CN102226407A - 四线大跨隧道索拱联合初期支护构造 - Google Patents
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四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，可有效控制四线大跨隧道拱顶沉降和支护开裂问题，以确保隧道施工和运营的稳定性及安全性，同时减少施工临时支护，工序干扰少，有利于大型机械作业，施工速度快。它包括覆盖围岩的喷射混凝土层(10)和沿隧道开挖方向间隔布设的全环钢架(20)，以及沿拱墙面布设锚固于围岩中的系统锚杆，全环钢架(20)埋设于喷射混凝土层(10)内。在隧道拱部钢架与临时竖撑连接处沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架(20)连接的第一组预应力锚索(31)，在边墙部位、拱脚处附近分别沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架(20)连接的第二组预应力锚索(32)、第三组预应力锚索(33)。
Description
技术领域
本发明涉及隧道初期支护构造，特别涉及一种软岩四线大跨隧道初期支护构造。
背景技术
进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，随着山区高速铁路的快速和大规模修建。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。因此，为提高艰险山区修建高速铁路选线、设站的自由度，使得山区车站布置型式更为灵活、车站功能更易得到保证，特大跨度四线车站隧道的修建将愈来愈多。
软岩的物理力学性质复杂，岩石抗压强度较低，单轴抗压强度一般在30MPa以下，节理裂隙发育，孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质矿岩。在重力、地形和地质构造运动等作用下往往形成较高的地应力，一旦隧道开挖后应力释放，将出现围岩膨胀，产生显著塑性变形，给隧道工程造成危害。
对于软岩地层四线大跨隧道，采用传统的初期支护结构(系统锚杆+钢架+喷砼)，一方面，由于跨度大，岩质软，开挖后变形不宜控制。其特点是变形量大、变形速度快、持续时间很长，支护易开裂，甚至失稳造成坍塌事故；另一方面，为了保证安全，施工中必须限制拆撑步长，采用跳拆等措施，导致施工不灵活，工作面狭窄。
隧道初期支护是主要的永久受力结构，且对保证隧道施工期间的安全至关重要，因此必须做到安全、快速、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隧道索拱联合初期支护构造，可有效控制四线大跨隧道拱顶沉降和支护开裂问题，以确保隧道施工和运营的稳定性及安全性，同时减少施工临时支护，工序干扰少，有利于大型机械作业，施工速度快。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，包括覆盖围岩的喷射混凝土层和沿隧道开挖方向间隔布设的全环钢架，以及沿拱墙面布设锚固于围岩中的系统锚杆，全环钢架埋设于喷射混凝土层内，其特征是：在隧道拱部钢架与临时竖撑连接处沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架连接的第一组预应力锚索；在边墙部位沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架连接的第二组预应力锚索；在隧道拱脚处附近沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架连接的第三组预应力锚索。
本发明的有益效果是，采用索拱联合初期支护结构，通过拱部撑索转换实现临时支撑的安全拆除，突破了传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制，提高拆撑安全度及灵活性，并为后续施工提供了较大的工作面；对拱脚、边墙部位，利用锚索代替临时横撑，避免软岩大跨度隧道临时横撑施作，一方面使得开挖更灵活，另一方面规避了临时横撑拆除风险；通过“外锚”代替“内撑”达到“减跨”之目的，从而形成无内撑的超大跨结构；由锚索与钢架、喷射混凝土、系统锚杆等初支共同受力而组成的联合支护体系，作为隧道永久支护的一部分，使结构安全度更高。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1是本发明四线大跨隧道索拱联合初期支护构造的断面示意图；
图2是图1中A局部的放大视图；
图3是本发明四线大跨隧道索拱联合初期支护构造中环全钢架与预应力锚索的连接方式示意图。
图中示出零部件、部位名称及所对应的标记：喷射混凝土层10、初喷层11、复喷层12、钢筋网13、拱部超前支护14、全环钢架20、第一组预应力锚索31、第二组预应力锚索32、第三组预应力锚索33、拱部系统锚杆34、边墙系统锚杆35、钢垫板40。
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，本发明的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，包括覆盖围岩的喷射混凝土层10和沿隧道开挖方向间隔布设的全环钢架20，以及沿拱墙面布设锚固于围岩中的系统锚杆，全环钢架20埋设于喷射混凝土层10。在隧道拱部钢架与临时竖撑连接处沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架20连接的第一组预应力锚索31，以替换拱部临时竖撑；在边墙部位沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架20连接的第二组预应力锚索32，在隧道拱脚处附近沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架20连接的第三组预应力锚索33，以代替临时横撑。
拱顶两侧第一组预应力锚索31以索换撑，突破了传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制，提高拆撑安全度及灵活性，另一方面达到“减跨”目的，从而形成无内撑的超大跨结构，为保证四线大跨隧道拱部支护结构稳定、减小体系转换的风险、解决软岩四线大跨隧道施工中拱顶沉降不宜控制，支护结构易变形开裂甚至塌方的问题。边墙部位及拱脚附近布设的第二组预应力锚索32和第三组预应力锚索33以索代撑，兼起锁脚作用，同时减少临时横撑，工序干扰少，加快施工进度。确保了施工全过程处于安全、稳定、优质、快速的可控状态，又能创造良好的社会效益。
参照图2，所述喷射混凝土层10通常采用C25砼，由初喷层11、复喷层12复合构成，全环钢架20埋设于复喷层12内，初喷层11厚度通常为3～5cm。全环钢架20在开挖面初喷形成初喷层11后架设，利用系统锚杆34及35进行定位，再复喷至设计厚度形成复喷层12。参照图2，所述的全环钢架20采用全环型钢钢架，沿隧道开挖方向间隔设置，相邻两榀钢架间通过环向间隔设置的纵向连接钢筋固定连接。纵向连接钢筋一般采用
的钢筋，环向间隔1m设置。
参照图1，所述系统锚杆包括拱部系统锚杆34及边墙系统锚杆35，沿拱墙面梅花形布设且锚固于围岩中。拱部系统锚杆34通常采用
中空注浆锚杆，边墙锚杆35通常采用
砂浆锚杆。拱部系统锚杆34、边墙系统锚杆35的长度及间距应根据隧道跨度、开挖工法、围岩地质情况等综合确定，并根据拱墙各个部位不同受力情况采用不同长度。
参照图3，所述第一组预应力锚索31、第二组预应力锚索32和第三组预应力锚索33均通过钢垫板40与钢架连接。第一组预应力锚索31、第二组预应力锚索32和第三组预应力锚索33的长度、布置密度及吨位应根据隧道跨度、开挖工法，围岩情况综合确定。
参照图2，所述拱部超前支护14通常采用
超前小导管、
中管棚或
中管棚。
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。该段通过地层主要为：泥质灰岩夹泥灰岩、泥岩、砂岩、页岩、页岩夹砂岩。由于该隧跨度大，岩质软，节理裂隙极发育，岩体较破碎。现仅列举乌蒙山二号隧道DK288+140～+240段(V级深埋段)初期支护构造及具体参数如下：
喷射混凝土层10采用C25砼，厚度为40cm，设置全环钢架20加强支护，纵向间距0.6m，相邻两榀钢架间环向间隔设置
纵向连接钢筋，连接钢筋环向间距1.0m。第一组预应力锚索31、第二组预应力锚索32和预应力锚索33纵向间距1.2m。钢垫板40尺寸30cm×60cm×4cm。所述系统系统锚杆，对拱部采用
中空注浆锚杆，对边墙采用采用砂浆锚杆，并对根据受力情况对拱顶、拱腰及边墙部位分别采用不同长度。所述拱部超前支护14采用中管棚。采用该初期支护结构，在施工中，保证了拱部支护结构稳定、减小了体系转换的风险、有效解决软岩四线大跨隧道施工中拱顶沉降不宜控制，支护结构易变形开裂甚至塌方的问题。突破了传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制，提高拆撑安全度及灵活性，加快了施工速度。确保了施工全过程处于安全、稳定、优质、快速的可控状态，又能创造良好的社会效益，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隧道索拱联合初期支护构造的一些原理，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 (6)
1.四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，包括覆盖围岩的喷射混凝土层(10)和沿隧道开挖方向间隔布设的全环钢架(20)，以及沿拱墙面布设锚固于围岩中的系统锚杆，全环钢架(20)埋设于喷射混凝土层(10)内，其特征是：在隧道拱部钢架与临时竖撑连接处沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架(20)连接的第一组预应力锚索(31)；在边墙部位沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架(20)连接的第二组预应力锚索(32)；在隧道拱脚处附近沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架(20)连接的第三组预应力锚索(33)。
2.如权利要求1所述的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，其特征是：所述系统锚杆包括拱部系统锚杆(34)和边墙系统锚杆(35)，均呈梅花型布设。
3.如权利要求2所述的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，其特征是：所述拱部系统锚杆(34)采用
中空注浆锚杆。
4.如权利要求2所述的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，其特征是：所述边墙系统锚杆(35)采用
砂浆锚杆。
5.如权利要求1所述的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，其特征是：所述喷射混凝土层(10)由初喷层(11)、复喷层(12)复合构成，全环钢架(20)埋设于复喷层(12)内。
6.如权利要求1所述的四线大跨隧道索拱联合初期支护构造，其特征是：第一组预应力锚索(31)、第二组预应力锚索(32)和第三组预应力锚索(33)通过钢垫板(40)与钢架(20)固定连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111026 |