1.一种富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,包括挤压排水面板(1)、管棚(2)、聚能爆破排水管(3)和支撑固结体(4);
所述挤压排水面板(1)包括与隧道的轮廓相匹配的环形外壳(5),环形外壳(5)贯穿地开设有若干个均匀分布的管棚孔(8),管棚(2)穿过管棚孔(8)且其前端插入围岩;环形外壳(5)内侧卡接有带肋排水板(7),带肋排水板(7)上开设有至少四个均匀分布的圆形孔(10);
所述聚能爆破排水管(3)包括与管棚(2)长度相同的钢管(13),钢管(13)穿过圆形孔(10)插入围岩内,钢管(13)的管壁上开设有多个渗水孔(16),钢管(13)的前端内部装有炸药(14),炸药(14)通过导火索与位于钢管(13)外部的起爆装置(15)连接,引爆炸药(14)使围岩内形成空腔(21),高压旋喷装置的高压旋喷嘴(19)穿过钢管(13)至空腔(21)内并高压旋喷注浆使核心土(20)内部形成用于支撑管棚(2)前端的支撑固结体(4)。
2.根据权利要求1所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述环形外壳(5)的内侧沿其径向开设有至少两对凹槽,每对凹槽的位置相对并固定连接有导槽(9),导槽(9)内滑动连接有伸缩杆组件(6);
所述带肋排水板(7)的侧面固定安装有与伸缩杆组件(6)抵接的加肋板(11),围岩径向收缩迫使伸缩杆组件(6)向环形外壳(5)的中心方向移动从而挤压加肋板(11)使带肋排水板(7)与环形外壳(5)脱离并挤压管棚(2)和支撑固结体(4)内封闭的核心土(20)使其通过聚能爆破排水管(3)排水固结。
3.根据权利要求2所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述伸缩杆组件(6)包括伸缩杆(23),伸缩杆(23)的一端固定安装有楔形体(22);
所述加肋板(11)与楔形体(22)的形状相同,加肋板(11)的斜面与楔形体(22)的斜面贴合时形成长方体。
4.根据权利要求3所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述炸药(14)为柱形,炸药(14)的表面沿轴向均匀地分布有多个倒三角槽(18);
所述钢管(13)的前端开设有多个与其轴线平行的切口(17),切口(17)的数量倒三角槽(18)的数量相同,且切口(17)与倒三角槽(18)的位置相对应。
5.根据权利要求4所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述切口(17)的长度为10‑20cm。
6.根据权利要求1‑3任一项所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述钢管(13)的外表面包裹有土工布(12)。
7.根据权利要求2或3所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述导槽(9)包括相互垂直的第一导槽和第二导槽。
8.根据权利要求1‑3任一项所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构,其特征在于,所述环形外壳(5)的厚度为30‑50cm。
9.一种如权利要求4所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、根据隧道的开挖轮廓,在工厂预制环形外壳(5)、导槽(9)、伸缩杆组件(6)、带肋排水板(7)、管棚(2)和钢管(13);
步骤2、先将导槽(9)卡入环形外壳(5)侧面的凹槽内并通过螺栓固定,再将伸缩杆组件(6)装入导槽(9)内,接着将带肋排水板(7)卡入环形外壳(5)中并使伸缩杆组件(6)的楔形体(22)的斜面与带肋排水板(7)侧面的加肋板(11)的斜面紧密贴合,完成挤压排水面板(1)的安装;
步骤3、以安装好的挤压排水面板(1)为支架,通过棚孔(8)进行打孔,使管棚(2)依次穿入管棚孔(8)和打好的孔中并开始注浆,使管棚(2)与挤压排水面板(1)形成密封的桶状支撑结构;
步骤4、将柱形炸药(14)固定至钢管(13)前端内部;
步骤5、先通过带肋排水板(7)上的圆形孔(10)打孔,再将起爆装置(15)和钢管(13)内部的柱形炸药(14)连接,然后缓慢地将钢管(13)依次穿过圆形孔(10)和打好的孔,最后通过起爆装置(15)引爆炸药(14)从而在围岩内形成空腔(21);
步骤6、将高压旋喷装置的高压旋喷嘴(19)穿过钢管(13)至空腔(21)内,开始高压旋喷注浆使注浆体联通从而在核心土(20)内部形成用于支撑位于围岩内部的管棚(2)的支撑固结体(4);
步骤7、将伸缩杆组件(6)的伸缩杆(23)拉伸至隧道开挖轮廓处并固定,待隧道径向变形和核心土(20)排水稳定后,卸下导槽(9)和带肋排水板(7);
步骤8、开挖隧道至支撑固结体(4)的位置,并重复步骤1~步骤7,直至隧道穿越富水软弱围岩区。
10.根据权利要求9所述的富水软弱围岩隧道超前支护结构的施工方法,其特征在于,所述步骤4还包括使柱形炸药(14)的倒三角槽(18)与切口(17)位置相对应。