CN109578027A - 上软下硬地层隧道开挖支护结构及隧道开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上软下硬地层隧道开挖支护结构及隧道开挖施工方法，属于隧道施工技术领域。一种上软下硬地层隧道开挖支护结构，其特征是：包括拱盖和隧道下层坚硬岩石，所述拱盖由多个拱形钢架、若干根小导管和喷射混凝土层组成，所述拱形钢架沿隧道方向依次布置并连接在一起，所述拱形钢架的拱角扩大后固定于隧道下层坚硬岩石上，所述小导管设置在拱顶部位并打入隧道上部软弱地层内并且其尾部与所述拱形钢架焊接在一起，所述喷射混凝土层将所述拱形钢架包裹在内部并在拱脚部位形成大拱脚。本发明中的拱盖结构强度高，拱盖的拱脚支撑在两侧稳定基岩上，拱盖荷载可传递至下层坚硬基岩，可与山体共同抵抗荷载，可保证施工安全，并可提高施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道开挖支护结构，尤其是一种应用于上软下硬地层的隧道开挖支护结构，属于隧道施工技术领域。本发明还涉及利用上述的隧道开挖支护结构的隧道开挖施工方法。
背景技术
初支拱盖法是一种新的地铁车站施工技术，适用于上软下硬地层，是盖挖技术的发展，较二衬拱盖法技术取消了拱角梁，减少了施工工序及材料用量。而上软下硬地层隧道支护结构多采用椭圆形成环初支，分部开挖支护的方法，施工工效低，安全压力大。将地铁车站初支拱盖法的原理应用于上软下硬地层隧道支护，研究一种新的支护结构及施工方法能够较好的解决隧道开挖难题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种适用于上软下硬地层的隧道开挖支护结构及隧道开挖施工方法。
本发明中的隧道开挖支护结构采用如下技术方案：一种上软下硬地层隧道开挖支护结构，其特征是：包括拱盖和隧道下层坚硬岩石，所述拱盖由多个拱形钢架、若干根小导管和喷射混凝土层组成，所述拱形钢架沿隧道方向依次布置并连接在一起，所述拱形钢架的拱角扩大后固定于隧道下层坚硬岩石上，所述小导管设置在拱顶部位并打入隧道上部软弱地层内并且其尾部与所述拱形钢架焊接在一起，所述喷射混凝土层将所述拱形钢架包裹在内部并在拱脚部位形成大拱脚。
本发明中的拱盖结构强度高，拱盖的拱脚支撑在两侧稳定基岩上，拱盖荷载可传递至下层坚硬基岩，可与山体共同抵抗荷载，可保证施工安全。
进一步的，为提高拱形钢架的稳定性及保证大拱脚位置的稳定性及结构强度，在拱脚部位焊接有连接筋将各拱形钢架连接为整体。连接筋在混凝土固结后可作为混凝土内置筋提高结构强度。
进一步的，在所述拱形钢架的拱脚部位的外侧设置有双层钢筋网，所述喷射混凝土层包裹该双层钢筋网。双层钢筋网可保证喷射大厚度混凝土密实性，同时双层钢筋网在混凝土固结后可作为混凝土结构的内置钢筋，可提高大拱脚部位的结构强度，从而提高拱盖的整体结构强度，有利于拱顶荷载经初支拱盖传递至基岩，山体在拱盖的支撑下自身形成稳定结构。
本发明利用上述的隧道开挖支护结构的隧道开挖施工方法，其采用的技术方案是：包括如下步骤：包括如下步骤：(1)在弱爆破的条件下，采用小导洞形式进行初支扣拱施工：先进行导洞的开挖施工，导洞开挖后对其喷射混凝土封闭围岩，然后架设拱形钢架，各拱形钢架之间通过连接筋连接在一起，将拱形钢架拱角扩大后支撑在两侧的坚硬岩石上，并打设锚杆、小导管，拱形钢架通过锚杆锚固在周围地层，小导管在拱顶位置打入隧道上部软弱地层内，其尾部与拱形钢架焊接在一起，小导管内注浆后锚固在隧道上部软弱地层内，然后在拱形钢架部位喷射混凝土形成拱盖，所述拱盖的拱脚部位形成大拱脚；(2)在拱盖的保护下进行隧道下部爆破开挖施工，开挖顺序为先中间后两侧的顺序。
本发明初支拱盖采用导洞小面积开挖施工，可减少山体扰动，及时支护，保证了围岩的整体性和稳定性。采用初支加厚大拱脚方式，将拱部初支结构支撑在两侧稳定基岩上，形成的拱盖结构强度高，在下部开挖可减少拱盖扰动，有效控制形变，受力稳定，施工效率高。拱顶荷载经拱盖传递至基岩，山体在拱盖的支撑下自身形成稳定结构。
进一步的，为提高拱形钢架的稳定性及保证大拱脚位置的稳定性及结构强度，提高拱盖整体受力效果，在拱脚部位设置有连接筋与拱形钢架焊接为整体。
进一步的，喷射混凝土前，在所述拱形钢架的拱脚部位的外侧设置双层钢筋网。通过设置双层钢筋网可保证喷射大厚度混凝土密实性，同时双层钢筋网在混凝土固结后可作为混凝土结构的内置钢筋，可提高大拱脚部位的结构强度，提高拱盖的整体结构强度，有利于拱顶荷载经初支拱盖传递至基岩，山体在拱盖的支撑下自身形成稳定结构。
进一步的，由于大拱脚部位的混凝土层加厚，为保证大拱脚部位与周围地层可靠锚固，所述锚杆打设在拱盖的拱脚部位。
本发明的有益效果是：
1.采用小导洞形式进行初支扣拱施工，减小对山体扰动，降低施工风险；拱盖导洞采用小面积施工，可减少山体扰动，及时支护，保证了围岩的整体性和稳定性。
2.山体在拱盖的支撑下自身形成稳定结构，拱盖荷载传递至下层坚硬基岩，与山体共同抵抗荷载；采用加厚大拱脚，有效提高拱盖的结构强度，提高拱盖的承载能力，保证施工安全性；下部开挖减少拱盖扰动，有效控制形变，受力稳定，施工效率高。
3.本发明充分利用了围岩的自稳能力及拱脚围岩的承载能力，大大提高了施工的安全性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的隧道开挖支护结构的横断面示意图。
图中，1、隧道上部软弱地层，2、拱形钢架，3、锚杆，4、大拱脚，5、隧道下层坚硬岩石，6、小导管，7、双层钢筋网。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图所示，一种上软下硬地层隧道开挖支护结构，其包括拱盖和隧道下层坚硬岩石5。所述拱盖由多个拱形钢架2、若干根小导管6和喷射混凝土层组成，所述拱形钢架2沿隧道方向依次布置并连接在一起，所述拱形钢架2的拱角扩大后固定于隧道下层坚硬岩石5上，所述小导管6设置在拱顶部位并打入隧道上部软弱地层1内，并且其尾部与所述拱形钢架2焊接在一起，所述喷射混凝土层将所述拱形钢架2包裹在内部并在拱脚部位形成大拱脚4。
为提高拱形钢架的稳定性及保证大拱脚位置的稳定性及结构强度，优选在拱脚部位焊接连接筋将各拱形钢架2连接为整体。
为保证喷射大厚度混凝土密实性及提高大拱脚部位的结构强度，本实施例中，在所述拱形钢架2的拱脚部位的外侧设置有双层钢筋网7，所述喷射混凝土层包裹该双层钢筋网7。
采用上述的隧道开挖支护结构的上软下硬地层隧道开挖施工方法是：包括如下步骤：(1)在弱爆破的条件下，采用小导洞形式进行初支扣拱施工：先进行导洞的开挖施工，导洞开挖后对其喷射混凝土封闭围岩，然后架设拱形钢架2，各拱形钢架2之间通过连接筋连接在一起，将拱形钢架2拱角扩大后支撑在两侧的坚硬岩石5上，并打设锚杆3、小导管6，锚杆3设置在拱脚部位，锚杆3穿过拱形钢架2打入周围地层，拱形钢架2通过锚杆3锚固在周围地层，小导管6在拱顶位置打入隧道上部软弱地层1内，其尾部与拱形钢架2焊接在一起，小导管6内注浆后锚固在隧道上部软弱地层1内，然后在拱形钢架2部位喷射混凝土形成拱盖，所述拱盖的拱脚部位形成大拱脚4；(2)在拱盖的保护下进行隧道下部爆破开挖施工，开挖顺序为先中间后两侧的顺序。
为提高拱形钢架的稳定性及保证大拱脚位置的稳定性及结构强度，提高拱盖整体受力效果，在拱脚部位设置有连接筋与拱形钢架2焊接为整体。
为保证喷射大厚度混凝土密实性及提高大拱脚部位的结构强度，优选，喷射混凝土前在拱形钢架2的拱脚部位的外侧设置双层钢筋网7。喷射混凝土时，双层钢筋网7可保证喷射大厚度混凝土的密实性，并且双层钢筋网在混凝土固结后可作为混凝土结构的内置钢筋，可提高大拱脚部位的结构强度，提高拱盖的整体结构强度。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。
Claims (7)
1.一种上软下硬地层隧道开挖支护结构，其特征是：包括拱盖和隧道下层坚硬岩石(5)，所述拱盖由多个拱形钢架(2)、若干根小导管(6)和喷射混凝土层组成，所述拱形钢架(2)沿隧道方向依次布置并连接在一起，所述拱形钢架(2)的拱角扩大后固定于隧道下层坚硬岩石(5)上，所述小导管(6)设置在拱顶部位并打入隧道上部软弱地层(1)内并且其尾部与所述拱形钢架(2)焊接在一起，所述喷射混凝土层将所述拱形钢架(2)包裹在内部并在拱脚部位形成大拱脚(4)。
2.根据权利要求1所述的上软下硬地层隧道开挖支护结构，其特征是：在拱脚部位焊接有连接筋将各拱形钢架(2)连接为整体。
3.根据权利要求1或2所述的上软下硬地层隧道开挖支护结构，其特征是：在所述拱形钢架(2)的拱脚部位的外侧设置有双层钢筋网(7)，所述喷射混凝土层包裹该双层钢筋网(7)。
4.一种采用如权利要求1所述的隧道开挖支护结构进行的上软下硬地层隧道开挖施工方法，其特征是：包括如下步骤：(1)在弱爆破的条件下，采用小导洞形式进行初支扣拱施工：先进行导洞的开挖施工，导洞开挖后对其喷射混凝土封闭围岩，然后架设拱形钢架(2)，将拱形钢架(2)拱角扩大后支撑在两侧的坚硬岩石上，并打设锚杆(3)、小导管(6)，拱形钢架(2)通过锚杆(3)锚固在周围地层，小导管(6)在拱顶位置打入隧道上部软弱地层内，其尾部与拱形钢架(2)焊接在一起，小导管(6)内注浆后锚固在隧道上部软弱地层内，然后在拱形钢架(2)部位喷射混凝土形成拱盖，所述拱盖的拱脚部位形成大拱脚(4)；(2)在拱盖的保护下进行隧道下部爆破开挖施工，开挖顺序为先中间后两侧的顺序。
5.根据权利要求4所述的上软下硬地层隧道开挖施工方法，其特征是：在拱脚部位设置有连接筋与拱形钢架焊接为整体。
6.根据权利要求4所述的上软下硬地层隧道开挖施工方法，其特征是：喷射混凝土前，在所述拱形钢架(2)的拱脚部位的外侧设置双层钢筋网(7)。
7.根据权利要求4或5或6所述的上软下硬地层隧道开挖施工方法，其特征是：所述锚杆(3)打设在拱盖的拱脚部位。
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