一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构及其施工方法技术

技术编号:21884243 阅读:32 留言:0更新日期:2019-08-17 11:51
本发明专利技术提供一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构及其施工方法,该支护结构由外至内包括第一层初期支护、第二层初期支护、防水层、二次衬砌,第一层初期支护包括第一层初期上台阶支护和第一层初期下台阶支护,第二层初期支护包括第二层初期上台阶支护和第二层下台阶支护;该施工方法包括以下步骤:安装上台阶超前支护和上台阶超前加固锚杆;开挖上台阶洞身;安装第一层初期上台阶支护;开挖下台阶洞身;安装第一层初期下台阶支护;安装下台阶边墙长锚杆及隧底长锚杆;安装第二层初期下台阶支护;安装上台阶边墙长锚杆及拱顶长锚杆;安装第二层初期上台阶支护;进行仰拱浇筑及二次衬砌浇筑。本发明专利技术能降低施工过程中的安全风险,既安全、又快速。

A Supporting Structure and Construction Method of Two-step Fast Closed Tunnel with Inverted Arch

【技术实现步骤摘要】
一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构及其施工方法
本专利技术涉及隧道施工
,具体是涉及一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构及其施工方法。
技术介绍
隧道是一种修建在地下的工程结构物,被广泛地应用于交通、矿山、水利及国防等领域。目前的隧道,通常采用新奥法施工,支护结构为复合式衬砌结构,沿隧道环向包括拱顶、仰拱及两侧边墙,沿隧道径向包括外侧的初期支护、内侧的二次衬砌以及位于初期支护和二次衬砌之间的防水层。随着我国西南地区隧道与地下工程的飞速发展,山岭铁路隧道和特长隧道逐步增多,穿越高地应力、软弱围岩等隧道施工区段也相应增长。由于高地应力、软岩大变形隧道在施工过程中极其不易控制,在施工过程中,稍有不慎,极易发现变形和塌方灾害,而且在隧道结构设计和后期维护方面也同样会产生一些难以解决的问题。在深埋挤压性软岩中修建隧道一般有两种做法:“以刚克刚”和“以柔克刚”。“以刚克刚”是开挖后立即设置强大的刚性支护,以此抵抗强大的地层挤压力;“以柔克刚”是开挖后先设置柔性支护,允许地层有一定程度变形,以此释放地应力后再设置刚性支护。对于这两支护理念,其对应的技术手段主要有:强大围岩预加固、初期支护重型钢架并尽早施作二次衬砌等对应的“刚性支护”,采用可缩钢架、让压锚杆、超前导洞应力释放等对应的“柔性支护”。显然,后者符合新奥法原理。但这里所说的“刚”和“柔”是两个相对的概念,“刚”意在最大限度的抵抗开挖卸荷后的地层压力,“柔”意在合理的释放围岩变形,减少作用在支护结构上的力,但“柔”的前提是保证支护结构不失效,一旦失效就会发生变形和塌方灾害。现有技术中的支护结构采用直接密贴隧道通道表面建立刚性初期支护的方式,使得在隧道通道外围的岩层中的高应力作用下,经常造成初期支护中混凝土开裂、剥落,及钢拱架扭曲变形;钢拱架的变形会侵占下一步二次衬砌的空间,造成无法继续实施二次衬砌,从而不得不拆掉已建的刚性初期支护、重新建立新的刚性初期支护。这样不仅使工程成本和施工风险大幅增加,还会大大延长施工周期。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构。本专利技术的第二目的是提供一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构的施工方法。为了实现上述的第一目的,本专利技术提供的一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构,沿隧道环向包括顶部的拱顶、底部的仰拱和两侧边墙,沿隧道径向包括外层的第一层初期支护、内层的二次衬砌以及设置在第一层初期支护和二次衬砌之间的防水层,所述防水层包括土工布和防水板;第一层初期支护包括第一层初期上台阶支护和第一层初期下台阶支护;第一层初期上台阶支护包括第一上台阶钢拱架,第一层初期下台阶支护包括第一下台阶钢拱架,第一上台阶钢拱架和第一下台阶钢拱架首尾连接形成封闭环形;支护结构还包括设置在第一层初期支护和防水层之间的第二层初期支护,第二层初期支护沿隧道径向设置;第二层初期支护包括第二层初期上台阶支护和第二层初期下台阶支护,第二层初期上台阶支护包括第二上台阶钢拱架,第二层初期下台阶支护包括第二下台阶钢拱架,第二上台阶钢拱架和第二下台阶钢拱架首尾连接形成封闭环形。由上述方案可见,通过第一初期支护和第二层初期支护的配合,可有效改善隧道内周应力分布和减少围岩破碎范围的发展,能有效解决高地应力、软岩大变形等不良地质条件对隧道机械化施工方法的局限性,大大降低隧道施工过程中的安全风险,既安全、又快速、又经济合理。进一步的方案是,第一上台阶钢拱架包括依次连接的第一边墙钢拱架、第一顶部钢拱架、第二边墙钢拱架;第一下台阶钢拱架包括依次连接的第三边墙钢拱架、第四边墙钢拱架、第一底部钢拱架、第五边墙钢拱架、第六边墙钢拱架;第三边墙钢拱架的第一端端部与第一边墙钢拱架连接,第三边墙钢拱架的第二端向下延伸,第四边墙钢拱架连接在第三边墙钢拱架的第一端的侧边;第六边墙钢拱架的第一端端部与第二边墙钢拱架连接,六边墙钢拱架的第二端向下延伸,第五边墙钢拱架连接在第六边墙钢拱架的第一端的侧边。进一步的方案是,第二上台阶钢拱架包括依次连接的第一边墙钢支撑、第一顶部钢支撑、第二边墙钢支撑;第二下台阶钢拱架包括依次连接的第三边墙钢支撑、第一底部钢支撑、第四边墙钢支撑;第一边墙钢支撑与第三边墙支撑连接,第二边墙钢支撑与第四边墙钢支撑连接。由上述方案可见,通过将第一上台阶钢拱架、第一下台阶钢拱架、第二上台阶钢拱架以及第二下台阶钢拱架均可拆分为多个钢拱架,大大方便机械化施工运输及存放。进一步的方案是,第一层初期支护与第二初期支护之间设有一支预留变形空间,第二层初期支护与防水层之间设有二支预留变形空间,一支预留变形空间的预留变形量大于二支预留变形空间的预留变形量。由上述方案可见,通过设置一支预留变形空间和二支预留变形空间,为围岩变形提供退让空间,从空间上保证围岩允许最大变形量的实现。进一步的方案是,第一层初期上台阶支护还包括拱部锚杆组件,拱部锚杆组件包括多个带排气装置的组合中空锚杆,多个组合中空锚杆沿隧道的环向和纵向布置在拱顶上。进一步的方案是,支护结构还包括加强锚杆组件,加强锚杆组件包括多个拱部长锚杆、多个上台阶边墙长锚杆、多个下台阶边墙长锚杆、多个隧底长锚杆;多个拱部长锚杆沿隧道的环向和纵向布置在拱顶上,多个上台阶边墙长锚杆沿隧道的环向和纵向布置在隧道上台阶的两侧边墙上,多个下台阶边墙长锚杆沿隧道的环向和纵向布置在隧道下台阶的两侧边墙上,多个隧底长锚杆沿隧道的环向和纵向布置在隧道底部上。由上述方案可见,通过在隧道环向上设置多个不同规格的锚杆,能限制并约束隧道环向上的围岩变形,增大锚固区围岩的强度,防止隧道塌方。为了实现上述的第二目的,本专利技术提供的一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构的施工方法,该施工方法包括以下步骤:安装上台阶超前支护和上台阶超前加固锚杆;开挖隧道上台阶洞身;安装第一层初期上台阶支护并喷射混凝土;开挖隧道下台阶洞身;安装第一层初期下台阶支护并喷射混凝土;安装下台阶边墙长锚杆及隧底长锚杆;安装第二层初期下台阶支护及喷射混凝土,并进行隧底回填;安装上台阶边墙长锚杆及拱顶长锚杆;安装第二层初期上台阶支护并喷射混凝土;进行仰拱浇筑及仰拱填充浇筑;进行二次衬砌浇筑。由上述方案可见,该施工方法采用双层支护和长短锚杆群锚的方法,同时结合隧道机械化施工设备优势,采取两台阶带仰拱快速施工方法,将大变形隧道的变形量分解到各个施工环节,采用分步控制、快速封闭的方法,有效控制围岩的总变形量,降低隧道施工过程中的安全风险,达到既安全、又快速、又经济合理的隧道施工建设的目的。进一步的方案是,该施工方法还包括:判断隧道是否打通,若否,则在安装上台阶边墙长锚杆及拱顶长锚杆的同时,沿隧道的纵向向前相继进行安装上台阶超前支护和上台阶超前加固锚杆的步骤、开挖隧道上台阶洞身的步骤、安装第一层初期上台阶支护并喷射混凝土的步骤、开挖隧道下台阶洞身的步骤、安装第一层初期下台阶支护并喷射混凝土的步骤、安装下台阶边墙长锚杆及隧底长锚杆的步骤、安装第二层初期下台阶支护及喷射混凝土并进行隧底回填的步骤,形成短台阶快速封闭成环循环推进施工。进一步的方案是,上台阶超前支护包括多个超前注浆小导管,多个超期注浆小导管沿隧道的环向及纵向布置。进一步的方案是,上台阶超前加固锚杆包括多个纵向锚杆,多个纵向锚杆沿隧本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构,沿隧道环向包括顶部的拱顶、底部的仰拱和两侧边墙,沿隧道径向包括外层的第一层初期支护、内层的二次衬砌以及设置在所述第一层初期支护和所述二次衬砌之间的防水层,所述防水层包括土工布和防水板,其特征在于:所述第一层初期支护包括第一层初期上台阶支护和第一层初期下台阶支护;所述第一层初期上台阶支护包括第一上台阶钢拱架,所述第一层初期下台阶支护包括第一下台阶钢拱架,所述第一上台阶钢拱架和所述第一下台阶钢拱架首尾连接形成封闭环形;所述支护结构还包括设置在所述第一层初期支护和所述防水层之间的第二层初期支护,所述第二层初期支护沿隧道径向设置;所述第二层初期支护包括第二层初期上台阶支护和第二层初期下台阶支护,所述第二层初期上台阶支护包括第二上台阶钢拱架,所述第二层初期下台阶支护包括第二下台阶钢拱架,所述第二上台阶钢拱架和所述第二下台阶钢拱架首尾连接形成封闭环形。

【技术特征摘要】
1.一种两台阶带仰拱快速封闭隧道支护结构,沿隧道环向包括顶部的拱顶、底部的仰拱和两侧边墙,沿隧道径向包括外层的第一层初期支护、内层的二次衬砌以及设置在所述第一层初期支护和所述二次衬砌之间的防水层,所述防水层包括土工布和防水板,其特征在于:所述第一层初期支护包括第一层初期上台阶支护和第一层初期下台阶支护;所述第一层初期上台阶支护包括第一上台阶钢拱架,所述第一层初期下台阶支护包括第一下台阶钢拱架,所述第一上台阶钢拱架和所述第一下台阶钢拱架首尾连接形成封闭环形;所述支护结构还包括设置在所述第一层初期支护和所述防水层之间的第二层初期支护,所述第二层初期支护沿隧道径向设置;所述第二层初期支护包括第二层初期上台阶支护和第二层初期下台阶支护,所述第二层初期上台阶支护包括第二上台阶钢拱架,所述第二层初期下台阶支护包括第二下台阶钢拱架,所述第二上台阶钢拱架和所述第二下台阶钢拱架首尾连接形成封闭环形。2.根据权利要求1所述的支护结构,其特征在于:所述第一上台阶钢拱架包括依次连接的第一边墙钢拱架、第一顶部钢拱架、第二边墙钢拱架;所述第一下台阶钢拱架包括依次连接的第三边墙钢拱架、第四边墙钢拱架、第一底部钢拱架、第五边墙钢拱架、第六边墙钢拱架;所述第三边墙钢拱架的第一端端部与第一边墙钢拱架连接,所述第三边墙钢拱架的第二端向下延伸,所述第四边墙钢拱架连接在所述第三边墙钢拱架的第一端的侧边;第六边墙钢拱架的第一端端部与第二边墙钢拱架连接,所述六边墙钢拱架的第二端向下延伸,所述第五边墙钢拱架连接在所述第六边墙钢拱架的第一端的侧边。3.根据权利要求1所述的支护结构,其特征在于:所述第二上台阶钢拱架包括依次连接的第一边墙钢支撑、第一顶部钢支撑、第二边墙钢支撑;所述第二下台阶钢拱架包括依次连接的第三边墙钢支撑、第一底部钢支撑、第四边墙钢支撑;第一边墙钢支撑与第三边墙支撑连接,第二边墙钢支撑与第四边墙钢支撑连接。4.根据权利要求1至3任一项所述的支护结构,其特征在于:所述第一层初期支护与所述第二初期支护之间设有一支预留变形空间,所述第二层初期支护与所述防水层之间设有二支预留变形空间,所述一支预留变形空间的预留变形量大于所述二支预留变形空间的预留变形量。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘国强陈锡武周跃峰王俊涛周宝春朱勇王若晨吴华陈思阳
申请(专利权)人:中铁十九局集团第六工程有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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