【技术实现步骤摘要】
一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法
本专利技术属于隧道施工
，尤其是涉及一种大断面黄土隧道支护体系及支护施工方法。
技术介绍
黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物。黄土湿陷系数(也称湿陷系数)是评价黄土湿陷性的力学参数，指在一定压力下，黄土湿陷系数是指土样浸水前后高度之差与土样原始高度之比。黄土湿陷系数是评价黄土湿陷性的一个重要指标，可由试验直接测出。根据黄土湿陷系数不同，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。其中，非湿陷性黄土是指在自重和外部荷载作用下被水浸湿后完全不发生湿陷或黄土湿陷系数＜0.015的黄土。非湿陷性黄土是黄土是在干旱气候条件下形成的特种土，一般为浅黄、灰黄或黄褐色,具有目视可见的大孔和垂直节理。湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土，有些杂填土也具有湿陷性，广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。通过地质勘察发现，黄土地层中黄土的类型较多，根据材质划分为砂质黄土(也称为砂黄土)、黏性黄土(也称为粘性黄土或粘黄土)等，其中砂黄土是指含有细砂颗粒量较高一般大于30％的黄土且其实质是黄土状土，粘黄土是指细砂含量小于15％、粘土含量大于25％的黄土且其实质是黄土状土；根据所处地质年代分为新黄土和老黄土，老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土且其一般不具有湿陷性，新黄土指比老黄土年代晚的黄土，新黄土结构疏松且一般具有湿陷性，新黄土多分布于老黄土之上。黄土地...
【技术保护点】
1.一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(1)拱部进行超前支护的隧道超前支护结构、对隧道洞(1)进行初期支护的隧道初期支护结构和布设于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌，所述隧道超前支护结构位于所述隧道初期支护结构上方，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道(1)的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；所述隧道洞(1)的横断面积大于100m
【技术特征摘要】
1.一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(1)拱部进行超前支护的隧道超前支护结构、对隧道洞(1)进行初期支护的隧道初期支护结构和布设于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌，所述隧道超前支护结构位于所述隧道初期支护结构上方，所述隧道初期支护结构和所述隧道二次衬砌均为对所施工黄土隧道(1)的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构，所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；所述隧道洞(1)的横断面积大于100m2，所述隧道洞(1)由上至下分为上部洞体(1-1)、中部洞体(1-2)和下部洞体(1-3)；所述上部洞体(1-1)为由后向前对所施工黄土隧道进行上台阶开挖后形成的洞体，所述中部洞体(1-2)为由后向前对所施工黄土隧道进行中台阶开挖后形成的洞体，所述下部洞体(1-3)为由后向前对所施工黄土隧道进行下台阶开挖后形成的洞体；
所述隧道初期支护结构分为对隧道洞(1)的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构(12)和对隧道洞(1)底部进行初期支护的初期支护仰拱(13)，所述隧道二次衬砌分为对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙二次衬砌(14)和对隧道洞(1)底部进行支护的仰拱二次衬砌(15)；所述仰拱二次衬砌(15)位于初期支护仰拱(13)上方，所述仰拱二次衬砌(15)上设置有仰拱回填层(16)，所述仰拱二次衬砌(15)的上表面为水平面，所述拱墙二次衬砌(14)的左右两侧底部均为水平面，所述拱墙二次衬砌(14)支撑于仰拱二次衬砌(15)上且二者浇筑为一体，所述仰拱回填层(16)为混凝土填充层；
所述隧道初期支护结构包括对隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞(1)的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞(1)底部进行初期支护的仰拱初期支护结构；所述全断面支撑结构包括多榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的全断面支撑架，前后相邻两榀所述全断面支撑架均通过多道纵向连接钢筋紧固连接为一体，所述纵向连接钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向连接钢筋沿所述全断面支撑架的轮廓线进行布设；所述全断面支撑架的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同，每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞(1)底部进行支护的隧道仰拱支架(2)拼接而成，所述隧道仰拱支架(2)位于所述拱墙支撑拱架的正下方且二者位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(2)与所述拱墙支撑拱架形成一个封闭式全断面支架；
所述拱墙网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所述拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构(12)，所述仰拱初期支护结构与所述全断面支撑结构中的隧道仰拱支架(2)组成初期支护仰拱(13)；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于隧道洞(1)底部的仰拱混凝土喷射层(20)，所述隧道仰拱支架(2)固定于仰拱混凝土喷射层(20)内；
所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体(1-1)内的上部拱架(2-1)、两个对称布设于上部拱架(2-1)左右两侧下方且均位于中部洞体(1-2)内的中部侧支架(5)、两个对称布设于上部拱架(2-1)左右两侧下方且均位于下部洞体(1-3)内的下部侧支架(6)组成，所述隧道仰拱支架(2)位于下部洞体(1-3)内；每个所述中部侧支架(5)均连接于一个所述下部侧支架(6)上端与上部拱架(2-1)之间；所述隧道仰拱支架(2)的左端与一个所述下部侧支架(6)底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)的右端与另一个所述下部侧支架(6)底部紧固连接；
所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系，所述锚固体系包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的锚固组，每榀所述全断面支撑架外侧均布设有一个所述锚固组，每榀所述全断面支撑架与其上所布设的所述锚固组均布设于隧道洞(1)的同一个横断面上；
每个所述锚固组均包括左右两组对称布设于上部拱架(2-1)左右两侧底部外侧的上锁脚锚管(8)、左右两组对称布设的中锁脚锚管(9)和左右两组对称布设的下锁脚锚管(10)，两组所述上锁脚锚管(8)、两组所述中锁脚锚管(9)和两组所述下锁脚锚管(10)均布设于隧道洞(1)的同一个横断面上；每个所述中部侧支架(5)的底部外侧均设置有一组所述中锁脚锚管(9)，每个所述下部侧支架(6)的底部外侧均设置有一组所述下锁脚锚管(10)；每组所述上锁脚锚管(8)均包括上下两个平行布设的上锁脚锚管(8)，每组所述中锁脚锚管(9)均包括上下两个平行布设的中锁脚锚管(9)，每组所述下锁脚锚管(10)均包括上下两个平行布设的下锁脚锚管(10)；所述上锁脚锚管(8)、中锁脚锚管(9)和下锁脚锚管(10)均为由内至外进入隧道洞(1)周侧土层内的锁脚锚管且三者由内向外逐渐向下倾斜。
2.按照权利要求1所述的一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：所述上部洞体(1-1)和中部洞体(1-2)的开挖高度均为3.5m～4.5m，所述下部洞体(1-3)的开挖面后方设置有隧底回填土层(7)，所述隧底回填土层(7)位于下部洞体(1-3)内，所述隧底回填土层(7)位于初期支护仰拱(13)上；所述隧底回填土层(7)为供湿喷机械手(21)进行前后移动的临时移动平台。
3.按照权利要求1所述的一种大断面黄土隧道支护体系，其特征在于：所述隧道超前支护结构包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道洞(1)拱部进行超前支护的超前小导管注浆支护结构；多个所述超前小导管注浆支护结构的结构均相同，前后相邻两个所述超前小导管注浆支护结构之间的搭接长度不小于0.5m；
每个所述超前小导管注浆支护结构均包括多根由后向前钻进至隧道洞(1)掌子面前方土体内的注浆小导管(22)和一个对多根所述注浆小导管(22)进行导向的小导管导向架，多根所述注浆小导管(18)沿上部洞体(1-1)的拱部轮廓线由左至右布设于同一隧道断面上；每个所述超前小导管注浆支护结构中所有注浆小导管(22)的结构和尺寸均相同；所述小导管导向架为一个所述上部拱架(2-1)，所述小导管导向架上开有多个对注浆小导管(22)进行导向的导向孔，多个所述导向孔沿上部洞体(1-1)的拱部轮廓线由左至右布设。
4.一种采用如权利要求1所述支护体系对黄土隧道进行支护的施工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、隧道开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道进行开挖，开挖过程中同步由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；
步骤二、二衬施工及仰拱回填：步骤一中由后向前对开挖成型的隧道洞(1)进行初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的所述隧道初期支护结构内侧对所述隧道二次衬砌进行施工；
由后向前对所述隧道二次衬砌进行施工时，由后向前在已施工完成的初期支护仰拱(13)上对仰拱二次衬砌(15)进行施工，获得施工成型的仰拱二次衬砌(15)；由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中，由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌(15)上对拱墙二次衬砌(14)进行施工，并使所施工拱墙二次衬砌(14)与位于其下方的仰拱二次衬砌(15)连接为一体，获得施工成型的所述隧道二次衬砌；
本步骤中，由后向前对仰拱二次衬砌(15)进行施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已施工完成的仰拱二次衬砌(15)上对仰拱回填层(16)进行施工。
5.按照权利要求4所述的施工方法，其特征在于：步骤一中进行隧道开挖及初期支护时，包括以下步骤：
步骤B1、上部洞体开挖及初期支护：沿隧道纵向延伸方向由后向前对所施工黄土隧道的上部洞体(1-1)进行开挖；
所述上部洞体(1-1)开挖过程中，由后向前对开挖成型的上部洞体(1-1)拱部进行网喷支护，同时由后向前在开挖成型的上部洞体(1-1)内安装上部拱架(2-1)，完成上部洞体(1-1)的开挖及初期支护施工过程；
步骤B2、中部洞体开挖及初期支护：步骤B1中进行上部洞体开挖及初期支护过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在已开挖成型的上部洞体(1-1)下方对中部洞体(1-2)进行开挖；
所述中部洞体(1-2)开挖过程中，由后向前对开挖成型的中部洞体(1-2)左右两侧分别进行网喷支护，同时由后向前在开挖成型的中部洞体(1-2)左右两侧分别安装中部侧支架(5)，并使每个所述中部侧支架(5)均与步骤B1中所述上部拱架(2-1)紧固连接为一体，完成中部洞体(1-2)的开挖及初期支护施工过程；
本步骤中，所述中部洞体(1-2)的开挖面位于上部洞体(1-1)的开挖面后方且二者之间的水平间距为4m～6m；
步骤B3、下部洞体开...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢江胜，王建军，曹运祥，刘之涛，马传明，张会安，郭尚坤，高王峰，申运涛，吴小波，李强，张良，
申请(专利权)人：中铁二十局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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