片提供支撑。
一种隧道初支结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、将水泥毯铺设在开挖完毕的隧道轮廓面上；
步骤二、待所述水泥毯安装完成之后，向所述水泥毯喷淋水，当水泥毯完全潮湿后停止喷淋；
步骤三、当所述水泥毯风干后，在所述水泥毯上铺盖钢筋网片，并沿着所述隧道轮廓面架设安装钢拱架，钢拱架顶在所述钢筋网片上，为所述钢筋网片提供支撑。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，所述水泥毯由多块水泥毯单元搭接而成；所述钢拱架为若干个，相邻钢拱架之间相隔一定距离；每个所述水泥毯单元沿隧道轴向方向的长度为d，单位为m，
d＝n×d+2δ
其中，
n——循环个数，取1～2；
δ——相邻两个所述水泥毯单元之间的搭接长度，取0.1m；
d——相邻两个所述钢拱架的间距，0.5～0.8m。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，若所述隧道轮廓面表面存在凹陷或凸起，当所述凸起高度超过10cm时，对所述凸起进行修理，当所述凹陷深度超过10cm时，在该凹陷区域增加锚钉。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，每块所述水泥毯的中部均预设贯通孔，其采用阀门实现启闭，一根主柔性管道穿过所述贯通孔进入所述水泥毯与隧道围岩之间，且所述水泥毯贴附于所述隧道围岩之间的一面固定若干根柔性管道，所有的所述柔性管道的一端均可拆卸连接于所述主柔性管道进入所述水泥毯与隧道围岩之间的一端；
且在所述步骤二水泥毯完全潮湿之后，通过所述主柔性管道向所述水泥毯与隧道围岩之间灌注连接胶，灌注完毕，拆除所述主柔性管道，且关闭所述阀门。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，还设置加固锚杆，其穿过所述钢筋网片以及所述水泥毯，将所述钢筋网片以及所述水泥毯固定在所述隧道轮廓面上。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，所述水泥毯中加入钢纤维，以增强所述水泥毯的力学强度，厚度为10mm的水泥毯每平方米水泥毯添加钢纤维重量建议为2500g-4000g。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，所述水泥毯通过锚钉固定在所述隧道轮廓面上，所述锚钉呈l型。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，所述步骤二中，当水泥毯完全潮湿并有水滴形成时，停止喷淋。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，平均每平方米水泥毯喷淋水的质量为8-10kg。
本发明至少包括以下有益效果：采用本发明提供的技术方案，可以适用软弱破碎围岩地层中隧道掘进的快速初支，该发明提供的技术方案在实施时，其效率不受场地大小和喷锚区域面积影响，避免了机械喷锚中长时间、大面积暴露围岩的问题，有利于发挥围岩的自稳能力；该发明中形成的水泥毯初喷层具有较好完整性，可以避免洞顶块石坠落带来的伤害；同时，该发明中所喷淋的是清水，不但避免了机械喷射所产生的粉尘，而且喷淋的清水也可以对掌子面附近的空气进行净化，有利于作用人员的身体健康。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明中隧道初支结构的结构示意图。
图2为图1中a处的放大示意图。
图3为本发明中水泥毯的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
如图1-3所示，本发明的一优选实施方案提供一种隧道初支结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、将水泥毯2铺设在开挖完毕的隧道轮廓面上；
步骤二、待所述水泥毯2安装完成之后，向所述水泥毯2喷淋水，当水泥毯完全潮湿后停止喷淋；
步骤三、当所述水泥毯2风干后，在所述水泥毯2上铺盖钢筋网片3，并沿着所述隧道轮廓面架设安装钢拱架，钢拱架顶在所述钢筋网片上，为所述钢筋网片提供支撑。
安装好的隧道初支结构如下所示，所述隧道初支结构包括：水泥毯2，其铺设在所述隧道轮廓面上；钢筋网片3，其铺设在所述水泥毯2上；以及钢拱架4，其沿着所述隧道轮廓面架设，且顶在所述钢筋网片3上，为所述钢筋网片3提供支撑。
上述实施方案主要适用于软弱破碎围岩的隧道轮廓面，在软弱破碎围岩开挖后，用人工或机械的办法将水泥毯2铺盖到隧道轮廓面上，为了方便安装固定水泥毯，在水泥毯上面预留铆钉孔21，通过锚钉1穿过所述铆钉孔21将水泥毯2固定在隧道轮廓面。拟初支区域都固定水泥毯2后，利用喷淋的方法向水泥毯2喷射清水至水泥毯2潮湿，等待水泥毯强度提升后，进行钢筋网片安装和立钢拱架。对于围岩稳定性差或者存在明显超欠挖现象，可以适当增加锚钉孔的密度。采用本发明提供的技术方案，可以适用软弱破碎围岩地层中隧道掘进的快速初支，该发明提供的技术方案在实施时，其效率不受场地大小和喷锚区域面积影响，避免了机械喷锚中长时间、大面积暴露围岩的问题，有利于发挥围岩的自稳能力；该发明中形成的水泥毯初喷层具有较好完整性，可以避免洞顶块石坠落带来的伤害；同时，该发明中所喷淋的是清水，不但避免了机械喷射所产生的粉尘，而且喷淋的清水也可以对掌子面附近的空气进行净化，有利于作用人员的身体健康。
考虑到喷淋水量过大或者过小，都会对水泥毯的性能产生影响，其中，所述步骤二中，当水泥毯完全潮湿并有水滴形成时，停止喷淋。向所述水泥毯2喷淋水，一般要求平均每平方米水泥毯喷淋水的质量为8～10kg，对于地下水丰富地区，喷淋水的质量可灵活减少，加入可以降低至6～8kg。
所述水泥毯通过锚钉固定在所述隧道轮廓面上，所述锚钉1呈l型，这样其一端连接插入隧道轮廓面内，另一端可压住所述水泥毯2。对于一些欠稳区域，锚钉长度可适当加长。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，所述水泥毯由多块水泥毯单元搭接而成；所述钢拱架为若干个，相邻钢拱架之间相隔一定距离；每个所述水泥毯单元沿隧道轴向方向的长度为d，单位为m，
d＝n×d+2δ
其中，
n——循环个数，取1～2；
δ——相邻两个所述水泥毯单元之间的搭接长度，取0.1m；
d——相邻两个所述钢拱架的间距，0.5～0.8m。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，若所述隧道轮廓面表面存在凹陷或凸起，当所述凸起高度超过10cm时，对所述凸起进行修理，当所述凹陷深度超过10cm时，在该凹陷区域增加锚钉。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，每块所述水泥毯的中部均预设贯通孔，其采用阀门实现启闭，一根主柔性管道穿过所述贯通孔进入所述水泥毯与隧道围岩之间，且所述水泥毯贴附于所述隧道围岩之间的一面固定若干根柔性管道，所有的所述柔性管道的一端均可拆卸连接于所述主柔性管道进入所述水泥毯与隧道围岩之间的一端；
且在所述步骤二水泥毯完全潮湿之后，通过所述主柔性管道向所述水泥毯与隧道围岩之间灌注连接胶，灌注完毕，拆除所述主柔性管道，且关闭所述阀门。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，还设置加固锚杆，其穿过所述钢筋网片以及所述水泥毯，将所述钢筋网片以及所述水泥毯固定在所述隧道轮廓面上。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，所述水泥毯中加入钢纤维，以增强所述水泥毯的力学强度，厚度为10mm的水泥毯每平方米水泥毯添加钢纤维重量建议为2500g-4000g。
根据本发明的一优选实施方案，所述的隧道初支结构的施工方法，平均每平方米水泥毯喷淋水的质量为8-10kg，这个水量既可以保证水泥毯的湿润度以保证其效果，又刻意避免水量过大，造成水泥毯质量超重，而且也造成了水资源的浪费。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
技术特征：
1.一种隧道初支结构，铺设在开挖完毕的隧道轮廓面上，其特征在于，所述隧道初支结构包括：
水泥毯，其铺设在所述隧道轮廓面上；所述水泥毯中加入钢纤维；
钢筋网片，其铺设在所述水泥毯上；以及
钢拱架，其沿着所述隧道轮廓面架设，且顶在所述钢筋网片上，为所述钢筋网片提供支撑。
2.一种隧道初支结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将水泥毯铺设在开挖完毕的隧道轮廓面上；
步骤二、待所述水泥毯安装完成之后，向所述水泥毯喷淋水，当水泥毯完全潮湿后停止喷淋；
步骤三、当所述水泥毯风干后，在所述水泥毯上铺盖钢筋网片，并沿着所述隧道轮廓面架设安装钢拱架，钢拱架顶在所述钢筋网片上，为所述钢筋网片提供支撑。
3.如权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，所述水泥毯由多块水泥毯单元搭接而成；所述钢拱架为若干个，相邻钢拱架之间相隔一定距离；每个所述水泥毯单元沿隧道轴向方向的长度为d，单位为m，
d＝n×d+2δ
其中，
n——循环个数，取1～2；
δ——相邻两个所述水泥毯单元之间的搭接长度，取0.1m；
d——相邻两个所述钢拱架的间距，0.5～0.8m。
4.如权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，若所述隧道轮廓面表面存在凹陷或凸起，当所述凸起高度超过10cm时，对所述凸起进行修理，当所述凹陷深度超过10cm时，在该凹陷区域增加锚钉。
5.如权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，每块所述水泥毯的中部均预设贯通孔，其采用阀门实现启闭，一根主柔性管道穿过所述贯通孔进入所述水泥毯与隧道围岩之间，且所述水泥毯贴附于所述隧道围岩之间的一面固定若干根柔性管道，所有的所述柔性管道的一端均可拆卸连接于所述主柔性管道进入所述水泥毯与隧道围岩之间的一端；
且在所述步骤二水泥毯完全潮湿之后，通过所述主柔性管道向所述水泥毯与隧道围岩之间灌注连接胶，灌注完毕，拆除所述主柔性管道，且关闭所述阀门。
6.根据权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，还设置加固锚杆，其穿过所述钢筋网片以及所述水泥毯，将所述钢筋网片以及所述水泥毯固定在所述隧道轮廓面上。
7.根据权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，所述水泥毯中加入钢纤维，以增强所述水泥毯的力学强度，厚度为10mm的水泥毯每平方米水泥毯添加钢纤维重量建议为2500g-4000g。
8.根据权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，所述水泥毯通过锚钉固定在所述隧道轮廓面上，所述锚钉呈l型。
9.根据权利要求2所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，所述步骤二中，当水泥毯完全潮湿并有水滴形成时，停止喷淋。
10.根据权利要求9所述的隧道初支结构的施工方法，其特征在于，平均每平方米水泥毯喷淋水的质量为8-10kg。
技术总结
本发明公开了一种隧道初支结构，铺设在开挖完毕的隧道轮廓面上，所述隧道初支结构包括：水泥毯，其铺设在所述隧道轮廓面上；所述水泥毯中加入钢纤维；钢筋网片，其铺设在所述水泥毯上；以及钢拱架，其沿着所述隧道轮廓面架设，且顶在所述钢筋网片上，为所述钢筋网片提供支撑。本发明还提供了该隧道初支结构的施工方法。本发明可以适用软弱破碎围岩地层中隧道掘进的快速初支，该发明提供的技术方案在实施时，其效率不受场地大小和喷锚区域面积影响，避免了机械喷锚中长时间、大面积暴露围岩的问题，有利于发挥围岩的自稳能力。
技术研发人员：袁青;熊齐欢;杨钊;陈培帅;杨林;吴忠仕;张子平;陈世豪;江鸿;褚存;梁晓腾;王伟;唐湘隆;李傲赢;肖靖;冯德定;唐祖阳;黄威;杨睿;李雪松;任梦;罗会武;李德杰;杨本亮;李勇智
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：2021.03.23
技术公布日：2021.07.23
声明：
“隧道初支结构及其施工方法与流程” 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。
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编辑：中冶有色技术网
来源：中交第二航务工程局有限公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
