一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构，包括对隧道洞进行初期支护的隧道初期支护结构和布设于隧道初期支护结构内侧的增强套拱，隧道初期支护结构与增强套拱组成增强后初支结构。本实用新型专利技术结构设计合理且施工简便、使用效果好，采用增强套拱对隧道初期支护结构进行加固并形成增强后初支结构，能有效隧道初期支护效果，并对深埋黄土隧道初期支护变形进行有效控制；同时，在增强套拱与隧道初期支护结构之间设置隔离层，并且增强套拱采用多个套拱单元对隧道初期支护结构分段式进行加固，使施工成型的增强后初支结构具有一定的自适应能力，能有效适应隧道周侧土体变形情况，从而有效减轻增强后初支结构的抗变形能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构
本技术属于隧道施工
，尤其是涉及一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构。
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。随着我国大力推行“一带一路”及西部大开发政策，在我国西北地区大量建设交通基础设施，使穿越黄土地层的隧道工程越来越多。黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性，在隧道工程施工中易产生掌子面坍塌和初期支护结构大变形等情况。黄土本身土质软弱、竖向节理发育，在富水情况下自稳能力变差，隧道施工风险大；工程实践经验表明，深埋黄土隧道施工时常产生较大的围岩变形且持续时间也较长，若开挖方法和支护以及施工参数选择不合理，会导致围岩变形过大、支护结构开裂，甚至发生钢架扭曲、压溃等现象。深埋老黄土一般不具有湿陷性，含水率一般为10％～30％，但含水率对隧道变形影响比较大，黄土遇水围岩力学性质变差，常导致隧道支护强度不足而发生较大变形，容易造成隧道坍塌。对埋深大于50m的深埋黄土隧道进行施工时，施工难度非常大，所存在的施工风险更高，并且隧道变形难以控制，主要表现在以下三个方面：第一、围岩力学指标低、变形大：对于深埋黄土隧道，与隧道所处位置地应力水平相比，围岩强度较低，强度应力比小，易发生塑性变形，在隧道施工中拱顶下沉和拱脚收敛变形较大，整体上呈现出变形量大、变形持续时间较长等特点；黄土隧道一般采用柔性初期支护，若支护强度不够，隧道易变形过大导致坍塌；第二、含水率对变形影响大：深埋黄土隧道在施工过程中，含水率对隧道变形影响比较大，遇水围岩性质变差，荷载增大，导致隧道支护强度不足而发生较大的变形，容易造成隧道坍塌；第三、初支结构容易变形破坏：深埋老黄土隧道的围岩压力监测结果表明，隧道拱顶、拱腰处围岩压力普遍较大，拱顶和拱腰处初支结构容易发生破坏、钢架容易出现扭曲变形。尤其是对横断面大于100m2的大断面深埋黄土隧道进行施工时，施工难度更大，隧道变形更难以控制。如对横断面大于100m2且埋深为90m以上的大断面深埋黄土隧道进行施工时，黄土为砂质老黄土或黏质老黄土，竖向节理发育，开挖过程后，初期支护出现变形速率高(具体为拱顶下沉值的变化速率为10mm/d～20mm/d，水平收敛值的变化速率为15mm/d～35mm/d)、累计变形大(具体为拱顶下沉值和水平收敛值的累计值均达到100mm以上)等特点，说明深埋黄土隧道的变形量相当大，并且变形持续时间较长，支护结构设计不合理时常造成结构开裂、钢架压屈等现象。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构，其结构设计合理且施工简便、使用效果好，采用增强套拱对隧道初期支护结构进行加固并形成增强后初支结构，能有效隧道初期支护效果，并对深埋黄土隧道初期支护变形进行有效控制；同时，在增强套拱与隧道初期支护结构之间设置隔离层，能进一步对增强套拱外侧土体变形进行控制；并且增强套拱采用多个套拱单元对隧道初期支护结构分段式进行加固，不仅施工简便，并且使施工成型的增强后初支结构具有一定的自适应能力，能有效适应隧道周侧土体变形情况，从而有效减轻增强后初支结构的抗变形能力。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞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且对所述隧道初期支护结构进行加固的增强套拱，所述隧道初期支护结构和所述增强套拱均为对隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构；所述隧道洞的横断面积大于100m2，所述隧道洞的埋深大于80m；所述隧道初期支护结构与位于其内侧的所述增强套拱组成增强后初支结构；所述增强套拱包括多个套拱单元，多个所述套拱单元的结构均相同且其沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设，每个所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间均设置有一层隔离层，所述隔离层为由铺装在所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间的无纺布形成的全断面隔层，所述隔离层的横断面形状与隧道洞的横断面形状相同；所述隧道洞由上至下分为上部洞体、中部洞体和下部洞体；所述上部洞体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的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构和对隧道洞底部进行初期支护的初期支护仰拱；所述隧道初期支护结构包括对隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构、对隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙网喷支护结构和对隧道洞底部进行初期支护的仰拱网喷支护结构；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；所述全断面支撑结构中多榀所述全断面支撑架呈均匀布设，前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.5m～0.8m；所述全断面支撑架的形状与隧道洞的横断面形状相同，每榀所述全断面支撑架均由一个对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙支撑拱架和一个对隧道洞底部进行支护的隧道仰拱支架拼接而成，所述隧道仰拱支架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有拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构，所述仰拱网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所有隧道仰拱支架组成初期支护仰拱；所述拱墙支撑拱架由一个位于上部洞体内的上部拱架、两个对称布设于上部拱架左右两侧下方且均位于中部洞体内的中部侧支架、两个对称布设于上部拱架左右两侧下方且均位于下部洞体内的下部侧支架，所述隧道仰拱支架位于下部洞体内；每个所述中部侧支架均连接于一个所述下部侧支架上端与上部拱架的一端之间；所述隧道仰拱支架的左端与一个所述下部侧支架底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与另一个所述下部侧支架底部紧固连接；每个所述套拱单元均包括M榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的型钢拱架和一层由喷射于隔离层上的混凝土形成的内侧混凝土喷射层，所述内侧混凝土喷射层的层厚不小于25cm，M榀所述钢拱架呈均匀布设且前后相邻两榀所述钢拱架之间的间距为0.8m～1.2m；每榀所述型钢拱架均为对隧道洞进行全断面支护的全断面支架，M榀所述型钢拱架均固定于内侧混凝土喷射层内，所述型钢拱架的形状与隧道洞的横断面形状相同，其中M为正整数且M≥4；每个所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(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且对所述隧道初期支护结构进行加固的增强套拱，所述隧道初期支护结构和所述增强套拱均为对隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支护结构；所述隧道洞(1)的横断面积大于100m

【技术特征摘要】
1.一种基于套拱的深埋黄土隧道变形控制施工结构，其特征在于：包括对所施工黄土隧道的隧道洞(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且对所述隧道初期支护结构进行加固的增强套拱，所述隧道初期支护结构和所述增强套拱均为对隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支护结构；所述隧道洞(1)的横断面积大于100m2，所述隧道洞(1)的埋深大于80m；所述隧道初期支护结构与位于其内侧的所述增强套拱组成增强后初支结构；
所述增强套拱包括多个套拱单元，多个所述套拱单元的结构均相同且其沿所施工黄土隧道的隧道纵向延伸方向由后向前布设，每个所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间均设置有一层隔离层(26)，所述隔离层(26)为由铺装在所述套拱单元与所述隧道初期支护结构之间的无纺布形成的全断面隔层，所述隔离层(26)的横断面形状与隧道洞(1)的横断面形状相同；
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网喷支护结构；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；所述全断面支撑结构中多榀所述全断面支撑架呈均匀布设，前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.5m～0.8m；
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有拱墙钢拱架组成拱墙初期支护结构(12)，所述仰拱网喷支护结构与所述全断面支撑结构中的所有隧道仰拱支架(2)组成初期支护仰拱(13)；
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(3)、两个对称布设于上部拱架(3)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(3)左右两侧下方且均位于下部洞体(1-3)内的下部侧支架(6)，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(3)的一端之间；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；
每个所述套拱单元均包括M榀沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的型钢拱架(11)和一层由喷射于隔离层(26)上的混凝土形成的内侧混凝土喷射层(27)，所述内侧混凝土喷射层(27)的层厚不小于25cm，M榀所述钢拱架(11)呈均匀布设且前后相邻两榀所述钢拱架(11)之间的间距为0.8m～1.2m；每榀所述型钢拱架(11)均为对隧道洞(1)进行全断面支护的全断面支架，M榀所述型钢拱架(11)均固定于内侧混凝土喷射层(27)内，所述型钢拱架(11)的形状与隧道洞(1)的横断面形状相同，其中M为正整数且M≥4；每个所述套拱单元中M榀所述型钢拱架(11)通过多道纵向钢筋紧固连接为一体，所述纵向钢筋呈水平布设且其沿隧道纵向延伸方向布设，多道所述纵向钢筋沿所述型钢拱架(11)的轮廓线进行布设；每榀所述型钢拱架(11)均包括一个对隧道洞(1)的拱墙进行支护的拱墙型钢支架(11-1)和一个对隧道洞(1)底部进行支撑的仰拱型钢支架(11-2)，所述仰拱型钢支架(11-2)位于拱墙型钢支架(11-1)的正下方且二者均为拱形支架，所述仰拱型钢支架(11-2)的左端与拱墙型钢支架(11-1)的左端底部紧固连接，所述仰拱型钢支架(11-2)的右端与拱墙型钢支架(11-1)的右端底部紧固连接；
每个所述套拱单元中前后相邻两榀所述钢拱架(11)之间的间距大于前后相邻两榀所述全断面支撑架之间的间距，每榀所述钢拱架(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：任少强，曹运祥，谢江胜，刘之涛，马传明，王建军，张会安，王森，张良，申运涛，高王峰，吴小波，
申请(专利权)人：中铁二十局集团有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61