CN110630286B - 一种软弱地层隧道沉降控制结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软弱地层隧道沉降控制结构及施工方法，属于隧道沉降控制技术领域。一种软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，包括：至少一个隧道单元；隧道单元包括主隧道、竖井以及斜托隧道；竖井的顶端与主隧道连接；斜托隧道的两端分别与主隧道和竖井连接，使之为倾斜状；主隧道、竖井以及斜托隧道均设有初支结构和二衬结构。本发明通过竖井和斜托隧道与主隧道连接后，通过竖井和斜托隧道的初支结构和二衬结构对主隧道进行有效支撑，连接强度能够充分保证，刚度大，可有效、定量控制结构沉降和变形，隧道线型和净空可得到充分保证。

Description

一种软弱地层隧道沉降控制结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道沉降控制技术领域，具体涉及一种软弱地层隧道沉降控制结构及施工方法。

背景技术

当隧道穿越一定范围的超深软弱地段时，无论在施工阶段还是长期运营阶段，隧道结构均极易随时间产生较大沉降，严重影响隧道线路线型、净空及结构安全。传统的控制沉降手段多为采取地层注浆加固或采取密排桩基的方式解决长期沉降问题，注浆加固的方式只适用于一定深度范围内情形(如10或15m以内)，当深度过深后，由于钻孔难度和注浆难度加大，注浆效果难以保证，且大范围注浆成本难以接受。密排桩基础同样存在当深度过深时(如超过50m)，施工难度、工期和成本急剧上升的问题，且桩基支护刚度下降。另一方面，由于隧道内空间狭小，传统的注浆加固和桩基施工十分不便，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软弱地层隧道沉降控制结构及施工方法，以解决隧道穿越超深软弱地段时，不容易控制沉降的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，包括：至少一个隧道单元；隧道单元包括第一段主隧道、第二段主隧道、第三段主隧道、第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道；第一段主隧道、第二段主隧道和第三段主隧道一次连接；第一段竖井的顶端和底端分别与第一段主隧道和第二段主隧道的交接处以及第二段竖井的顶端连接；斜托隧道的两端分别与第二段主隧道和第三段主隧道的交接处以及第一段竖井和第二段竖井的交接处连接；第一段主隧道、第二段主隧道、第三段主隧道、第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道均设有初支结构和二衬结构。

本发明通过竖井和斜托隧道与主隧道连接后，通过竖井和斜托隧道的初支结构和二衬结构对主隧道进行有效支撑，连接强度能够充分保证，刚度大，可有效、定量控制结构沉降和变形，隧道线型和净空可得到充分保证，竖井和斜托隧道结构均采用空心结构，在保证结构强度和刚度，以控制隧道沉降的同时，可最大限度减少材料使用量。同时，竖井和斜托隧道为隧道结构形式，便于施工。

进一步地，上述初支结构为网锚喷加钢架支护结构；二衬结构为现浇模筑混凝土结构。

本发明的竖井和斜托隧道为复合式衬砌，并且二衬结构采用现浇模筑混凝土结构，使竖井和斜托隧道具有良好的耐久性，也便于后期运营维护。

进一步地，上述第一段竖井和斜托隧道的顶端开口处均设有钢筋混凝土结构。

本发明钢筋混凝土结构用于掩盖第一段竖井和斜托隧道的顶端开口，确保连接强度，保证主隧道开口处的安全性。

进一步地，上述第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道的截面形状为圆形、椭圆形或马蹄形，并且第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道的宽度均小于第一段主隧道、第二段主隧道或第三段主隧道的宽度。

进一步地，上述第一段竖井与斜托隧道之间的角度为30°至60°。

一种上述软弱地层隧道沉降控制结构的施工方法，包括步骤S1：首先依次开挖第一段主隧道、第一段竖井和斜托隧道，然后开挖第二段主隧道、第三段主隧道和第二段竖井；

或者包括步骤(1)：首先依次开挖第一段主隧道、第二段主隧道和第三段主隧道，然后开挖第一段竖井和斜托隧道，最后开挖第二段竖井。

本发明提供两种施工方法，在第一种施工方法中，在开挖斜托隧道时，从第一段竖井的底端斜向上开挖，斜托隧道施工后再开挖第二段主隧道，避免第二段主隧道先开挖再开挖斜托隧道后的沉降，影响第二段主隧道的质量。在第二种施工方法中，先开挖各主隧道，再从上到下开挖各竖井和斜托隧道，便于各竖井和斜托隧道的施工。

进一步地，上述步骤S1包括以下步骤：

S11：开挖第一段主隧道并依次进行初支和二衬；

S12：在第一段主隧道的端部向下开挖第一段竖井并依次进行初支和二衬；

S13：从第一段竖井的底端斜向上开挖斜托隧道并依次进行初支和二衬；

S14：从第一段主隧道端部依次开挖第二段主隧道和第三段主隧道，或者从斜托隧道的顶部双向开挖第二段主隧道和第三段主隧道，再或者从第一段主隧道端部开挖第二段主隧道，从斜托隧道的顶部双向开挖第二段主隧道和第三段主隧道，第二段主隧道和第三段主隧道在开挖时依次进行初支和二衬，最后，从第一段竖井的底端开挖第二段竖井，并依次进行初支和二衬；

S15：重复进行步骤S11至S14；

步骤(1)包括以下步骤：

(11)依次开挖第一段主隧道、第二段主隧道以及第三段主隧道，并依次对各段主隧道进行初支并对第一段主隧道进行二衬；

(12)从第一段主隧道和第二段主隧道的交接处向下开挖第一段竖井，并依次进行初支和二衬；同时，从第二段主隧道和第三段主隧道的交接处斜向下开挖斜托隧道，并依次进行初支和二衬；

(13)对第二段主隧道以及第三段主隧道进行二衬；

(14)第一段竖井和斜托隧道连通后，从第一段竖井的底端向下开挖第二段竖井，并依次进行初支和二衬；

(15)重复进行步骤(11)至步骤(14)。

在进行步骤(11)至(15)时，先开挖各主隧道，再从上到下开挖各竖井和斜托隧道，便于各竖井和斜托隧道的施工，但易造成对先开挖主隧道的沉降和变形等影响。在施作时，采用主隧道断面净空适当放大预留，并使第二段主隧道和第三段主隧道的二衬在各段竖井和斜托隧道完成后进行施作施作，可有效减小对主隧道的沉降和变形等影响。

进一步地，上述步骤S11至步骤S14中，采用网锚喷加钢架进行初支支护，养护完成后，再现浇模筑混凝土进行二衬支护；

步骤(11)至步骤(14)中，采用网锚喷加钢架进行初支支护，养护完成后，再现浇模筑混凝土进行二衬支护。

进一步地，上述步骤S14中，第二段竖井开挖至基岩层；

步骤(14)中，第二段竖井开挖至基岩层。

进一步地，上述步骤S14和步骤S15之间还具有步骤S141：通过钢筋混凝土将第一段竖井和斜托隧道的顶端开口处进行封堵；

步骤(14)和步骤(15)之间还具有步骤(141)：通过钢筋混凝土将第一段竖井和斜托隧道的顶端开口进行封堵。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的软弱地层隧道沉降控制结构具有安全性，主隧道与竖井和斜托隧道整体连接，结构及其连接强度充分保证，刚度大，可有效、定量控制结构沉降和变形，隧道线型和净空可得到充分保证。

(2)本发明的软弱地层隧道沉降控制结构具有经济性，在跨越大深度的软弱地层结构时，相较于传统地层注浆加固或密排桩方式，本发明技术原理简洁，辅助隧道数量可控，施工方法简单，经济性较好。

(3)本发明的软弱地层隧道沉降控制结构具有耐久性，竖井和斜托隧道结构为复合式衬砌，其中的二衬为现浇钢筋混凝土结构，具有良好的耐久性，后期运营维护也更加方便。

(4)本发明的软弱地层隧道沉降控制结构具有实用性，大量山岭隧道建设中，不可避免会跨越在跨越大范围大深度的软弱地层和回填土地层，本发明适用性广，可有效控制大范围大深度软弱地层的长期沉降。

附图说明

图1为本发明的软弱地层隧道沉降控制结构的结构示意图；

图2为本发明的软弱地层隧道沉降控制结构的又一种结构示意图；

图3为本发明的软弱地层隧道沉降控制结构的再一种结构示意图。

图中：10-隧道单元；11-第一段主隧道；12-第二段主隧道；13-第三段主隧道；21-第一段竖井；22-第二段竖井；30-斜托隧道；40-初支结构；41-二衬结构；50-钢筋混凝土结构。

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

请参照图1，一种软弱地层隧道沉降控制结构，包括依次连接的多个隧道单元10。隧道单元10包括第一段主隧道11、第二段主隧道12、第三段主隧道13、第一段竖井21、第二段竖井22以及斜托隧道30。第一段主隧道11、第二段主隧道12和第三段主隧道13依次连接，形成主隧道，第二段主隧道12、第三段主隧道13均为第一段主隧道11的延伸。

第一段竖井21和第二段竖井22均竖直设置，并且从上到下依次连接，第二段竖井22为第一段竖井21的延伸。第一段竖井21的顶端与第一段主隧道11和第二段主隧道12的连接处连接，第二段竖井22延伸至基岩等稳定地层。

斜托隧道30与第一段竖井21之间的夹角为60°，斜托隧道30的顶端与第二段主隧道12和第三段主隧道13之间的连接处连接，斜托隧道30的底端与第一段竖井21和第二段竖井22之间的连接处连接。为了使斜托隧道30具有更哈的支撑状态，斜托隧道30与第一段竖井21之间的夹角还可以为30°至60°之间的任一值。

在本实施例中，第一段竖井21、第二段竖井22以及斜托隧道30的截面形状均为圆形，并且第一段竖井21、第二段竖井22以及斜托隧道30的宽度均小于第一段主隧道11、第二段主隧道12或第三段主隧道13的宽度。显然，第一段竖井21、第二段竖井22以及斜托隧道30的截面形状还可以为椭圆形或马蹄形等。

第一段主隧道11、第二段主隧道12、第三段主隧道13、第一段竖井21、第二段竖井22以及斜托隧道30均设有初支结构40和二衬结构41。在本实施例中，初支结构40采用网锚喷加钢架支护结构，二衬结构41采用现浇模筑混凝土结构。第一段竖井21和斜托隧道30的顶端开口处均设有钢筋混凝土结构50，钢筋混凝土结构50具有足够的强度，用于对第一段竖井21和斜托隧道30进行封堵。

在同一软弱地层隧道沉降控制结构中，多个隧道单元10的方向可以是相反的，如图2所示，以适应两端开挖隧道。同时，单个隧道单元10中，具有两条斜托隧道30，两条斜托隧道30关于第一段竖井21对称，如图3所示，这样可以增加支撑能力并减少竖井的施工。

一种上述软弱地层隧道沉降控制结构的施工方法，包括以下步骤：

S11：开挖第一段主隧道11并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；

S12：在第一段主隧道11的端部向下开挖第一段竖井21并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；

S13：从第一段竖井21的底端斜向上开挖斜托隧道30并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；

S14：从斜托隧道30的顶端双向开挖第二段主隧道12和第三段主隧道13，并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；最后，从第一段竖井21的底端开挖第二段竖井22，第二段竖井22开挖至基岩层，并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；

S141：通过钢筋混凝土将第一段竖井21和斜托隧道30的顶端开口处进行封堵。

S15：重复进行步骤S11至S141。

在本施工方法中，第二段主隧道12和第三段主隧道13的开挖方式还可以是：从第一段主隧道11端部依次开挖第二段主隧道12和第三段主隧道13；或者从第一段主隧道端部开挖第二段主隧道，从斜托隧道的顶部双向开挖第二段主隧道和第三段主隧道。

另一种上述软弱地层隧道沉降控制结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(11)依次开挖第一段主隧道11、第二段主隧道12以及第三段主隧道13，并依次采用网锚喷加钢架对各段主隧道进行初支并采用现浇模筑混凝土对第一段主隧道11进行二衬支护；

(12)从第一段主隧道11和第二段主隧道12的交接处向下开挖第一段竖井21，并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；同时，从第二段主隧道12和第三段主隧道13的交接处斜向下开挖斜托隧道30，并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；

(13)采用现浇模筑混凝土对第二段主隧道12和第三段主隧道13进行二衬支护。

(14)第一段竖井21和斜托隧道30连通后，从第一段竖井21的底端向下开挖第二段竖井22，第二段竖井22开挖至基岩层，并依次采用网锚喷加钢架进行初支以及采用现浇模筑混凝土进行二衬支护；

(141)通过钢筋混凝土将第一段竖井21和斜托隧道30的顶端开口处进行封堵。

(15)重复进行步骤(11)至步骤(141)。

以上所述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 (10)

1.一种软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，包括：至少一个隧道单元；所述隧道单元包括第一段主隧道、第二段主隧道、第三段主隧道、第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道；所述第一段主隧道、第二段主隧道和第三段主隧道依次连接；所述第一段竖井的顶端和底端分别与所述第一段主隧道和第二段主隧道的交接处以及所述第二段竖井的顶端连接；所述斜托隧道的两端分别与第二段主隧道和第三段主隧道的交接处以及第一段竖井和第二段竖井的交接处连接；所述第一段主隧道、第二段主隧道、第三段主隧道、第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道均设有初支结构和二衬结构。

2.根据权利要求1所述的软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，所述初支结构为网锚喷加钢架支护结构；所述二衬结构为现浇模筑混凝土结构。

3.根据权利要求2所述的软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，所述第一段竖井和斜托隧道的顶端开口处均设有钢筋混凝土结构。

4.根据权利要求3所述的软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，所述第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道的截面形状为圆形、椭圆形或马蹄形，并且所述第一段竖井、第二段竖井以及斜托隧道的宽度均小于第一段主隧道、第二段主隧道或第三段主隧道的宽度。

5.根据权利要求1至4任一项所述的软弱地层隧道沉降控制结构，其特征在于，所述第一段竖井与所述斜托隧道之间的角度为30°至60°。

6.一种权利要求1至5任一项所述的软弱地层隧道沉降控制结构的施工方法，其特征在于，包括步骤S1：首先依次开挖第一段主隧道、第一段竖井和斜托隧道，然后开挖第二段主隧道、第三段主隧道和第二段竖井；

或者包括步骤(1)：首先依次开挖第一段主隧道、第二段主隧道和第三段主隧道，然后开挖第一段竖井和斜托隧道，最后开挖第二段竖井。

7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

S11：开挖第一段主隧道并依次进行初支和二衬；

S12：在第一段主隧道的端部向下开挖第一段竖井并依次进行初支和二衬；

S13：从第一段竖井的底端斜向上开挖斜托隧道并依次进行初支和二衬；

S14：从第一段主隧道端部依次开挖第二段主隧道和第三段主隧道，或者从斜托隧道的顶部双向开挖第二段主隧道和第三段主隧道，再或者从第一段主隧道端部开挖第二段主隧道，从斜托隧道的顶部双向开挖第二段主隧道和第三段主隧道，第二段主隧道和第三段主隧道在开挖时依次进行初支和二衬，最后，从第一段竖井的底端开挖第二段竖井，并依次进行初支和二衬；

S15：重复进行步骤S11至S14；

步骤(1)包括以下步骤：

(11)依次开挖第一段主隧道、第二段主隧道以及第三段主隧道，并依次对各段主隧道进行初支并对第一段主隧道进行二衬；

(12)从第一段主隧道和第二段主隧道的交接处向下开挖第一段竖井，并依次进行初支和二衬；同时，从第二段主隧道和第三段主隧道的交接处斜向下开挖斜托隧道，并依次进行初支和二衬；

(13)对第二段主隧道以及第三段主隧道进行二衬；

(14)第一段竖井和斜托隧道连通后，从第一段竖井的底端向下开挖第二段竖井，并依次进行初支和二衬；

(15)重复进行步骤(11)至步骤(14)。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤S11至步骤S14中，采用网锚喷加钢架进行初支支护，养护完成后，再现浇模筑混凝土进行二衬支护；

步骤(11)至步骤(14)中，采用网锚喷加钢架进行初支支护，养护完成后，再现浇模筑混凝土进行二衬支护。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，步骤S14中，第二段竖井开挖至基岩层；

步骤(14)中，第二段竖井开挖至基岩层。

10.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，步骤S14和步骤S15之间还具有步骤S141：通过钢筋混凝土将第一段竖井和斜托隧道的顶端开口处进行封堵；

步骤(14)和步骤(15)之间还具有步骤(141)：通过钢筋混凝土将第一段竖井和斜托隧道的顶端开口进行封堵。

Images