專利名稱：四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及隧道初期支護(hù)構(gòu)造，特別涉及一種軟巖四線大跨隧道初期支護(hù)構(gòu)造。
背景技術(shù)：
進(jìn)入二十一世紀(jì)后我國鐵路建設(shè)高速發(fā)展，隨著山區(qū)高速鐵路的快速和大規(guī)模修建。由于受曲線半徑大、地形地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設(shè)站條件極為困難。因此，為提高艱險(xiǎn)山區(qū)修建高速鐵路選線、設(shè)站的自由度，使得山區(qū)車站布置型式更為靈活、車站功能更易得到保證，特大跨度四線車站隧道的修建將愈來愈多。軟巖的物理力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，巖石抗壓強(qiáng)度較低，單軸抗壓強(qiáng)度一般在30MPa以下， 節(jié)理裂隙發(fā)育，孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖。在重力、地形和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等作用下往往形成較高的地應(yīng)力，一旦隧道開挖后應(yīng)力釋放，將出現(xiàn)圍巖膨脹，產(chǎn)生顯著塑性變形，給隧道工程造成危害。對(duì)于軟巖地層四線大跨隧道，采用傳統(tǒng)的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)(系統(tǒng)錨桿+鋼架+噴砼)，一方面，由于跨度大，巖質(zhì)軟，開挖后變形不宜控制。其特點(diǎn)是變形量大、變形速度快、 持續(xù)時(shí)間很長，支護(hù)易開裂，甚至失穩(wěn)造成坍塌事故；另一方面，為了保證安全，施工中必須限制拆撐步長，采用跳拆等措施，導(dǎo)致施工不靈活，工作面狹窄。隧道初期支護(hù)是主要的永久受力結(jié)構(gòu)，且對(duì)保證隧道施工期間的安全至關(guān)重要， 因此必須做到安全、快速、可靠。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，可有效控制四線大跨隧道拱頂沉降和支護(hù)開裂問題，以確保隧道施工和運(yùn)營的穩(wěn)定性及安全性，同時(shí)減少施工臨時(shí)支護(hù)，工序干擾少，有利于大型機(jī)械作業(yè)，施工速度快。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)的全環(huán)鋼架，以及沿拱墻面布設(shè)錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿， 全環(huán)鋼架埋設(shè)于噴射混凝土層內(nèi)，其特征是在隧道拱部鋼架與臨時(shí)豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架連接的第一組預(yù)應(yīng)力錨索；在邊墻部位沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架連接的第二組預(yù)應(yīng)力錨索；在隧道拱腳處附近沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架連接的第三組預(yù)應(yīng)力錨索。本實(shí)用新型的有益效果是，采用索拱聯(lián)合初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過拱部撐索轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支撐的安全拆除，突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性，并為后續(xù)施工提供了較大的工作面；對(duì)拱腳、邊墻部位，利用錨索代替臨時(shí)橫撐，避免軟巖大跨度隧道臨時(shí)橫撐施作，一方面使得開挖更靈活，另一方面規(guī)避了臨時(shí)橫撐拆除風(fēng)險(xiǎn)；通過“外錨”代替“內(nèi)撐”達(dá)到“減跨”之目的，從而形成無內(nèi)撐的超大跨結(jié)構(gòu)；由錨索與鋼架、噴射混凝土、系統(tǒng)錨桿等初支共同受力而組成的聯(lián)合支護(hù)體系，作為隧道永久支護(hù)的一部分，使結(jié)構(gòu)安全度更高。

本說明書包括如下三幅附圖圖1是本實(shí)用新型四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造的斷面示意圖；圖2是圖1中A局部的放大視圖；圖3是本實(shí)用新型四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造中環(huán)全鋼架與預(yù)應(yīng)力錨索的連接方式示意圖。圖中示出零部件、部位名稱及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記噴射混凝土層10、初噴層11、復(fù)噴層 12、鋼筋網(wǎng)13、拱部超前支護(hù)14、全環(huán)鋼架20、第一組預(yù)應(yīng)力錨索31、第二組預(yù)應(yīng)力錨索32、 第三組預(yù)應(yīng)力錨索33、拱部系統(tǒng)錨桿34、邊墻系統(tǒng)錨桿35、鋼墊板40。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層10和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)的全環(huán)鋼架20，以及沿拱墻面布設(shè)錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿，全環(huán)鋼架20埋設(shè)于噴射混凝土層10。在隧道拱部鋼架與臨時(shí)豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架20連接的第一組預(yù)應(yīng)力錨索31，以替換拱部臨時(shí)豎撐；在邊墻部位沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架20連接的第二組預(yù)應(yīng)力錨索32，在隧道拱腳處附近沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架20連接的第三組預(yù)應(yīng)力錨索33，以代替臨時(shí)橫撐。拱頂兩側(cè)第一組預(yù)應(yīng)力錨索31以索換撐，突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長、 跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性，另一方面達(dá)到“減跨”目的，從而形成無內(nèi)撐的超大跨結(jié)構(gòu)，為保證四線大跨隧道拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、減小體系轉(zhuǎn)換的風(fēng)險(xiǎn)、解決軟巖四線大跨隧道施工中拱頂沉降不宜控制，支護(hù)結(jié)構(gòu)易變形開裂甚至塌方的問題。邊墻部位及拱腳附近布設(shè)的第二組預(yù)應(yīng)力錨索32和第三組預(yù)應(yīng)力錨索33以索代撐，兼起鎖腳作用，同時(shí)減少臨時(shí)橫撐，工序干擾少，加快施工進(jìn)度。確保了施工全過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、快速的可控狀態(tài)，又能創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。參照?qǐng)D2，所述噴射混凝土層10通常采用C25砼，由初噴層11、復(fù)噴層12復(fù)合構(gòu)成，全環(huán)鋼架20埋設(shè)于復(fù)噴層12內(nèi)，初噴層11厚度通常為3 5cm。全環(huán)鋼架20在開挖面初噴形成初噴層11后架設(shè)，利用系統(tǒng)錨桿34及35進(jìn)行定位，再復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度形成復(fù)噴層12。參照?qǐng)D2，所述的全環(huán)鋼架20采用全環(huán)型鋼鋼架，沿隧道開挖方向間隔設(shè)置，相鄰兩榀鋼架間通過環(huán)向間隔設(shè)置的縱向連接鋼筋固定連接?？v向連接鋼筋一般采用Φ22πιπι 的鋼筋，環(huán)向間隔Im設(shè)置。參照?qǐng)D1，所述系統(tǒng)錨桿包括拱部系統(tǒng)錨桿34及邊墻系統(tǒng)錨桿35，沿拱墻面梅花形布設(shè)且錨固于圍巖中。拱部系統(tǒng)錨桿34通常采用Φ 25mm中空注漿錨桿，邊墻錨桿35通常采用Φ 22mm砂漿錨桿。拱部系統(tǒng)錨桿34、邊墻系統(tǒng)錨桿35的長度及間距應(yīng)根據(jù)隧道跨度、開挖工法、圍巖地質(zhì)情況等綜合確定，并根據(jù)拱墻各個(gè)部位不同受力情況采用不同長度。參照?qǐng)D3，第一組預(yù)應(yīng)力錨索31、第二組預(yù)應(yīng)力錨索32和第三組預(yù)應(yīng)力錨索33通過鋼墊板40與全環(huán)鋼架20固定連接。第一組預(yù)應(yīng)力錨索31、第二組預(yù)應(yīng)力錨索32和第三組預(yù)應(yīng)力錨索33的長度、布置密度及噸位應(yīng)根據(jù)隧道跨度、開挖工法，圍巖情況綜合確定。參照?qǐng)D2，所述拱部超前支護(hù)14通常采用Φ42πιπι超前小導(dǎo)管、Φ60πιπι中管棚或 Φ 75mm中管棚。下面以改建鐵路貴(陽)昆(明)線六盤水至沾益段烏蒙山二號(hào)隧道為實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。烏蒙山二號(hào)隧道全長12260m，為六沾鐵路最長隧道，受扒挪塊車站地形限制和運(yùn)營管理需要，扒挪塊車站伸入烏蒙山二號(hào)隧道出口段，形成四線車站隧道，長 538m。最大開挖跨度達(dá)28. 42m，最大開挖面積為354. 30m2。該段通過地層主要為泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r、泥巖、砂巖、頁巖、頁巖夾砂巖。由于該隧跨度大，巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體較破碎?，F(xiàn)僅列舉烏蒙山二號(hào)隧道DD88+140 +240段(V級(jí)深埋段)初期支護(hù)構(gòu)造及具體參數(shù)如下噴射混凝土層10采用C25砼，厚度為40cm，設(shè)置全環(huán)鋼架20加強(qiáng)支護(hù)，縱向間距 0.6m，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置Φ22πιπι縱向連接鋼筋，連接鋼筋環(huán)向間距1.0m。第一組預(yù)應(yīng)力錨索31、第二組預(yù)應(yīng)力錨索32和預(yù)應(yīng)力錨索33縱向間距1. an。鋼墊板40尺寸 30cmX60cmX4cmo所述系統(tǒng)系統(tǒng)錨桿，對(duì)拱部采用Φ 25mm中空注漿錨桿，對(duì)邊墻采用采用 Φ 22mm砂漿錨桿，并對(duì)根據(jù)受力情況對(duì)拱頂、拱腰及邊墻部位分別采用不同長度。所述拱部超前支護(hù)14采用Φ75πιπι中管棚。采用該初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，在施工中，保證了拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、減小了體系轉(zhuǎn)換的風(fēng)險(xiǎn)、有效解決軟巖四線大跨隧道施工中拱頂沉降不宜控制，支護(hù)結(jié)構(gòu)易變形開裂甚至塌方的問題。突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性，加快了施工速度。確保了施工全過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、快速的可控狀態(tài)，又能創(chuàng)造良好的社會(huì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。以上所述只是用圖解說明本實(shí)用新型四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造的一些原理，并非是要將本實(shí)用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實(shí)用新型所申請(qǐng)的專利范圍。
權(quán)利要求1.四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層(10)和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)的全環(huán)鋼架00)，以及沿拱墻面布設(shè)錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿，全環(huán)鋼架00)埋設(shè)于噴射混凝土層(10)內(nèi)，其特征是在隧道拱部鋼架與臨時(shí)豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架00)連接的第一組預(yù)應(yīng)力錨索(31)；在邊墻部位沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架OO)連接的第二組預(yù)應(yīng)力錨索 (32)；在隧道拱腳處附近沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架OO)連接的第三組預(yù)應(yīng)力錨索(33)。
2.如權(quán)利要求1所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述系統(tǒng)錨桿包括拱部系統(tǒng)錨桿(34)和邊墻系統(tǒng)錨桿(35)，均呈梅花型布設(shè)。
3.如權(quán)利要求2所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述拱部系統(tǒng)錨桿(34)采用Φ 25mm中空注漿錨桿。
4.如權(quán)利要求2所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述邊墻系統(tǒng)錨桿(3 采用Φ 22mm砂漿錨桿。
5.如權(quán)利要求1所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述噴射混凝土層(10)由初噴層(11)、復(fù)噴層(12)復(fù)合構(gòu)成，全環(huán)鋼架OO)埋設(shè)于復(fù)噴層(12)內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，其特征是第一組預(yù)應(yīng)力錨索(31)、第二組預(yù)應(yīng)力錨索(3 和第三組預(yù)應(yīng)力錨索(3 通過鋼墊板00)與全環(huán)鋼架OO)固定連接。
專利摘要四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護(hù)構(gòu)造，可有效控制四線大跨隧道拱頂沉降和支護(hù)開裂問題，以確保隧道施工和運(yùn)營的穩(wěn)定性及安全性，同時(shí)減少施工臨時(shí)支護(hù)，工序干擾少，有利于大型機(jī)械作業(yè)，施工速度快。它包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層(10)和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)的全環(huán)鋼架(20)，以及沿拱墻面布設(shè)錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿，全環(huán)鋼架(20)埋設(shè)于噴射混凝土層(10)內(nèi)。在隧道拱部鋼架與臨時(shí)豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架(20)連接的第一組預(yù)應(yīng)力錨索(31)，在邊墻部位、拱腳處附近分別沿隧道開挖方向間隔設(shè)置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架(20)連接的第二組預(yù)應(yīng)力錨索(32)、第三組預(yù)應(yīng)力錨索(33)。
文檔編號(hào)E21D11/10GK202073581SQ201120165038
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者于茂春, 仇文革, 卿偉宸, 唐國榮, 朱勇, 李澤龍, 楊昌宇, 鄭偉, 鄭杰元, 陶偉明, 高揚(yáng) 申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司