用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法
【專利摘要】本發(fā)明涉及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法，提供了一種用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，在其初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置有內(nèi)層初期支護(hù)；其施工工法，當(dāng)初期支護(hù)變形量達(dá)到可控變形量時，施作內(nèi)層初期支護(hù)，否則不施作內(nèi)層初期支護(hù),并根據(jù)初期支護(hù)或內(nèi)層初期支護(hù)的實(shí)際內(nèi)輪廓施作二次襯砌。通過初期支護(hù)和內(nèi)層初期支護(hù)的配合，使得對圍巖的支護(hù)先柔后剛、先放后抗，實(shí)現(xiàn)對圍巖變形的主動適應(yīng)，并通過由初期支護(hù)、內(nèi)層初期支護(hù)以及二次襯砌構(gòu)成的強(qiáng)支撐實(shí)現(xiàn)對圍巖的永久支護(hù)，因此，能夠有效解決大變形地段的支護(hù)問題，能夠保證隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。
【專利說明】用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法，尤其是一種用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道是一種修建在地下的工程結(jié)構(gòu)物，被廣泛地應(yīng)用于交通、礦山、水利及國防等領(lǐng)域。目前的隧道，通常采用新奧法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括拱頂、仰拱及兩側(cè)邊墻，沿隧道徑向包括外側(cè)的初期支護(hù)、內(nèi)側(cè)的二次襯砌以及位于初期支護(hù)和二次襯砌之間的防水層。
[0003]新奧法施工的核心為充分發(fā)揮圍巖的自承能力。進(jìn)一步的講，要求Pt=Pft-P放-P自，其中，Pt為支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)力為地層使圍巖向臨空面位移的合力，包括重力、水作用力、膨脹力、構(gòu)造應(yīng)力、工程偏力；P放為以變形的形式轉(zhuǎn)化的工程力，也即塑性能以變形的方式釋放；P e為圍巖的自承力，由圍巖本身強(qiáng)度分擔(dān)。施工時，在洞室開挖后及時施作初期支護(hù)，初期支護(hù)本身具有一定的柔性和變形特性，因而能在開挖后及時有效地控制和調(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布，最大限度的保護(hù)巖體結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，使得圍巖與初期支護(hù)在共同變形的過程中取得自身穩(wěn)定，充分利用圍巖的自承能力；復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承受后期圍巖壓力，要使最小，則應(yīng)使!3…Pe同時達(dá)到最大。過早施作二次襯砌，圍巖的自承能力并未達(dá)到最佳狀態(tài)，進(jìn)而使得二次襯砌承受更大的圍巖壓力；拖后施作二次襯砌，則會影響初期支護(hù)的穩(wěn)定性，因此，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的二次襯砌通常要求在初期支護(hù)穩(wěn)定后及時施作；但在實(shí)際施工過程中，可能遇到各種地質(zhì)災(zāi)害，使得實(shí)際的施工條件更為復(fù)雜。
[0004]隧道工程圍巖的變形破壞 主要有巖爆、坍塌和大變形。其中隧道圍巖大變形，由于圍巖的變形量值特別大，洞壁位移后往往侵入模注混凝土襯砌凈空，使施工處理十分困難，因此在各類地質(zhì)災(zāi)害中，是一類容易造成施工困難、毀壞施工設(shè)備、延誤工期、增加工程成本的地質(zhì)災(zāi)害。國內(nèi)外學(xué)者，針對隧道圍巖大變形進(jìn)行了不少的探索工作，但由于研究者們僅從各自的角度開展隧道圍巖大變形問題的研究，其研究成果有一定的局限性，因此，目前還沒有就圍巖大變形形成一致的和明確的定義。但根據(jù)隧道圍巖大變形的破壞形式，可以將其理解為:在隧道工程中，由軟弱巖體構(gòu)成的圍巖，在高地應(yīng)力、地下水或自身膨脹性能的作用下，其自承能力喪失或部分喪失，產(chǎn)生具有累進(jìn)性和明顯時間效應(yīng)的塑性變形且變形得不到有效約束的現(xiàn)象。
[0005]針對圍巖大變形的施工，目前的基本方針是管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測。但大變形地段的圍巖，初期來壓快，變形量大，不加控制會發(fā)生坍塌，而剛性支護(hù)不能適應(yīng)大變形，將很快被壓壞。具體的講，支護(hù)體剛度大于圍壓剛度，圍巖膨脹性能量不能轉(zhuǎn)化為變形能釋放，而施加在支護(hù)體，形成過載破壞；支護(hù)體剛度小于圍巖剛度，圍巖產(chǎn)生的過量變形得不到限制，將其承擔(dān)的荷載傳遞到支護(hù)體，形成過載破壞；圍巖的變形并非均勻的變形，非均勻的荷載作用在等強(qiáng)的支護(hù)體上，形成局部過載破壞，導(dǎo)致支護(hù)體失穩(wěn)。
[0006]針對上述問題，目前提出了一種解決思路，其是在二次襯砌和初期支護(hù)之間填充一層高分子彈性材料，為圍巖一個變形釋放空間，并通過U型鋼架及二次襯砌使得該變形釋放空間是一個可控的變形釋放空間，如專利號為200910062525.7、發(fā)明名稱為高地應(yīng)力軟巖卸壓施工方法的發(fā)明專利。上述專利，其具體的施工步驟是:A、錨噴支護(hù)施工，錨噴支護(hù)施工必須緊跟掌子面，清除危巖；B、泡沫板掛設(shè)，進(jìn)行聚苯乙烯泡沫板掛設(shè)施工；C、仰拱開挖及U型鋼架設(shè)，襯砌成環(huán)，對鋼架間隙進(jìn)行噴射混凝土復(fù)噴；D、仰拱回填，U型鋼架設(shè)完成后，進(jìn)行仰拱回填施工，對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；E、防水隔離層施工，在隧道收斂速率趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行防水隔離層施工:F、二次襯砌施工，在防水隔離層施工完成后，進(jìn)行二次襯砌施工；G，預(yù)應(yīng)力錨索施工，通過現(xiàn)場放樣，確定錨索孔位以及鉆孔方向，對孔位位置進(jìn)行清理。但上述專利的實(shí)際使用效果欠佳，具體如下所述:
[0007]首先，在其步驟B和C的實(shí)施過程中，圍巖及初期支護(hù)均在持續(xù)的變形，當(dāng)變形較大且變形釋放空間較小時，可能侵入U型鋼架的安裝空間，進(jìn)而限制U型鋼架的安裝；當(dāng)變形較大且變形釋放空間也較大時，初期支護(hù)可能已經(jīng)產(chǎn)生破壞。
[0008]其次，泡沫板的掛設(shè)，為變形提供了一個緩沖，但其并不能使得圍巖及初期支護(hù)的變形絕對均勻，而U型鋼架間隔設(shè)置，并不能對變形釋放空間進(jìn)行完整的限制，當(dāng)變形較大時，同樣存在洞壁位移后由U型鋼架間間隙侵入二次襯砌凈空的風(fēng)險、也存在不均勻變形導(dǎo)致的U型鋼架背后脫空的風(fēng)險。
[0009]其三，由于大變形理論研究的不盡成熟，加之現(xiàn)場地質(zhì)巖體狀況復(fù)雜性，導(dǎo)致在生產(chǎn)實(shí)踐中，難以預(yù)測圍巖大變形的發(fā)生，也即勘察設(shè)計階段曾預(yù)測將會出現(xiàn)大變形的地段，并進(jìn)行了相應(yīng)的支護(hù)設(shè)計，而在實(shí)際施工過程卻未出現(xiàn)大變形，相反在設(shè)計中預(yù)測沒有大變形的地段卻出現(xiàn)了大變形。而泡沫板的掛設(shè)，會阻礙對初期支護(hù)變形的測量，而將上述用于大變形地段的支護(hù)用于非大變形地段的支護(hù)時，由于泡沫板的存在，使得圍巖自承能力在到達(dá)最佳狀態(tài)后仍然存在一定的變形空間，進(jìn)而可能導(dǎo)致圍巖的松動以及自承能力的降低，降低隧道支護(hù)后期的穩(wěn)定性，其類似于隧道的脫空病害。
[0010]其四，在初期支護(hù)和二次襯砌之間增加了步驟，無法保證二次襯砌的及時施作，不利于對圍巖自承能力的利用。
[0011]因此，綜上所述，上述在二次襯砌和初期支護(hù)之間填充一層高分子彈性材料的工法，在實(shí)際施工中并不能有效解決大變形地段的支護(hù)問題，同時會在隧道施工階段造成安全隱患并影響隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法，其能有效解決大變形地段的支護(hù)問題，并保證隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。
[0013]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括頂部的拱頂、底部的仰拱及兩側(cè)邊墻，沿隧道徑向包括外層的初期支護(hù)、內(nèi)層的二次襯砌以及位于初期支護(hù)和二次襯砌之間的防水層，所述初期支護(hù)采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的噴錨結(jié)構(gòu)構(gòu)成；在所述初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置有內(nèi)層初期支護(hù)，所述防水層位于內(nèi)層初期支護(hù)和二次襯砌之間，所述內(nèi)層初期支護(hù)采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的噴射混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)和內(nèi)層初期支護(hù)的鋼拱架沿隧道縱向間隔設(shè)置。
[0015]進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)的錨固結(jié)構(gòu)包括錨桿和注漿小導(dǎo)管。
[0016]進(jìn)一步的，所述內(nèi)層初期支護(hù)的橫斷面呈倒U形并由一側(cè)邊墻底部經(jīng)拱頂延伸至另一側(cè)邊墻底部；在仰拱處，由初期支護(hù)、二次襯砌及內(nèi)層初期支護(hù)兩端封閉構(gòu)成的間隙內(nèi)設(shè)置有回填層。作為一種優(yōu)選，所述回填層采用噴射混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0017]優(yōu)選的，采用上述用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工法，包括如下步驟:
[0018]A、施作超前支護(hù)；
[0019]B、開挖隧道洞身；
[0020]C、緊跟掌子面施作初期支護(hù)；
[0021]D、監(jiān)控圍巖的變形情況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)確定圍巖的變形收斂趨勢，并根據(jù)監(jiān)控情況進(jìn)行下述施作；
[0022]E1、當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在初期支護(hù)表面鋪設(shè)防水層，并在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工；
[0023]E2、當(dāng)圍巖變形無收斂趨勢時，則根據(jù)如下步驟施工:
[0024]a、根據(jù)初期支護(hù)的理論強(qiáng)度及圍巖的變形速率，確定初期支護(hù)的可控變形量，在初期支護(hù)變形量達(dá)到可控變形量時，施作內(nèi)層初期支護(hù)；
[0025]b、監(jiān)控圍巖的變形情況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)確定圍巖的變形收斂趨勢，再根據(jù)監(jiān)控情況進(jìn)行下述施作；
[0026]Cl、當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在內(nèi)層初期支護(hù)表面鋪設(shè)防水層，并在內(nèi)層初期支護(hù)變形穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工；
[0027]c2、當(dāng)圍巖變形無收斂趨勢時，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)對二次襯砌進(jìn)行強(qiáng)化處理，并在內(nèi)層初期支護(hù)變形侵入二次襯砌的凈空前，在內(nèi)層初期支護(hù)表面鋪設(shè)防水層，并根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。
[0028]進(jìn)一步的，在所述步驟B中，開挖循環(huán)進(jìn)尺與初期支護(hù)鋼拱架的設(shè)置間距相適應(yīng)。
[0029]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工工法，通過初期支護(hù)和內(nèi)層初期支護(hù)的配合，使得對圍巖的支護(hù)先柔后剛、先放后抗，實(shí)現(xiàn)對圍巖變形的主動適應(yīng)，并通過由初期支護(hù)、內(nèi)層初期支護(hù)和二次襯砌構(gòu)成的強(qiáng)支撐實(shí)現(xiàn)對圍巖的永久支護(hù)，因此，能夠有效解決大變形地段的支護(hù)問題，能夠保證隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明支護(hù)結(jié)構(gòu)的橫斷面設(shè)計圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0032]用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括頂部的拱頂11、底部的仰拱12及兩側(cè)邊墻13，沿隧道徑向包括外層的初期支護(hù)21、內(nèi)層的二次襯砌23以及位于初期支護(hù)21和二次襯砌23之間的防水層22，所述初期支護(hù)21采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的噴錨結(jié)構(gòu)構(gòu)成；在所述初期支護(hù)21和二次襯砌23之間設(shè)置有內(nèi)層初期支護(hù)22，所述防水層24位于內(nèi)層初期支護(hù)22和二次襯砌23之間，所述內(nèi)層初期支護(hù)22采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的噴射混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖中，在所述拱頂11及兩側(cè)邊墻13處，設(shè)置有用于適應(yīng)于圍巖變形的預(yù)留變形空間，且預(yù)留變形空間包括位于內(nèi)層初期支護(hù)22和初期支護(hù)21之間的外側(cè)預(yù)留變形空間25以及位于內(nèi)層初期支護(hù)22和二次襯砌23之間的內(nèi)側(cè)預(yù)留變形空間26，分別為不同階段的圍巖變形提供退讓空間，從空間上保證圍巖允許最大變形量的實(shí)現(xiàn)。但如后所述，實(shí)際施工過程中，內(nèi)層初期支護(hù)22按初期支護(hù)21變形后的實(shí)際內(nèi)輪廓進(jìn)行施工，防水層24及二次襯砌23按內(nèi)層初期支護(hù)22變形后的實(shí)際內(nèi)輪廓進(jìn)行施工，圍巖、初期支護(hù)21、內(nèi)層初期支護(hù)22、二次襯砌23之間均無間隙和空隙。
[0034]通過初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22，能夠在不同的階段獲得不同的支護(hù)力。具體的講，在圍巖變形初期，圍巖在初期支護(hù)21控制下變形；在圍巖變形后期，在初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22的共同控制下，允許圍巖以一較慢的速度變形。因此，通過支護(hù)力的階段性控制，能夠有效控制圍巖的變形，降低圍巖變形后期的變形速率，在保證圍巖自承能力的同時增大圍巖的允許變形量，提高釋放的變形能。
[0035]其次，初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22內(nèi)均設(shè)置有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架，通過鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的設(shè)置，提高支護(hù)的早期強(qiáng)度和剛度，縮短其自穩(wěn)時間，能夠盡早、盡快的對圍巖變形實(shí)現(xiàn)控制；同時提高支護(hù)的強(qiáng)度和剛度，控制圍巖局部出現(xiàn)的異常變形，使支護(hù)承受均勻荷載。
[0036]其三，通過對圍巖及初期支護(hù)21變形收斂情況的監(jiān)控，能方便的通過對內(nèi)層初期支護(hù)22鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)層初期支護(hù)22強(qiáng)度和剛度的調(diào)整，進(jìn)而保障圍巖的變形在內(nèi)側(cè)預(yù)留變形空間26內(nèi)收斂，實(shí)現(xiàn)對總變形量的控制。
[0037]其四，通過對內(nèi)層初期支護(hù)22變形的監(jiān)控，能夠保證二次襯砌的及時施作，有利于對圍巖自承能力的利用。
[0038]綜上所述，本發(fā)明用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22的配合，使得對圍巖的支護(hù)先柔后剛、先放后抗，實(shí)現(xiàn)對圍巖變形的主動適應(yīng)，并通過由初期支護(hù)21、內(nèi)層初期支護(hù)22和二次襯砌23構(gòu)成的強(qiáng)支撐實(shí)現(xiàn)對圍巖的永久支護(hù)，因此，能夠有效解決大變形地段的支護(hù)問題，能夠保證隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。
[0039]進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22的鋼拱架沿隧道縱向間隔設(shè)置，該方式能夠在不提高鋼拱架用量的前提下，提高鋼拱架的設(shè)置密度，進(jìn)而強(qiáng)化對圍巖局部出現(xiàn)異常變形的控制。
[0040]進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)21的錨固結(jié)構(gòu)包括錨桿27和注漿小導(dǎo)管28。注漿小導(dǎo)管252，常用于超期支護(hù)，因此也被稱為超前小導(dǎo)管，其屬于高壓噴射注漿工藝的一種，但管徑較小，通常在38?50mm。在初期支護(hù)21的錨固結(jié)構(gòu)中采用注漿小導(dǎo)管28，通過高壓噴射流使?jié){液與圍巖土體以半置換或全置換凝固為固結(jié)體，實(shí)現(xiàn)對圍巖土體的加固，在起到錨固作用的同時能夠提高圍巖自身的自承能力。
[0041]由于大變形主要集中于拱頂和兩側(cè)邊墻，因此，進(jìn)一步的，所述內(nèi)層初期支護(hù)22的橫斷面呈倒U形并由一側(cè)邊墻13底部經(jīng)拱頂11延伸至另一側(cè)邊墻13底部；在仰拱12處，由初期支護(hù)21、二次襯砌23及內(nèi)層初期支護(hù)22兩端封閉構(gòu)成的間隙內(nèi)設(shè)置有回填層29?；靥顚?9的設(shè)置，則是為了在設(shè)置了內(nèi)層初期支護(hù)22后，保證二次襯砌23的形狀，尤其是二次襯砌23仰拱部分的形狀。回填層29可以是任意的承載結(jié)構(gòu)，但為了使得回填層29與內(nèi)層初期支護(hù)22能夠構(gòu)成封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，最好的，如圖1所示，所述回填層29采用噴射混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0042]本發(fā)明用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以在整個隧道縱向上實(shí)施，但該方式成本較高。因此，最優(yōu)的，采用上述用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工法，包括如下步驟:
[0043]A、施作超前支護(hù)；
[0044]B、開挖隧道洞身；
[0045]C、緊跟掌子面施作初期支護(hù)21 ；
[0046]D、監(jiān)控圍巖的變形情況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)確定圍巖的變形收斂趨勢，并根據(jù)監(jiān)控情況進(jìn)行下述施作；
[0047]E1、當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在初期支護(hù)21表面鋪設(shè)防水層24，并在初期支護(hù)21變形穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌23，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工；
[0048]E2、當(dāng)圍巖變形無收斂趨勢時，則根據(jù)如下步驟施工:
[0049]a、根據(jù)初期支護(hù)21的理論強(qiáng)度及圍巖的變形速率，確定初期支護(hù)21的可控變形量，在初期支護(hù)21變形量達(dá)到可控變形量時，施作內(nèi)層初期支護(hù)22 ；
[0050]b、監(jiān)控圍巖的變形情況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)確定圍巖的變形收斂趨勢，再根據(jù)監(jiān)控情況進(jìn)行下述施作；
[0051]Cl、當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在內(nèi)層初期支護(hù)22表面鋪設(shè)防水層24，并在內(nèi)層初期支護(hù)22變形穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌23，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工；
[0052]c2、當(dāng)圍巖變形無收斂趨勢時，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)對二次襯砌23進(jìn)行強(qiáng)化處理，并在內(nèi)層初期支護(hù)21變形侵入二次襯砌23的凈空前，在內(nèi)層初期支護(hù)22表面鋪設(shè)防水層24，并根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌23，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。
[0053]上述施工工法，通過對圍巖變形收斂情況的監(jiān)控，及時、準(zhǔn)確的判斷該地段是否存在圍巖大變形，并根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行施作，無大變形時，依次按步驟A、步驟B、步驟C、步驟D和步驟El進(jìn)行施工；存在大變形時，依次按步驟A、步驟B、步驟C、步驟D和步驟E2進(jìn)行施工。而根據(jù)大變形的烈度不同，在大變形烈度不高時，步驟E2按步驟a、步驟b、步驟Cl進(jìn)行施工；在大變形烈度較高時，步驟E2按步驟a、步驟b、步驟c2進(jìn)行施工。因此，能夠在保證施工安全的同時強(qiáng)化施工的靈活性。而掘進(jìn)方式、初期支護(hù)21、內(nèi)層初期支護(hù)22、防水層24和二次襯砌23的具體施工規(guī)范均與現(xiàn)有相同，而對圍巖也即初期支護(hù)21、內(nèi)層初期支護(hù)22變形量及收斂情況的監(jiān)控方便，因此本工法能夠方便的用于現(xiàn)有隧道的施工，實(shí)現(xiàn)成本低。
[0054]上述初期支護(hù)21的可控變形量，根據(jù)初期支護(hù)21的塑形變形極限即初期支護(hù)21在失效破壞前的最大變形量在扣除一定的安全余量后確定，以確保初期支護(hù)21的內(nèi)層初期支護(hù)22的施工過程中不會被破壞。進(jìn)一步的講，在設(shè)計階段，根據(jù)勘測數(shù)據(jù)，確定初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22的理論強(qiáng)度和變形極限，然后確定外側(cè)預(yù)留變形空間25和內(nèi)側(cè)預(yù)留變形空間26的尺寸。在施工階段，大致按外側(cè)預(yù)留變形空間25和內(nèi)側(cè)預(yù)留變形空間26的尺寸對初期支護(hù)21和內(nèi)層初期支護(hù)22的變形量進(jìn)行控制，但應(yīng)當(dāng)根據(jù)圍巖的實(shí)際變形速率進(jìn)行調(diào)整，變形速率越大，則可控變形量越小。
[0055]按上述施工方法施工，無大變形時，由于洞身斷面相同、隧道凈空斷面相同，因此，在非大變形地段，支護(hù)結(jié)構(gòu)僅由初期支護(hù)21和二次襯砌23構(gòu)成，二次襯砌23根據(jù)初期支護(hù)21的實(shí)際內(nèi)輪廓施作，也即二次襯砌23的實(shí)際厚度遠(yuǎn)大于其設(shè)計厚度，能夠有效提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全儲備，保障隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。大變形烈度不高時，圍巖變形呈收斂趨勢，圍巖變性能的釋放最大化，同時二次襯砌23同樣根據(jù)內(nèi)層初期支護(hù)22的實(shí)際內(nèi)輪廓施作，其實(shí)際厚度也大于其設(shè)計厚度，能夠有效提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全儲備，保障隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。大變形烈度較高時，雖然無法保證圍巖變形的收斂，但通過內(nèi)層初期支護(hù)22能極大的提高支護(hù)強(qiáng)度和剛度，極大的減緩變形，能夠確保施工的安全，并確保圍巖自承能力的最大化利用，同時為二次襯砌23的強(qiáng)化處理提供了時間，因此，同樣能夠有效提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全儲備，保障隧道運(yùn)營期間的穩(wěn)定性和安全性。二次襯砌23強(qiáng)化處理可以米用任意的現(xiàn)有技術(shù)，如增加二次襯砲23厚度、提聞二次襯砲23標(biāo)號等。
[0056]由于圍巖的軟化可以在開挖之初、也可以開挖一段時間后，因此，內(nèi)層初期支護(hù)22的施作僅同初期支護(hù)21和圍巖的變形有關(guān)，而同初期支護(hù)21是否封閉成環(huán)無關(guān)；同時，內(nèi)層初期支護(hù)22針對大變形地段進(jìn)行設(shè)置，而非局部。為了進(jìn)一步保證施工的安全性，在所述步驟B中，開挖循環(huán)進(jìn)尺與初期 支護(hù)21鋼拱架的設(shè)置間距相適應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括頂部的拱頂(11)、底部的仰拱(12)及兩側(cè)邊墻(13)，沿隧道徑向包括外層的初期支護(hù)(21)、內(nèi)層的二次襯砌(23)以及位于初期支護(hù)(21)和二次襯砌(23)之間的防水層(22)，所述初期支護(hù)(21)采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的噴錨結(jié)構(gòu)構(gòu)成；其特征在于: 在所述初期支護(hù)(21)和二次襯砌(23)之間設(shè)置有內(nèi)層初期支護(hù)(22)，所述防水層(24)位于內(nèi)層初期支護(hù)(22)和二次襯砌(23)之間，所述內(nèi)層初期支護(hù)(22)采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的噴射混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述初期支護(hù)(21)和內(nèi)層初期支護(hù)(22 )的鋼拱架沿隧道縱向間隔設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述初期支護(hù)(21)的錨固結(jié)構(gòu)包括錨桿(27)和注漿小導(dǎo)管(28)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)層初期支護(hù)(22)的橫斷面呈倒U形并由一側(cè)邊墻(13)底部經(jīng)拱頂(11)延伸至另一側(cè)邊墻(13)底部；在仰拱(12)處，由初期支護(hù)(21)、二次襯砌(23)及內(nèi)層初期支護(hù)(22)兩端封閉構(gòu)成的間隙內(nèi)設(shè)置有回填層(29 )。
5.如權(quán)利要求4所述的用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述回填層(29)采用噴射混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
6.采用如權(quán)利要求1所述用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工法，包括如下步驟: A、施作超前支護(hù)； B、開挖隧道洞身； C、緊跟掌子面施作初期支護(hù)(21)； D、監(jiān)控圍巖的變形情況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)確定圍巖的變形收斂趨勢，并根據(jù)監(jiān)控情況進(jìn)行下述施作； E1、當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在初期支護(hù)(21)表面鋪設(shè)防水層(24)，并在初期支護(hù)(21)變形穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌(23)，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工； E2、當(dāng)圍巖變形無收斂趨勢時，則根據(jù)如下步驟施工: a、根據(jù)初期支護(hù)(21)的理論強(qiáng)度及圍巖的變形速率，確定初期支護(hù)(21)的可控變形量，在初期支護(hù)(21)變形量達(dá)到可控變形量時，施作內(nèi)層初期支護(hù)(22)； b、監(jiān)控圍巖的變形情況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)確定圍巖的變形收斂趨勢，再根據(jù)監(jiān)控情況進(jìn)行下述施作； Cl、當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在內(nèi)層初期支護(hù)(22)表面鋪設(shè)防水層(24)，并在內(nèi)層初期支護(hù)(22)變形穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯砌(23)，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工； c2、當(dāng)圍巖變形無收斂趨勢時，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)對二次襯砌(23)進(jìn)行強(qiáng)化處理，并在內(nèi)層初期支護(hù)(21)變形侵入二次襯砌(23 )的凈空前，在內(nèi)層初期支護(hù)(22 )表面鋪設(shè)防水層(24)，并根據(jù)實(shí)際·的斷面輪廓施作二次襯砌(23)，完成該段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。
7.如權(quán)利要求6所述的用于大變形地層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工法，其特征在于:在所述步驟B中，開挖循環(huán)進(jìn)尺與初期支護(hù)(21 )鋼拱架的設(shè)置間距相適應(yīng)。
【文檔編號】E21D11/14GK103527219SQ201310491598
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】鄭建國, 李玉文, 林國進(jìn), 王聯(lián), 鄭金龍, 李曉洪, 田尚志, 高世軍, 田志宇, 丁堯 申請人:四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院