CN111779499A - 隧道结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种抗震隧道结构的施工方法，包括以下步骤：S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆(11)以及环形的外层衬砌(10)；S2，在所述外层衬砌(10)内壁铺设防排水层(20)；S3，在所述防排水层(20)内施做环形的内层衬砌(40)，并使防排水层(20)和所述内层衬砌(40)之间形成填充空间；S4，向所述填充空间内填充填充物，以在所述防排水层(20)和所述内层衬砌(40)之间形成柔性填充层(30)。该施工方法简单易于实施，每个具体的环节均可采用现有的成熟技术实施；所形成的隧道结构的在地震荷载作用下结构不易损毁，安全性更高，特别是内层衬砌的结构安全性得到显著的提高。

Description

隧道结构的施工方法

技术领域

本公开涉及隧道开挖技术领域，尤其涉及一种隧道结构的施工方法。

背景技术

隧道在穿越地质板块活跃地带时，常遭遇烈度不等的地震作用，在高烈度地震区的强震作用下，容易造成抗震隧道结构震害，危及抗震隧道结构安全。当隧道位于交通干道或生命线通道时，其自身的结构安全性显得尤为重要。

目前隧道多采用复合式衬砌，由初支、防排水层、二次衬砌组成，各层结构之间并无缓冲减震构造，当遇到高烈度强震作用时，隧道结构容易因较大的变形而发生破坏。

因此，如何提高地震区隧道结构的抗震性能是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本公开的目的是提供一种隧道结构的施工方法，以解决现有技术中隧道结构稳定性差的问题。

为了实现上述目的，本公开首先提供了一种隧道结构的施工方法，包括以下步骤：

S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆以及环形的外层衬砌；

S2，在所述外层衬砌内壁铺设防排水层；

S3，在所述防排水层内施做环形的内层衬砌，并使防排水层和所述内层衬砌之间形成填充空间；

S4，向所述填充空间内填充填充物，以在所述防排水层和所述内层衬砌之间形成填充层。

可选地，所述外层衬砌采用网锚喷工法施工。

可选地，在施做环形的内层衬砌时，在内层衬砌顶部预留填充孔道，向所述填充空间内填充填充物后将所述填充孔道封闭。

可选地，在所述S3之后，以及所述S4之前，还包括以下步骤：

在所述填充空间内均匀地设置多个支撑杆，并使支撑杆的一端支撑在所述内层衬砌上，另一端支撑在所述外层衬砌上；

所述支撑杆的刚度小于所述外层衬砌和所述内层衬砌的刚度。

可选地，对所设置的每个所述支撑杆设置至少一个折弯点或者将每个所述支撑杆设置为圆弧状。

本公开另一方面提供一种隧道结构的施工方法，包括以下步骤：

S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆以及环形的外层衬砌；

S2，在所述外层衬砌内壁铺设防排水层；

S3，在所述防排水层内施做环形的中间衬砌，并使防排水层和所述中间衬砌之间形成第一填充空间；

S4，向所述第一填充空间内填充填充物，以在所述防排水层和所述中间衬砌之间形成第一柔性填充层；

S5，在所述中间衬砌内施做环形的内层衬砌，并使所述中间衬砌和所述内层衬砌之间形成第二填充空间；

S6，向所述第二填充空间内填充填充物，以在所述中间衬砌和所述内层衬砌之间形成第二柔性填充层。

可选地，在所述S3中，所述施做环形的中间衬砌的方法包括：

在防排水层上施做支撑体，在所述支撑体上架立圆环状的钢筋网笼，在环状的钢筋网笼外侧设置混凝土模板，然后浇筑混凝土，对混凝土养护预定时间后形成所述中间衬砌。

可选地，形成所述中间衬砌后，还包括在所述中间衬砌的底部和两侧的位置均开设有流通孔，或者，所形成的中间衬砌预留有流通孔；

所述流通孔连通所述第一填充空间和所述第二填充空间。

可选地，所述S4和所述S6，均在所述S5之后实施，且所述S4和所述S6同时实施。

可选地，向所述第一填充空间内填充的填充物为碎石、沙子或弹性材料，向所述第二填充空间内填充的填充物为沙子、土或弹性材料。

本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

施工方法简单易于实施，每个具体的环节均可采用现有的成熟技术实施；所形成的隧道结构的安全性和可靠性更强，特别是内层衬砌的抗震性，得到显著的提高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开一实施方式中隧道结构在施做环形的外层衬砌的截面示意图；

图2是本公开一实施方式中隧道结构在壁铺设防排水层后的截面示意图；

图3A是本公开一实施方式中隧道结构在施做环形的内层衬砌后的截面示意图；

图3B也是本公开一实施方式中隧道结构在施做环形的内层衬砌后的截面示意图；

图4A是本公开一实施方式中隧道结构的截面示意图；

图4B也是本公开一实施方式中隧道结构的截面示意图；

图5是本公开实施方式中隧道结构在受到外部应力冲击时发生变形前后的示意图；

图6是本公开实施方式中隧道结构施工方法的流程图；

图7A是本公开另一实施方式中隧道结构截面示意图；

图7B是本公开另一实施方式中隧道结构截面示意图；

图8是本公开另一实施方式中隧道结构施工方法的流程图。

图中，

10-外层衬砌；11-锚杆；

20-防排水层；

30-填充层；31-支撑杆；32-分力板；

40-内层衬砌；41-支撑体；42-填充孔道；

50-第一柔性填充层；

60-中间衬砌；61-流通孔；

70-第二柔性填充层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施方式一

参阅图1-图4A以及图6，本实施方式提供一种隧道结构的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆11以及环形的外层衬砌10；

S2，在外层衬砌10内壁铺设防排水层20；其中，防排水层20可以设置有排水管33；

S3，在防排水层20内施做环形的内层衬砌40，并使防排水层20和内层衬砌40之间形成填充空间；

S4，向填充空间内填充填充物，以在防排水层20和内层衬砌40之间形成柔性填充层30。

通过设置柔性填充层30，当隧道结构受到来自围岩的地震作用时，外层衬砌10首先发生变形，然后依次传递至柔性填充层30、内层衬砌40，由于填充层30的变形性能大于内层衬砌40的变形性能，因此柔性填充层30会发生较大的变形，一方面吸收部分地震能量，一方面柔性填充层30对内层衬砌40的挤压作用较弱，从而内层衬砌40则发生很小的变形。从而有效提高了内层衬砌40的结构抗震能力。结合图5，其示出了隧道结构在受到来自围岩的地震作用时发生变形前后的示意图，其中仅局部示意了内层衬砌40和柔性填充层30，其他结构隐藏。可以看出，柔性填充层30发生了较大的变形，而内层衬砌40几乎没发生变形。

在一个具体的实施例中，在步骤S1中，外层衬砌10采用网锚喷工法施工。也可以根据实际施工要求采用其他施工方式，只要能够保证外层衬砌10具有预定的结构强度即可。

其中，防排水层20可以设置排水结构，以提高防水性能。

在步骤S3中，在施做环形的内层衬砌40时，在内层衬砌40顶部预留填充孔道，向填充空间内填充填充物后将填充孔道封闭。除了该方法外，也可以在隧道的一端向填充空间内填充填充物，填充物由隧道的一端进入填充空间，然后在填充空间内移动，直至填充空间被填满。

结合图4B，在一个具体的实施例中，在所述S3之后，以及所述S4之前，还包括以下步骤：在所述填充空间内均匀地设置多个支撑杆31，并使支撑杆31的一端支撑在所述内层衬砌40上，另一端支撑在外层衬砌10上；支撑杆31的刚度小于外层衬砌10和内层衬砌40的刚度。为了使支撑杆31传递的应力均匀的分散在内层衬砌40和外层衬砌10上，可以在支撑杆31两端设置分力板32。

当外层衬砌10受到外部荷载时，部分荷载通过支撑杆31传递至内层衬砌40，部分荷载通过柔性填充层30传递至内层衬砌40。由于支撑杆31的刚度小于外层衬砌10和内层衬砌40的刚度，因此，支撑杆31和填充层30会先发生形变，一方面吸收部分地震能量，一方面柔性填充层30对内层衬砌40的挤压作用较弱，从而提高了内层衬砌40的抗震性。

进一步，对所设置的每个所述支撑杆设置至少一个折弯点或者将每个所述支撑杆设置为圆弧状。这样设置使得支撑杆31具有了预先设置的折弯点，可使荷载传递路径更加明确可控。而且在支撑杆31变形的同时，也会对周围的填充物起到扰动的作用，增加了填充物的离散性，使柔性填充层30变形更加充分，抗震效果更好。

图4为采用本实施方式中隧道结构的施工方法所形成的隧道结构的截面示意图；该隧道结构由外至内依次包括：外层衬砌10、防排水层20、柔性填充层30以及内层衬砌40，外层衬砌10、防排水层20、柔性填充层30以及内层衬砌40形状均为圆环状；外层衬砌10的外圆周测均匀的连接有若干锚杆11，防排水层20贴在外层衬砌10的内壁上，柔性填充层30由填充物组成，且柔性填充层30的变形性能大于内层衬砌40的变形性能；填充物填充在内层衬砌40和防排水层20之间，并具有离散性。在一个具体的实施例中，外层衬砌10采用喷射混凝土或喷射纤维混凝土，内层衬砌40采用钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构具有较强的刚度和强度，适用于地下隧道的支撑结构。

进一步，填充物可以选用沙子、土和弹性材料中的一种或多种。这些填充物均为离散状态，颗粒之间没有连接，在遇到外部荷载作用时，无法传递剪力，使得柔性填充层30随外层衬砌发生变形的同时对内层衬砌40的荷载传递作用较小，因而内层衬砌40的变形较小、内力较小。

结合图3A和图3B，在一个具体的实施例中，内层衬砌40的外侧底部设置有若干支撑体41，支撑体41固定在外层衬砌10内侧，用于支撑内层衬砌40，若干支撑体41沿隧道的长度方向间隔分布。支撑体41可以是如图3A设置在内层衬砌40的正下方，也可以是如图3B，沿隧道的长度方向设置两列或多列，多列支撑体41关于隧道中心线相互对称，这种结构具有更好的支撑稳定性。支撑体41之间间隔分布，以便于减小对填充物的变形约束。支撑体41在内层衬砌40施做完成后可以去掉也可以保留。

进一步，内层衬砌40的顶部开设有多个填充孔道42，填充孔道42由密封体堵封。填充孔道42用于向填充空间内投放填充物，待填充物填满后，再将填充孔道42堵封住。

实施方式二

参阅图7A和图8，本实施方式进一步提供一种隧道结构的施工方法，与实施方式一不同的是本实施方式中设置了两层填充层(包括第一柔性填充层50和第二柔性填充层70)。

具体地，本实施方式提供的隧道结构的施工方法包括以下步骤：

S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆11以及环形的外层衬砌10；

S2，在外层衬砌10内壁铺设防排水层20；防排水层20可以设置有排水管33；

S3，在防排水层20内施做环形的中间衬砌60，并使防排水层20和中间衬砌60之间形成第一填充空间；

S4，向第一填充空间内填充填充物，以在防排水层20和中间衬砌60之间形成第一柔性填充层50；

S5，在中间衬砌60内施做环形的内层衬砌40，并使中间衬砌60和内层衬砌40之间形成第二填充空间；

S6，向第二填充空间内填充填充物，以在中间衬砌60和内层衬砌40之间形成第二柔性填充层70。

上述施工方法中的具体施工细节可以参照实施方式的方案，实施方式一中的可行方案均可以直接应用于实施方式二中。

在一个具体的实施例中，在所述S3中，所述施做环形的中间衬砌60的方法包括：在防排水层20上施做支撑体，在所述支撑体上架立圆环状的钢筋网笼，在环状的钢筋网笼外侧设置混凝土模板，然后浇筑混凝土，对混凝土养护预定时间后形成所述中间衬砌60。对于中间衬砌60的施做方法，并不限于该方法，本领域技术人员还可以根据实际的施工条件和要求选择其他施做中间衬砌60的方法。

参阅图7B，在形成所述中间衬砌60后，还包括在所述中间衬砌60的底部和两侧的位置均开设有流通孔61，或者，所形成的中间衬砌60预留有流通孔61；所述流通孔61连通所述第一填充空间和所述第二填充空间。

在一个具体的实施例中，所述S4和所述S6，均在所述S5之后实施。从而，向第一填充空间内填充填充物和向第二填充空间内填充填充物，可以同时施工，大大提高了填充效率，缩短了施工周期。

需要说明的是，本实施方式中，各个步骤除了在逻辑上明显区分出先后顺序的，均无顺序的限制，例如，S4可以在S5之后实施，也可以在S5之前实施。

在一个具体的实施例中，向第一填充空间内填充的填充物为碎石、沙子或弹性材料，向第二填充空间内填充的填充物为沙子、土或弹性材料。也就是说第一柔性填充层50由碎石、沙子或弹性材料的一种或几种组成，第二柔性填充层70由沙子、土或弹性材料的一种或几种组成。在遇到来自围岩的地震作用时，第一柔性填充层50先于第二柔性填充层70发生变形，外部荷载传递至第一柔性填充层50时，吸收一部分能量，然后再经中间衬砌60传递至第二柔性填充层70，第二柔性填充层70再吸收一部分能量。通过上述方案能够使得隧道结构在遇到外部荷载作用时的整体变形量减小，内层衬砌40的稳定性得到进一步提高。

采用本实施方式中的施工方法所形成的隧道结构如图7A所示，具体地，本实施方式提供的隧道结构由外至内依次包括：外层衬砌10、防排水层20、第一柔性填充层50、中间衬砌60、第二柔性填充层70以及内层衬砌40，外层衬砌10、防排水层20、填充层30以及内层衬砌40形状均为圆环状；外层衬砌10的外圆周测均匀的连接有若干锚杆11，防排水层20贴在外层衬砌10的内壁上，第一柔性填充层50和第二柔性填充层70均由填充物组成，填充物并具有离散性，第一柔性填充层50和第二柔性填充层70的变形性能大于内层衬砌40和中间衬砌60的变形性能。

其中，第一柔性填充层50和第二柔性填充层70的填充物可以和实施方式一中的相同，外层衬砌10、中间衬砌60以及内层衬砌40也可以采用钢筋混凝土结构。

通过设置双层柔性填充层并增加中间衬砌60，使得内层衬砌40的稳定性进一步提升，其稳定性能优于实施方式一中的隧道结构。本领域技术人员还可以根据该原理设置更多层的填充层和中间衬砌60。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种隧道结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆(11)以及环形的外层衬砌(10)；

S2，在所述外层衬砌(10)内壁铺设防排水层(20)；

S3，在所述防排水层(20)内施做环形的内层衬砌(40)，并使防排水层(20)和所述内层衬砌(40)之间形成填充空间；

S4，向所述填充空间内填充填充物，以在所述防排水层(20)和所述内层衬砌(40)之间形成柔性填充层(30)。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述外层衬砌(10)采用网锚喷工法施工。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在施做环形的内层衬砌(40)时，在内层衬砌(40)顶部预留填充孔道，向所述填充空间内填充填充物后将所述填充孔道封闭。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在所述S3之后，以及所述S4之前，还包括以下步骤：

在所述填充空间内均匀地设置多个支撑杆，并使支撑杆的一端支撑在所述内层衬砌(40)上，另一端支撑在所述外层衬砌(10)上；

所述支撑杆(31)的刚度小于所述外层衬砌(10)和所述内层衬砌(40)的刚度。

5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，对所设置的每个所述支撑杆设置至少一个折弯点或者将每个所述支撑杆设置为圆弧状。

6.一种隧道结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，洞室开挖完成后，于洞壁施做径向锚杆(11)以及环形的外层衬砌(10)；

S2，在所述外层衬砌(10)内壁铺设防排水层(20)；

S3，在所述防排水层(20)内施做环形的中间衬砌(60)，并使防排水层(20)和所述中间衬砌(60)之间形成第一填充空间；

S4，向所述第一填充空间内填充填充物，以在所述防排水层(20)和所述中间衬砌(60)之间形成第一柔性填充层(50)；

S5，在所述中间衬砌(60)内施做环形的内层衬砌(40)，并使所述中间衬砌(60)和所述内层衬砌(40)之间形成第二填充空间；

S6，向所述第二填充空间内填充填充物，以在所述中间衬砌(60)和所述内层衬砌(40)之间形成第二柔性填充层(70)。

7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，在所述S3中，所述施做环形的中间衬砌(60)的方法包括：

在防排水层(20)上安置支撑体，在所述支撑体上架立圆环状的钢筋网笼，在环状的钢筋网笼外侧设置混凝土模板，然后浇筑混凝土，对混凝土养护预定时间后形成所述中间衬砌(60)。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，形成所述中间衬砌(60)后，还包括在所述中间衬砌(60)的底部和两侧的位置均开设有流通孔，或者，所形成的中间衬砌(60)预留有流通孔；

所述流通孔连通所述第一填充空间和所述第二填充空间。

9.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述S4和所述S6，均在所述S5之后实施，且所述S4和所述S6同时实施。

10.根据权利要求6-9任一项所述的施工方法，其特征在于，向所述第一填充空间内填充的填充物为碎石、沙子或弹性材料，向所述第二填充空间内填充的填充物为沙子、土或弹性材料。

Images