CN111396089A - 一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，该隧道衬砌结构包括设于溶洞大厅内的二次衬砌和回填层，二次衬砌的拱部、左侧边墙和右侧边墙与回填层之间均设有缓冲层，缓冲层为可压缩构件，回填层为轻质填充构件，二次衬砌底部设有至少一个隧道基底预留注浆孔。运用本发明，二次衬砌结构有一定的自由度，在二次衬砌底板处发生不均匀沉降时，二次衬砌与回填层可相对独立位移，能保证二次衬砌结构不致受回填层的沉降或挤压发生开裂破坏，消除了传统衬砌结构周边回填土石对衬砌结构的变形限制；同时隧道基底设置隧道基底预留注浆孔，一旦衬砌沉降超过限值，通过隧道基底预留注浆孔进行补偿注浆，从而确保隧道结构的稳定及运营安全。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，特别是涉及一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法。
背景技术
进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，随着我国铁路建设的进一步向西南地区辐射，相应的铁路隧道在线路总长中的占比也越来越高。而在我国的云贵地区存在着范围极广的碳酸盐分布，大量建成或在建设中的山岭隧道不可避免的要穿越岩溶地区。
隧道穿越岩溶洞穴强烈发育地段时，由于其水文地质条件和工程地质条件更为复杂，更多的地质缺陷体给隧道的施工带来了极大的影响。而目前大多数研究仅从岩溶洞穴的处理方面入手，而忽略了针对工程主体隧道支护结构设计的研究。而从建成的穿越岩溶洞穴的隧道来看，隧道工后沉降难以控制，尤其是在隧道结构出现不均匀沉降时，对铁路隧道运营期间的安全影响极大。而在遇到巨型溶洞复杂地质条件时，如若处置不当，不仅妨碍施工进展，导致工期延误和费用增加，而且还给隧道运营安全造成严重威胁。因此，在穿越巨型溶洞大厅时，为了保证确保施工安全和隧道运营期安全，必须采用合理衬砌结构及开挖施工方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的隧道穿越巨型溶洞大厅时，如若处置不当，不仅妨碍施工进度，导致工期延误和费用增加，还给隧道运营安全造成严重威胁，因此，本发明提供一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，可有效解决穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道衬砌结构因基础产生不均匀沉降而导致衬砌开裂的问题，以确保隧道结构稳定和运营安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，包括设于溶洞大厅内的二次衬砌和回填层，所述二次衬砌的拱部、左侧边墙和右侧边墙与所述回填层之间均设有缓冲层，所述缓冲层为可压缩构件，所述回填层为轻质填充构件，所述二次衬砌底部设有至少一个隧道基底预留注浆孔。
采用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，所述二次衬砌与所述回填层之间设置所述缓冲层，使得所述二次衬砌结构有一定的自由度，在所述二次衬砌底板处发生不均匀沉降时，所述二次衬砌与所述回填层可相对独立位移，能保证所述二次衬砌结构不致受回填层的沉降或挤压发生开裂破坏，消除了传统衬砌结构周边回填土石对衬砌结构的变形限制；同时隧道基底设置隧道基底预留注浆孔，一旦衬砌沉降超过限值，可通过隧道基底预留注浆孔进行补偿注浆，从而确保隧道结构的稳定及运营安全。
优选地，所述缓冲层为泡沫板。
优选地，所述缓冲层的厚度为20cm-40cm。
优选地，所述缓冲层与所述二次衬砌之间设有防排水系统。
优选地，所述回填层为泡沫混凝土回填体。
优选地，所述二次衬砌上方的溶洞顶部设有洞顶岩体加固结构。
优选地，所述二次衬砌还包括底板，所述二次衬砌内用于设置桥梁梁板，所述二次衬砌内侧预留变形空间。
进一步优选地，所述底板位于稳定地基上。
本发明还提供了一种如以上任一项所述穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：
①对溶洞大厅进行分层回填，回填至距溶洞顶部5m-10m的平台位置；
②施作溶洞顶部的洞顶岩体加固结构；
③明洞施作范围内放坡开挖，左右侧坡面分别采用左侧边坡加固结构和右侧边坡加固结构进行防护；
④在明洞基底设置地基加固结构；
⑤在明洞基底上施作二次衬砌的底板，并设置隧道基底预留注浆孔；
⑥从下往上分部依次施作所述二次衬砌的左侧边墙、右侧边墙和拱部；
⑦施作所述二次衬砌外侧的防排水系统；
⑧于所述防排水系统外侧铺设缓冲层；
⑨分层回填所述二次衬砌外侧的所述溶洞大厅，形成回填层。
优选地，所述步骤①中，采用隧道弃渣对溶洞大厅进行分层回填。
优选地，所述步骤②中，所述洞顶岩体加固结构为锚网喷支护。
优选地，所述步骤③中，明洞施作范围内按一定坡率放坡开挖弃渣体。
优选地，所述步骤③中，所述左侧边坡加固结构为锚网喷支护。
优选地，所述步骤③中，所述右侧边坡加固结构为锚网喷支护。
优选地，所述步骤④中，所述地基加固结构包括注浆加固结构、钢管桩注浆加固结构或者旋喷桩加固结构。
优选地，所述步骤⑧中，所述缓冲层为泡沫板。
优选地，所述步骤⑨中，所述回填层为泡沫混凝土回填体。
优选地，重复所述步骤①至步骤⑨，直至所述溶洞大厅中设计段落全长开挖完工，再施工所述二次衬砌中桥梁梁板。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，所述二次衬砌与所述回填层之间设置所述缓冲层，使得所述二次衬砌结构有一定的自由度，在所述二次衬砌底板处发生不均匀沉降时，所述二次衬砌与所述回填层可相对独立位移，能保证所述二次衬砌结构不致受回填层的沉降或挤压发生开裂破坏，消除了传统衬砌结构周边回填土石对衬砌结构的变形限制，从而确保隧道结构的稳定；
2、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，所述二次衬砌结构将桥梁梁板置于内部空间，使线路运营期间免受溶洞大厅洞壁和洞顶浅层容易发生的掉块和坍落风险；
3、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，所述二次衬砌结构内预留变形空间，保证了所述底板在发生不均匀沉降时，所述二次衬砌结构即使发生一定变形也不至于影响桥梁梁板和行车的安全性；
4、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，在隧道基底设置所述隧道基底预留注浆孔，一旦衬砌沉降超过限值，可通过所述隧道基底预留注浆孔进行补偿注浆，避免了过大沉降导致内净空限界不足的问题。
5、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构及其施工方法，采用隧道弃渣对巨型溶洞大厅进行了回填，解决了无施工作业平台的问题，且充分提高了弃渣废料的利用率，避免了隧道弃渣引起的环保问题；本发明所述施工方法合理安全，有效提升了施工效率，贯彻了“绿色环保施工”的要求。
附图说明
图1是本发明所述穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构的示意图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是实施例2中步骤①的示意图；
图4是实施例2中步骤②的示意图；
图5是实施例2中步骤③和步骤④的示意图；
图6是实施例2中步骤⑤至步骤⑧的示意图；
图7是实施例2中步骤⑨的示意图。
图标：1-二次衬砌，11-拱部，12-左侧边墙，13-右侧边墙，14-底板，2-缓冲层，3-回填层，4-桥梁梁板，5-防排水系统，6-溶洞大厅，7-平台位置，81-洞顶岩体加固结构，82-左侧边坡加固结构，83-右侧边坡加固结构，84-地基加固结构，9-隧道基底预留注浆孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-7所示，本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，包括设于溶洞大厅6内的二次衬砌1和回填层3。
所述二次衬砌1包括拱部11、左侧边墙12、右侧边墙13和底板14，所述底板14位于稳定地基上，所述二次衬砌1上方的溶洞顶部设有洞顶岩体加固结构81。
所述拱部11、所述左侧边墙12和所述右侧边墙13与所述回填层3之间均设有缓冲层2，所述缓冲层2为可压缩构件，所述回填层3为轻质填充构件，所述底板14两侧对称设有隧道基底预留注浆孔9。具体地，所述缓冲层2为泡沫板，所述缓冲层2的厚度为20cm-40cm，所述缓冲层2与所述二次衬砌1之间设有防排水系统5；所述回填层3为泡沫混凝土回填体。
所述二次衬砌1内用于设置桥梁梁板4，所述二次衬砌1内侧预留100cm变形空间。
运用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，所述二次衬砌1与所述回填层3之间设置所述缓冲层2，所述缓冲层2为可压缩构件，使得所述二次衬砌1结构有一定的自由度，在所述二次衬砌底板14处发生不均匀沉降时，所述二次衬砌1与所述回填层3可相对独立位移，能保证所述二次衬砌1结构不致受回填层3的沉降或挤压发生开裂破坏，消除了传统衬砌结构周边回填土石对衬砌结构的变形限制；同时隧道基底设置所述隧道基底预留注浆孔9，一旦衬砌沉降超过限值，可通过所述隧道基底预留注浆孔9进行补偿注浆，从而确保隧道结构的稳定及运营安全；所述二次衬砌1结构将桥梁梁板4置于内部空间，使线路运营期间免受溶洞大厅6洞壁和洞顶浅层容易发生的掉块和坍落风险；所述二次衬砌1结构内预留变形空间，保证了所述底板14在发生不均匀沉降时，所述二次衬砌1结构即使发生一定变形也不至于影响桥梁梁板4和行车的安全性。
实施例2
如图1-7所示，本发明所述的一种如实施例1所述穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：
①如图3所示，采用隧道弃渣对溶洞大厅6进行分层回填，回填至距溶洞顶部5m-10m的平台位置7；
②如图4所示，施作溶洞顶部的锚网喷洞顶岩体加固结构81；
③如图5所示，明洞施作范围内按一定坡率放坡开挖弃渣体，左右侧坡面分别采用锚网喷左侧边坡加固结构82和锚网喷右侧边坡加固结构83进行防护；
④如图5所示，在明洞基底设置地基加固结构84，所述地基加固结构84包括注浆加固结构、钢管桩注浆加固结构或者旋喷桩加固结构；
⑤如图6所示，在明洞基底上施作二次衬砌1的底板14，并设置隧道基底预留注浆孔9；
⑥如图6所示，从下往上分部依次施作所述二次衬砌1的左侧边墙12、右侧边墙13和拱部11；
⑦如图2和6所示，施作所述二次衬砌1外侧的防排水系统5；
⑧如图6所示，于所述防排水系统5外侧铺设缓冲层2，所述缓冲层2为30cm厚聚苯乙烯泡沫板；
⑨如图7所示，采用泡沫混凝土分层回填所述二次衬砌1外侧的所述溶洞大厅6，形成回填层3。
重复所述步骤①至步骤⑨，直至所述溶洞大厅6中设计段落全长开挖完工，再施工所述二次衬砌1中桥梁梁板4。
运用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构的施工方法，所述二次衬砌1与所述回填层3之间设置所述缓冲层2，所述缓冲层2为可压缩构件，使得所述二次衬砌1结构有一定的自由度，在所述二次衬砌底板14处发生不均匀沉降时，所述二次衬砌1与所述回填层3可相对独立位移，能保证所述二次衬砌1结构不致受回填层3的沉降或挤压发生开裂破坏，消除了传统衬砌结构周边回填土石对衬砌结构的变形限制；同时隧道基底设置所述隧道基底预留注浆孔9，一旦衬砌沉降超过限值，可通过所述隧道基底预留注浆孔9进行补偿注浆，从而确保隧道结构的稳定及运营安全；所述二次衬砌1结构将桥梁梁板4置于内部空间，使线路运营期间免受溶洞大厅6洞壁和洞顶浅层容易发生的掉块和坍落风险；所述二次衬砌1结构内预留变形空间，保证了所述底板14在发生不均匀沉降时，所述二次衬砌1结构即使发生一定变形也不至于影响桥梁梁板4和行车的安全性；采用隧道弃渣对巨型溶洞大厅6进行了回填，解决了无施工作业平台的问题，且充分提高了弃渣废料的利用率，避免了隧道弃渣引起的环保问题；本发明所述施工方法合理安全，有效提升了施工效率，贯彻了“绿色环保施工”的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，包括设于溶洞大厅(6)内的二次衬砌(1)和回填层(3)，所述二次衬砌(1)的拱部(11)、左侧边墙(12)和右侧边墙(13)与所述回填层(3)之间均设有缓冲层(2)，所述缓冲层(2)为可压缩构件，所述回填层(3)为轻质填充构件，所述二次衬砌(1)底部设有至少一个隧道基底预留注浆孔(9)。
2.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述缓冲层(2)为泡沫板。
3.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述缓冲层(2)的厚度为20cm-40cm。
4.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述缓冲层(2)与所述二次衬砌(1)之间设有防排水系统(5)。
5.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述回填层(3)为泡沫混凝土回填体。
6.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述二次衬砌(1)上方的溶洞顶部设有洞顶岩体加固结构(81)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述二次衬砌(1)还包括底板(14)，所述二次衬砌(1)内用于设置桥梁梁板(4)，所述二次衬砌(1)内侧预留变形空间。
8.根据权利要求7所述的穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构，其特征在于，所述底板(14)位于稳定地基上。
9.一种如权利要求1-8任一项所述穿越巨型溶洞的隧道明作衬砌结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
①对溶洞大厅(6)进行分层回填，回填至距溶洞顶部5m-10m的平台位置(7)；
②施作溶洞顶部的洞顶岩体加固结构(81)；
③明洞施作范围内放坡开挖，左右侧坡面分别采用左侧边坡加固结构(82)和右侧边坡加固结构(83)进行防护；
④在明洞基底设置地基加固结构(84)；
⑤在明洞基底上施作二次衬砌(1)的底板(14)，并设置隧道基底预留注浆孔(9)；
⑥从下往上分部依次施作所述二次衬砌(1)的左侧边墙(12)、右侧边墙(13)和拱部(11)；
⑦施作所述二次衬砌(1)外侧的防排水系统(5)；
⑧于所述防排水系统(5)外侧铺设缓冲层(2)；
⑨分层回填所述二次衬砌(1)外侧的所述溶洞大厅(6)，形成回填层(3)。
10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，重复所述步骤①至步骤⑨，直至所述溶洞大厅(6)中设计段落全长开挖完工，再施工所述二次衬砌(1)中桥梁梁板(4)。
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