穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道支护体系制造技术

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支护体系，包括隧道超前支护结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌，隧道超前支护结构包括多个由后向前对上洞体进行超前支护的超前管棚支护结构，超前管棚支护结构为自钻式管棚；隧道初期支护结构包括全断面支撑结构，全断面支撑结构外侧布设有锚固体系。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，将自钻式管棚与锚固体系相结合组成对隧道洞外侧围岩进行整体加固的洞外围岩整体加固结构，锚固体系与隧道初期支护结构内的全断面支撑结构紧固连接为一体，使洞外围岩整体加固结构、隧道初期支护结构和隧道二次衬砌连接形成整体性支护体系，能有效提高富水软弱围岩隧道的结构稳固性。

【技术实现步骤摘要】
穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道支护体系
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支护体系。
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。采用台阶法对穿越地层破碎带的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，尤其是当隧道开挖断面较大时，开挖难度非常大，在开挖过程中容易引起拱顶大面积下沉，具有开挖后拱顶变形速率快，短时间内下沉量过大、边墙片帮、拱架扭曲变形侵限，严重情况下导致隧洞垮塌等特点，此种情况下，若采用常规的支护体系，很控制变形，并且施工时间长，围岩长期暴露，容易造成围岩大面积侵限、喷射混凝土剥落掉块、钢架扭曲变形等情形，进一步增加坍塌风险，安全质量无法保证得同时，也严重制约工期。因而，必须及时设置合理的支护结构，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。
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支护体系，其结构设计合理、施工简便且使用效果好，开挖之前采用自钻式管棚对富水软弱围岩隧道的上部洞体进行超前支护，并在上部洞体下部左右两侧设置的锚固体系能对管棚支护区域下方围岩进行加固，将自钻式管棚与锚固体系相结合组成对隧道洞外侧围岩进行整体加固的洞外围岩整体加固结构，确保隧道结构稳固性；并且，锚固体系与隧道初期支护结构内的全断面支撑结构紧固连接为一体，将洞外围岩整体加固结构与洞内的隧道初期支护结构和隧道二次衬砌连接形成结构稳固的整体性支护体系，能有效提高富水软弱围岩隧道的结构稳固性，确保后期隧道结构安全。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支护体系，其特征在于：包括对所施工隧道进行超前支护的隧道超前支护结构、对所施工隧道进行初期支护的隧道初期支护结构、布设于所述隧道初期支护结构内壁上的防水层和位于防水层内侧的隧道二次衬砌，所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌均为对所施工隧道的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，所述隧道洞分为上部洞体和位于所述上部洞体正下方的下部洞体；所述隧道洞的开挖高度大于10m，所述上部洞体的开挖高度为h，h的取值范围为6.5m～8m；所施工隧道沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段；所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土衬砌；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所述上部洞体进行超前支护的超前管棚支护结构，所述超前管棚支护结构的数量与所施工隧道中所包括隧道节段的数量相同，每个所述超前管棚支护结构均位于一个所述隧道节段外侧，每个所述隧道节段均通过一个所述超前管棚支护结构进行超前支护；每个所述隧道节段的长度为28m～34m；每个所述超前管棚支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度均为l，其中l＝b+c；b为该超前管棚支护结构所支护隧道节段的长度，b的取值范围为28m～34m；c为该超前管棚支护结构的管棚前段支撑长度且其为该超前管棚支护结构与位于其前方的一个所述超前管棚支护结构之间的搭接长度，θ为该超前管棚支护结构所支护隧道节段的围岩岩体的内摩擦角，h为所述上部洞体的开挖高度；每个所述超前管棚支护结构均为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至所支护隧道节段掌子面前方岩层内的管棚管，多根所述管棚管沿所述上部洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设，所述管棚管的外倾角为3°；每个所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管呈均匀布设，相邻两根所述管棚管后端之间的环向间距为400mm～800mm，所述管棚管的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；每根所述管棚管均为自钻式管棚管，所述自钻式管棚管包括平直管体和安装在所述平直管体前端的钻头，所述钻头上沿圆周方向开有多个注浆孔，所述平直管体由多个由前向后布设于同一直线上的管段拼装而成，每个所述管段均为外壁上由前至后均设置有外螺纹的螺纹钢管；多个所述管段的横截面结构和尺寸均相同，相邻两个所述管段之间均通过一个螺纹连接套进行紧固连接；所述隧道初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系；所述上部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；所述全断面支撑结构和所述锚固体系均沿隧道纵向延伸方向布设；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和多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的拱架连接结构，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；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、一个位于上部周侧洞体内的竖向临时支撑柱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；所述竖向临时支撑柱支撑于上部钢拱架的中部正下方，所述竖向临时支撑柱顶部与上部钢拱架中部紧固连接，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，所述竖向临时支撑柱底部支撑于上部周侧洞体的内侧底部；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架、侧部支架、隧道仰拱支架和竖向临时支撑柱均位于同一隧道横断面上；多个所述拱架连接结构的结构均相同，前后相邻两榀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿越断层破碎带的富水软弱围岩隧道支护体系，其特征在于：包括对所施工隧道(1)进行超前支护的隧道超前支护结构、对所施工隧道(1)进行初期支护的隧道初期支护结构、布设于所述隧道初期支护结构内壁上的防水层(15)和位于防水层(15)内侧的隧道二次衬砌(14)，所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌(14)均为对所施工隧道(1)的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构；所述隧道洞的横断面积大于100m

【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支护体系，其特征在于：包括对所施工隧道(1)进行超前支护的隧道超前支护结构、对所施工隧道(1)进行初期支护的隧道初期支护结构、布设于所述隧道初期支护结构内壁上的防水层(15)和位于防水层(15)内侧的隧道二次衬砌(14)，所述隧道初期支护结构和隧道二次衬砌(14)均为对所施工隧道(1)的隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构；所述隧道洞的横断面积大于100m2，所述隧道洞分为上部洞体和位于所述上部洞体正下方的下部洞体(1-3)；所述隧道洞的开挖高度大于10m，所述上部洞体的开挖高度为h，h的取值范围为6.5m～8m；所施工隧道(1)沿隧道纵向延伸方向由后向前分为多个隧道节段(18)；所述隧道二次衬砌(14)为钢筋混凝土衬砌；
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所述上部洞体进行超前支护的超前管棚支护结构，所述超前管棚支护结构的数量与所施工隧道(1)中所包括隧道节段(18)的数量相同，每个所述超前管棚支护结构均位于一个所述隧道节段(18)外侧，每个所述隧道节段(18)均通过一个所述超前管棚支护结构进行超前支护；每个所述隧道节段(18)的长度为28m～34m；
每个所述超前管棚支护结构沿隧道纵向延伸方向的长度均为l，l的单位为m，其中l＝b+c；b为该超前管棚支护结构所支护隧道节段(18)的长度，b的取值范围为28m～34m；c为该超前管棚支护结构的管棚前段支撑长度且其为该超前管棚支护结构与位于其前方的一个所述超前管棚支护结构之间的搭接长度，单位为m，θ为该超前管棚支护结构所支护隧道节段(18)的围岩岩体的内摩擦角，h为所述上部洞体的开挖高度，单位为m；
每个所述超前管棚支护结构均为自钻式管棚且其包括多根由后向前钻进至所支护隧道节段(18)掌子面前方岩层内的管棚管(16)，多根所述管棚管(16)沿所述上部洞体的开挖轮廓线由左至右进行布设，所述管棚管(16)的外倾角为3°；每个所述超前管棚支护结构中多根所述管棚管(16)呈均匀布设，相邻两根所述管棚管(16)后端之间的环向间距为400mm～800mm，所述管棚管(16)的外径为φ70mm～φ80mm且其壁厚为13mm～18mm；
每根所述管棚管(16)均为自钻式管棚管，所述自钻式管棚管包括平直管体和安装在所述平直管体前端的钻头，所述钻头上沿圆周方向开有多个注浆孔，所述平直管体由多个由前向后布设于同一直线上的管段拼装而成，每个所述管段均为外壁上由前至后均设置有外螺纹的螺纹钢管；多个所述管段的横截面结构和尺寸均相同，相邻两个所述管段之间均通过一个螺纹连接套进行紧固连接；
所述隧道初期支护结构包括对所述隧道洞进行全断面支护的全断面支撑结构，所述全断面支撑结构外侧布设有锚固体系；所述上部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)；所述全断面支撑结构和所述锚固体系均沿隧道纵向延伸方向布设；
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和多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的拱架连接结构，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；
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、一个位于上部周侧洞体(1-2)内的竖向临时支撑柱(6)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；所述竖向临时支撑柱(6)支撑于上部钢拱架(4)的中部正下方，所述竖向临时支撑柱(6)顶部与上部钢拱架(4)中部紧固连接，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)，所述竖向临时支撑柱(6)底部支撑于上部周侧洞体(1-2)的内侧底部；每榀所述型钢拱架中所述上部钢拱架(4)、侧部支架(5)、隧道仰拱支架(2)和竖向临时支撑柱(6)均位于同一隧道横断面上；
多个所述拱架连接结构的结构均相同，前后相邻两榀所述型钢拱架之间均通过一个所述拱架连接结构进行紧固连接；每个所述拱架连接结构均包括多道连接于前后相邻两榀所述拱墙钢拱架之间的纵向连接件(3)，多道所述纵向连接件(3)沿所施工隧道(1)的拱墙开挖轮廓线布设于同一隧道断面上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群英，
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