CN102213099A - 四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造 - Google Patents

四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造 Download PDF

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卿伟宸
杨昌宇
高扬
陶伟明
李敬
林本涛
张慧玲
章慧健
甘目飞
巩江峰
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四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，可有效控制四线大跨隧道拱顶沉降，避免因拱脚下沉、拱顶变形导致衬砌开裂甚至发生塌方事件，以确保隧道施工和运营的稳定及安全性。它包括由内而外设置的超前支护结构、初期支护结构和二次衬砌结构。所述二次衬砌结构包括拱部二次衬砌结构(31)、隧道两侧的台座基础结构(32)及仰拱；所述超前支护结构包括拱部超前支护结构(11)、台座基础侧壁超前支护结构(12)；所述初期支护结构包括拱部初期支护结构(21)、台座基础侧壁初期支护结构(22)；拱部初期支护结构(21)和拱部二次衬砌结构(31)的下端分别支承于隧道两侧台座基础结构(32)的上端。

Description

四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造
技术领域
本发明涉及铁路隧道衬砌构造，特别涉及一种软岩地层浅埋段四线大跨隧道衬砌构造。
背景技术
我国是一个多山的国家，尤其是西南山区地形、地质条件极为复杂，桥隧比重大，在建及拟建的大部分铁路线路中，隧道比重占线路总长的50％以上，部分段落隧道比重达90％以上，由于由地形、运能等限制，大量车站布置需伸入隧道内。近年来随着路网建设向山区发展，西南地区以沪昆客专、云桂、成兰等为代表的高标准铁路前期设计工作正在开展，由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高等多种因素的制约，铁路沿线部分地段设站条件极为困难，诸如四线大跨车站隧道不可避免。
在隧道修建过程中，隧道洞口浅埋段历来就是施工的难点，对于四线大跨隧道，由于跨度大、埋深浅、围岩荷载大，且洞口浅埋段山体表层岩石大都风化极为严重，强度低，稳定性差，采用传统的支护结构和开挖方式，开挖后拱脚下沉大，拱顶变形不宜控制，甚至导致衬砌开裂、失稳，造成坍塌事故。因此，为了确保施工和运营安全，必须优化支护结构型式，改善支护受力性态，有效提高支护结构的整体承载能力，以便有效控制超浅埋段四线大跨隧道拱顶沉降，避免支护开裂甚至塌方发生。
隧道衬砌结构作为隧道工程的永久受力结构，因此必须做到安全、可靠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，可有效控制四线大跨隧道拱顶沉降，避免因拱脚下沉、拱顶变形导致衬砌开裂甚至发生塌方事件，以确保隧道施工和运营的稳定及安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，包括由内而外设置的超前支护结构、初期支护结构和二次衬砌结构，其特征是：所述二次衬砌结构包括拱部二次衬砌结构、隧道两侧的台座基础结构及仰拱；所述超前支护结构包括拱部超前支护结构、台座基础侧壁超前支护结构；所述初期支护结构包括拱部初期支护结构、台座基础侧壁初期支护结构；拱部初期支护结构和拱部二次衬砌结构的下端分别支承于隧道两侧台座基础结构的上端。
在上述技术方案中，所述拱部超前支护是由径向间隔布设的外层大管棚、内层大管棚复合构成，或者根据地形地质情况采用单层大管棚或中管棚。
本发明的有益效果是，将两侧台座基础结构，作为拱部初期支护结构和拱部二次衬砌结构的承载基础，有效地解决了四线大跨隧道施工中拱部支护下沉变形的问题；拱部围岩竖向荷载通过拱部支护结构由台座基础结构传至基底；与一般单、双线铁路衬砌不同，仰拱不承受由拱墙结构传来的围岩竖向荷载，因此仰拱曲率半径可根据基底围岩情况尽量放大，甚至采用底板结构，可以大大减小开挖工程量；拱部采用双层大管棚超前支护可增大管棚刚度，防止软弱围岩下沉、松弛和坍塌，从而有效减小开挖变形对地表的影响；
附图说明
本说明书包括如下一幅附图：
图1是本发明四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造的断面结构示意图。
图中示出构件、部位名称及所对应标记：拱部超前支护结构11、内层大管棚11a、外层大管棚11b、台座基础侧壁超前支护结构12、拱部初期支护结构21、拱部喷射混凝土层21a、拱部型钢钢架21b、拱部系统锚杆21c、台座基础侧壁初期支护结构22、台座基础侧壁喷射混凝土层22a、台座基础侧壁型钢钢架22b、台座基础侧壁系统锚杆22c、锁脚锚管22d、拱部二次衬砌结构31、台座基础结构32、仰拱33。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，本发明的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，包括由外而内设置的超前支护结构、初期支护结构和二次衬砌结构。所述二次衬砌结构包括拱部二次衬砌结构31、隧道两侧的台座基础结构32，以及仰拱33。所述超前支护结构包括拱部超前支护结构11、台座基础侧壁超前支护结构12。参照图1，所述初期支护结构包括拱部初期支护结构21、台座基础侧壁初期支护结构22。拱部初期支护结构21和拱部二次衬砌结构31的下端分别支承于隧道两侧台座基础结构32的上端，即以两侧台座基础结构作为拱部支护体系的承载体，解决软岩四线大跨隧道施工中拱脚下沉、拱顶沉降不宜控制，支护结构易变形的问题。除此之外，拱部围岩竖向荷载通过拱部支护结构由拱座结构传至基底，与一般单、双线铁路衬砌不同，仰拱不承受由拱墙结构传来的围岩竖向荷载，因此仰拱曲率半径可根据基底围岩情况尽量放大，甚至采用底板结构，可以大大减小开挖工程量。参照图1，拱部超前支护是由径向间隔布设的外层大管棚11b、内层大管棚11a复合构成，即拱部采用双层大管棚超前支护可增大管棚刚度，防止软弱围岩下沉、松弛和坍塌，从而有效减小开挖变形对地表的影响。根据地形地质情况，拱部超前支护也可采用单层大管棚或中管棚。
参照图1，所述拱部初期支护结构21包括覆盖拱部围岩的拱部喷射混凝土层21a和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于拱部喷射混凝土层21a内的拱部型钢钢架21b，以及沿拱部梅花形布置的系统锚杆21c。相邻两榀拱部型钢钢架21b间由环向间隔设置的纵向连接筋连接。所述拱部喷射混凝土层21a内加设钢筋网。
参照图1，所述台座基础侧壁初期支护结构22包括覆盖台座基础侧壁围岩的喷射混凝土层22a和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于喷射混凝土层22a内的型钢钢架22b，以及设置在型钢钢架22b下端的锁脚锚管22d。相邻两榀型钢钢架22b间由环向间隔设置的纵向连接筋连接。所述台座基础侧壁初期支护结构22还包括沿台座基础侧壁面梅花形布置的系统锚杆22c。所述台座基础侧壁喷射混凝土层22a内加设环向钢筋网。
参照图1，所述台座基础侧壁超前支护结构12由在台座基础侧壁喷射混凝土层22a外一定范围内向外倾斜一定外插角环向间隔布设的中管棚或小导管构成。
下面以改建铁路贵(阳)昆(明)线六盘水至沾益段乌蒙山二号隧道为实施例进一步说明本发明。乌蒙山二号隧道全长12260m，为六沾铁路最长隧道，受扒挪块车站地形限制和运营管理需要，扒挪块车站伸入乌蒙山二号隧道出口段，形成四线车站隧道，长538m。最大开挖跨度达28.42m，最大开挖面积为354.30m2。洞口段地层主要为泥岩，地表层风化，土体松散。洞口段具体支护参数如下：
1、拱部设双层大管棚，即由内层大管棚11a、外层大管棚11b构成拱部超前支护结构11。钢管管径108mm，壁厚均为5mm。大管棚环向设置范围延伸至台座基础顶部。管棚外插角控制在1°范围内，大管棚施工完成后方可进行隧道掘进施工。
2、根据本发明四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造的特点，工法上必须先施工两侧导洞以浇筑两侧台座基础结构32，以台座基础结构32作为拱部荷载的承载体，因此对于台座基础侧壁超前支护结构12和初期支护结构22参数仅需根据围岩情况及两侧导洞开挖尺寸来确定。本工程中，台座基础侧壁超前支护结构12采用中管棚，钢管直径75mm，壁厚4.5mm；台座基础侧壁初期支护结构22采用C25喷砼形成喷射混凝土层22a，厚度为27cm，其内设置φ8mm钢筋网，网格间距20cm×20cm，纵向间隔设置I20a型钢钢架22b加强支护，间距0.8m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置φ22mm纵向连接钢筋，环向间距1.0m。基底设置φ50mm边墙锁脚锚管22d，长5m。
3、拱部初期支护结构21采用C25喷砼形成拱部喷射混凝土层21a，厚度为40cm，其内设置φ8mm钢筋网，网格间距20cm×20cm；纵向间隔设置HW300拱部型钢钢架21b加强支护，钢架间距0.6m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置φ22mm纵向连接钢筋，环向间距1.0m。
拱部二次衬砌结构31及仰拱33采用C35钢筋混凝土；台座基础结构32采用C35砼。
采用本发明四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，在施工中保证了拱部支护结构稳定、有效解决软岩四线大跨隧道施工中拱脚下沉大，拱顶沉降不宜控制等问题。确保了施工全过程处于安全、稳定、优质的可控状态，具有广阔的推广应用前景。
以上所述只是用图解说明本发明四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (9)

1.四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，包括由内而外设置的超前支护结构、初期支护结构和二次衬砌结构，其特征是：所述二次衬砌结构包括拱部二次衬砌结构(31)、隧道两侧的台座基础结构(32)及仰拱；所述超前支护结构包括拱部超前支护结构(11)、台座基础侧壁超前支护结构(12)；所述初期支护结构包括拱部初期支护结构(21)、台座基础侧壁初期支护结构(22)；拱部初期支护结构(21)和拱部二次衬砌结构(31)的下端分别支承于隧道两侧台座基础结构(32)的上端。
2.如权利要求1所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述拱部超前支护是由径向间隔布设的外层大管棚(11b)、内层大管棚(11a)复合构成。
3.如权利要求1所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述拱部超前支护采用单层大管棚或中管棚。
4.如权利要求1所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述拱部初期支护结构(21)包括覆盖拱部围岩的拱部喷射混凝土层(21a)和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于拱部喷射混凝土层(21a)内的拱部型钢钢架(21b)，以及沿拱部梅花形布置的拱部系统锚杆(21c)。
5.如权利要求4所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述拱部喷射混凝土层(21a)内加设钢筋网。
6.如权利要求1所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述台座基础侧壁初期支护结构(22)包括覆盖台座基础侧壁围岩的喷射混凝土层(22a)和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于喷射混凝土层(22a)内的型钢钢架(22b)，以及设置在型钢钢架(22b)下端的锁脚锚管(22d)。
7.如权利要求6所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述台座基础侧壁初期支护结构(22)还包括沿还包括沿台座基础侧壁面梅花形布置的系统锚杆(22c)。
8.如权利要求6所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述台座基础侧壁喷射混凝土层(22a)内加设钢筋网。
9.如权利要求1所述的四线大跨台基复合拱形隧道衬砌构造，其特征是：所述台座基础侧壁超前支护结构(12)由在喷射混凝土层(22a)外一定范围内向外倾斜一定外插角环向间隔布设的中管棚或小导管构成。
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