一种巨跨隧道洞口内外交互式支护结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种巨跨隧道洞口内外交互式支护结构，适用于II‑IV级硬岩地层，隧道跨度可达30m‑100m，仰坡高度可达50m‑200m，所述支护结构包括施工隧道以及位于隧道洞口上方的岩体边仰坡，岩体边仰坡上设置有多级仰坡，分别为：上层仰坡与下层仰坡，相邻的仰坡之间连接设置仰坡平台，其中：上层仰坡中的各级仰坡面上设置锚喷支护；下层仰坡中的各级仰坡面上设置水平锚索支护；所述下层仰坡中的各级仰坡平台上设有对拉锚索地梁以及贯穿隧道拱顶的对拉锚索支护，所述隧道拱顶结构上设有系统锚索支护和系统锚杆支护。本实用新型专利技术所述的交互式支护结构大幅增强隧道洞口岩体破碎地带的整体性，支护合理可靠，围岩安全稳定，保障了巨跨隧道洞口的安全施工。

【技术实现步骤摘要】
一种巨跨隧道洞口内外交互式支护结构
本技术涉及隧道施工
，具体涉及一种在巨型边仰坡条件下，支护设计合理、施工安全的巨跨隧道洞内外交互式支护结构及支护方法。
技术介绍
近年来国内外正在大规模修建公路铁路隧道、地下洞库、水电站主厂房等，岩体力学逐渐成为隧道及地下工程研究的重点。国内外建成和在建的典型超大跨度洞室主要有：挪威格乔维克城滑冰场、八达岭长城站等。京张高铁八达岭长城站是亚洲规模最大的山岭地下火车站，八达岭长城站两端渡线段单洞开挖跨度达32.7m，是目前国内已知单拱跨度最大的暗挖铁路隧道，车站大厅的跨度达到45m。部分大跨隧道为保证线路标高及隧道埋深，洞口处需开挖边仰坡，对于某些特定工程，甚至可能存在巨型仰坡。开挖边仰坡本身就具有稳定性风险，然而很多工程还要由仰坡坡面处开辟工作面作为隧道进出口，导致隧道洞口处围岩应力状态复杂，支护效果难以保证，施工安全风险大等问题。当巨跨隧道遇到巨型边仰坡时，如何改进设计理念，如何进行合理有效支护，如何安全高效施工，成为亟需解决的技术问题。
技术实现思路
为了提高开挖巨跨隧道时，隧道洞口上方边仰坡的岩层稳定性，本技术所要解决的技术问题是：提供一种合理打设隧道洞口处边仰坡上的支护结构，有效保证隧道洞口安全施工的巨跨隧道洞内外交互式支护结构及支护方法。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种巨跨隧道洞口内外交互式支护结构，包括施工隧道以及位于隧道洞口上方的岩体边仰坡，所述岩体边仰坡上设置有多级仰坡，分别为：上层仰坡与下层仰坡，相邻的仰坡之间连接设置仰坡平台，其中：上层仰坡中的各级仰坡面上设置锚喷支护；下层仰坡中的各级仰坡面上设置向岩体内部打设的水平锚索支护；所述下层仰坡中的各级仰坡平台上设有对拉锚索地梁以及贯穿隧道拱顶的对拉锚索支护，所述施工隧道拱顶结构上设有系统锚索支护和系统锚杆支护。上述方案中，所述施工隧道跨度为30-100m，适用于II-IV级硬岩地层；所述的岩体边仰坡总体高度范围为50-200m；所述下层仰坡中的仰坡数量大于等于2，所述多级仰坡中各级仰坡坡率由上至下逐渐减小，各级仰坡的仰坡高度为5-20m，各级仰坡平台的宽度为2-5m。作为优选，所述支护结构还包括3-5m的隧道延伸段，所述隧道延伸段上方设置预留仰坡平台。作为优选，所述下层仰坡中各级仰坡面以排列方式布置2-4排的水平锚索支护，锚索的倾斜角度为0-15°，锚索的长度为15-40m，锚索的横向、竖向间距为3-8m，预加力为500kN-2000KN；所述下层仰坡中，在各级仰坡平台上以排列的方式布置1-2排的对拉锚索支护，所述对拉锚索支护之间环向间距为3-8m，纵向间距为3-8m，预加力为1000kN-2500kN。作为优选，所述上层仰坡中各级仰坡面上采用梅花形的布置方式设置锚喷支护；其中，所述锚喷支护中的锚杆长度为3-10m，横向、纵向间距为1-3m。作为优选，所述隧道系统锚索支护中的锚索长度为15-35m，环向、纵向间距为3-8m，预加力为1000kN-2500kN；所述隧道系统锚杆支护中的锚杆长度为3-10m，环向、纵向间距为1-3m。基于上述支护结构，本技术还包括一种巨跨隧道洞口内外交互式开挖及支护方法，包括以下步骤：S1，根据现场地形、地质，由上至下开挖上层仰坡及下层仰坡，并爆破各级仰坡面至设计标高，爆破各级仰坡平台至设计标宽；S2，在上层仰坡开挖过程中，对各级仰坡面进行锚喷支护；S3，开挖至隧道洞口上方的下层仰坡时，在下层仰坡的各级仰坡面上打设水平锚索支护，并在相应的各级仰坡平台上设置对拉锚索地梁；S4，在隧道洞口开辟工作面向洞内推进，通过“分部开挖法”，开挖上层导洞，并预留1-3级中岩柱作为洞口临时支撑结构；S5，在隧道另一侧同步开辟洞内工作面向洞外开挖，结合巨跨隧道施工步序，各部位依次开挖，并及时在隧道拱顶打设系统锚索支护以及系统锚杆支护，当隧道开挖至下层仰坡的正下方时，在设置于下层仰坡各级仰坡平台上的对拉锚索地梁上打设贯穿隧道拱顶的对拉锚索支护；S6，待洞口围岩稳定后，拆除预留的1-3级中岩柱；S7，开挖至隧道全部贯通。进一步地，将隧道在原设定长度的基础上，向洞外延伸3-5m，隧道洞口工作面设置于隧道延伸段的洞口处，所述隧道延伸段上设置预留仰坡平台。进一步地，步骤S4中，所述隧道洞口工作面的开挖断面包括两个边导洞，设置于两个边导洞之间的底部预留核心岩土，设置于底部预留核心岩土上的三个预留中岩柱，形成于三个预留中岩柱之间的两个中间导洞。进一步地，步骤S4中，所述分部开挖的顺序依次为：两个中间导洞、两个边导洞、左侧中沿住、右侧中岩柱、中间中岩柱、底部预留核心岩土。本技术同现有技术相比具有以下优点及效果：1.本技术所述的巨跨隧道洞内外交互式支护结构，通过对上层边仰坡进行锚喷支护，对下层边仰坡进行水平锚索支护以及径向对拉锚索支护，大幅度提升了，在巨型边仰坡条件下，隧道洞口围岩层的稳定性，有效保障了在隧道洞口开辟工作面的安全施工。2、本技术所述的巨跨隧道洞内外交互式支护结构，充分利用围岩自承载能力，隧道开挖过程中，围岩作为天然承载拱承担全部荷载，大幅减少支护材料，降低工程造价，具有较好的经济性。3、本技术所述的巨跨隧道洞内外交互式支护施工方法，通过在边仰坡上预先打设水平向支护结构，增强仰坡岩体的整体性并加固不稳定块体，保证导洞进洞安全；通过巨跨隧道洞内及洞外同时开辟工作面，实现内外交互式支护及开挖；隧道开挖后通过及时打设径向支护结构(包括洞口处对拉锚索、系统锚索及系统锚杆)，使得围岩形成环向承载拱；最终由隧道洞外水平支护结构与洞内径向支护结构交互式组合，使隧道围岩形成了经纬交织的“组合梁”，对洞口仰坡处的不稳定块体进行交互缝合、串联，大幅增强洞口岩体破碎地带的整体性，保障巨跨隧道洞口安全修建。4、本技术为巨跨隧道洞口修建提供了一种安全高效施工方法，极大降低施工风险，可以有效控制隧道洞口围岩变形，具有较高的安全性。5、本技术所述支护施工方法工序明确，通过巨跨隧道洞内及洞外交互式开挖，各部位施工互不干扰，可实现大型机械化作业，施工效率高，具有较好的可实施性。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例所述巨跨隧道洞口内外交互式支护结构的部分纵剖面图。图2为本技术实施例所述巨跨隧道洞口内外交互式支护结构的A-A剖面图。图3为本技术实施例所述巨跨隧道洞口内外交互式支护结构的B-B剖面图。图4为本技术实施例所述巨跨隧道洞口内外交互式支护结构的C-C剖面图。图5为本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巨跨隧道洞口内外交互式支护结构，其特征在于，包括施工隧道以及位于隧道洞口上方的岩体边仰坡，所述岩体边仰坡上设置有多级仰坡，分别为：上层仰坡与下层仰坡，相邻的仰坡之间连接设置仰坡平台，其中：上层仰坡中的各级仰坡面上设置锚喷支护；下层仰坡中的各级仰坡面上设置向岩体内部打设的水平锚索支护；所述下层仰坡中的各级仰坡平台上设有对拉锚索地梁以及贯穿隧道拱顶的对拉锚索支护，所述施工隧道拱顶结构上设有系统锚索支护和系统锚杆支护。/n

【技术特征摘要】
1.一种巨跨隧道洞口内外交互式支护结构，其特征在于，包括施工隧道以及位于隧道洞口上方的岩体边仰坡，所述岩体边仰坡上设置有多级仰坡，分别为：上层仰坡与下层仰坡，相邻的仰坡之间连接设置仰坡平台，其中：上层仰坡中的各级仰坡面上设置锚喷支护；下层仰坡中的各级仰坡面上设置向岩体内部打设的水平锚索支护；所述下层仰坡中的各级仰坡平台上设有对拉锚索地梁以及贯穿隧道拱顶的对拉锚索支护，所述施工隧道拱顶结构上设有系统锚索支护和系统锚杆支护。


2.根据权利要求1所述的巨跨隧道洞口内外交互式支护结构，其特征在于，所述施工隧道跨度为30-100m，适用于II-IV级硬岩地层；所述的岩体边仰坡总体高度范围为50-200m；所述下层仰坡中的仰坡数量大于等于2，所述多级仰坡中各级仰坡坡率由上至下逐渐减小，各级仰坡的仰坡高度为5-20m，各级仰坡平台的宽度为2-5m。


3.根据权利要求2所述的巨跨隧道洞口内外交互式支护结构，其特征在于，所述支护结构还包括3-5m的隧道延伸段，所述隧道延伸段上方设置预留仰坡平台。...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺维国，宋超业，陈翰，洪开荣，费曼利，王星，吕书清，刘龙卫，李兆龙，
申请(专利权)人：中铁第六勘察设计院集团有限公司，中铁隧道局集团有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12