CN111997629A - 一种隧道支护结构 - Google Patents
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Abstract
一种隧道支护结构，针对垂直下穿已有隧道情况下施工新隧道，提出在新隧道上方施工门型钢‑混凝土结构隔离两个隧道，避免两个隧道相互影响(下部隧道施工对上部产生扰动，上部隧道通车的动载荷对下部隧道施工/运行产生扰动)。通过垂直小井、前后小巷、左右小巷作为施工各类注浆钢管的空间，一方面上述施工对已有隧道不产生扰动，施工门型钢‑混凝土结构与隧道开挖互不干涉(可同步进行)，不影响隧道开挖工期，且可避免地形复杂不利于施工的问题；另一方面，垂直小井、前后小巷、左右小巷后期可灌注混凝土，形成门型钢‑混凝土结构的支撑结构，且将所有的注浆钢管连接为一体结构，即使个别注浆钢管产生松动对隧道整体也不产生影响。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道下穿已有隧道的支护结构。
背景技术
隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道等。随着我国经济的快速发展，为了适应现代城市的发展，将会越来越多的出现隧道，此时，不免会出现隧道交互的情况，通常已有隧道建设深度较浅，新建的隧道深度较深，因此会出现隧道下穿已有隧道的情况，但是隧道开挖过程中不免会造成上覆地层的沉降甚至更大的扰动，从而影响上面隧道的安全以及使用寿命，因此急需一种可保证上面隧道不受下面隧道开挖扰动且可安全长久使用的隧道下穿已有隧道的支护结构。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种隧道支护结构，包括新建隧道、已有隧道，新建隧道垂直下穿位于其上方的已有隧道，在新建隧道下穿之前，即在新建隧道施工至影响已有隧道时之前，包括如下支护结构：四个垂直小井，布置在新建隧道两侧同时也是在已有隧道两侧，垂直小井前后位置需保证施工时不影响已有隧道，且每个垂直小井距离新建隧道的距离相同、距离已有隧道的距离也相同，垂直小井的井深大于新建隧道的最大深度；
前后小巷，在垂直小井的底端，且贯通位于新建隧道同一侧的两个垂直小井，前后小巷与新建隧道平行；
左右小巷，在垂直小井中段附近，左右小巷贯通位于已有隧道同一侧的两个垂直小井，左右小巷与已有隧道平行，左右小巷最底端高于新建隧道顶端一定距离；
自前后小巷向正上方施工的第一注浆钢管，第一注浆钢管垂直于新建隧道，第一注浆钢管前后成排左右成列布置，第一注浆钢管全管段皆可注浆，第一注浆钢管的前后、左右间距保证注浆浆液可以连通；
自左右小巷施工的第二注浆钢管，第二注浆钢管平行于新建隧道，第二注浆钢管水平成排布置，可布置一排或者多排，第二注浆钢管左右间距保证注浆浆液可以连通，左右两端的第二注浆钢管下部与第一注浆钢管顶端抵接；
门型钢-混凝土结构，由第一注浆钢管和第二注浆钢管以及两者注入的混凝土构成，在新建隧道上方，已有隧道下方；
自前后小巷向远离新建隧道方向施工的第三注浆钢管，第三注浆钢管水平布置，第三注浆钢管上下成多行，前后成多排，前后排间距与第一钢管相同，但是与第一钢管轴向位置略微错开，即不在同一个径向剖面但是靠近，第三注浆钢管及其注入的混凝土形成门型钢-混凝土结构的底座，可以将门型钢-混凝土结构所受到的力向远处转移；
自前后小巷向下部发散状施工的第四注浆钢管，第四注浆钢管前后成多排，前后间距与第一钢管相同，且在同一个径向剖面，第四注浆钢管及其注入的混凝土形成门型钢-混凝土结构的底座，可以将门型钢-混凝土结构所受到的力向深处转移；
第二注浆钢管两端部采用连接结构进行连接；第一注浆钢管位于前后小巷的一端、第三注浆钢管位于前后小巷的一端、第四注浆钢管位于前后小巷的一端端部截成圆形并抵接在圆形钢辊上；
垂直小井内下有钢筋笼且与端部的连接结构、圆形钢辊连接；前后小巷、左右小巷、垂直小井内还灌注有混凝土；
上述支护结构施工完成且稳定后，新建隧道下穿至已有隧道处时还包括如下支护结构：支护注浆钢管，包括长注浆钢管与短注浆钢管，在同一径向剖面上，长注浆钢管与短注浆钢管交错布置，其中最中间的支护注浆钢管为长注浆钢管，紧挨着两侧为短注浆钢管，以此交替向两侧布置；
通过长注浆钢管与短注浆钢管注入的混凝土浆体，长注浆钢管注入的混凝土浆体可以对新建隧道开挖后土石下沉在似圆拱型钢-混凝土结构紧贴土石处的下部产生的空隙进行充填；短注浆钢管注入的混凝土浆体将紧邻新建隧道上端的土石加固密实；
支护注浆钢管端部与新建隧道断面齐平，即不外漏，钢拱架位于支护注浆钢管断面处，在钢拱架对应支护注浆钢管处焊接有圆管，支护注浆钢管端部插入该圆管内，圆管最终深入到土石中。
优选的，新建隧道可以是圆形，或者半圆拱型。
优选的，垂直小井、前后小巷、左右小巷的断面在满足各类注浆钢管施工需求的前提下尽量小。
优选的，前后小巷和/或左右小巷可进行相应的支护。
优选的，端部的第二注浆钢管水平方向的间距小于中部，以保证底部的第一注浆钢管能够抵接住第二注浆钢管。
优选的，自前后小巷向靠近新建隧道的方向也施工有第三注浆钢管，位置与远离新建隧道方向的第三注浆钢管一一对应，第三注浆钢管及其注入的混凝土形成的结构与门型钢-混凝土结构形成一个口型钢-混凝土结构将新建隧道包围。
优选的，首先进行长注浆钢管的注浆，注浆自中间向两侧逐个进行以便于浆液自高处向低处扩散，提高注浆效果，然后进行短注浆钢管注浆。
优选的，圆形钢辊外圈固定有容置第一注浆钢管、第三注浆钢管、第四注浆钢管端部的圆槽，圆槽包括两个半圆槽，第一半圆槽焊接在圆形钢辊外圈上，第二半圆槽一端与第一半圆槽铰接，另一端通过螺母与第一半圆槽固定连接；圆槽位置与同一排处的第一注浆钢管端部、第四注浆钢管端部以及略微错开的第三注浆钢管端部位置一一对应；安装时第一半圆槽展开，在前后小巷内推进圆形钢辊，使得第一注浆钢管端部、第四注浆钢管端部、第三注浆钢管端部进入第一半圆槽内，然后将第二半圆槽通过螺母固定。
优选的，各类注浆钢管采用多段接续(如螺纹连接)方式连接而成，各类注浆钢管可通过钻头带动以钻进入设定施工位置，最后钻头同注浆钢管一同留在土石中。
本发明的有益技术效果为：
1、针对垂直下穿已有隧道情况下施工新隧道，提出在新隧道上方施工门型钢-混凝土结构隔离两个隧道，避免两个隧道相互影响(下部新隧道施工对上部产生扰动，上部隧道通车的动载荷对下部新隧道施工/运行产生扰动)。
2、创造性的提出通过垂直小井、前后小巷、左右小巷作为施工各类注浆钢管的空间，一方面上述施工对已有隧道不产生扰动，施工门型钢-混凝土结构与隧道开挖互不干涉(可同步进行)，不影响隧道开挖工期，且可避免地形复杂不利于施工的问题；另一方面，垂直小井、前后小巷、左右小巷后期灌注混凝土，形成门型钢-混凝土结构的支撑结构，且将所有的注浆钢管连接为一体结构(连接结构、圆形钢棍、灌注混凝土)，即使个别注浆钢管产生松动对隧道整体也不产生影响(相邻的结构产生支撑协助作用)。
3、门型钢-混凝土结构顶部采用水平注浆钢管(类似管幕)，两侧采用垂直注浆钢管，使得侧部的注浆钢管可以对顶部的水平注浆钢管产生支撑，与现有技术的中仅采用水平注浆钢管的管幕不同，这种支撑结构结构稳定性更高；且给门型钢-混凝土结构施工了底座，可以将受力传动到远处；另外施工下部底座为发散状，类似树根，进一步防止门型钢-混凝土结构向下部沉降。
4、新建隧道的支护注浆钢管采用长短交替布置，长注浆钢管可对深部进行注浆加固，起到悬吊作用，牢牢抓住深部土石，短注浆钢管可对隧道近部土石进行加固并与深部土石连接为一体。注浆时首先进行长注浆钢管的注浆，可对隧道开挖后土石下沉在门型钢-混凝土结构紧贴土石处的下部产生的空隙进行充填，注浆自中间向两侧逐个进行以便于浆液自高处向低处扩散，提高注浆效果。
5、支护注浆钢管端部与隧道断面齐平，钢拱架的施工位置位于支护注浆钢管断面处，在钢拱架对应支护注浆钢管处焊接一个圆管，使得支护注浆钢管端部可以插入该圆管内，如此可以简化支护注浆钢管端部锚固程序，防止支护注浆钢管松动，并将支护注浆钢管连接在一起(节约钢带的使用)。
6、创造性提出的圆形钢棍结构及其外圈圆槽，可以简化注浆钢管端部的锚固程序，同时将不同方位的注浆钢管连接为一体结构，整体受力；且圆形结构外部受力稳定性强，并且可把相对位置注浆钢管向圆形钢棍施加的力抵消；此外，提出的两个半圆槽结构，利于安装。
附图说明
图1是隧道支护结构俯视图。
图2是新建隧道开挖前支护结构径向剖面图。
图3是新建隧道开挖后新建隧道部分的支护结构径向剖面图。
图4是圆形钢辊展开图(仅部分)。
图中，图中，已有隧道1；新建隧道2；垂直小井3；前后小巷4；左右小巷5；第三注浆钢管6；第一注浆钢管7；第二注浆钢管8；长注浆钢管9；短注浆钢管10；第四注浆钢管11；圆形钢辊12；外圈12-1；第一半圆槽12-2；第二半圆槽12-3；一端12-4；另一端12-5。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的具体描述。
如图1-3，一种隧道支护结构，包括新建隧道2、已有隧道1，新建隧道2垂直下穿位于其上方的已有隧道1，在新建隧道2下穿之前，即在新建隧道2施工至影响已有隧道1时之前，包括如下支护结构：四个垂直小井3，布置在新建隧道2两侧同时也是在已有隧道1两侧(图1俯视图，分别布置在新建隧道2与已有隧道1组成的直角坐标系的四个象限内)，垂直小井3前后位置需保证施工时不影响已有隧道1，且每个垂直小井3距离新建隧道2的距离相同、距离已有隧道1的距离也相同，垂直小井3的井深大于新建隧道2的最大深度；
前后小巷4，在垂直小井3的底端，且贯通位于新建隧道2同一侧的两个垂直小井3，前后小巷4与新建隧道2平行；
左右小巷5，在垂直小井3中段附近，左右小巷5贯通位于已有隧道1同一侧的两个垂直小井2，左右小巷5与已有隧道1平行，左右小巷5最底端高于新建隧道2顶端一定距离；
自前后小巷4向正上方施工的第一注浆钢管7，第一注浆钢管7垂直于新建隧道2，第一注浆钢管7前后成排左右成列布置，第一注浆钢管7全管段皆可注浆，第一注浆钢管7的前后、左右间距保证注浆浆液可以连通；
自左右小巷5施工的第二注浆钢管8，第二注浆钢管8平行于新建隧道2，第二注浆钢管8水平成排布置，可布置一排或者多排，第二注浆钢管8左右间距保证注浆浆液可以连通，左右两端的第二注浆钢管8下部与第一注浆钢管7顶端交汇(抵接)；
门型钢-混凝土结构，由第一注浆钢管7和第二注浆钢管8以及两者注入的混凝土构成，在新建隧道2上方，已有隧道1下方；
自前后小巷4向远离新建隧道2方向施工的第三注浆钢管6，第三注浆钢管6水平布置，第三注浆钢管6上下成多行，前后成多排，前后排间距与第一钢管7相同，但是与第一钢管7轴向位置略微错开，即不在同一个径向剖面但是靠近，第三注浆钢管6及其注入的混凝土形成门型钢-混凝土结构的底座，可以将门型钢-混凝土结构所受到的力向远处转移；
自前后小巷4向下部发散状施工的第四注浆钢管11，第四注浆钢管11前后成多排，前后间距与第一钢管7相同，且在同一个径向剖面，第四注浆钢管11及其注入的混凝土形成门型钢-混凝土结构的底座，可以将门型钢-混凝土结构所受到的力向深处转移；
第二注浆钢管8两端部(位于左右小巷5)采用连接结构进行连接；第一注浆钢管7位于前后小巷4的一端、第三注浆钢管6位于前后小巷4的一端、第四注浆钢管11位于前后小巷4的一端端部截成圆形并抵接在圆形钢辊12上；
垂直小井3内下有钢筋笼且与端部的(靠近垂直小井处的)连接结构、圆形钢辊12连接；前后小巷4、左右小巷5、垂直小井3内还灌注有混凝土；
上述支护结构施工完成且稳定后，新建隧道2下穿至已有隧道1处时还包括如下支护结构：支护注浆钢管，包括长注浆钢管9与短注浆钢管10，在同一径向剖面上(每排)，长注浆钢管9与短注浆钢管10交错布置，其中最中间(新建隧道2中线正上方处)的支护注浆钢管为长注浆钢管9，紧挨着两侧为短注浆钢管10，以此交替向两侧布置；
通过长注浆钢管9与短注浆钢管10注入的混凝土浆体，长注浆钢管9注入的混凝土浆体可以对新建隧道2开挖后土石下沉在似圆拱型钢-混凝土结构紧贴土石处的下部产生的空隙进行充填；短注浆钢管10注入的混凝土浆体将紧邻新建隧道2上端的土石加固密实；
支护注浆钢管端部与新建隧道2断面齐平，即不外漏，钢拱架位于支护注浆钢管断面处，在钢拱架对应支护注浆钢管处焊接有圆管，支护注浆钢管端部插入该圆管内，圆管最终深入到土石中。
优选的，新建隧道2可以是圆形，或者半圆拱型。
优选的，垂直小井3、前后小巷4、左右小巷5的断面在满足各类注浆钢管施工需求的前提下尽量小。
优选的，前后小巷4和/或左右小巷5可进行相应的支护。
优选的，端部的第二注浆钢管8水平方向的间距小于中部，以保证底部的第一注浆钢管7能够抵接住第二注浆钢管8。
优选的，自前后小巷4向靠近新建隧道2的方向也施工有第三注浆钢管6，位置与远离新建隧道2方向的第三注浆钢管6一一对应，第三注浆钢管6及其注入的混凝土形成的结构与门型钢-混凝土结构形成一个口型钢-混凝土结构将新建隧道2包围。
优选的，首先进行长注浆钢管9的注浆，注浆自中间向两侧逐个进行以便于浆液自高处向低处扩散，提高注浆效果，然后进行短注浆钢管10注浆。
优选的，圆形钢辊12外圈12-1固定有容置第一注浆钢管7、第三注浆钢管6、第四注浆钢管11端部的圆槽，圆槽包括两个半圆槽，第一半圆槽12-2焊接在圆形钢辊12外圈12-1上，第二半圆槽12-3一端12-4与第一半圆槽12-2铰接，另一端12-5通过螺母与第一半圆槽12-2固定连接；圆槽位置与同一排处的第一注浆钢管7端部、第四注浆钢管11端部以及略微错开的第三注浆钢管6端部位置一一对应；安装时第一半圆槽展开，在前后小巷4内推进圆形钢辊12，使得第一注浆钢管7端部、第四注浆钢管11端部、第三注浆钢管6端部进入第一半圆槽12-2内，然后将第二半圆槽12-3通过螺母固定。
优选的，各类注浆钢管采用多段接续(如螺纹连接)方式连接而成，各类注浆钢管可通过钻头带动以钻进入设定施工位置，最后钻头同注浆钢管一同留在土石中。
Claims (6)
1.一种隧道支护结构，包括新建隧道、已有隧道，新建隧道垂直下穿位于其上方的已有隧道，在新建隧道下穿之前，即在新建隧道施工至影响已有隧道时之前，包括如下支护结构：四个垂直小井，布置在新建隧道两侧同时也是在已有隧道两侧，垂直小井前后位置需保证施工时不影响已有隧道，且每个垂直小井距离新建隧道的距离相同、距离已有隧道的距离也相同，垂直小井的井深大于新建隧道的最大深度；前后小巷，在垂直小井的底端，且贯通位于新建隧道同一侧的两个垂直小井，前后小巷与新建隧道平行；左右小巷，在垂直小井中段附近，左右小巷贯通位于已有隧道同一侧的两个垂直小井，左右小巷与已有隧道平行，左右小巷最底端高于新建隧道顶端一定距离；自前后小巷向正上方施工的第一注浆钢管，第一注浆钢管垂直于新建隧道，第一注浆钢管前后成排左右成列布置，第一注浆钢管全管段皆可注浆，第一注浆钢管的前后、左右间距保证注浆浆液可以连通；自左右小巷施工的第二注浆钢管，第二注浆钢管平行于新建隧道，第二注浆钢管水平成排布置，可布置一排或者多排，第二注浆钢管左右间距保证注浆浆液可以连通，左右两端的第二注浆钢管下部与第一注浆钢管顶端抵接；门型钢-混凝土结构，由第一注浆钢管和第二注浆钢管以及两者注入的混凝土构成，在新建隧道上方，已有隧道下方；自前后小巷向远离新建隧道方向施工的第三注浆钢管，第三注浆钢管水平布置，第三注浆钢管上下成多行，前后成多排，前后排间距与第一钢管相同，但是与第一钢管轴向位置略微错开，即不在同一个径向剖面但是靠近，第三注浆钢管及其注入的混凝土形成门型钢-混凝土结构的底座，可以将门型钢-混凝土结构所受到的力向远处转移；自前后小巷向下部发散状施工的第四注浆钢管，第四注浆钢管前后成多排，前后间距与第一钢管相同，且在同一个径向剖面，第四注浆钢管及其注入的混凝土形成门型钢-混凝土结构的底座，可以将门型钢-混凝土结构所受到的力向深处转移；第二注浆钢管两端部采用连接结构进行连接；第一注浆钢管位于前后小巷的一端、第三注浆钢管位于前后小巷的一端、第四注浆钢管位于前后小巷的一端端部截成圆形并抵接在圆形钢辊上；垂直小井内下有钢筋笼且与端部的连接结构、圆形钢辊连接；前后小巷、左右小巷、垂直小井内还灌注有混凝土；上述支护结构施工完成且稳定后，新建隧道下穿至已有隧道处时还包括如下支护结构：支护注浆钢管，包括长注浆钢管与短注浆钢管，在同一径向剖面上，长注浆钢管与短注浆钢管交错布置，其中最中间的支护注浆钢管为长注浆钢管，紧挨着两侧为短注浆钢管，以此交替向两侧布置；通过长注浆钢管与短注浆钢管注入的混凝土浆体，长注浆钢管注入的混凝土浆体可以对新建隧道开挖后土石下沉在似圆拱型钢-混凝土结构紧贴土石处的下部产生的空隙进行充填；短注浆钢管注入的混凝土浆体将紧邻新建隧道上端的土石加固密实；支护注浆钢管端部与新建隧道断面齐平，即不外漏，钢拱架位于支护注浆钢管断面处，在钢拱架对应支护注浆钢管处焊接有圆管，支护注浆钢管端部插入该圆管内，圆管最终深入到土石中。
2.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于，优选的，隧道可以是圆形，或者半圆拱型。
3.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于，优选的，垂直小井、前后小巷、左右小巷的断面在满足各类注浆钢管施工需求的前提下尽量小。
4.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于，自前后小巷向靠近新建隧道的方向也施工有第三注浆钢管，位置与远离新建隧道方向的第三注浆钢管一一对应，第三注浆钢管及其注入的混凝土形成的结构与门型钢-混凝土结构形成一个口型钢-混凝土结构将新建隧道包围。
5.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于，圆形钢辊外圈固定有容置第一注浆钢管、第三注浆钢管、第四注浆钢管端部的圆槽，圆槽包括两个半圆槽，第一半圆槽焊接在圆形钢辊外圈上，第二半圆槽一端与第一半圆槽铰接，另一端通过螺母与第一半圆槽固定连接；圆槽位置与同一排处的第一注浆钢管端部、第四注浆钢管端部以及略微错开的第三注浆钢管端部位置一一对应；安装时第一半圆槽展开，在前后小巷内推进圆形钢辊，使得一注浆钢管端部、第四注浆钢管端部、第三注浆钢管端部进入第一半圆槽内，然后将第二半圆槽通过螺母固定。
6.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于，各类注浆钢管采用多段接续方式连接而成，各类注浆钢管可通过钻头带动以钻进入设定施工位置，最后钻头同注浆钢管一同留在土石中。
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