穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，包括对隧道上台阶开挖后形成的上洞体、对隧道下台阶开挖后形成的下洞体和对所施工隧道的隧道洞进行支撑的全断面支撑结构，上洞体分为预留核心土区域洞体和位于预留核心土区域洞体外侧的上部周侧洞体；下洞体分为左右两个下部洞体，一个下部洞体为先开挖洞体，另一个下部洞体为后开挖洞体。本实用新型专利技术结构设计合理、施工简便且使用效果好，将隧道洞分为预留核心土区域洞体、上部周侧洞体和左右两个下部洞体分别进行开挖，能简便、快速完成隧道开挖过程；同时，能有效加快隧道初期支护结构的闭合时间，采用结构稳固的全断面支撑结构，能确保施工成型隧道洞的结构稳固性。

【技术实现步骤摘要】
穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构
本技术属于隧道施工
，尤其是涉及一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构。
技术介绍
近年来，正在修建及规划的铁路隧道、公路隧道、城市地铁等地下工程中，软岩隧道(也称软弱围岩隧道)占有很高的比例，而且隧道的长度和跨度也越来越大，大量隧道还处于特殊地质中，如具有大孔隙结构的黄土、富水的全强风化花岗岩、富水断层破碎带、碎屑流地层、砂卵石地层及松散的堆积体等。在这些地层中修建大断面、大跨隧道极为困难，施工中常常出现塌方现象。其中，断层破碎带是指断层两盘相对运动，相互挤压，使附近的岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，简称断裂带。穿越断层破碎带的软弱围岩隧道施工难度非常大，尤其是当所处地层为富水地层时，所穿越的断层破碎带为富水断层带，岩体破碎为地下水的赋存与富集提供了更有利条件，极易出现隧道泥石流、碎屑流、滑坡等突涌现象，给隧道工程带来了极强的破坏，施工难度非常大。因而，当隧道穿越断层内富含地下水时，岩体多为碎屑岩，在高水压作用下，掌子面极易突发涌水、涌泥等地质灾害，施工风险高，施工难度大且施工进度慢。实际对穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道进行开挖时，需采用台阶法进行开挖。台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶)，上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶，也称隧道上部洞体)，上下台阶同时并进的施工方法。采用台阶法对富水软弱围岩隧道进行开挖时，由于开挖断面分块较多，施工难度大且施工风险高，必须及时设置合理的支撑结构，一方面防止后续开挖区域坍塌，另一方面对已开挖成型洞体进行有效支护，以确保施工安全。另外，为确保施工安全，采用三台阶法对穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道进行开挖时，虽然能减小围岩、初支变形，但实际施工时初支往往闭合时间较长，并不能达到理想的施工效果。
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，提供一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其结构设计合理、施工简便且使用效果好，将隧道洞分为预留核心土区域洞体、上部周侧洞体和左右两个下部洞体分别进行开挖，能简便、快速完成隧道开挖过程；对隧道上台阶进行全断面开挖之前，能完成隧道上部洞体的型钢拱架支撑过程，确保上部洞体结构稳定；同时，能有效加快隧道初期支护结构的闭合时间，并采用结构稳固的全断面支撑结构，能确保施工成型隧道洞的结构稳固性。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道进行上台阶开挖后形成的上洞体、对所施工隧道进行下台阶开挖后形成的下洞体和对所施工隧道的隧道洞进行支撑的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构沿隧道纵向延伸方向布设，所述下洞体位于所述上洞体正下方且二者组成所述隧道洞；所述上洞体分为预留核心土区域洞体和位于预留核心土区域洞体外侧的上部周侧洞体；所述下洞体分为左右两个下部洞体，所述下洞体中的一个所述下部洞体为先开挖洞体，另一个所述下部洞体为后开挖洞体；所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级；所述预留核心土区域洞体的开挖面位于上部周侧洞体的开挖面后方，所述先开挖洞体的开挖面位于预留核心土区域洞体的开挖面后方，所述后开挖洞体的开挖面位于所述先开挖洞体的开挖面后方；所述先开挖洞体的开挖面和上部周侧洞体的开挖面均为竖直面，所述后开挖洞体的开挖面和预留核心土区域洞体的开挖面均为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；所述全断面支撑结构包括多榀对所施工隧道进行全断面支护的型钢拱架，多榀所述型钢拱架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，多榀所述型钢拱架呈均匀布设，每榀所述型钢拱架均位于所施工隧道的一个隧道横断面上；前后相邻两榀所述型钢拱架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.6m～1.2m；每榀所述型钢拱架的形状均与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述型钢拱架均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架，所述隧道仰拱支架位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于上部周侧洞体内的上部钢拱架和两个对称布设于上部钢拱架左右两侧底部下方的侧部支架，两个所述侧部支架均位于下部洞体内，所述上部钢拱架的中部底面上设置有一个用于连接竖向临时支撑柱的水平连接板；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架、侧部支架和隧道仰拱支架均位于同一隧道横断面上；所述预留核心土区域洞体的开挖面顶部与上部周侧洞体的开挖面之间的水平间距为2L～4L；所述上部周侧洞体中位于所述预留核心土区域洞体开挖面前方的洞体为前端洞体，所述前端洞体中布设的上部钢拱架为前端上部钢拱架；每榀所述前端上部钢拱架的中部正下方均设置有一个所述竖向临时支撑柱，所述竖向临时支撑柱位于所述前端洞体内；所述竖向临时支撑柱支撑于一榀所述前端上部钢拱架的中部正下方，所述竖向临时支撑柱顶部与一榀所述前端上部钢拱架的中部紧固连接，所述竖向临时支撑柱底部支撑于所述前端洞体的内侧底部。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所述先开挖洞体的开挖面与预留核心土区域洞体的开挖面底部位于同一竖直面上。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所述后开挖洞体的开挖面顶部与所述先开挖洞体的开挖面之间的水平间距为2L～4L。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所述后开挖洞体的开挖面与水平面之间的夹角为50°～75°，所述预留核心土区域洞体的开挖面与水平面之间的夹角为50°～75°。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所述后开挖洞体与所述先开挖洞体呈对称布设。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所施工隧道内设置有隧道初期支护结构，所述隧道初期支护结构包括对所述隧道洞的拱墙进行初期支护的拱墙初期支护结构和对所述隧道洞底部进行初期支护的仰拱初期支护结构，所述仰拱初期支护结构位于所述拱墙初期支护结构的正下方；所述仰拱初期支护结构为一层喷射于所述隧道洞底部的仰拱混凝土喷射层，所述隧道仰拱支架固定于仰拱混凝土喷射层内。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所述仰拱混凝土喷射层的前端面位于所述后开挖洞体的开挖面后方，所述仰拱混凝土喷射层的前端面与所述后开挖洞体的开挖面底部之间的间距不大于10m。上述穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征是：所述拱墙初期支护结构包括挂装在所述隧道洞拱墙上的拱墙钢筋网片和一层喷射于所述隧道洞拱墙上的拱墙混凝土喷射层，所述拱墙钢筋网片固定在所述拱墙钢拱架上，所述拱墙钢筋网片与所述拱墙钢拱架均固定于拱墙混凝土喷射层内，所述拱墙钢拱架固定于拱墙混凝土喷射层内；所述拱墙混凝土喷射层和仰拱混凝土喷射层连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道(1)进行上台阶开挖后形成的上洞体、对所施工隧道(1)进行下台阶开挖后形成的下洞体和对所施工隧道(1)的隧道洞进行支撑的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构沿隧道纵向延伸方向布设，所述下洞体位于所述上洞体正下方且二者组成所述隧道洞；所述上洞体分为预留核心土区域洞体(1-1)和位于预留核心土区域洞体(1-1)外侧的上部周侧洞体(1-2)；所述下洞体分为左右两个下部洞体(1-3)，所述下洞体中的一个所述下部洞体(1-3)为先开挖洞体，另一个所述下部洞体(1-3)为后开挖洞体；所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级；/n所述预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面位于上部周侧洞体(1-2)的开挖面后方，所述先开挖洞体的开挖面位于预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面后方，所述后开挖洞体的开挖面位于所述先开挖洞体的开挖面后方；所述先开挖洞体的开挖面和上部周侧洞体(1-2)的开挖面均为竖直面，所述后开挖洞体的开挖面和预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面均为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；/n所述全断面支撑结构包括多榀对所施工隧道(1)进行全断面支护的型钢拱架，多榀所述型钢拱架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，多榀所述型钢拱架呈均匀布设，每榀所述型钢拱架均位于所施工隧道(1)的一个隧道横断面上；前后相邻两榀所述型钢拱架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.6m～1.2m；/n每榀所述型钢拱架的形状均与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述型钢拱架均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架(2)，所述隧道仰拱支架(2)位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(2)的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于上部周侧洞体(1-2)内的上部钢拱架(4)和两个对称布设于上部钢拱架(4)左右两侧底部下方的侧部支架(5)，两个所述侧部支架(5)均位于下部洞体(1-3)内，所述上部钢拱架(4)的中部底面上设置有一个用于连接竖向临时支撑柱(6)的水平连接板(7)；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架(4)、侧部支架(5)和隧道仰拱支架(2)均位于同一隧道横断面上；/n所述预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面顶部与上部周侧洞体(1-2)的开挖面之间的水平间距为2L～4L；所述上部周侧洞体(1-2)中位于所述预留核心土区域洞体(1-1)开挖面前方的洞体为前端洞体，所述前端洞体中布设的上部钢拱架(4)为前端上部钢拱架；每榀所述前端上部钢拱架的中部正下方均设置有一个所述竖向临时支撑柱(6)，所述竖向临时支撑柱(6)位于所述前端洞体内；所述竖向临时支撑柱(6)支撑于一榀所述前端上部钢拱架的中部正下方，所述竖向临时支撑柱(6)顶部与一榀所述前端上部钢拱架的中部紧固连接，所述竖向临时支撑柱(6)底部支撑于所述前端洞体的内侧底部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道开挖施工结构，其特征在于：包括对所施工隧道(1)进行上台阶开挖后形成的上洞体、对所施工隧道(1)进行下台阶开挖后形成的下洞体和对所施工隧道(1)的隧道洞进行支撑的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构沿隧道纵向延伸方向布设，所述下洞体位于所述上洞体正下方且二者组成所述隧道洞；所述上洞体分为预留核心土区域洞体(1-1)和位于预留核心土区域洞体(1-1)外侧的上部周侧洞体(1-2)；所述下洞体分为左右两个下部洞体(1-3)，所述下洞体中的一个所述下部洞体(1-3)为先开挖洞体，另一个所述下部洞体(1-3)为后开挖洞体；所述隧道洞的围岩级别为Ⅴ级；
所述预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面位于上部周侧洞体(1-2)的开挖面后方，所述先开挖洞体的开挖面位于预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面后方，所述后开挖洞体的开挖面位于所述先开挖洞体的开挖面后方；所述先开挖洞体的开挖面和上部周侧洞体(1-2)的开挖面均为竖直面，所述后开挖洞体的开挖面和预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面均为由前向后逐渐向下倾斜的倾斜面；
所述全断面支撑结构包括多榀对所施工隧道(1)进行全断面支护的型钢拱架，多榀所述型钢拱架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，多榀所述型钢拱架呈均匀布设，每榀所述型钢拱架均位于所施工隧道(1)的一个隧道横断面上；前后相邻两榀所述型钢拱架之间的间距为L，其中L的取值范围为0.6m～1.2m；
每榀所述型钢拱架的形状均与所述隧道洞的横断面形状相同；每榀所述型钢拱架均包括一榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的拱墙钢拱架和一个布设于所述隧道洞内侧底部的隧道仰拱支架(2)，所述隧道仰拱支架(2)位于所述拱墙钢拱架的正下方且二者均位于同一隧道横断面上，所述隧道仰拱支架(2)的左端与所述拱墙钢拱架的左侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)的右端与所述拱墙钢拱架的右侧底部紧固连接，所述隧道仰拱支架(2)与所述拱墙钢拱架形成一个封闭式全断面支架；所述拱墙钢拱架包括一榀位于上部周侧洞体(1-2)内的上部钢拱架(4)和两个对称布设于上部钢拱架(4)左右两侧底部下方的侧部支架(5)，两个所述侧部支架(5)均位于下部洞体(1-3)内，所述上部钢拱架(4)的中部底面上设置有一个用于连接竖向临时支撑柱(6)的水平连接板(7)；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架(4)、侧部支架(5)和隧道仰拱支架(2)均位于同一隧道横断面上；
所述预留核心土区域洞体(1-1)的开挖面顶部与上部周侧洞体(1-2)的开挖面之间的水平间距为2L～4L；所述上部周侧洞体(1-2)中位于所述预留核心土区域洞体(1-1)开挖面前方的洞体为前端洞体，所述前端洞体中布设的上部钢拱架(4)为前端上部钢拱架；每榀所述前端上部钢拱架的中部正下方均设置有一个所述竖向临时支撑柱(6)，所述竖向临时支撑柱(6)位于所述前端洞体内；所述竖向临时支撑柱(6)支撑于一榀所述前端上部钢拱架的中部正下方，所述竖向临时支撑柱(6)顶部与一榀所述前端上部钢拱架的中部紧固连接，所述竖向临时支撑柱(6)底部支撑于所述前端洞体的内侧底部。


2.按照权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海松，王寅，
申请(专利权)人：中铁二十局集团第二工程有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61