CN109578011B - 一种市政隧道内的支护结构及其施工方法 - Google Patents
一种市政隧道内的支护结构及其施工方法 Download PDFInfo
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/003—Linings or provisions thereon, specially adapted for traffic tunnels, e.g. with built-in cleaning devices
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
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- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
- E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/14—Lining predominantly with metal
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/14—Lining predominantly with metal
- E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D20/00—Setting anchoring-bolts
Abstract
本发明涉及隧道支护加固技术领域，具体涉及一种市政隧道内的支护结构，包括沿隧道拱形内壁布置的拱形支护，沿隧道底面内壁布置的平面支护和连接拱形支护与平面支护的过渡体；过渡体包括弧形的钢制架构，支撑脚和加强层；钢制架构一端连接拱形支护，另一端连接平面支护；支撑脚间隔并一体设置在钢制架构上，支撑脚位于钢制架构的靠近隧道内壁的一侧；加强层浇筑在钢制架构内；通过过渡体连接拱形支护与平面支护，降低了施工难度；还提供了该支护结构的施工方法，将平面支护和拱形支护分别安装在隧道拱形内壁与底面内壁上；将过渡体安装在平面支护与拱形支护之间，并向钢制架构内浇筑混凝土形成加强层，即得到支护结构。
Description
技术领域
本发明涉及隧道支护加固的技术领域，具体涉及一种市政隧道内的支护结构及其施工方法。
背景技术
市政建设中的其中一项就是隧道建设，而隧道建设主要包括铁路隧道，公路隧道，地铁隧道等，其是在城市地下挖出孔洞，支护加固后用于交通通行。随着隧道内的土被挖出，隧道内壁的土层应力释放，容易变形或坍塌。因此，需要及时的设置支护加固结构来对隧道内壁的土层支撑，同时保证后期施工安全，为施工人员提供作业空间。
目前，地下隧道的支护有初期支护和后期支护。初期支护一般叫初支，就是刚开挖完采用的一些支护方式，比如围岩好的时候就简单的搭设内衬架进行支护，围岩不好的话就用钢拱架支护。后期支护叫做二次衬砌，简称二衬，就是用衬砌台车浇筑混凝土加固。在初支中，由于内衬架或钢拱架支护直接搭接在整个隧道内部，一旦开始搭设内衬架或钢拱架，整个隧道都无法通行，影响施工操作。此外，为了保证隧道拱形支护和底部支护的整体连接性能，现有技术中的二次衬砌多采用一体设置的拱形支护与底部支护进行搭设；在搭设过程中需要克服拱形支护与底部支护弧形过渡处的应力，将其搭建在隧道内部，增加了施工操作难度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种市政隧道内的支护结构，通过过渡体连接拱形支护与平面支护，降低了施工难度。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种市政隧道内的支护结构，包括沿隧道拱形内壁布置的拱形支护，沿隧道底面内壁布置的平面支护和连接拱形支护与平面支护的过渡体；所述过渡体包括弧形的钢制架构，支撑脚和加强层；所述钢制架构一端连接拱形支护，另一端连接平面支护；所述支撑脚间隔并一体设置在钢制架构上，所述支撑脚位于所述钢制架构的靠近隧道内壁的一侧；所述加强层浇筑在钢制架构内。
通过采用上述技术方案，钢制架构连接拱形支护与平面支护，支撑脚支撑钢制架构及加强层，使拱形支护与底部支护为分体连接，克服了拱形支护与平面支护弧形过渡处应力过大造成施工困难的问题，降低了施工难度。
作为优选，所述拱形支护包括锚入隧道拱形内壁的第一锚杆，设置在隧道拱形内壁的第一混凝土层，第一预应力混凝土层和浇筑在第一预应力混凝土层及第一混凝土层之间的第二混凝土层；所述第一锚杆依次贯穿第一混凝土层、第二混凝土层和第一预应力混凝土层，其穿出第一预应力混凝土层的一端用强力螺母紧固。
作为优选，所述平面支护包括锚入隧道底面内壁的第二锚杆，设置在隧道底面内壁的第三混凝土层，第二预应力混凝土层和浇筑在第二预应力混凝土层及第三混凝土层之间的第四混凝土层；所述第二锚杆依次贯穿第三混凝土层、第四混凝土层和第二预应力混凝土层，其穿出第二预应力混凝土层的一端用强力螺母紧固。
通过采用上述技术方案，采用喷锚的支护方式，第一混凝土层和第三混凝土层起到初步加固支护的作用，配合第一锚杆和第二锚杆，完成初支；在隧道的拱形内壁与底面内壁上设置第一锚杆和第二锚杆，不需要占用隧道内部的空间，从而不影响施工操作。第二混凝土层起到加固支护的同时，具有连接第一混凝土层与第一预应力混凝土层的作用，使各层之间凝结为一个整体，提高结构强度；第四混凝土层起到加固支护的同时，具有连接第三混凝土层与第二预应力混凝土层的作用，使各层之间凝结为一个整体，提高结构强度。
作为优选，所述第一预应力混凝土层与第二混凝土层之间设置有第一碳纤维板，所述第二预应力混凝土层与第四混凝土层之间设置有第二碳纤维板。
通过采用上述技术方案，碳纤维板是采用优质碳纤维原料与良好基本树脂加工而成的板材，其具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能；增强了支护结构的抗弯、抗剪强度。
作为优选，所述第一锚杆上位于所述第一混凝土层与第一碳纤维板之间的部分，间隔一体设置有连接件；所述第二锚杆上位于所述第三混凝土层与第二碳纤维板之间的部分，间隔一体设置有连接件。
通过采用上述技术方案，使第二混凝土层及第四混凝土层浇筑后，通过连接件分别进一步与第一锚杆及第二锚杆锚接加固，提高支护结构的整体结构强度。
作为优选，所述第一预应力混凝土层及第一混凝土层之间设置有网状的第一钢筋骨架，所述第二混凝土层浇筑在第一钢筋骨架内；所述第二预应力混凝土层及第三混凝土层之间设置有网状的第二钢筋骨架，所述第四混凝土层浇筑在第二钢筋骨架内；所述第一钢筋骨架与第二钢筋骨架固定连接为一体，并且在连接处交叉形成交互区。
通过采用上述技术方案，第二混凝土层浇筑在第一钢筋骨架内，第四混凝土层浇筑在第二钢筋骨架内，进一步增强了第二混凝土层与第四混凝土层的结构强度。第一钢筋骨架与第二钢筋骨架固定连接为一体，增强结构强度。
作为优选，所述支撑脚包括第一加强筋，第二加强筋和第三加强筋；所述第一加强筋的一端与钢制架构靠近第一预应力混凝土层的一端连接，另一端伸入交互区；所述第二加强筋的一端与钢制架构靠近第二预应力混凝土层的一端连接，另一端伸入交互区；所述第三加强筋的一端与钢制架构连接，另一端与第一加强筋及第二加强筋相交固定连接于一点；所述第一加强筋，第二加强筋，第三加强筋和钢制架构之间围成三棱锥结构。
通过采用上述技术方案，由于弧形的钢制架构承受来自拱形支护与平面支护的应力，使其弧形结构的外拱处需要承受较大的作用力，而第一加强筋、第二加强筋及第三加强筋和钢制架构之间围成三棱锥结构，可以有效的为钢制架构提供支撑。并且在交互区相交后，被浇筑锚接在第二混凝土层与第四混凝土层内，使钢制架构有了“根基”，提高了过渡体的结构强度。
作为优选，所述钢制架构为弧形的网状结构；所述钢制架构的一端连接第一预应力混凝土层与第一碳纤维板，另一端连接第二预应力混凝土层与第二碳纤维板；所述第一预应力混凝土层、第一碳纤维板及第二预应力混凝土层、第二碳纤维板与钢制架构接触的一端均锚接有锚件。
通过采用上述技术方案，钢制架构支撑并连接二次衬砌的砌层，通过锚件将砌层与过渡体的加强层锚接为一体，保证支护结构的强度。
作为优选，所述第一碳纤维板、第二碳纤维板、第一预应力混凝土层及第二预应力混凝土层上均预设有锚杆孔。
通过采用上述技术方案，便于施工过程中，直接进行挂装，简化了施工操作。
本发明的第二个目的是提供一种上述市政隧道内的支护结构的施工方法，包括如下步骤：将平面支护和拱形支护分别安装在隧道拱形内壁与底面内壁上；将过渡体安装在平面支护与拱形支护之间，并向钢制架构内浇筑混凝土形成加强层，即得到支护结构。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)拱形支护与底部支护为分体连接，并通过过渡体连接，克服了传统结构中拱形支护与平面支护弧形过渡处应力过大造成施工困难的问题，降低了施工难度；
(2)初支中采用锚杆加喷射混凝土层的方式，克服了传统初支中内衬架或钢拱架搭建后，整个隧道都无法通行，影响施工操作的缺陷；
(3)通过深入交互区的支撑脚与第二混凝土层和第四混凝土层锚接固定，使钢制架构有了“根基”，为过渡体提供了有力的支撑，保证了过渡体的结构强度及支撑稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大结构示意图；
图3为支撑脚的结构示意图；
图4为图1中B部分的局部放大结构示意图。
附图标记：1、第一混凝土层；2、第一钢筋骨架；3、第二混凝土层；4、第一碳纤维板；5、第一预应力混凝土层；6、第三混凝土层；7、第二钢筋骨架；8、第四混凝土层；9、第二碳纤维板；10、第二预应力混凝土层；11、钢制架构；12、支撑脚；121、第一加强筋；122、第二加强筋；123、第三加强筋；13、加强层；14、第一锚杆；15、第二锚杆；16、强力螺母；17、锚件；18、交互区；20、连接件。
具体实施方式
一种市政隧道内的支护结构，如图1所示，包括沿隧道拱形内壁由外而内依次布置的第一混凝土层1、网状的第一钢筋骨架2、浇筑在第一钢筋骨架2内的第二混凝土层3、第一碳纤维板4和第一预应力混凝土层5，沿隧道底面内壁由下而上依次布置的第三混凝土层6、网状的第二钢筋骨架7、浇筑在第二钢筋骨架7内的第四混凝土层8、第二碳纤维板9和第二预应力混凝土层10，伸入隧道拱形内壁并依次贯穿第一混凝土层1、第一钢筋骨架2、第二混凝土层3、第一碳纤维板4和第一预应力混凝土层5的若干的第一锚杆14，伸入隧道底面内壁并依次贯穿第三混凝土层6、第二钢筋骨架7、第四混凝土层8、第二碳纤维板9和第二预应力混凝土层10的若干的第二锚杆15，弧形的网状结构的钢制架构11、与钢制架构11一体连接并间隔设置在钢制架构11上的支撑脚12以及浇筑在钢制架构11内的加强层13。第一锚杆14穿出第一预应力混凝土层5的一端以及第二锚杆15穿出第二预应力混凝土层10的一端均用强力螺母16紧固。此外，为了便于锚固施工，在第一碳纤维板4、第二碳纤维板9、第一预应力混凝土层5及第二预应力混凝土层10上均预设有锚杆孔。
如图2所示，第一预应力混凝土层5与第一碳纤维板4的底端平齐，并与钢制架构11的顶端固定连接；第二预应力混凝土层10与第二碳纤维板9的端部保持平齐，并与钢制架构11的底端固定连接。为了进一步增加第一预应力混凝土层5及第一碳纤维板4、第二预应力混凝土层10及第二碳纤维板9与加强层13的连接强度，在第一预应力混凝土层5、第一碳纤维板4及第二预应力混凝土层10、第二碳纤维板9与钢制架构11接触的一端均锚接有锚件17。
如图2所示，第一钢筋骨架2与第二钢筋骨架7在交叉处固定连接为一体，并且在连接处交叉处形成交互区18。支撑脚12包括第一加强筋121，第二加强筋122和第三加强筋123；第一加强筋121的一端与钢制架构11靠近第一预应力混凝土层5的一端连接，另一端伸入交互区18内；第二加强筋122的一端与钢制架构11靠近第二预应力混凝土层10的一端连接，另一端伸入交互区18内。如图3所示，第三加强筋123的一端与钢制架构11连接，另一端与第一加强筋121及第二加强筋122相交固定连接于一点；第一加强筋121，第二加强筋122，第三加强筋123和钢制架构11之间围成三棱锥结构。
如图4所示，为了进一步增加第二混凝土层3与第一锚杆14的锚接强度，在第一锚杆14上位于第一混凝土层1与第一碳纤维板4之间的部分间隔一体设置有连接件20；同样的，在第二锚杆15上位于第三混凝土层6与第二碳纤维板9之间的部分间隔一体设置有连接件20。
本发明的市政隧道内的支护结构的施工方法，具体如下：
(1)向隧道拱形内壁与底面内壁上分别依次钻孔，锚入若干第一锚杆14和若干第二锚杆15；向锚有第一锚杆14的隧道拱形内壁喷射第一混凝土层1，向锚有第二锚杆15的隧道底面内壁喷射第三混凝土层6，晾干凝固；将第一钢筋骨架2挂在第一锚杆14上，并与第一锚杆14焊接为一体；
(2)将第二钢筋骨架7套在第二锚杆15上，并与第二锚杆15焊接为一体；通过第一碳纤维板4上的锚杆孔，将第一碳纤维板4挂在第一锚杆14上第一钢筋骨架2的内侧；通过第二碳纤维板9上的锚杆孔，将第二碳纤维板9套在第二锚杆15上第二钢筋骨架7的上侧；
(3)通过第一预应力混凝土层5与第二预应力混凝土层10上的锚杆孔，将第一预应力混凝土层5挂在第一锚杆14上第一碳纤维板4的内侧，将第二预应力混凝土层10套在第二锚杆15上第二碳纤维板9的上侧；
(4)将钢制架构11安装在第一预应力混凝土层5、第一碳纤维板4及第二预应力混凝土层10、第二碳纤维板9之间，保证弧形的钢制架构11上端将第一预应力混凝土层5、第一碳纤维板4兜住，下端将第二预应力混凝土层10、第二碳纤维板9包住，钢制架构11弧形外侧的支撑脚12伸入交互区18内；
(5)将第一锚杆14伸出第一预应力混凝土层5的一端，第二锚杆15伸出第二预应力混凝土层10的一端，均加固强力螺母16紧固；向第一混凝土层1与第一碳纤维板4之间的第一钢筋骨架2内浇筑混凝土，形成第二混凝土层3；向第三混凝土层6与第二碳纤维板9之间的第二钢筋骨架7内浇筑混凝土，形成第四混凝土层8；
(6)向钢制架构11内浇筑混凝土形成加强层13，即完成支护结构的施工。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种市政隧道内的支护结构，其特征在于：包括沿隧道拱形内壁布置的拱形支护，沿隧道底面内壁布置的平面支护和连接拱形支护与平面支护的过渡体；所述过渡体包括弧形的钢制架构（11），支撑脚（12）和加强层（13）；所述钢制架构（11）一端连接拱形支护，另一端连接平面支护；所述支撑脚（12）间隔并一体设置在钢制架构（11）上，所述支撑脚（12）位于所述钢制架构（11）的靠近隧道内壁的一侧；所述加强层（13）浇筑在钢制架构（11）内；所述拱形支护包括锚入隧道拱形内壁的第一锚杆（14），设置在隧道拱形内壁的第一混凝土层（1），第一预应力混凝土层（5）和浇筑在第一预应力混凝土层（5）及第一混凝土层（1）之间的第二混凝土层（3）；所述第一锚杆（14）依次贯穿第一混凝土层（1）、第二混凝土层（3）和第一预应力混凝土层（5），其穿出第一预应力混凝土层（5）的一端用强力螺母（16）紧固；所述平面支护包括锚入隧道底面内壁的第二锚杆（15），设置在隧道底面内壁的第三混凝土层（6），第二预应力混凝土层（10）和浇筑在第二预应力混凝土层（10）及第三混凝土层（6）之间的第四混凝土层（8）；所述第二锚杆（15）依次贯穿第三混凝土层（6）、第四混凝土层（8）和第二预应力混凝土层（10），其穿出第二预应力混凝土层（10）的一端用强力螺母（16）紧固；所述第一预应力混凝土层（5）及第一混凝土层（1）之间设置有网状的第一钢筋骨架（2），所述第二混凝土层（3）浇筑在第一钢筋骨架（2）内；所述第二预应力混凝土层（10）及第三混凝土层（6）之间设置有网状的第二钢筋骨架（7），所述第四混凝土层（8）浇筑在第二钢筋骨架（7）内；所述第一钢筋骨架（2）与第二钢筋骨架（7）固定连接为一体，并且在连接处交叉形成交互区（18）；所述支撑脚（12）包括第一加强筋（121），第二加强筋（122）和第三加强筋（123）；所述第一加强筋（121）的一端与钢制架构（11）靠近第一预应力混凝土层（5）的一端连接，另一端伸入交互区（18）；所述第二加强筋（122）的一端与钢制架构（11）靠近第二预应力混凝土层（10）的一端连接，另一端伸入交互区（18）；所述第三加强筋（123）的一端与钢制架构（11）连接，另一端与第一加强筋（121）及第二加强筋（122）相交固定连接于一点；所述第一加强筋（121），第二加强筋（122），第三加强筋（123）和钢制架构（11）之间围成三棱锥结构。
2.根据权利要求1所述的市政隧道内的支护结构，其特征在于：所述第一预应力混凝土层（5）与第二混凝土层（3）之间设置有第一碳纤维板（4），所述第二预应力混凝土层（10）与第四混凝土层（8）之间设置有第二碳纤维板（9）。
3.根据权利要求2所述的市政隧道内的支护结构，其特征在于：所述第一锚杆（14）上位于所述第一混凝土层（1）与第一碳纤维板（4）之间的部分，间隔一体设置有连接件（20）；所述第二锚杆（15）上位于所述第三混凝土层（6）与第二碳纤维板（9）之间的部分，间隔一体设置有连接件（20）。
4.根据权利要求2所述的市政隧道内的支护结构，其特征在于：所述钢制架构（11）为弧形的网状结构；所述钢制架构（11）的一端连接第一预应力混凝土层（5）与第一碳纤维板（4），另一端连接第二预应力混凝土层（10）与第二碳纤维板（9）；所述第一预应力混凝土层（5）、第一碳纤维板（4）及第二预应力混凝土层（10）、第二碳纤维板（9）与钢制架构（11）接触的一端均锚接有锚件（17）。
5.根据权利要求2所述的市政隧道内的支护结构，其特征在于：所述第一碳纤维板（4）、第二碳纤维板（9）、第一预应力混凝土层（5）及第二预应力混凝土层（10）上均预设有锚杆孔。
6.一种权利要求1-5任一项所述的支护结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：将平面支护和拱形支护分别安装在隧道拱形内壁与底面内壁上；将过渡体安装在平面支护与拱形支护之间，并向钢制架构（11）构内浇筑混凝土形成加强层（13），即得到支护结构。
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