CN104847380A - 一种减小隧道衬砌结构内力的结构及其施工方法 - Google Patents

一种减小隧道衬砌结构内力的结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种减小隧道衬砌结构内力的结构及其施工方法，该结构包括两侧导坑初期支护、拱部初期支护、仰拱初期支护和仰拱回填，两侧导坑初期支护上分别设有小导管、后边墙衬砌，两侧厚边墙衬砌中分别预埋有钢板和锚固钢筋，锚固钢筋固定在预埋钢板上，拱部拱架两端的端面上分别固定有钢垫板，两钢垫板分别和两预埋钢板连接。其施工方法是：隧道两侧导坑开挖；施做两侧导坑初期支护、两侧导坑小导管，注浆加固围岩；施做两侧混凝土厚边墙衬砌；开挖拱部土体，施做拱部初期支护，拱部拱架与厚边墙衬砌连接；施做拱部二砌，开挖下部土体，施做仰拱初期支护、仰拱二衬和仰拱回填。该结构和施工方法简单，解决了隧道支护结构内力过大的问题。

Description

一种减小隧道衬砌结构内力的结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及隧道开挖支护技术领域，具体涉及一种减小隧道衬砌结构内力的结构,同时涉及一种减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，适用于复杂地质条件下的隧道(尤其是大断面隧道)上覆荷载大、地层沉降控制严格的隧道支护设计。
背景技术
近些年来，随着我国公路、铁路及城市建设的高速发展，各种复杂地质条件下的大断面、超大断面隧道建设越来越多。由于跨度大、高跨比小，超大断面隧道的围岩松散荷载高度很高，围岩压力很大，进而导致支护结构拱部正弯矩、拱脚负弯矩以及拱顶沉降位移都很大，因此，针对超大断面隧道的断面型式及支护参数一直以来都是工程界研究的热点，并取得了一定的成果。这些研究成果虽对类似工程的建设提供了有价值的借鉴和参考，但其研究重点多集中在断面扁平率、支护参数等的细部优化研究，其衬砌型式仍基于传统的由初期支护与二次衬砌构成的常规复合式衬砌，未能有效解决衬砌结构内力巨大的问题，仍需通过超强的初期支护与二次衬砌抵抗围岩的松散荷载及形变压力来保证结构的安全。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种减小隧道衬砌结构内力的结构，该结构结构简单，施工方便，有效地解决了复杂地质条件下隧道(尤其是大断面隧道)支护结构内力过大以及地表沉降变形大的问题。
本发明还提供了一种减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，该方法简单，操作简便，有效地解决了复杂地质条件下隧道(尤其是大断面隧道)支护结构内力过大以及地表沉降变形大问题。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种减小隧道衬砌结构内力的结构，至少包括导坑初期支护、拱部初期支护、拱部二衬、仰部二衬、仰拱初期支护和仰拱回填，拱部初期支护至少包括拱部拱架，拱部初期支护上均匀分布有锚杆，导坑初期支护包括左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护，其特征在于：左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀设有小导管，左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有左侧厚边墙衬砌，右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有右侧厚边墙衬砌，左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第二预埋钢板和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预埋钢板的一侧面上，拱部拱架的钢板两端的端面上分别固定有第一钢垫板和第二钢垫板，第一钢垫板和第一预埋钢板的另一侧面固定连接，第二钢垫板和第二预埋钢板的另一侧面固定连接。
第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定连接，第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓固定连接。
第一钢垫板和第一预埋钢板焊接，第一预埋钢板上连接有第一角钢，第一角钢和第一预埋钢板通过螺栓连接，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，第二钢垫板和第二预埋钢板焊接，第二预埋钢板上连接有第二角钢，第二角钢和第二预埋钢板通过螺栓连接，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。
第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均呈U型，两个第一锚固钢筋分别固定于第一预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第一锚固钢筋的中间水平部分固定在第一预埋钢板上，两个第二锚固钢筋分别固定于第二预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第二锚固钢筋的中间水平部分固定在第二预埋钢板上。
左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋有第一连接钢筋、第三连接钢筋，第一连接钢筋和第三连接钢筋的一端分别位于左侧厚边墙衬砌外，且第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋有第二连接钢筋、第四连接钢筋，第二连接钢筋和第四连接钢筋的一端分别位于右侧厚边墙衬砌外，且第二连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中。
上述的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，包括如下步骤：
1)开挖隧道两侧导坑，施做左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护，在左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀施做小导管，再通过两侧小导管对围岩注浆加固；
2)在左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做左侧厚边墙衬砌，在右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做右侧厚边墙衬砌，在施做左侧厚边墙衬砌的同时，在左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，在施做右侧厚边墙衬砌的同时，在右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第二预埋钢板和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预埋钢板的一侧面上；
3)开挖拱部土体，施做拱部初期支护和锚杆，然后在拱部拱架各钢板的两端端面上分别焊接第一钢垫板和第二钢垫板，接着将第一钢垫板与第一预埋钢板固定连接，以及将第二钢垫板与第二预埋钢板固定连接，再施做拱部二衬；
4)在拱部二衬的保护下，开挖下部土体，施做仰拱初期支护、仰拱二衬和仰拱回填。
步骤3)中，当隧道为直线隧道时，将第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定，以及第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓固定；当隧道为曲线隧道时，将第一钢垫板焊接在第一预埋钢板上，然后将第一角钢通过螺栓固定在第一预埋钢板上，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，再将第二钢垫板焊接在第二预埋钢板上，然后将第二角钢通过螺栓固定在第二预埋钢板上，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。
步骤2)中，第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均选用呈U型的锚固钢筋，将两个第一锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第一预埋钢板侧面的相对侧边上，将两个第二锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第二预埋钢板侧面的相对侧边上。
步骤2)中，施做左侧厚边墙衬砌时，在左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬护连接的部分中分别预埋第一连接钢筋、第三连接钢筋，使第一连接钢筋和第三锚固钢筋的一侧分别位于左侧厚边墙衬砌外，施做右侧厚边墙衬砌时，在右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋第二连接钢筋、第四连接钢筋，使第二连接钢筋和第四连接钢筋的一侧分别位于右侧厚边墙衬砌外，步骤3)中，施做拱部二衬时，将第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，以及第二连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，步骤4)中，施做仰拱二衬的同时，将第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，以及第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中。
本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：
1、该结构以及施工方法中，利用小导管注浆来提高围岩的力学特性，以及利用两侧厚边墙衬砌的巨大刚度以及两侧厚边墙衬砌与拱部拱架、拱部二衬、仰拱二衬的特殊连接方式，很好地控制该结构的水平变形，从而大大减少了该结构的内力。
2、该结构以及施工方法中，拱部初期支护、拱部二衬均架立两侧厚边墙衬砌之上，厚边墙衬砌扩大的基础底面与地基有了较大的接触面积，降低了地基应力，从而降低了地表沉降变形量。
3、该结构内力大幅度减小，其安全可靠性大幅度提高，其支护强度可大幅度弱化，试验表明，本发明的新方案较传统复合式衬砌方案拱部弯矩减小约80％，仰拱轴力减小约90％。
4、该结构以及施工方法适用范围广，不论是复杂地质条件下的隧道(尤其是大断面隧道)，还是对沉降控制严格的常规隧道，均能很好地减小其衬砌结构的应力，降低地表沉降变形的情况发生。
总之，该结构以及施工方法简单，施工方便，有效地解决了复杂地质条件下隧道(尤其是大断面隧道)支护结构内力过大以及地表沉降变形大的问题。
附图说明
图1为本发明提供的减小隧道衬砌结构内力的结构的结构示意图。
图2为图1中A采用实施例1所述的结构的局部剖视图。
图3为图2的俯视图。
图4为图2的左视图。
图5为图1中A采用实施例2所述的结构的局部剖视图。
图6为图5的俯视图。
图7为图5的左视图。
图8为右侧厚边墙衬砌的剖视图。
图9为本发明提供的减小隧道衬砌结构内力的结构与传统的复合式衬砌结构的弯矩计算的结果对比图。
图10为本发明提供的减小隧道衬砌结构内力的结构与传统的复合式衬砌结构的剪力计算的结果对比图。
图11为本发明提供的减小隧道衬砌结构内力的结构与传统的复合式衬砌结构的轴力计算的结果对比图。
其中，1-导坑初期支护、2-小导管、3-右侧厚边墙衬砌、4-拱部初期支护、5-锚杆、6-拱部二衬、7-仰拱初期支护、8-仰拱二衬、9-仰拱回填、10-拱架、11-第二钢垫板、12-第二预埋钢板、13-第二锚固钢筋、14-第二角钢、15-螺栓、16-第四连接钢筋、17-第二连接钢筋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的减小隧道衬砌结构内力的结构进行详细说明。
实施例1
本实施例提供的减小隧道衬砌结构内力的结构的结构如图1所示，该结构至少包括导坑初期支护1、拱部初期支护4、仰拱初期支护7、拱部二衬6、仰部二衬8和仰拱回填9。拱部初期支护至少包括拱部拱架10，拱部初期支护上均匀分布有锚杆5。导坑初期支护1包括左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护。左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀设有小导管2。左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有左侧厚边墙衬砌，右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有右侧厚边墙衬砌3，左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，右侧厚边墙衬砌3与拱部初期支护3连接的部分中预埋有第二预埋钢板12和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋13至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预埋钢板12的一侧面上。本实施例中，第一锚固钢筋和第二锚固钢筋13均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋13均呈U型，两个第一锚固钢筋分别固定于第一预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第一锚固钢筋的中间水平部分固定在第一预埋钢板上，两个第二锚固钢筋13分别固定于第二预埋钢板12侧面的相对侧边上，且两个第二锚固钢筋13的中间水平部分固定在第二预埋钢板12上。
拱部拱架的钢板两端的端面上分别固定有第一钢垫板和第二钢垫板11。当隧道为直线隧道时，施工精度易于控制，第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓15连接，第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓连接即可，螺栓宜采用高强度螺栓。
左侧厚边墙衬砌与拱部二衬6、仰拱二衬8连接的部分中分别预埋有第一连接钢筋、第三连接钢筋，第一连接钢筋和第三连接钢筋的一端分别位于左侧厚边墙衬砌外，且第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，右侧厚边墙衬砌3与拱部二衬6、仰拱二衬8连接的部分中分别预埋有第二连接钢筋17、第四连接钢筋16，第二连接钢筋17和第四连接钢筋16的一端分别位于右侧厚边墙衬砌3外，且第二连接钢筋17位于右侧厚边墙衬砌3外的部分与拱部二衬6中的主筋连接，第四连接钢筋16位于右侧厚边墙衬砌3外的部分埋入仰拱二衬8中。
实施例2
本实施例提供的减小隧道衬砌结构内力的结构的结构如图1所示，该结构至少包括导坑初期支护1、、拱部初期支护4、仰拱初期支护7、拱部二衬6、仰部二衬8和仰拱回填9。拱部初期支护至少包括拱部拱架10，拱部初期支护上均匀分布有锚杆5。导坑初期支护1包括左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护。左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀设有小导管2。左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有左侧厚边墙衬砌，右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有右侧厚边墙衬砌3，左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，右侧厚边墙衬砌3与拱部初期支护3连接的部分中预埋有第二预埋钢板12和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋13垂直地固定于第二预埋钢板12的一侧面上。本实施例中，第一锚固钢筋和第二锚固钢筋13均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋13均呈U型，两个第一锚固钢筋分别固定于第一预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第一锚固钢筋的中间水平部分固定在第一预埋钢板上，两个第二锚固钢筋13分别固定于第二预埋钢板12侧面的相对侧边上，且两个第二锚固钢筋13的中间水平部分固定在第二预埋钢板12上。
拱部拱架各钢板两端的端面上分别固定有第一钢垫板和第二钢垫板11。当隧道为曲线隧道时，施工精度不易控制，第一钢垫板和第一预埋钢板焊接，第一预埋钢板上焊接有第一角钢，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，第二钢垫板和第二预埋钢板焊接，第二预埋钢板上焊接有第二角钢，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。考虑到隧道是曲线隧道，尤其是缓和曲线隧道，左侧厚边墙衬砌中的第一预埋钢板与右侧厚边墙衬砌中的第二预埋钢板间距不同，且在纵向上是不断变化的，若钢垫板与预埋钢板采用螺栓连接，则厚边墙衬砌施工中预埋钢板上附着的螺栓位置精度难以保证，因此钢垫板与预埋钢板采用焊接连接。预埋钢板靠近拱部二衬侧设置角钢，是为了满足拱部初期支护与厚边墙衬砌间的抗剪需要。
左侧厚边墙衬砌与拱部二衬6、仰拱二衬8连接的部分中分别预埋有第一连接钢筋、第三连接钢筋，第一连接钢筋和第三连接钢筋的一端分别位于左侧厚边墙衬砌外，且第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，右侧厚边墙衬砌3与拱部二衬6、仰拱二衬8连接的部分中分别预埋有第二连接钢筋17、第四连接钢筋16，第二连接钢筋17和第四连接钢筋16的一端分别位于右侧厚边墙衬砌3外，且第二连接钢筋17位于右侧厚边墙衬砌3外的部分与拱部二衬6中的主筋连接，第四连接钢筋16位于右侧厚边墙衬砌3外的部分埋入仰拱二衬8中。
本实施例提供的减小隧道衬砌结构内力的结构的内力计算
以某二级公路隧道段设计为例，该隧道段设计为单洞四车道超大断面，限界宽17.0m，高5.0m，隧道内轮廓净宽17.85m，净高10.78m。隧道洞口为第四系全新统残坡积碎石土，围岩级别为Ⅴ级。
计算荷载：采用结构-荷载模型对初期支护进行受力分析。
围岩计算参数如表1所示：
表1围岩计算参数
围岩压力按照《公路隧道设计细则》(JTG/T D70-2010)的规定进行计算，拱部作用有竖向均布围岩压力，覆土厚度按10m计算，边墙作用有水平压力。经计算拱部竖向均布围岩压力185kPa，拱顶处的水平压力集度为35.817kPa，边墙底部的水平压力集度为60.048kPa。
本发明的衬砌结构和传统的复合式衬砌结构的支护参数如表2所示：
表2本发明的衬砌结构和传统的复合式衬砌结构的支护参数
计算工况：
由于断面较大，可采用的施工方法较多，为避免不同施工工序、不同阶段对计算结果的影响，计算选取最不利的结构受力状态进行计算，即内部临时支承全部拆除，二次衬砌未施做前，此时初期支护承担围岩压力的40％。
计算结果：
本发明的衬砌结构和传统的复合式衬砌结构典型位置初期支护内力计算结果如图9-11中所示，从图9中可以看出，与传统的复合衬砌相比，本发明的衬砌结构在拱顶处的弯矩减少82.65％，在拱肩处的弯矩减少87.23％，在拱脚处的弯矩减少100％，在仰拱处的弯矩减少为85.71％；从图10中可以看出，与传统的复合衬砌相比，本发明的衬砌结构在拱顶处的剪力减少62.19％，在拱肩处的弯矩减少84.33％，在拱脚处的弯矩减少81.23％，在仰拱处的弯矩减少为15.10％；从图11中可以看出，与传统的复合衬砌相比，本发明的衬砌结构在拱顶处的轴力减少20.53％，在拱肩处的弯矩减少29.40％，在拱脚处的弯矩减少28.03％，在仰拱处的弯矩减少为99.08％。由此可见，与传统的复合衬砌相比，本发明的衬砌结构的内力大幅度减小。
下面结合具体实施例对本发明的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法进行具体说明。
实施例3
1)开挖隧道两侧导坑，施做左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护。在左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀施做小导管，再通过两侧小导管对围岩注浆加固。小导管宜采用直径为30-50mm、长度为25-400mm的无缝钢花管。注浆材料可根据地质情况采用水泥单液浆，水泥-水玻璃双液浆等，注浆材料的选用、配比和注浆压力应经试验确定。
2)在左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做左侧厚边墙衬砌，在右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做右侧厚边墙衬砌。在施做左侧厚边墙衬砌的同时，先在左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第一预埋钢板和第一锚固钢筋，再在左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬护连接的部分中分别预埋第一连接钢筋、第三连接钢筋，使第一连接钢筋和第三连接钢筋的一端位于左侧厚边墙衬砌外。在右侧厚边墙衬砌的同时，先在右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第二预埋钢板和第二锚固钢筋，再在右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋第二连接钢筋、第四连接钢筋，使第二连接钢筋和第四连接钢筋的一端位于右侧厚边墙衬砌外。本实施例中，第一锚固钢筋和第二锚固钢筋有两个，也可以更多。所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均选用呈U型的锚固钢筋，将两个第一锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第一预埋钢板侧面的相对侧边上，将两个第二锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第二预埋钢板侧面的相对侧边上，使两个第一锚固钢筋均垂直于第一预埋钢板，两个第二锚固钢筋垂直于第二预埋钢板。
两侧厚边墙衬砌采用混凝土或钢筋混凝土结构。预埋钢板与锚固钢筋应事先在工厂加工好，从而保证预埋位置的准确性。
3)开挖拱部土体，施做拱部初期支护和锚杆，然后在拱部拱架各钢板的两端端面上分别焊接第一钢垫板和第二钢垫板。步骤3)中，当隧道为直线隧道时，将第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定，以及第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓固定；当隧道为曲线隧道时，将第一钢垫板焊接在第一预埋钢板上，然后将第一角钢通过螺栓固定在第一预埋钢板上，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，再将第二钢垫板焊接在第二预埋钢板上，然后将第二角钢通过螺栓固定在第二预埋钢板上，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。
4)施做拱部二衬，在施做拱部二衬的同时，将第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，以及第二连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接。
拱部初期支护和两侧导坑初期支护包括拱架、连接件、喷射混凝土和钢筋网，拱架宜采用初期刚度大型钢拱架或钢格栅，拱架应在洞外加工、试拼，喷射混凝土应为早强、速凝型，钢筋网材料宜采用Q235钢，钢筋直径6-12mm，网格尺寸150-200mm；角钢宜采用不等边角钢，且应事先开好螺栓孔，孔径宜比螺栓大2mm，以方便与预埋钢板12的螺栓连接和拱架的安放。
5)在拱部二衬的保护下，开挖下部土体，施做仰拱初期支护、仰拱二衬和仰拱回填。在施做仰拱二衬的同时，将第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，以及第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中。
拱部二衬和仰拱二衬采用钢筋混凝土结构。仰拱回填采用片石混凝土或混凝土，标号不低于C15。

Claims (9)

1.一种减小隧道衬砌结构内力的结构，至少包括导坑初期支护、拱部初期支护、拱部二衬、仰拱二衬、仰拱初期支护和仰拱回填，拱部初期支护至少包括拱部拱架，拱部初期支护上均匀分布有锚杆，导坑初期支护包括左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护，其特征在于：左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀设有小导管，左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有左侧厚边墙衬砌，右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有右侧厚边墙衬砌，左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第二预埋钢板和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预埋钢板的一侧面上，拱部拱架的钢板两端的端面上分别固定有第一钢垫板和第二钢垫板，第一钢垫板和第一预埋钢板的另一侧面固定连接，第二钢垫板和第二预埋钢板的另一侧面固定连接。
2.根据权利要求1所述的减小隧道衬砌结构内力的结构，其特征在于：第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定连接，第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的减小隧道衬砌结构内力的结构，其特征在于：第一钢垫板和第一预埋钢板焊接，第一预埋钢板上连接有第一角钢，第一角钢和第一预埋钢板通过螺栓连接，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，第二钢垫板和第二预埋钢板焊接，第二预埋钢板上连接有第二角钢，第二角钢和第二预埋钢板通过螺栓连接，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。
4.根据权利要求1所述的减小隧道衬砌结构内力的结构，其特征在于：第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均呈U型，两个第一锚固钢筋分别固定于第一预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第一锚固钢筋的中间水平部分固定在第一预埋钢板上，两个第二锚固钢筋分别固定于第二预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第二锚固钢筋的中间水平部分固定在第二预埋钢板上。
5.根据权利要求1所述的减小隧道衬砌结构内力的结构，其特征在于：左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋有第一连接钢筋、第三连接钢筋，第一连接钢筋和第三连接钢筋的一端分别位于左侧厚边墙衬砌外，且第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋有第二连接钢筋、第四连接钢筋，第二连接钢筋和第四连接钢筋的一端分别位于右侧厚边墙衬砌外，且第二连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中。
6.一种权利要求1所述的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
1)开挖隧道两侧导坑，施做左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护，在左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀施做小导管，再通过两侧小导管对围岩注浆加固；
2)在左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做左侧厚边墙衬砌，在右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做右侧厚边墙衬砌，在施做左侧厚边墙衬砌的同时，在左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，在施做右侧厚边墙衬砌的同时，在右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第二预埋钢板和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预埋钢板的一侧面上；
3)开挖拱部土体，施做拱部初期支护和锚杆，然后在拱部拱架各钢板的两端端面上分别焊接第一钢垫板和第二钢垫板，接着将第一钢垫板与第一预埋钢板连接，以及将第二钢垫板与第二预埋钢板连接，再施做拱部二衬；
4)在拱部二衬的保护下，开挖下部土体，施做仰拱初期支护、仰拱二衬和仰拱回填。
7.根据权利要求6所述的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，其特征在于：步骤3)中，当隧道为直线隧道时，将第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定，以及第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓固定；当隧道为曲线隧道时，将第一钢垫板焊接在第一预埋钢板上，然后将第一角钢通过螺栓固定在第一预埋钢板上，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，再将第二钢垫板焊接在第二预埋钢板上，然后将第二角钢通过螺栓固定在第二预埋钢板上，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。
8.根据权利要求6所述的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，其特征在于：步骤2)中，第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均选用呈U型的锚固钢筋，将两个第一锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第一预埋钢板侧面的相对侧边上，将两个第二锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第二预埋钢板侧面的相对侧边上。
9.根据权利要求6所述的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，其特征在于：步骤2)中，施做左侧厚边墙衬砌时，在左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬护连接的部分中分别预埋第一连接钢筋、第三连接钢筋，使第一连接钢筋和第三锚固钢筋的一侧分别位于左侧厚边墙衬砌外，施做右侧厚边墙衬砌时，在右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋第二连接钢筋、第四连接钢筋，使第二连接钢筋和第四连接钢筋的一侧分别位于右侧厚边墙衬砌外，步骤3)中，施做拱部二衬时，将第一连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，以及第二连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，步骤4)中，施做仰拱二衬的同时，将第三连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，以及第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中。
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