一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構。受到已建地鐵線路與周邊環(huán)境的影響，后期地鐵線路建設條件相對苛刻，特殊斷面的礦山法隧道結構方案應運而生。本實用新型的隧道結構的斷面呈上下不等圓形狀，包括上半圓和下半圓；上、下半圓之間通過直線段過渡，整體左右對稱，上半圓曲率半徑小于下半圓曲率半徑，主要通過大管棚與自進式錨桿的超前支護作用施工。本實用新型具有斷面布置靈活、內(nèi)部空間調整幅度大、支護結構體系可靠的優(yōu)勢，滿足上部截面小、下部截面大這一特殊要求的類圓形構造型式，同時可有效避免常規(guī)馬蹄形或直墻圓拱礦山法隧道開挖輪廓相對較大且受力性能相對較差的不利影響，具有廣泛的應用空間。
【專利說明】
一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構
技術領域
[0001]本實用新型屬于隧道工程施工技術領域，具體涉及一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構。
【背景技術】
[0002]對于目前國內(nèi)各大城市的軌道交通工程，隨著地鐵線網(wǎng)的不斷加密，后續(xù)地鐵線路建設時，受已建地鐵線路與周邊環(huán)境的影響，在線路走向與鋪設方式、空間關系與結構型式、以及施工方法與工程措施等方面的要求更加嚴格。常規(guī)的馬蹄形或直墻圓拱礦山法隧道結構型式可能受周邊既有構筑物的空間限制沒有施做條件，而類圓形礦山法隧道斷面結構具有開挖輪廓相對較小的特點，施工方法具有靈活多變、適應性強、安全可靠等特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構及其施工方法，通過超前大管棚與自進式錨桿的地層預加固措施、CRD法開挖工法、格柵鋼架與內(nèi)部臨時型鋼支撐等結構穩(wěn)定性措施，實現(xiàn)上部截面小、下部截面大的特殊礦山法隧道斷面結構型式。
[0004]本實用新型所采用的技術方案為:
[0005]—種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，其特征在于:
[0006]所述隧道結構的斷面呈上下不等圓形狀，包括上半圓和下半圓；
[0007]上、下半圓之間通過直線段過渡，整體左右對稱，上半圓曲率半徑小于下半圓曲率半徑。
[0008]隧道結構采用防水砼澆注，外圈施做有初期支護，初期支護外側施做大管棚與自進式錨桿，大管棚內(nèi)部壓注水泥砂漿；
[0009]初期支護由格柵鋼架、鋼架接頭與噴混組成；
[0010]上半圓格柵鋼架腳部設置有鎖腳錨管；
[0011]格柵鋼架采用三級鋼，鋼架接頭采用Q235鋼材，噴混采用C25早強混凝土；
[0012]格式鋼架內(nèi)部設有豎向臨時型鋼支撐與水平向臨時型鋼支撐。
[0013]隧道結構下半圓內(nèi)圈底部設置有盾構機導臺，盾構機導臺采用細石砼澆注。
[0014]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0015]本實用新型具有上小下大的特殊圓形截面構造型式，并提供了一種新型的礦山法隧道施工理念，豐富了現(xiàn)有的隧道施工工藝，拓寬了隧道設計思路。在隧道開外輪廓上方設置的大管棚、自進式錨桿與初期支護格柵鋼架與隧道內(nèi)部設置的臨時型鋼支撐，以及大管棚內(nèi)壓注的水泥漿、襯砌結構用剛才與混凝土等，涉及的鋼材、水泥砂漿、防水混凝土以及大管棚打設所用的機械設備等均為常規(guī)材料(設備)，其相應尺寸為常規(guī)類型，便于加工制造;且大管棚與自進式錨桿的平面布置、數(shù)量與長度可根據(jù)施工情況進行調整，大管棚剛度可根據(jù)內(nèi)部充填的水泥砂漿等級與鋼管自身剛度情況綜合確定，格柵鋼架與臨時型鋼支撐的縱向間距可根據(jù)施工監(jiān)測情況靈活調整。通過大管棚與自進式錨桿的超前地層預加固措施，格柵鋼架與內(nèi)部臨時型鋼支撐的設置，以及CRD工法化整為零的施工步續(xù)要求，即可實現(xiàn)特殊圓形礦山法隧道構的安全，減小潛在的不安全因素，達到既能滿足施工便捷，又能滿足結構功能與內(nèi)部空間使用要求，既能滿足周邊環(huán)境保護的苛刻要求，又能避免地面常規(guī)馬蹄形或直墻圓拱隧道開挖斷面輪廓大對周邊環(huán)境的不利影響。具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，在城市軌道交通、鐵路、公路等工程中有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1為上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構圖。
[0017]圖2為隧道支護縱向布置示意圖。
[0018]圖3為隧道支護布置斷面圖。
[0019]圖中，1-隧道結構，2-初期支護，3-大管棚，4-自進式錨桿，5-盾構機導臺，6-格柵鋼架，7-鋼架接頭，8-初支噴混，9-水平向臨時型鋼支撐，10-豎向臨時型鋼支撐，11-鎖腳錨管。
【具體實施方式】
[0020]下面結合【具體實施方式】對本實用新型進行詳細的說明。
[0021]本實用新型涉及一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，所述隧道結構I的斷面呈上下不等圓形狀，包括上半圓和下半圓。上、下半圓之間通過直線段過渡，整體左右對稱，上半圓曲率半徑小于下半圓曲率半徑。具體曲率半徑大小與具體實施范圍，需根據(jù)結構功能與內(nèi)部空間使用要求確定。
[0022]隧道結構I采用防水砼澆注，外圈施做有初期支護2，初期支護2外側施做大管棚3與自進式錨桿4 ο初期支護2由格柵鋼架6、鋼架接頭7與噴混8組成;上半圓格柵鋼架6兩端腳部設置有鎖腳錨管11，格柵鋼架6內(nèi)部設置有9水平向臨時型鋼支撐與10豎向臨時型鋼支撐;格柵鋼架6采用三級鋼，臨時型鋼與鋼架接頭7采用Q235鋼材，噴混8采用C25早強混凝土。格柵鋼架6與臨時型鋼縱向間距一般可取0.5m，與隧道縱向開挖步距相同。
[0023]隧道結構I下半圓內(nèi)圈底部設置有盾構機導臺5，盾構機導臺5采用細石砼澆注。
[0024]上述上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構主要通過大管棚3與自進式錨桿4的超前支護作用進行施工，在初期支護2內(nèi)部，根據(jù)結構功能與內(nèi)部空間使用要求，施做的兩個上下半徑不相等的特殊圓形斷面結構。具體包括以下步驟:
[0025]步驟一:基于地層預加固要求，根據(jù)管棚布置數(shù)量與間距要求，在隧道洞門位置打設大管棚3，管棚長度達到設計要求后，及時向大管棚3內(nèi)部壓注水泥砂漿，為確保打設精度與長度要求，大管棚3打設前需要先實施管棚導向墻，并在導向墻內(nèi)預埋導向管，相鄰大管棚6間的縱向搭接不小于3m;
[0026]步驟二:根據(jù)設計要求布置降水井與水位觀察孔，降水井的凈距按沿隧道縱向間距15m左右考慮，隧道兩側分別布置一排，進行降水施工，確保地下水位在隧道結構底板以下約lm，降水中需嚴格控制出砂率，控制降水引起的地層損失；
[0027]步驟三:在隧道開洞處大管棚3下方打設自進式錨桿4，自進式錨桿4的布置需與大管棚3錯開，確保自進式錨桿4與大管棚3在平面上呈梅花型布置，自進式錨桿的角度與長度嚴格按設計要求執(zhí)行；
[0028]步驟四:根據(jù)CRD法開挖工序要求，將整個隧道分成四部分開挖，并按左上部、左下部、右上部與右下部的順序依次開挖，每部開挖時需要預留核心土，開挖后及時架設格柵鋼架6并噴混8，按先架設豎向臨時型鋼支撐10，再架設水平向臨時型鋼支撐9的順序進行，嚴格控制隧道拱頂處沉降變形，上半斷面格柵鋼架6架設后，及時在拱腳處施做鎖腳錨管11，并壓注水泥-水玻璃雙液漿，格柵鋼架6通過鋼架接頭7連接成一個封閉的初期支護2，嚴格按照隨挖隨撐的理念進行施工，臨時型鋼縱向采用鋼筋連接并噴射混凝土，為避免群洞效應，相鄰兩部的開挖進度沿隧道縱向至少相差一倍開挖跨度；
[0029]步驟五:根據(jù)設計要求，在隧道開挖面一定距離以外，對初期支護2外側進行回填注漿，確保初期支護2與隧道周邊圍巖密貼；
[0030]步驟六:洞通后，逐步拆除臨時型鋼支撐，按照先拆除水平向臨時型鋼支撐9，再拆除豎向臨時型鋼支撐10的順序進行，每次拆除的長度不超過隧道開挖跨度的0.5倍(約3?5m)，隨后按照初期支護2表面砂漿抹平、防水層鋪設、鋼筋籠綁扎、二襯澆筑的順序進行施工；
[0031]步驟七:根據(jù)上下兩個圓的曲率與具體施做范圍要求，將隧道二襯分成上下兩部分澆筑，按照先拱底后拱頂?shù)脑瓌t，先澆筑拱底部分二襯(下圓)，后澆筑拱頂部分(上圓)，下圓與上圓間采用直線段過渡，確保結構表面平順過渡，形成上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構I;
[0032]步驟八:待二襯達到一定設計強度后，通過隧道二襯上預留的注漿管，對二襯與初期支護2間的空隙進行注漿充填，確保將二襯與初期支護2的滲漏水通道完全堵死；
[0033]步驟九:在拱底部分采用C20細石混凝土澆筑盾構機導臺5，滿足洞通后盾構機空推通過的需求，后期可根據(jù)道床施做要求拆除，或作為道床結構的一部分。
[0034]要從理論上找出能適應任意斷面型式要求的礦山法隧道結構及其施工方法，在現(xiàn)有的理論水平與施工技術條件下，仍有相當大的難度，因為礦山法隧道結構輪廓必須圓順以滿足受力要求，實際工程中隧道開挖對周邊地層的擾動在一定程度上是不可避免的，而且隧道工程保護要求除了自身因素外，還需要考慮到周邊環(huán)境的不同要求，尤其在臨近既有地鐵車站與隧道、地下商業(yè)綜合體、以及醫(yī)院、學校與實驗室等重點保護對象的情況下，目前的礦山法隧道結構設計與施工，仍需按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”十八字方針的基本原則進行。
[0035]本實用新型“上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構”主要指上部截面小、下部截面大這一特殊要求的類圓形隧道斷面構造型式，具有斷面布置靈活、內(nèi)部空間調整幅度大、支護結構體系可靠且轉變靈活以及能適應各類環(huán)境要求的特點。既可以滿足周邊環(huán)境保護的苛刻要求，又避免了常規(guī)馬蹄形或直墻圓拱礦山法隧道開挖輪廓相對較大且受力性能相對較差的不利影響。同時，在滿足隧道斷面輪廓圓順與受力要求的前提下，上下兩個圓的曲率與具體施做范圍，以及上下兩圓間的直線過渡段范圍，都可以根據(jù)實際工程情況進行相應調整，增加了靈活性與適應性。可以實現(xiàn)當城市地鐵線網(wǎng)已初具規(guī)模、軌道交通走廊已經(jīng)占據(jù)了城市主干道下方主要空間情況下，地下工程仍能采用特殊圓形斷面礦山法隧道這一常規(guī)手段實施的目的。具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，在城市軌道交通、鐵路、公路等工程中有廣泛的應用前景。
[0036]施工中:
[0037]大管棚3米用直徑108mm，壁厚6mm鋼花管，長15m，環(huán)向間距0.3m，在隧道拱部150°范圍內(nèi)設置。大管棚3的平面布置、打設長度與角度、縱向搭接長度等需根據(jù)設計要求確定，同時在內(nèi)部壓注水泥漿。
[0038]自進式銷桿4米用直徑32mm，壁后4mm鋼花管，長3?5m，在隧道拱部150°范圍內(nèi)設置，環(huán)縱向間距可為0.3X2.5m。自進式錨桿4的平面布置、打設角度與角度、縱向搭接長度等需根據(jù)設計要求確定。
[0039]鎖腳錨管11采用直徑42mm，壁厚3.5mm的鋼花管，內(nèi)部壓注水泥一水玻璃雙液漿，與格柵鋼架6焊接，縱向間距與格柵鋼架6相同。
[0040]初期支護2內(nèi)部需架設豎向臨時型鋼支撐10與水平向臨時型鋼支撐9，且型鋼支撐的架設需與隧道開挖工序相匹配，按照先豎向臨時型鋼支撐10后水平向臨時型鋼支撐9的順序施工，型鋼支撐的縱向間距與格柵鋼架6相同。
[0041]本實用新型通過上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構的上下兩個圓的曲率半徑與具體實施范圍的調整，以及上下兩個圓中間直線過渡段實施范圍的相應調整，不但可以滿足建筑限界以及施工誤差的要求，還可以滿足隧道內(nèi)部盾構空推通過的要去，進而實現(xiàn)與盾構法隧道類似的結構功能要求。
[0042]本實用新型的內(nèi)容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案采取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，其特征在于: 所述隧道結構(I)的斷面呈上下不等圓形狀，包括上半圓和下半圓； 上、下半圓之間通過直線段過渡，整體左右對稱，上半圓曲率半徑小于下半圓曲率半徑。2.根據(jù)權利要求1所述的一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，其特征在于: 隧道結構(I)采用防水砼澆注，外圈施做有初期支護(2)，初期支護(2)外側施做大管棚(3)與自進式錨桿(4)，大管棚(3)內(nèi)部壓注水泥砂漿； 初期支護(2 )由格柵鋼架(6 )、鋼架接頭(7 )與噴混(8 )組成； 上半圓格柵鋼架(6 )腳部設置有鎖腳錨管(11)； 格柵鋼架(6)采用三級鋼，鋼架接頭(7)采用Q235鋼材，噴混(8)采用C25早強混凝土； 格式鋼架(6 )內(nèi)部設有豎向臨時型鋼支撐(1 )與水平向臨時型鋼支撐(9 )。3.根據(jù)權利要求1所述的一種上下不等圓特殊斷面礦山法隧道結構，其特征在于: 隧道結構(I)下半圓內(nèi)圈底部設置有盾構機導臺(5)，盾構機導臺(5)采用細石砼澆注。
【文檔編號】E21D11/10GK205503149SQ201620186014
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】戴志仁, 柳興旺, 王立新, 康華, 王俊, 王天明, 楊沛敏, 羅世明, 杜宇, 馬曉波, 李儲軍, 曹偉, 王博, 楊小兵, 張利斌, 毛念華, 張海, 李小強
【申請人】中鐵第勘察設計院集團有限公司, 中鐵第一勘察設計院集團有限公司