CN110173276A - 一种隧道恒值限阻缓冲结构及其施工方法 - Google Patents

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仇文革
王立川
郑余朝
苏斌
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Abstract

本发明公开了具体涉及一种隧道恒值限阻缓冲结构及其施工方法，属于隧道领域。隧道缓冲结构包括依次设置的初期支护、防水层以及二次衬砌，初期支护与防水层之间设有钢筋网，初期支护与钢筋网之间设有柔性填充层，钢筋网上设有系列径向短锚，径向短锚的一端与钢筋网连接、另一端穿过柔性填充层并设置在初期支护内。其施工方法：在隧道开挖后施做初期支护，在初期支护的内侧面上预设呈梅花形布置的径向短锚,钢筋网与径向短锚焊接；钢筋网与初期支护间施做柔性填充层；在钢筋网的内侧铺设防水层后施做二次衬砌，本发明有效的提高了高应力、大变形等高能环境下隧道衬砌的安全性。

Description

一种隧道恒值限阻缓冲结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及隧道领域，具体涉及一种隧道恒值限阻缓冲结构及其施工方 法。
背景技术
适用于大变形、地震、爆破等高能环境下修建的隧道，在高应力软弱围 岩条件下，因软岩本身自稳能力差、塑性变形大，且具有明显的流变性，当 对围岩强度、应力状态不了解或支护结构不合理时，往往会发生结构破坏甚 至隧道坍塌。因此，对于高和极高地应力的软弱围岩等情况，隧道结构的受 力大小与受力特征对隧道安全尤为重要。国内外许多专家学者已对高地应力 和软弱围岩等问题做了大量研究工作，但在地下工程中对于大变形的问题仍 无行之有效的方案。在此类大变形、地震、爆破等高能作用下的隧道施工中， 为了确保隧道结构的稳定，抵抗并释放围岩中存在的高能作用，现有的方案 首选是通过增加隧道结构的整体刚度来硬抗隧道的围岩压力并限制围岩变 形，一旦不能提供满足实际工程需要的抗力，结构仍会受到破坏。所以目前 常规采用的结构和工法形成隧道的安全性和经济性非最优、存在一定的风险 及隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道恒值限阻缓冲结构及其施工方法，以解 决现有隧道采用的结构和工法形成隧道的安全性和经济性在高能地质环境 下不满足要求的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种隧道恒值限阻缓冲结构，包括依次设置的初期支护、防水层以及二 次衬砌，初期支护与防水层之间设有钢筋网，初期支护与钢筋网之间设有柔 性填充层，钢筋网上设有径向短锚，径向短锚的一端与钢筋网连接，径向短 锚的另一端穿过柔性填充层并设置在初期支护内。
施工过程中，在径向短锚的支撑作用下，钢筋网作为防水板的依附结构， 并与防水板共同作为二次衬砌的外模，防止二次衬砌浇筑过程中压缩填充 层，即二次衬砌施作完成后需确保径向短锚不致产生变形。
修建完成后，若隧道围岩中产生较大的压力时则会挤压初期支护，本发 明中的径向短锚受压会产生变形，当处于形变压力状态的围岩压力过大使径 向短锚承受超过其限阻值的应力时，则会产生失稳，从而柔性填充层沿隧道 径向的厚度会被压薄，但依然能够提供足够的抗力以保证支护-围岩体系的 整体稳定，围岩产生变形从而使围岩压力得到释放，则施加在二次衬砌上的 压力会减小，从而有效的提高了高应力、大变形等高能环境下隧道衬砌的安 全性。
作为优选，径向短锚包括设置在初期支护内的锚固端以及设置在钢筋网 与锚固端之间的限阻缓冲端。
作为优选，锚固端与初期支护垂直。
作为优选，限阻缓冲端与钢筋网垂直连接。
本发明通过分别与钢筋网以及初期支护垂直设置的径向短锚，二次衬砌 施作完成后可向初期支护提供一定抗力的限阻能力，并能在承受较大应力失 稳后允许一定程度的变形，以释放过大的围岩压力。
作为优选，径向短锚呈梅花形布置。
本发明中的径向短锚呈梅花形布置，极大地减小了传递至二次衬砌的围 岩压力。
作为优选，径向短锚与钢筋网采用焊接连接。
作为优选，柔性填充层采用的材料为高压缩的柔性材料。
本发明通过采用材料为高压缩的柔性材料的柔性填充层，使柔性填充层 受到一定抗力作用下允许其在一定范围内变形，使围岩压力得到有控制的释 放，从而减小隧道二次衬砌所承担的压力。
一种隧道恒值限阻缓冲结构的施工方法，依次包括以下步骤：
(S1)：在隧道开挖后施做初期支护，即在隧道内侧形成初期支护；
(S2)：将径向短锚呈梅花形锚固在初期支护上，并将其另一端与钢筋 网焊接；
(S3)：沿钢筋网与初期支护间施做柔性填充层；
(S4)：在初期支护的内侧通过固定锚固端预设径向短锚，使钢筋网以 及柔性填充层固定在初期支护的内侧面；
(S5)：沿钢筋网的内侧面铺设防水层后，施做二次衬砌。
本发明具有以下有益效果：
在高能作用下的隧道开挖之后，初期支护及时封闭成环，后续施做刚度 较大的二次衬砌限制了支护-围岩体系的变形，因地层应力大部分未释放， 将使二次衬砌承受围岩传来的较大压力。在使用本发明之后围岩受到一定抗 力作用并允许其在一定范围内变形，使围岩压力得到有控制的释放，从而减 小隧道二次衬砌结构所承担的压力。这样二次衬砌结构所承担压力的较小， 既可以保证隧道结构整体的稳定性，也可保证隧道结构的安全性。同时由于 二次衬砌结构所承担压力的减小，在设计时并不需要额外增加二次衬砌结构的强度和刚度来抵御较大的围岩压力，所以在设计时采用合理的参数，可大 大降低成本，使工程具有更高的经济效益，本发明中的恒值限阻缓冲结构再 结合相应的施工方法，能有效确保隧道的质量和安全，经济效益和社会效益 显著。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部结构示意图；
图3为本发明中径向短锚在钢筋网上的分布示意图。
图中：1-初期支护；2-防水层；3-二次衬砌；4-钢筋网；5-柔性填充层； 6-径向短锚；61-锚固端；62-限阻缓冲端。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
参见图1到图3，本发明包括设置在隧道内侧面的初期支护1以及设置 在钢筋网4内侧面并用于防止隧道内地下水渗漏的防水层2。初期支护1为 隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，用于控 制围岩压力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工。初期支护1与防 水层2之间设有钢筋网4，初期支护1与钢筋网4之间设有柔性填充层5， 柔性填充层5采用的材料为高压缩的柔性材料。通过采用材料为高压缩的柔 性材料的柔性填充层5使柔性填充层5受到一定抗力作用下允许其在一定范 围内变形并产生压缩效应，使围岩压力得到有控制的释放，从而减小隧道二 次衬砌3结构所承担的压力。防水层2的内侧面设有二次衬砌3，二次衬砌 3为隧道已经进行初期支护1的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌， 以达到增加安全储备、优化路线防排水系统、美化外观、方便设置通讯、照 明、运维监控等设施的作用。
进一步参见图2到图3，钢筋网4上连接径向短锚6，径向短锚6的一 端与钢筋网4采用焊接的方式连接，径向短锚6的另一端穿过柔性填充层5 并预设在初期支护1内。径向短锚6包括设置在初期支护1内的锚固端61 以及设置在钢筋网4与连接的限阻缓冲端62。锚固端61与初期支护1垂直， 限阻缓冲端62与钢筋网4垂直连接，通过分别与钢筋网4以及初期支护1 垂直设置的径向短锚6，径向短锚6向初期支护1提供一定恒阻的抗力，并 在受力失稳后产生压缩效应。修建完成后若隧道围岩中产生较大的压力时则 会挤压初期支护1，本发明中的径向短锚6受压会产生变形，当围岩压力过 大使径向短锚6承受超过其承载能力的应力时，则会产生失稳，从而柔性填 充层5沿隧道径向的厚度会被压缩，但依然能够提供足够的抗力以保证支护 -围岩体系的整体稳定，围岩产生变形从而使围岩压力得到释放，则施加在 二次衬砌3上的压力会减小，从而有效的提高了高应力、大变形等高能环境 下隧道的安全性。
本发明还提供了一种隧道恒值限阻缓冲结构的其施工方法，该方法包括 以下步骤：
(S1)：在隧道开挖后施做初期支护1，即在隧道内侧形成初期支护1；
(S2)：将径向短锚6呈梅花形预设在初期支护1上，并将其另一端与 钢筋网4焊接；
(S3)：沿钢筋网4与初期支护1间施做柔性填充层5；
(S4)：在初期支护1的内侧面加工与径向短锚6对应的安装孔；将径 向短锚6的锚固端61安装在安装孔内，使钢筋网4以及柔性填充层5固定 在初期支护1的内侧面；
(S5)：沿钢筋网4的内侧面铺设防水层2后，施做二次衬砌3。
在高能作用下的隧道开挖之后，初期支护及时封闭成环，后续施做刚度 较大的二次衬砌限制了支护-围岩体系的变形，因地层应力大部分未释放， 将使二次衬砌承受围岩传来的较大压力。在使用本发明之后围岩受到一定抗 力作用并允许其在一定范围内变形，使围岩压力得到有控制的释放，从而减 小隧道二次衬砌结构所承担的压力。这样二次衬砌结构所承担压力的较小， 既可以保证隧道结构整体的稳定性，也可保证隧道结构的安全性。同时由于 二次衬砌结构所承担压力的减小，在设计时并不需要额外增加二次衬砌结构的强度刚度来抵御较大的围岩压力，所以在设计时采用合理的参数，可大大 降低成本，使工程具有更高的经济效益，本发明中的恒值限阻缓冲结构再结 合相应的施工方法，能有效确保隧道的质量和安全，经济效益和社会效益显 著。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。

Claims (8)

1.一种隧道恒值限阻缓冲结构，其特征在于，包括依次设置的初期支护(1)、防水层(2)以及二次衬砌(3)，所述初期支护(1)与防水层(2)之间设有钢筋网(4)，所述初期支护(1)与钢筋网(4)之间设有柔性填充层(5)，所述钢筋网(4)上设有径向短锚(6)，所述径向短锚(6)的一端与钢筋网(4)连接，所述径向短锚(6)的另一端穿过柔性填充层(5)并设置在初期支护(1)内。
2.根据权利要求1所述的隧道缓冲结构，其特征在于，所述径向短锚(6)包括设置在初期支护(1)内的锚固端(61)以及设置在钢筋网(4)与锚固端(61)之间的限阻缓冲端(62)。
3.根据权利要求2所述的隧道恒值限阻缓冲结构，其特征在于，所述锚固端(61)与初期支护(1)垂直。
4.根据权利要求3所述的隧道恒值限阻缓冲结构，其特征在于，所述限阻缓冲端(62)与钢筋网(4)垂直连接。
5.根据权利要求1所述的隧道恒值限阻缓冲结构，其特征在于，所述径向短锚(6)呈梅花形布置。
6.根据权利要求1所述的隧道恒值限阻缓冲结构，其特征在于，所述径向短锚(6)与钢筋网(4)采用焊接连接。
7.根据权利要求1所述的隧道恒值限阻缓冲结构，其特征在于，所述柔性填充层(5)采用的材料为高压缩的柔性材料。
8.一种隧道恒值限阻缓冲结构的施工方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
(S1)：在隧道开挖后施做初期支护，即在隧道内侧形成初期支护(1)；
(S2)：将径向短锚(6)呈梅花形锚固在初期支护(1)上，并将其另一端与钢筋网(4)焊接；
(S3)：沿钢筋网(4)与初期支护(1)间施做柔性填充层(5)；
(S4)：在初期支护(1)的内侧通过固定锚固端(61)预设径向短锚(6)，使钢筋网(4)以及柔性填充层(5)固定在初期支护(1)的内侧面；
(S5)：沿钢筋网(4)的内侧面铺设防水层(2)后，施做二次衬砌(3)。
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