一种直墙式中隔壁墙支撑结构及其施工方法

本发明属于隧道工程，尤其涉及一种直墙式中隔壁墙支撑结构及其施工方法。

背景技术：

1、“cd”法也称中隔墙法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降控制严格的地下工程施工，在隧道围岩等级为ⅳ-ⅵ级的浅埋大跨隧道施工中应用较多。该工法优点是隧道开挖施工时化大跨为小跨，开挖扰动土层范围小，步步封闭，各部封闭成环的时间缩短、结构受力均匀、支护刚度大、地表沉降变形小，但其缺点也很明显，由于地层软弱，断面较小，只能采取小型机械或人工开挖及运输作业，分块太多，工序繁多、复杂，且临时支撑的施作和拆除困难、材料浪费严重、作业面空气质量差、施工成本高、工期长、不能循环使用。现场施作中隔壁墙的施工方法已不能满足当前隧道工程建设向绿色、低碳、循环使用的实际需要。如何实现隧道施工各构件的工厂化预制、降低现场人工作业量，提升设备的机械化和循环使用率，实现更好工程经济效益，一直是现场施工管理人员寻求解决的一个难题。

2、现有的“cd”法中隔壁结构由型钢拱架、钢筋网片、喷射混凝土组成，施工时需频繁拆换施作，材料浪费严重、循环性差、工效比极低。为解决这一难题，专利(cn110566228a)公开了一种具有重复支顶和锁紧功能的隧道中隔壁及其施工方法，解决了隧道开挖过程中拱顶及地面沉降控制问题，但仍未解决隧道开挖过程中隔壁的机械化和循环使用率，未从根本上改善施工工效问题；专利(cn117386417a)公开了一种分导洞开挖的预制临时仰拱结构及其施工方法，解决了隧道开挖过程中临时仰拱支承的循环使用难点，但仍未对中隔壁支护的循环使用提出解决方案；专利(cn117052439a)公开了一种隧道预制装配式中隔壁竖撑支架，解决了中隔壁安装时人工辅助调整难度大的痛点，但未对中隔壁在隧道开挖方向上超期支护及稳定性提出有效措施。通过上述分析，现有技术多为“cd”法施工时中隔壁竖向支撑钢架的加强和循环使用，在解决隧道开挖效率、降低支护成本、提高施工费效比、改善现场作业环境等方面仍缺乏有益探索和实践。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明针对现行“cd”法中隔壁墙支承结构存在的工序繁杂、拆换工作量大、材料浪费严重、作业面空气质量差等工程痛点，基于“超前加固、绿色环保、高效施工”的理念，研发了一种“cd”法循环快速施工的直墙式中隔壁墙支撑结构及其施工方法，实现了中隔壁支撑结构的模块拼装、超前钻进、竖向预撑、循环使用，解决了背景技术中提出的工程痛点。

2、本发明是这样实现的，一种直墙式中隔壁墙支撑结构，由第一类型钢构件和第二类型钢构件构成，其特征在于，第一类型钢构件由格栅形空心箱体和螺旋钻杆通过推进套杆装配组成；第二类型钢构件由板形空心箱体和液压升降柱装配后焊接组成；格栅形空心箱体由型钢焊接为左、右面呈格栅形，上、下面为板形的长方体箱体，螺旋钻杆由顶部动力头、固定轴承、螺旋钻具、走行套筒构成；板形空心箱体由型钢焊接为上、下、左、右面为板形的长方体箱体，液压升降柱为圆柱形升降柱。第一类型钢构件与第二类型钢构件竖向叠放后通过销栓连接。

3、进一步，所述第一类型钢构件、第二类型钢构件长度等长，长度为15-20m，均采用q235型钢板。

4、进一步，所述第二类型钢构件箱体内置的液压升降柱为液压一体式自动升降柱，升降柱间隔距离为第二类型钢构件长度的1/4～1/3。

5、进一步，所述第二类型钢构件箱体上板面的截面尺寸小于箱体下板面截面尺寸，且箱体内侧距顶部2-5.0cm设有一圈支撑围檩。

6、本发明的另一目的在于提供一种实现所述直墙式中隔壁墙支撑结构的直墙式中隔壁墙支撑结构施工方法，包括：

7、a.定制构件：在型钢加工厂采用型钢加工格栅形空心箱体和板形空心箱体，定制螺旋钻杆和液压升降柱，将各部件按装配要求装配构成第一类型钢构件和第二类型钢构件，待两类型钢构件定制完成后运输至隧道开挖施工现场。

8、b.测量放线：根据隧道支护结构中隔壁墙的设计要求，采用测量仪器在围岩掌子面预留中隔壁位置测放线路中线，掌子面中线及第一类型钢构件的插入点，并用白灰现场标记；

9、c.中隔壁墙钻进静压施工：电动机、静压机等施工机械就位，按施工放样点将掌子面底段的第1个第一类型钢构件摆放就位，电动机、静压机与第一类型钢构件连接，并检查及稳定和安全性，待各设备稳定后启动电动机，电动机带动螺旋钻杆向掌子面钻进，螺旋钻钻进过程中，静压机协同配合将第一类型钢构件插入隧道掌子面围岩，依此自隧道底部向隧道拱顶循环施工，插入n个第一类型钢构件至距隧道拱顶20-30.0cm。

10、d.隧道左导洞上台阶开挖施工：采用小型机械开挖左侧导洞上台阶，采用人工开挖隧道拱顶部位的第一类型钢构件上部的土体，将左导洞上台阶范围内的第一类型钢构件通过销栓连接。

11、e.中隔壁墙支承结构预加力施工：首先采用人工配合专用机械将第二类型钢构件吊装叠放在隧道拱部的第一类型钢构件上，检查其竖向垂直度，确保第一类型钢构件与第二类型钢构件重心重合，然后将第一类型钢构件与第二类型钢构件通过销栓连接，启动液压升降柱带动第二类型钢构件的上板面与围岩充分接触，带其受力稳定后，锁定液压升降柱形成竖向轴心受压的中隔壁墙支撑结构，待结构稳定后即可进行隧道“cd”法其他工序的开挖施工。

12、f.隧道开挖及中隔壁墙循环推进施工：按如下工序进行隧道开挖及中隔壁墙循环推进施工：开挖左侧导洞上台阶→左侧导洞上台阶支护→开挖左侧导洞下台阶→左侧导洞下台阶支护→开挖右侧导洞上台阶→右侧导洞上台阶支护→液压升降柱回落就位→上台阶范围内中隔墙钻进静压施工→拱顶支护施工→开挖右侧导洞下台阶→右侧导洞下台阶支护→下台阶范围内中隔墙钻进静压施工→隧道进尺循环施工→隧道贯通。

13、g.中隔壁墙拆除：待按照步骤f隧道开挖完成后，液压升降柱回落，采用机械从上至下依次拆卸第二类型钢构件和第一类型钢构件，转运至施工棚进行保养。

14、h.循环使用：按照b、c、d、e、f、g的步骤将中隔壁墙支承结构构件周转至其他工地使用。

15、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

16、第一，针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、(1)本发明各构件组装成的直墙式中隔壁墙支撑结构具有超前加固、竖向预撑的支护能力，构件工厂定制生产、现场施工进尺循环使用，不存在临时支护的拆换工作，极大降低了工程成本，提高了施工工效、有效减少了现场喷锚施工和拆除施工产生的各类污染源。

19、(2)本发明通过液压升降柱的顶升，使两类型钢构件轴向受力均匀、很好的发挥了中隔壁墙的支承传力作用，且型钢构件对掌子面围岩实现了超前支护，支承刚度大、抵抗变形能力强于钢架及喷锚支承。

20、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

21、本发明研发了一一种“cd”法循环快速施工的直墙式中隔壁墙支撑结构及其施工方法，实现了中隔壁支撑结构的模块拼装、超前钻进、竖向预撑、循环周转使用，解决了现有技术中中隔壁工序繁杂、施工效率低，频繁拆换、浪费材料，作业面空气质量差的工程痛点。

22、第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

23、(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

24、本发明直墙式中隔壁支护结构的成功实施，一个进尺循环可减少临时支护材料费0.4-0.6万元/每延米，单口进尺提高20m-30m/月，提高了施工费效比，极大改善了现场作业环境，专利技术方案转化后预期可降低cd法工程造价0.5万元/每延米，为全面推广应用提供了示范案例。

25、(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

26、本施工工法在前述西部山区某高速公路富水黄土隧道的成功实施，填补了黄土区软弱ⅵ级围岩cd法直墙式中隔壁支护结构水平钻进、超前加固、模块拼装、顶升预撑、循环高效施工的应用空白，为西部山区复杂地质条件下的山岭土质隧道工程施工积累了宝贵的经验。

27、(3)本发明的技术方案是否克服了技术偏见：

28、本发明的技术方案克服了传统施工采用cd法施工中隔壁临时支撑的施作和拆除困难、材料浪费严重、作业面空气质量差、施工成本高、工期长、不能循环使用的技术偏见，大胆创新采用型钢格栅箱体内置螺旋回转钻机，解决了预制箱体超前安装困难问题；采用模块竖向叠加和液压顶升箱体解决了中隔壁安装后竖向支撑能力不足的问题，通过本发明的实施，达到了节约投资、保证质量、环保减碳的高质量发展目标。